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《電力系統保護與控制雜志》2015年第二十三期

摘要：

隨著智能變電站和智能調度的快速發展，現有安全穩定控制(簡稱穩控)管理系統存在多方面的不足。基于統一應用支撐平臺，研制了新一代穩控管理系統。分析了穩控管理系統的硬件結構，設計了分層模塊化的軟件架構，提出了支持EMS/穩控管理一體化運行的數據庫模式，實現了一體化建模和一體化數據展示。重點闡述了穩控裝置的統一接入、遠方控制、可視化展示、策略預警和智能告警等功能。研制的系統已經在多個電網得到成功應用，為穩控系統的運行管理和事故處理提供了技術支撐。

關鍵詞：

安全穩定控制；管理系統；一體化運行；可視化；遠方控制；智能告警

隨著電力系統的發展，作為保障電網安全穩定運行第二道防線的安全穩定控制系統及裝置得到了大量的應用[1]，使得穩控裝置的維護和管理工作十分復雜。為了實現對穩控裝置的集中監視和管理，在各個調度中心相繼建設了穩控管理系統，一定程度上緩解了穩控裝置的運行管理問題[2-3]。近幾年隨著智能變電站和智能調度[4]的快速發展，現有穩控管理系統存在多方面的不足：(1)智能調度系統要求將原來分散的各個業務系統集成在同一應用支撐平臺之上，實現信息的充分整合和共享。大部分穩控管理系統是單獨建設、獨立運行的，缺少統一的應用支撐平臺，不能有效地集成在智能調度系統上；(2)基于IEC61850標準的智能變電站，實現了變電站信息的統一建模和無縫集成。穩控裝置的硬件和軟件經過升級改造后，已經全面支持IEC61850標準[5]。IEC61850標準相比傳統穩控通信規約在信息自描述性、互操作性等方面具有明顯的優勢，但大部分穩控管理系統不支持按IEC61850標準接入穩控裝置；(3)傳統穩控管理系統功能設計簡單，一般不具備遠方控制功能，缺少可視化的展示手段，沒有綜合利用所采集信息加強運維管理、風險預警和事故分析等。針對以上問題，在借鑒已有穩控管理系統研制經驗的基礎上，基于統一的支撐平臺，研制了新一代穩控管理系統。該系統支持一體化運行和獨立運行，支持IEC61850標準，實現了對穩控裝置的統一接入和分布式采集，具有遠方控制、可視化監視、運維管理、策略預警和智能告警等功能，為穩控系統的運行管理和事故處理提供技術支撐。

1穩控管理系統的硬件結構

穩控管理系統的硬件結構如圖1所示，由位于廠站端的穩控裝置、通信網絡和位于調度中心的服務器、工作站等組成。穩控廠站根據其不同的功能，分為控制站、執行站。各站穩控裝置通常采用雙重化配置，A/B兩臺穩控裝置經由站內交換機直接接入調度數據網，或者經過交換機和接口轉換器接入SDH2M專用光纖通道，與調度中心進行通信。前置服務器負責實時采集穩控裝置的各類運行信息，下發對穩控裝置的各類控制命令，數據服務器負責對各類穩控信息進行分析、處理和存儲，工作站提供友好的人機界面，可視化展示穩控系統的運行狀態，實現對穩控系統的監視、控制和管理功能。WEB服務器通過隔離裝置與數據服務器相連，負責穩控信息的。根據穩控系統的規模和重要程度，前置和數據服務器可采用單機配置、雙機配置或多機配置。

2穩控管理系統的軟件架構

采用分層模塊化的設計原則，穩控管理系統的軟件架構如圖2所示。從下至上，分為軟硬件支撐平臺、統一應用支撐平臺、穩控應用組成，層與層之間有明確的關系，下層為上層提供服務。軟硬件支撐平臺采用通用中間件技術屏蔽操作系統和硬件的差異，使得系統能夠運行在多種操作系統和硬件平臺上，系統可采用異構平臺搭建。統一應用支撐平臺層總結不同應用的需求，為上層應用提供網絡通信、實時數據庫、圖形、消息服務總線、系統管理等方面的服務。穩控應用只需專注于自身的業務邏輯，無需關系底層的實現細節，提高了開發效率和可重用性。穩控應用按功能劃分模塊，基礎功能模塊包括前置通信、模型管理、告警及事件記錄、定值管理、運行監視、遠方控制等。高級功能模塊包括可切量不足在線預警、數據智能校核、動作智能分析等。

3一體化設計

本系統是基于統一應用支撐平臺設計的，可方便地將穩控管理系統作為一個應用整合到智能調度支持系統中，實現一體化調度。在應用整合過程中，實現EMS/穩控管理系統的一體化建模和一體化數據展示是兩個關鍵的技術。

