配电自动化主站系统建设方案分析

孙中记，睢 鹏，苏红梅，张智远，景 皓

(1.河北省电力研究院，石家庄 050021；2.石家庄供电公司，石家庄 050051；3.河北省电力公司，石家庄 050021)

配电自动化是智能电网配电环节的主要工程，配电自动化系统建设是提高供电可靠性和供电质量、扩大供电能力、实现配电网高效经济运行的重要手段。配电自动化系统主要由配电主站、配电终端、配电子站和通信通道等部分组成[1-2]，其中配电主站是配电自动化系统的核心部分，是配电自动化系统功能的主要表现载体。以下结合某城市智能电网配电自动化试点工程建设情况，从主站的建设原则、功能规划、软硬件平台设计以及信息交互等方面探讨配电自动化主站系统的建设方案。

1 建设原则

配电主站系统是配电自动化系统的核心，其能否安全可靠运行是整个配电自动化系统成败的关键。在主站系统设计和实施过程中，应遵循安全性、可靠性、开放性及标准化、先进性及可扩展性、可维护性等原则[3]。

此外，配电自动化主站系统在体系结构上应适应供电公司配电网的不同运行管理模式；可通过信息交换总线实现与相关系统互联，解决信息孤岛问题；强化对配电网实时数据的采集与控制，实现对整个配电网的科学管理。

2 功能规划

配电自动化主站系统的建设要充分突出“信息化、自动化、互动化”特征，根据配电网网架、一次设备、实际需求等，逐步实现配电SCADA、馈线自动化、配电网分析应用、智能化分析应用等功能[4]，并可通过信息交换总线实现与配电相关系统的互联和应用集成。

a. 配电SCADA：实现数据采集、状态监视、远方控制、人机交互、防误闭锁、图形显示、事件告警、事件顺序记录、事故追忆、数据统计、报表打印、配电终端在线管理和配电通信网络工况监视等功能。

b. 馈线自动化：与配电终端配合，实现故障的识别、定位、隔离和非故障区域自动恢复供电。

c.配电网分析应用：拓扑分析、解合环潮流、负荷转供、状态估计、网络重构、短路电流计算、电压/无功控制和负荷预测等。

d. 智能化分析应用：配电网自愈控制(包括快速仿真、预警分析等)、分布式电源/储能装置/微电网的接入及应用等。

3 平台设计

配电自动化主站系统建设，要充分考虑系统的建设规模、馈线自动化的实施范围和方式，以及建设周期等因素。同时，主站建设要充分利用成熟的网络技术、数据库中间件、面向对象以及应用组件技术，采用基于IEC 61970/61968 CIM的信息交互模型进行建设。主站系统接口标准应遵循IEC 61968-1中信息交换模型，通过信息交互总线与其他系统进行信息交互。

3.1 硬件平台

硬件设备主要包括服务器、工作站、网络设备和采集设备。网络部分除了主局域网外，还包括数据采集网、GIS网和WEB服务器网等，各局域网之间通过防火墙或物理隔离装置进行安全隔离。所有设备根据安全防护要求分布在不同的安全区中，从硬件结构来看，整个系统分布在2个安全区中，分别为安全区Ⅰ和安全区Ⅲ，主系统位于安全区Ⅰ，WEB子系统位于安全区Ⅲ，安全区Ⅰ与安全区Ⅲ之间设置正向与反向专用物理隔离装置。主站系统硬件结构设计可参考图1。

图1 配电自动化主站系统硬件结构

a. 主站系统采用冗余的双交换式局域网结构，采用具备三层交换功能的企业级或部门级交换机，服务器可采用1 000 Mbits/s速率接入，构成功能分布的开放系统。无论是单网故障，还是网上节点内的单点网络故障都不影响系统功能。同时，还能方便地进行硬件设备升级，如停掉一台交换机，更换成新的升级设备，然后再更换另外一台。

b. 数据服务器一般配置2台高档Unix服务器，系统自动保持2台服务器上数据库内容的一致性。同时，数据服务器应配置磁盘阵列完成历史数据的存储，其容量大小应根据配电网量测的点数、存盘周期、保存期限以及历史事项的存储容量来计算。

c. 2台SCADA服务器可完成数据处理、监视和控制。每台SCADA服务器都通过千兆以太网接口接到双骨干网上。双机运行为主/备或分流方式，当其中一台服务器故障时，另一台服务器应自动接替故障的服务器运行。任何单一硬件设备的故障不应使实时数据和系统的主要功能丧失。

d. 系统配置2台数据采集服务器和2台无线数据采集服务器。每台数据采集服务器都通过物理隔离设备接到双骨干网上，通过光纤和无线通信网完成数据采集功能。数据采集服务器采用集群方式，当其中任何一台服务器故障时，另外的服务器应自动接替故障的服务器运行，当服务器或双局域网发生切换时，不会导致数据的丢失。

