云南电网省地调一体化PAS及DTS联网方案

高 明 李文云 李 峰

(云南电网公司电力调度中心，云南 昆明 650011;国电南瑞科技股份有限公司 江苏 南京 210061)

1 前言

各级调度中心仅对各自管辖范围内电网进行建模，数据、图形及模型信息无法共享的问题在很大程度上制约着各级调度机构PAS计算的实际效果，也是造成其难以真正实用的主要原因之一。在线外网等值方法［1］近年来在部分省调得到工程实际应用，在一定程度上提升了地调网络分析计算效果，但鉴于外网等值方法本身所存在的局限性［2］，这种方法总体看来仍有较大提升空间。模型拼接技术在近年来的迅速发展与成熟应用为解决这一问题开辟了新途径。全电网模型的形成，为进行省地两级调度的PAS计算功能和DTS互联的统一规划与管理提供了绝佳的数据平台。利用这一技术实现省地调的一体化PAS及进行DTS互联，符合电力调度体系“纵向贯通”趋势与方向，是对于近年来出现的多种省地一体化应用研究的又一探索。获取包含网省地调模型的全模型在当前的技术条件下应不再是难题。但是在获取了全模型后，究竟采用什么样的一种方案来实现省地一体化的PAS和进行DTS互联，成为一个需要研究与思考的新问题。

为了表述方便，仍使用了传统概念上的术语“PAS”进行相关表述。近年来传统PAS各模块有被屏蔽和后台化的趋势，真正面向最终需求的综合应用逐渐出现。本文论述的内容，同样可以扩展到这些新的网络分析应用。

2 网省地模型拼接方案

模型拼接系统生成的全网详细模型依赖于空间上分层的各个数据源，包括有云南省调EMS系统核心模型，南网总调下发的南方电网220kV以上电压等级电网，云南电网各个地调EMS系统模型等。模型拼接系统从各个数据汇集模型数据，经过模型服务程序分析，进行合并更新最终形成全网模型。拼接方案如图1所示。

图1 拼接方案

图1中，分布式建模系统得到的拼接结果有多种表现形式，具体见2.1节关于两维模型信息的论述。

3 两种基本部署方案

为了达到实现基于模型拼接的省地一体化PAS系统的目的，提出了两种基本部署方案:一是集中式分析计算方案，二是分散式分析计算方案。两种方案各有优劣，对系统的管理、维护、使用也提出了不同的要求。

3.1 集中式分析计算方案

本方案的特征为:由省调向省、地调用户提供统一的分析计算服务，实现服务的统一管理和维护，并提供灵活的、具备权限管理。PAS系统、模型拼接系统及相关分析计算服务均部署在省调，地调均不部署，省地调用户均使用部署在省调的一体化PAS系统。

此方案下系统基本架构分为三层，前端应用层、应用服务层和模型服务层，省调、地调用户在前端应用层使用客户端登录系统，由应用服务层提供统一的PAS计算服务，计算所需的模型由模型服务层提供。图2给出了系统架构示意图。

图2 集中式分析计算方案示意图

前端应用层由客户机组成，省调、地调用户均能够访问到计算服务资源，进行相关计算。前端应用层通过网络连接到应用服务层，可以完成用户登录，厂站图、系统潮流图、计算统计表格信息的显示，相关计算属性的设置和计算的启停。

应用服务层作为省地一体化PAS的核心环节，负责监听客户机的请求，为其提供相应服务。

3.1.1 功能模块

1)服务管理器:负责接收客户的远程连接请求，对用户进行身份校验，管理用户的权限，在预先设定的用户访问权限分配计算资源。服务管理层的核心功能是实现负载均衡，它管理着后台多个计算服务器所提供的计算资源池，在考虑服务器的CPU使用率，内存使用率，网络带宽等一系列因素情况下，将客户端连接到指定服务上，这样能够有效地提高计算资源的应用率，在多用户情况下可有效配置服务器资源，减少资源浪费。

2)计算服务池:用于提供具体的计算服务，如状态估计、调度员潮流、静态安全分析、短路电流计算、灵敏度分析等。服务创建在后台服务器上，初始启动后会自动建立一定数目的资源。服务池接收服务管理器的统一调度，每个计算服务均能标识其可用状态。每当有新的用户登录，服务管理器会把空闲的服务分配给用户。当用户退出系统或者长时间没有使用计算服务，服务管理器将回收计算服务资源，将其标识为空闲，放置到可分配资源中。

