主配网调控一体化图形平台设计

汪 磊， 魏丽芳， 王克谦， 黄志勇

(河南信阳供电公司调度中心， 信阳 464000)

主配网调控一体化图形平台设计

汪 磊， 魏丽芳， 王克谦， 黄志勇

(河南信阳供电公司调度中心， 信阳 464000)

针对电网运行管理主配网调控一体化建设的需要，文中提出了一体化运行管理图形平台的设计方案。采用公共信息模型和可缩放矢量图形文件格式将电网主网图形和配网图形对接并导入同一电网图形平台，利用电网一体化建模、图库一体化、数据传输一体化和五防一体化技术实现了一体化图形管理、运行方式实时监控与管理、调度日常管理、系统操作模拟的安全校核、运行方式辅助分析等五大功能模块，解决了以往主配网管理相互独立的弊端，为主配网调控一体化管理提供了保障。

电网运行管理调控一体化； 电网拓扑一体化建模； 图库一体化； 数据传输一体化； 五防一体化

电力系统通常分为主网和配网两大块。主网是指110 kV千伏及以上电压等级的电网，起输电作用。配网主要是指35 kV及以下电压等级的电网，其作用是给各个配电站和用电负荷供电。

电网运行管理工作模式是统一调度，分级管理，分为国调、省调、市调和县调等不同级别，分管不同电压等级设备。

运行管理工作内容包含设备检修、新设备启动投运、事故处理等，负责保障电网运行稳定与安全，设备检修、保障用户的可靠性供电。

在规模庞大电网的运行管理中，电网接线图形的管理起着基础数据平台的重要作用，通过在线显示电网接线图形，电网运行管理人员可以清晰地了解电网接线方式、设备运行方式、设备参数及系统的潮流分布等信息，基于这些信息可实现多种关键应用操作。

目前我国实际情况是，主网信息自动化系统从20世纪70年代数据采集与控制系统SCADA(supervisory control and sata acquisition)开始建设，实现了数据采集与监视；到20世纪80年代由SCADA和自动发电控制AGC(automatic generation control)及网络分析汇集成能量管理系统EMS(energy management system)，以后计算机的每次发展都体现在EMS上，逐渐完善了数据采集与监视，远动操作等功能，发展比较成熟；配网自动化信息系统建设从20世纪90年代开始，发展相对滞后。这就形成了主网图形和配网图形分别独立管理与维护，主配网之间缺乏有效的信息交互，从主网系统不能查看配网的接线方式及负荷等的不足，因而已不适应我国电网主配网调控一体化的建设趋势[1，2]。

国家电网近年来着力解决配电网薄弱的问题，实现与主网架规划和地方城乡配网规划有效衔接，将主网配网纳入一体化管理体系。本文主配网调控一体化运行系统的设计思想是将高电压等级变电站、低电压等级变电站以及城市配网乃至用户在线统一地用电网图形展示。其关键技术为完成主网配网图形的拓扑连接，为实现“调控一体、集中监控、分散操作、无人或少人值守”的大运行生产管理模式打下坚实的基础。

1 主配网调控一体化的发展历程

我国电网运行管理模式经历了传统模式、集控站模式、集控中心+运维操作站模式三个阶段。

传统电网运行管理模式：按变电站分站监控和操作变电站24小时轮换值班模式，调度直接下令到变电站执行操作。这种模式的优点是对事故异常反应速度快，缺点是随着变电站数量的增多需要庞大的运行人员队伍。

集控站运行管理模式：设若干集控站24小时值班监控和操作，一个集控站管理约10～20个变电站，变电站无人值班或少人值守，调度下令到集控站，由集控站负责下令到变电站进行操作。这种模式的优点是一定程度上减少了值班人员，缺点是需要建立多个集控中心，需要的运行人员数量也很多。