e. 配置2台配网应用服务器，完成流程定制、应用服务管理等功能。

f. 配置通信接口服务器，通信接口服务器是整个系统的数据来源与控制通道，主要完成各系统间的数据通信功能。

g. 2台WEB服务器完成WEB信息发布、历史数据的存取及相关应用软件功能。

h. 系统各工作站主要提供人机界面，辅助工作人员完成相应操作，人机界面应友好，易于操作。

3.2 软件平台

软件支持平台包括操作系统软件和应用软件支持平台，其配置必须满足实时应用的及时性和高可靠性要求。应用软件支持平台和应用软件必须采用开放式/分布式体系和面向对象技术，满足可维护性要求，符合国际工业标准。

a. 服务器与工作站可采用Unix操作系统，报表工作站可采用PC操作系统，以保证自动化系统安全、稳定运行。在选择计算机系统时，对开放性好、实时响应性好、系统资源丰富、在电力行业使用广泛、系统成熟的操作系统应优先考虑。

b. 应用软件支持平台是在操作系统软件的基础上，为各种应用提供的一个开发与运行的软件环境，可以提供分布式系统管理、数据库管理、图形人机界面管理、网络管理以及报表管理等功能。

c. 应用软件实现配电主站的各项功能，应用软件必须达到各功能模块和系统的性能指标要求。

4 信息交互

为实现配电自动化系统与相关系统的数据交互，实现系统间规范、统一的数据交换，避免系统间数据接口的再次重复开发，需要建设统一信息交换总线。以后新建的信息系统都可以通过该统一信息交换总线进行数据交换，不必开发新的接口，将目前“多对多”模式调整为“多对一”的模式，从根本上改变目前数据交换落后的现状。信息交换总线具有数据采集、接入系统管理、事件通知服务、数据同步管理、数据访问安全机制、消息运行状态监控等功能。

4.1 应满足的条件

信息交换总线遵循IEC 61970/61968的公共信息模型CIM，将电网资源数据进行一体化设计和统一建模，实现数据的统一表达和信息共享。接口规范符合IEC 61968的要求，遵循IEC 61970数据接口标准，建立开放的、具有良好可扩充性的数据访问平台，使其他应用系统能够方便规范的使用集成在总线上的数据。跨越安全区Ⅰ和安全区Ⅲ，解决二三隔离区的透明访问问题，使所有的应用系统可以直接访问跨区的服务。

4.2 交互原则

实时信息及准实时信息通过各个系统的前置服务器直接转发上送，信息交换总线静态数据原则上以消息触发机制主动上送信息交换总线，对大批量更新的数据可以采用定时召唤机制由信息交换总线到相关系统获取。

4.3 硬件结构

信息交换总线硬件结构可参考图2，总线跨越安全区Ⅰ和安全区Ⅲ，2个安全区内的配置完全对等，安全区Ⅰ与安全区Ⅲ之间设置正向与反向专用物理隔离装置。

图2 配电网信息交换总线硬件结构

5 方案可行性分析

该方案中，主站系统的硬件平台考虑配电自动化建设初期，采集的监测点数量较少，因此设置了2台前置采集服务器组成前置集群。当后期需要接入其它监测点时，可以通过增加前置服务器的数量，扩展前置集群来提升系统的接入容量。其他后台服务器和工作站都完全满足需要，无需对硬件进行升级和改造。主站系统的软件平台通过分步骤实施的方法，建设初期可实现配电SCADA、WEB发布，重要线路实现馈线自动化，以后可逐步扩展其它应用。这样分期实施，可以减少一次建设造成的资金压力。

该方案通过信息交换总线建设，实现对信息资源的集成、融合及共享，为配电自动化及其它应用系统提供基础数据支撑，实现现有系统的电网运行数据的增值应用，有效避免了采集系统的重复建设。由以上分析可知，方案具有较好的技术经济性和可行性。

6 结束语

结合某城市智能电网配电自动化试点建设，对主站系统建设方案进行了规划设计分析。总体方案遵循安全可靠、可扩展、可维护的原则，按照因地制宜、因网制宜的思想进行配电主站功能规划，并根据IEC 61970/61968国际标准进行系统平台设计，通过信息交换总线实现与配电相关系统互联，可避免采集系统的重复建设。该方案可以为今后配电自动化主站的建设提供参考。

参考文献:

[1] 龚 静.配电网综合自动化技术[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2] 刘永刚.配电自动化的规划与应用[J].机电信息，2010(6)：45.

[3] 龙志君，象 阳，陈 刚.配电网自动化主站系统[J].大众用电，2006，22(2)：42-43.

[4] Q/GDW 382-2009,配电自动化技术导则[S].