3.1數據庫模式定義IEC61970CIM規范提供了統一的標準來描述電力系統的主要對象，定義了電網的一次設備及其拓撲關系[6]。遵循該標準的EMS系統，以CIM模型為基礎，采用面向對象的建模方法，定義實時數據庫結構，建立了電網一次設備模型。但是CIM模型中并沒有定義穩控裝置的信息模型，EMS系統的實時數據庫中也沒有建立穩控裝置的對象。根據穩控裝置的特點和穩控管理系統的應用需要，同時考慮到對IEC61850標準的支持，對EMS實時數據庫模式進行了擴展[7]，如圖3所示。穩控裝置模型包括測點模型和IEC61850模型兩個部分。測點模型部分描繪了穩控裝置的各種電氣量、開入量、定值、動作、告警等信息，每個廠站包含多臺穩控裝置，每臺穩控裝置包括多個電氣量、多個開入量、多個穩控定值、多個動作信息、多個告警信號，并建立穩控裝置電氣量、開入量與一次設備模型中模擬量、狀態量的關聯。IEC61850模型部分描述了邏輯裝置、邏輯節點、數據集、報告控制塊、定值控制塊等內容，采用IEC61850模型層次結構，可滿足穩控管理系統IEC61850通信的需要[8-9]。

3.2一體化建模為了確保系統的穩定性，在一體化系統中，EMS和穩控管理應用擁有各自的實時數據庫實體，一體化建模如圖4所示。利用EMS的圖模一體化維護工具，繪制廠站一次接線圖，然后分別填入EMS和穩控管理的實時數據庫，生成電網一次設備模型，確保了EMS和穩控管理應用模型的一致性。利用穩控管理應用的模型維護工具，生成穩控裝置模型。對于非IEC61850接入的穩控裝置，穩控模型維護工具通過103規約的通用分類服務方法，從裝置召喚信息生成穩控配置文本，再導入到數據庫中；對于IEC61850標準接入的穩控裝置，直接導入穩控裝置的ICD文件，生成穩控模型[10-11]。

3.3一體化數據展示在一體化系統中，EMS和穩控管理應用共享一次接線圖。畫面在線運行工具通過應用切換，從不同的實時數據庫實體中獲取數據，可在一次接線圖上分別顯示EMS采集的遠動數據和穩控裝置采集的數據。同時，還可將兩者采集的數據通過表格進行對比顯示，通過實時對比，如發現電氣量偏差在一定時間內超過某個門檻值或者元件投停狀態不一致，則在表格中進行閃爍告警。

4功能設計

4.1穩控裝置統一接入功能目前國內穩控裝置種類較多，常規站的穩控裝置沒有統一的通信標準，通常采用各個穩控廠家的私有通信規約，需要穩控管理系統去兼容不同的通信規約。智能站穩控裝置可統一采用IEC61850標準進行通信。所以實現對不同廠家不同規約的穩控裝置的統一接入是穩控管理系統必須要具備的功能。為此，穩控管理系統采用組件化的規約插件技術，如圖5所示。每個通信規約都封裝成一個獨立的組件，根據穩控信息和通信規約的特點，抽象出各種通信規約的共性，封裝成對外公共接口函數，供前置規約插件管理程序統一調用。前置規約插件管理程序負責動態注冊和管理規約插件，負責規約插件的裝載、運行和結束，確保規約插件與穩控裝置正常通信和采集數據。不同規約上送的數據類型各不相同，為了方便前置與后臺應用之間的數據交互，方便后臺應用對不同數據的處理，針對為不同的規約類型配置不同的模型插件，例如103模型插件，IEC61850模型插件，模型插件實現該模型數據類型的處理。前置調用不同的模型插件接口將采集數據分發給不同的后臺應用，后臺應用調用不同的模型插件接口接收并處理數據。穩控管理系統的通信模式是直接與穩控裝置建立連接，一臺穩控裝置就要建立一個前置采集通道，由于穩控裝置的數量眾多，通常省級電網的穩控裝置數量會達到幾百臺，所以前置采集通道的數量非常大。為此，穩控管理系統采用分布式采集技術，采集通道均勻分布在多個前置節點上，采集任務負載均衡。當一個前置節點發生故障時，采集通道按照負載均衡的原則均衡分配到其余各節點上。隨著穩控系統規模的擴大，可增加前置采集節點，接入新增的穩控裝置。

4.2遠方控制功能由于電網運行方式的變化，穩控裝置的策略功能和定值也要作出相應的調整。實現對穩控裝置的遠方控制，可替代運行人員到現場的就地操作，顯著提高調度管理部門的工作效率。對穩控裝置的遠方控制包括遠方修改定值、遠方切換定值區號和遠方投退軟壓板。根據穩控裝置接入的規約不同，采用不同的定值修改模式，不同的操作界面。對于非IEC61850規約，僅支持運行定值的召喚和修改，系統僅提供運行定值的操作界面；對于IEC61850規約，支持運行定值和編輯定值，運行定值只能召喚不能修改，編輯定值能召喚和修改，通過切換編輯定值區號，可召喚和修改任意區的定值，為此設計了運行定值和編輯定值兩種不同的操作界面。定值修改具有嚴格的操作流程，必須遵循“數據召喚->預修改->返校確認->執行修改->結果返回”的流程。為了提高可靠性，穩控裝置的軟壓板狀態作為一個遙信點，投退軟壓板采用遙控方式。遙控操作分兩步，先選擇再執行，遙控命令執行成功后，穩控裝置主動上送變位后的壓板狀態。通過遠方投退軟壓板，實現穩控裝置單個或全部策略功能的投退。為了保證遠方控制的安全性，采用了以下的安全控制措施：(a)操作權限審核。對操作人、監護人的權限和口令進行審核。(b)數據合理性校驗。對數據類型、數據范圍進行檢查。(c)完備的操作記錄。將每次操作的時間、操作人、監護人、修改前后的值、修改原因、操作結果等內容存入歷史庫，供日后查詢追溯。