3)PAS模型服务:是模型服务层提供的服务之一。模型服务层用于为各应用提供可计算的电网模型、方式数据以及相关的图形。在模型拼接中实现了南网总调下发的电网模型，云南省调核心电网模型和云南各地调电网模型的汇集和实时拼接。模型是广义的概念，包括有电网物理模型、运行方式和图形;从时间维度而言，包括历史、实时、未来电网模型;从空间维度而言，包括全电网模型、省调核心模型、各地调电网模型、多区域模型的灵活组合、外网等值模型。模型可提供给省地一体化的PAS及用于DTS联网，且能够与BPA动态设备的控制模型相结合提供给方式进行电网运行方式的研究、校核。一体化PAS系统对模型的利用可分为多种，能够在时间维、空间维进行定义。例如省调用户可以使用实时的全云南电网模型，进行静态安全分析，校验当前断面条件下系统的安全性;地调用户能够提取本地调模型和省调模型，当然也可以直接使用全网模型，进行设备开断计算、合环操作前计算等。图3给出了模型服务提供的时空两维模型数据的示意图。计算服务a使用了未来的省调模型进行研究;计算服务b则使用了实时的全网模型;而服务c使用了历史的地调模型进行分析研究。

图3 两维模型示意图

3.1.2 计算服务的动作序列

从信息流上，分析计算服务的动作序列主要是:

1)省、地调客户端连接到省调PAS计算服务管理器，管理器在完成用户身份和权限的校验后，根据当前计算服务池情况为其分配合适的计算资源;

2)客户端用户可定义计算属性 (模型信息)，计算服务通过本层的模型访问接口从模型服务层得到需要的电网物理模型、运行方式和相关图形信息，最终作好开始计算的数据准备;

3)用户可在此基础上对电网方式进行调整，启动计算，所有操作均提交给计算服务，有计算服务响应操作并返回计算结果，这样用户就能够通过客户端得到所需的计算结果。图4给出了完成一次技术服务的活动序列。

图4 集中式分析计算的动作序列图

3.2 分散式分析计算方案

本方案的特征为:省调部署有PAS系统、模型拼接系统，地调部署有PAS系统。省调PAS系统和地调PAS系统分别向省调用户和地调用户提供分析计算服务，但省调PAS系统不再提供给地调用户使用。

如图5所示，在进行模型拼接时，各区域电网模型汇集到部署在省调的模型拼接系统上实现全网模型的拼接。在省调、地调均部署有模型拼接系统的客户端，省调和地调用户均通过该客户端获得时空两维模型。

需要指出的是:在这种方案下，省地调一体化PAS系统严格说来仅在逻辑上存在。地调可从省调获取两维模型，可与省调使用相同的模型进行计算并取得相同的网络分析结果。

图5 分散式分析计算方案模型服务示意图

3.3 两种方案优缺点比较

两种方案在经济性和安全性上各具优劣，见表1。

表1 优劣性比较

在工程操作上，相比较安全性和经济性，系统建成后采用何种运维模式成了在实际操作时需考虑的更为重要的问题。集中式服务从总体看来需要的人力成本和物理成本较少，维护难度较小，长远看来是趋势和方向。但在目前各方面条件下，也将产生如下难题:一是全网的省地调PAS系统运行维护压力全部转加到了省调侧，工作量骤增，但对应人力资源由于各种原因往往难以配套，系统运维难以保证;二是地调侧长期脱离PAS运维工作，会在一定程度上造成对省调侧系统依赖，并限制地调人员的应用软件运维与应用水平的提高。目前看来，更具可行性的是另外一种综合式的计算服务方案，即集中式和分散式分析计算相互统一的方案。

3.4 综合式分析计算方案

对地调而言，这是一种在模型拼接成果共享的基础上，以地调PAS的应用与运维为主，以省调PAS为辅助参考的一种应用与运维方案。该方案有机结合了前述的集中式分析计算方案和分散式分析计算方案，构建既统一又分布的省地一体化PAS系统，其特征为:省调部署有PAS系统、模型拼接系统，地调部署有PAS系统。省调PAS系统同时向省调和地调用户提供分析计算服务，地调PAS系统提供给地调用户使用。在这种方案下，地调用户既可以选择登录到省调PAS系统使用相关分析计算服务，也可以直接使用地调PAS系统。具体来说，一方面在省调按照集中的分析计算方案搭建集中的分析计算服务系统，另一方面地调充分利用省调提供的模型拼接成果 (含外网等值)来实现本地PAS分析计算。如图6所示，省调会建设有计算服务池，为省调用户和地调用户提供可定制模型的分析服务，而在地调建设本地计算服务提供给地调用户，对地调使用者而言具有更多选择，可以通过客户端连接省调的计算服务池来获取由省调统一提供的计算服务，也可连接本地计算服务进行分析计算。无论是远程服务还是本地服务，均可为地调提供服务，从地调日常使用角度来看，两服务可以互为备用，也能够用于本地服务计算结果的比对，促进地调分析计算服务的完善。

从趋势上讲，综合式的计算服务属于过渡方案，由其过渡到集中式计算服务是发展方向，但在目前各方面条件下，综合式服务提供方案具有更好的操作性和更强的生命力。

图6 综合式分析计算方案示意图

4 DTS联网方案

在DTS不联网使用的情况下，上述PAS利用模型拼接成果的方案对DTS系统均适用，最简便可行的方法是DTS直接使用PAS系统在模型拼接后的形成的模型与数据成果，必将使地调侧DTS的计算准确性得到实质提升。