集控中心+运维操作站运行管理模式：一个城市建立一个监控中心，按作业半径分设若干运维操作站，变电站无人值守，监控中心24小时值班，运维操作站值班人员少，一个监控中心监控最多可达100多个变电站，调度下令到集控中心，由集控中心下令到变电站。监控中心人员负责受控变电站设备监控，遥控操作等工作，运维人员负责现场工作。这种模式的优点是人力资源使用效率高，适应电网快速发展，有利于向调控一体化过渡。

随着电网规模快速发展、电网信息化、智能化、电网公司集约化发展和可持续发展的需求，调控一体化管理模式被提出。调控一体化管理模式是监控调度合一，按作业半径分设运维操作站，变电站无人值守，运维操作站少人值班，调度下令到运维操作站，再由运维操作站人员下令到变电站。调控人员负责调度和设备监控、遥控操作等工作，运维操作人员负责现场操作。调控一体化运行管理模式使得调度掌握设备运行信息更加全面及时准确，事故异常处理令下达快捷，管理链条缩短，人力资源利用率高。

为了调控一体化管理模式的实施，使调控人员调度监控能够涵盖全网，必须摆脱主配网独立运行的格局。为此，首先要解决的问题是将主配网图形对接，连成整体，方便调控人员从主网快速查看相连配网设备，进行全网快速分析[3，4]。

2 主配网调控一体化图形平台设计方案

2.1 主网配网图形一体化方案的提出

主配网调控一体化就是主网图形导入之后与配网图形建立拓扑连接在统一电力图形平台上展示。主网图形中的高电压等级线路经过变压器变压之后，与低电压等级的出线断路器连接，用一条单端线路表示主网图形的电源终点，单端线路可以是图1中A线路或者B线路的一半线路。在配网图形中可以是图1中A线路或者B线路的另一半单端线路作为配网的电源起点。两条单端线路在电网图形中取同样的标志，由此图形拓扑将两条单端线路看作同一条线路，通过单端线路可以实现从主网图形跳转连接，直接进入配网图形，做到一站式直达，从主网图形根据网络拓扑关系直接访问到配网低电压等级变电站、分接箱乃至最终用户，这就是主网配网图形一体化方案实现的构思。图1为主配网一体化示意。

图1 主配网图形一体化示意

2.2 主配网图形平台对接技术

主网图形从主网能量管理系统EMS(energy management system)导出，配网图形从配电自动化系统DAS(distribution automation system)导出。上述两种图形皆以公共信息模型CIM(common information model)及可缩放矢量图形SVG(scalable vector graphics)文件作为数据载体，包括电网连接的各种数据，并将其导入第三方专业电力图形平台进行数据整合与图形对接。图形对接主要通过相应的模型拆分与合并模块完成。模型拆分根据既定的规则和模型拓扑关系及层次逻辑关系，从CIM文件取出对应电网SVG中的运行、拓扑及量测数据，并通过CIM文件解析、图模型调度的边界拆分及拼接等手段形成一个一体化的全网模型。图2为实现主配网图形平台对接技术的软件逻辑流程[6，7]。

图2 主配网图形对接流程

2.3 主网配网图形一体化实现的技术要点

1)网络拓扑一体化建模功能

主、配网图形统一在专业电力图形平台整合，该图形平台设计完全针对电力工作人员需求，图形编辑平台融合主流画图软件Visio及AutoCAD作图软件的功能，支持超大图形绘制及建模管理，单图绘制元件大于10万个，性能优越，运行稳定。

在上述主配网一体化平台上，实现基于主配网图形的操作管理，支持各种挂牌(警示牌，给调度员及现场工作人员提醒)，如保电牌、检修牌、缺陷牌等操作；支持线路的运行状态显示；可追溯以往历史时刻电网断面，并在上面进行相关的分析研究；可进行运行方式状态断面比对，并将比对结果以图表两种方式直观展示。

2)图库一体化

支持电网图形改图管理功能，每种设备单独入库，具有独立的物理属性以及与其他设备建立拓扑连接关系；支持多人同时改图操作，分别发布而互不影响，支持改图前后的图形对比，图表结合，直观了解改图内容。