4.3可視化展示功能可視化功能是將穩控系統的重要數據進行圖形化、層次化、集成化的展示，使調度運行人員能更方便、更直觀地掌握當前穩控系統的運行狀態，進而采取更有效的運行控制措施[12]。(1)數據圖形化。通過背景圖元、前景圖元、列表、曲線、棒圖和餅圖等展示方式，將穩控裝置的運行狀態、壓板投退狀態、實時采集的元件電氣量等信息進行圖形化顯示。通過顏色決策，將穩控裝置與管理系統之間的通斷狀態用不同的顏色表示。通過符號決策，將穩控裝置運行狀態如投入、退出、投信號、停用等用不同的圖符表示。通過曲線定義工具，關聯不同的數據源和數據對象，實時繪制可切機量、可切負荷量、斷面功率等曲線，直觀地展現數據隨著時間變化的走勢。(2)數據集成化。數據集成化是指將穩控系統中相關聯的數據集中展示。利用組件化的集成和畫面分層技術，在全網穩控系統運行圖上，展示全網穩控系統的地理分布、組織結構、運行狀態、通道連接狀態、壓板投退狀態及相關重要信息；在重要斷面潮流圖上，以列表形式顯示所有控制站上送的斷面潮流，并顯示斷面元件的組成、各元件的當前潮流、斷面動作門檻值以及對應的需切量、可切量等信息。(3)數據層次化。通過全網穩控系統運行圖、各區域穩控系統運行圖、廠站穩控系統運行圖分層次展示系統信息。

4.4策略預警功能穩控裝置一般按照“離線計算，實時匹配”的方式進行策略搜索和動作執行的。由于電網運行方式的變化，根據離線計算制定的策略在實際發生故障時，控制措施不一定能夠全部執行。策略預警模塊定時從實時庫中獲取穩控裝置采集的電氣量、元件投停狀態和定值等運行信息，進行如下處理：自動識別當前運行方式，搜索穩控裝置的策略表，對每條策略判斷是否適用于當前方式，如果適用，則根據策略定義，分析控制措施，模擬發生對應的故障類型，計算出可切量、需切量，當出現可切量不足等問題時，自動給出告警提示，提醒調度運行人員調整控制策略；如果不適用，則設置策略無效標志。策略預警模塊將分析計算結果存放在實時庫中，實時庫的策略狀態表結構如表1所示，可通過二維表在畫面上實時展示穩控策略狀態。

4.5智能告警功能穩控裝置會產生多種告警信息，特別是在發生動作時，管理系統會接收到大量的離散的動作報文，調度人員很難從未經分類、歸納、整理的告警信息中快速獲取有效信息。智能告警通過對各類告警信息的分類處理、匯總整合，為調度運行人員進行事故分析提供技術支撐[13]。(1)分層、分類、分級告警。將穩控裝置的告警事件自動分類為動作事件、異常告警、開入變位、通信變化等；不同類型告警事件定義不同的告警等級，分為事故級、預告級、一般級等，不同等級的事件提供不同的告警方案，例如推事故畫面、音響報警、短信告警、發送郵件告警等；提供告警檢索功能，可按廠站、裝置、事件類型進行分層檢索。(2)穩控動作報告自動生成。以穩控裝置的策略動作為主線，通過分析穩控系統的拓撲關系，采用可自定義的時間窗，將一個區域電網內穩控裝置動作時上送的策略動作事件、切機量、切負荷量、錄波文件以及穩控裝置的運行定值、壓板狀態等信息自動匯總成一份完整的動作報告，動作報告按模板格式顯示，并自動推送給調度運行人員，使調度運行人員第一時間全面掌握穩控裝置的動作情況。穩控動作報告處理流程如圖6所示[14-15]。利用穩控裝置錄波文件，可分析出故障過程中有關電氣量的波形及開入量的變化情況。

5結語

本文針對現有穩控管理系統存在的不足，研制了新一代穩控管理系統，該系統已經在云南省調、貴州省調、西藏昌都地調等得到了成功的應用。云南省調為EMS/穩控管理一體化運行系統，實現了EMS信息和穩控信息在同一平臺上的一體化展示，為調度運行人員提供了有關穩控系統的運行狀態、控制策略和動作情況的信息。貴州省調為獨立穩控管理系統，實現了對全網內四個廠家7種類型的穩控裝置的統一接入，共接入穩控裝置100多套。該系統運行穩定可靠，較好地滿足了調度和運行管理人員對穩控系統集中監視、控制和管理的需求，提高了電網的安全穩定性和供電可靠性。

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作者：祁忠 施志良 李楓 張海寧 劉煥志 馮佳男 單位：南京南瑞繼保電氣有限公司