对于DTS联网，当前有多种方案，主要有两种:统一电网模型联网方案和分散电网模型联网方案。前者多使用模型拼接的成果和WEB方式实现，其缺点是为地调参演人员在演习中面临的是省调的EMS环境，因缺乏真实感而影响了演习效果。后者多不进行实际的模型拼接，可克服上述缺点，但自身也存在着诸如分布式潮流计算等难点或信息交互量大、工程实现较复杂的问题。

DTS联网方案特征是:虽然使用了模型拼接的成果，但计算仿真却分散进行，省地调参演人员面对的是各自日常使用的EMS环境，提高了演习环境的逼真度，同时避免了分布式潮流计算的异步迭代问题，实施方案相对简单，有良好的工程适用性。

4.1 省地调模型建立方法及其联网

地调DTS系统通过本地的模型拼接客户端，定制并获取至少包含本地模型与省调核心模型的电网模型作为基态模型进行联网演习。需要指出的是，为了增加逼真性，地调侧基于该全网模型的计算分析是在后台完成的，计算结果同步到地调参演人员平时使用的本地模型范围与画面。

省调仅采用本地模型，不拼接地调的模型。因为省调的模型包括了云南电网的主网架，低电压等级的设备通过等值到110kV的母线的等值负荷来表示，而且低电压电网是辐射状的，完全可以通过改变等值负荷的功率来跟踪地调潮流的变化，从计算精度上来说几乎没有影响。

4.2 省调DTS与总调DTS联网

在构建有模型拼接系统后，省调DTS系统可以支持与总调DTS进行互联。篇幅原因，此处仅介绍主要方法。

省调模型拼接系统接收到总调下发的全网模型，实现云南省调电网模型与全网模型的拼接，形成于总调DTS基本一致的模型。当然也有一定的区别，总调DTS对于各省调110kV及以下的变电站模型进行了等值，通常等值为负荷。其他部分模型完全一致。省调DTS使用模型拼接形成的全网模型与总调DTS进行同步仿真，仿真过程中保证省调与总调模型一致的部分设备状态的同步，对于被总调等值为负荷的情况，考虑到分级调度管理的因素，其功率值以省调DTS为准。

4.3 互联数据同步

互联时上下级调度DTS数据同步方法依赖于各自仿真的电网模型。如图7所示，仿真的电网模型可分为两部分，一部分是两者完全一致的电网模型 (A)，由于下级调度DTS系统接入了上级调度DTS系统的全模型，因此大部分电网在上下级DTS中是一致的;而另一部分模型是指少量不一致的电网模型 (B和C)，这部分模型在于归属下级调度管辖的较低电压等级电网模型在上级调度DTS系统中被等值，通常是将变压器绕组等值为负荷。依据上述分类，培训过程将分别考虑一致模型和不一致模型的同步方法。

在一致模型的同步中，仿真数据的实时交互主要采用仿真事件交互的模式。这里的仿真事件是指包括开关刀闸操作、变压器档位调节、发电机出力调节、负荷调节、地刀操作等人工调节操作以及事件后保护动作引起的开关变位、自动装置引起的电网变化等信息。在此过程中，只交互发生了变化的设备的信息，对于没有变化的设备则不予交互。如此保证上下级调度DTS系统一致的设备能够得到同步更新。

在不一致模型的同步中，从管辖权限上来看归属于下级调度，其当前运行方式应以下级调度DTS为准，下级DTS定时自动上传被等值的变压器绕组的有功无功，上级DTS接收后自动更新等值负荷的功率值，实现两者不一致模型的同步。

图7 数据同步示意图

在综合式计算分析方案下，基于模型拼接的省地一体化PAS和DTS联网系统分为三大部分，按照电力系统安全防护的要求和实际实用需求，模型拼接系统和PAS系统放置在I区，DTS位于II区，同时支持WEB信息的远程发布和互操作功能。具体配置方案如图8所示。

图8 部署示意图

5 结束语

综上所述，包含网省地调模型的全模型信息是调度体系信息化的重要数据基础之一，一体化的PAS及三级DTS联网只是其成果应用的一方面。本文论述的内容在工程实施上要考虑三大功能的建设:全网模型拼接及模型服务、省地一体化PAS分析计算、网、省、地DTS互联。模型拼接工程的分阶段实施也决定了省地调一体化PAS及三级调度DTS互联的实现是一个分阶段的过程。

［1］温柏坚，张海波，张伯明，等.广东省地区电网外网等值自动生成系统设计 ［J］.电力系统自动化，2004.28(20):77～79.

［2］吴际舜.电力系统静态安全分析［M］.上海:上海交通大学出版社，1984.

［3］张瑞鹏.电力系统多区域网络模型拼接方法.中国专利申请号200610166302.1［P］，2006.

［4］高明，姚建国，李峰，等.基于潮流方程组拼接模式的互联系统分布式潮流计算 ［J］.电力系统自动化，2008.32(2):12～15.