3)数据传输一体化

主配网图形在统一平台整合显示，设备作为图形的组合元件。设备的调度监控合一，信息规范分层分流。对设备的遥测、遥信、遥控、遥调和遥视数据统一显示。系统基于WEB控件技术构建，可在网络上进行发布浏览，满足调度通信中心各部门人员的浏览需求。实现设备的电源追溯、供电范围分析、连通性分析，并能在图形上以可视化形式展示。

4)五防一体化

五防是指防止带负荷拉合隔离开关、防止误分合断路器、防止带电挂接地线、防止带地线拉合断路器、防止误入带电间隔。

系统自动处理主、配网五防规则，通过每个设备的真实物理属性实现调度操作的基于图形的模拟预演，并进行操作安全校验，有效防止误操作、误调度事件发生；与保电管理、设备缺陷管理、重要用户管理模块相结合，实现设备的失电操作提示、设备缺陷提醒；实现电网的实时运行管理和模拟运行两种方式，协助调度员进行日常调度及运行方式的运行模拟预演。

3 系统功能实现

系统由电网图形平台和运行方式实时监控与管理、调度日常管理、操作模拟和安全校核、运行方式辅助分析五类应用组成[5]，如图3所示。

图3 主配网图形平台功能架构

3.1 一体化图形管理

电网图形平台允许主网图形和配网图形分开维护，主网运行人员能够维护主网接线图、配网运行人员能够维护配网系统图、单线图、断路器站图等各类专题图，通过主配网图形对接，主配网连成一体电网，配网不用再设置单独的电源点。图形平台作为基础平台，为运行方式实时监控与管理、调度日常管理、操作模拟和安全校核以及运行方式辅助分析四类应用提供网络拓扑结构等基础数据支持。

3.2 运行方式实时监控与管理

电网图形系统与监控系统进行对接，能够实时显示电网运行数据。主配网统一运行，主网运行人员主要监控的是主网系统运行工况，需要的话，能够快速切调到其下配网，查看其变电站和线路的运行工况。运行方式管理可以实现电网正常方式和异常方式的日常管理；可以对任意两个方式断面的运行工况进行分析对比；可以依据方式变更单，进行电网断面运行工况的保存，以备随时调用分析。

3.3 调度日常管理功能

设备管理：基于图形对配网设备台账(电力公司设备资产状况，指拥有的各种类型的设备拥有量、分布情况以及变动情况)管理和设备参数进行维护、查询及统计等操作，实现电网设备参数的图形化操作和管理。

流程化信息管理：包括保电管理、设备缺陷管理、设备检修管理、地线管理、重要用户管理等。

3.4 操作模拟和安全校核功能

(1)电网模拟操作可实现全网联动模拟。地调可模拟断路器操作所引起的电网闭环；模拟解环操作及各种误调度误操作的风险；模拟系统主网、配网进行相应操作的闭锁及警示。上述操作模拟可与重要用户保电管理(设定重要用户不能断电)及设备缺陷管理结合，实现设备失电的操作提示。

(2)逻辑闭锁模块对电网复杂运行方式和无电气关联的二次保护装置进行危险点提示和校验，进一步丰富了安全校核预防误操作的内容。

(3)系统支持潮流计算，通过图形平台提供电网拓扑结构、元件参数、发电和负荷等运行参数，确定电网各部分的稳态运行状态参数，为电网的操作模拟提供支持。

3.5 运行方式辅助分析功能

供电电源分析：追踪、分析线路上任意一点的当前在供电源及可供电电源。

供电范围分析：对线路的供电范围进行分析，并将分析结果高亮显示，便于查看和分析。

潮流流向显示：动态显示潮流流向。

线路连通性分析：从线路上任意一点出发，双向追踪分析该段线路的网络拓扑连接状况。

4 成果与效益

电网图形记录了发电、变电、输电、用电等一次设备以及二次保护设备连接关系，设备状态以及设备参数等大量电网信息，所以维护电网图形的工作很重要。随着电网规模扩大，管理的设备越来越多，运行工作人员维护图形的工作量不断增长，而主配网图形平台的建设提供电网图形一体维护的功能，减少图形维护工作量。而主配网图形对接实现全网运行方式实时监控，全网设备调度日常管理，全网设备操作模拟和安全校核以及全网运行方式辅助分析，解决了以往主配网管理相互独立的弊端，实现了主配网调控一体化管理。

1)减轻图形维护工作量

实现了主网配网图形在一套系统中维护，避免图形的重复绘制，同时提供了多种图形维护工具，满足各技术部门对图形维护的需求；图形平台与实时系统的对接功能，也减少了电网运行方式确定的工作量。

2)实现了主配网调控一体运行平台

主配网一体化运行平台的建设，集中整合了主网、配网图形，使两者成为真正意义上具有拓扑连接的统一整体，实现了数据共享、计算校核、安全防误及操作一体化；运行方式辅助分析一体化，为主配网调控一体化搭建了有效的运行平台。

3)提高了安全运行水平

实现了调度监控合一，信息规范分层分流；对设备遥测、遥信、遥控、遥调和遥视进行远方程序化操作；遥控操作的全程安全保障、风险预控及快速的事故分析处置功能，避免盲目调度状况的发生。通过上述功能全面掌握电网实时运行状态，提高对电网安全稳定运行的可控程度。

5 结论

为适应国家电网公司对电网运行管理主配网调控一体化建设的要求，介绍的主配网调控一体化平台的功能及实现方案。该平台的研发有助于提升电网的科学调度、优化系统的配置资源，提高了电网的调度信息化、自动化及互动化水平，推进电网调度支持系统的标准化建设。主配网调控一体化平台的建设完善了电网图形的一体化管理，提高了图形维护水平，调度监控合一的管理模式有助于调度人员及时掌握现场真实情况，提高电网的安全运行水平。

[1] 张文亮，刘壮志，王明俊，等(Zhang Wenliang，Liu Zhuangzhi，Wang Mingjun，etal).智能电网的研究进展及发展趋势(Research status and development trend of smart gird)[J].电网技术(Power System Technology)，2009,33(13)：1-11.

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[3] 徐丙垠，李天友，薛永端(Xu Bingyin,Li Tianyou,Xue Yongduan).智能配电网与配电自动化(Smart distribution gird and distribution automation)[J]．电力系统自动化(Automation of Electric Power Systems)，2009,33(17)：38-41,55.

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汪 磊(1980-)，男，工程师，本科，主要从事电网调度运行、调度自动化、电力市场等方面研究工作。Email:xygdgsdds@sina.com

魏丽芳(1968-)，女，高级工程师，硕士，主要从事电力系统运行管理等方面研究工作。Email:xygdgsdds@sina.com

王克谦(1974-)，男，高级工程师，本科，主要从事电力系统运行、电网稳定管理等方面研究工作。Email:xygdgsdds@sina.com

DesignofGraphicsPlatformforSchedulingandControlIntegrationofMainandDistributionNetwork

WANG Lei， WEI Li-fang， WANG Ke-qian， HUANG Zhi-yong

(Henan Xinyang Power Supply Company Dispatch Center， Xinyang 464000， China)

For the integrated scheduling-control construction of main and distribution network in the operation and management of power grid, the paper has proposed a designing scheme of integrated operation- management graphics platform. Common information model and scalable vector graphics format are used to complete docking between main network graphic and distribution network graphic of power gird, and then to import them to the same graphic platform. By using the technology of integrated modeling of power gird topology, graph-database integration, data transmission integration and misoperation-proof lockout integration, the platform implements the function including integrated graph management，operation mode real-time monitoring and management, dispatching daily management, security correction based on operation simulations and operation mode aid-analysis. Therefore, the previous drawbacks of mutual independence in the management of main and distribution networks can be resolved, which will provide the guarantee for the integration management of main and distribution network.

integrated scheduling-control of operation and management of power grid； integrated modeling of power gird topology； graph-database integration； data transmission integration； misoperation-proof lockout integration

TM734； TP319

A

1003-8930(2012)01-0142-05

2011-05-06；

2011-10-12