地区智能电网调配自动化贯通模式

张锋明, 付俊强, 李孝蕾,孙珂, 张心心, 金红华

(1. 国网浙江省电力公司绍兴供电公司，浙江 绍兴 312000；2. 杭州沃瑞电力科技有限公司，浙江 杭州 310012；3.国网浙江省电力公司，浙江 杭州 310007)



地区智能电网调配自动化贯通模式

张锋明1, 付俊强2, 李孝蕾1,孙珂3, 张心心1, 金红华1

(1. 国网浙江省电力公司绍兴供电公司，浙江 绍兴 312000；2. 杭州沃瑞电力科技有限公司，浙江 杭州 310012；3.国网浙江省电力公司，浙江 杭州 310007)

摘要：针对配电自动化系统无法对配电网进行完整分析与控制，以及配电自动化系统与调度自动化系统之间无法有效实现运行业务的协调配合等问题，对调配自动化贯通业务需求进行总结，从经济性、安全性2个方面对各种贯通模式进行分析和比较，提出适合于中国调配自动化贯通的消息转发模式双总线架构，并介绍了模型校验、“五防”控制、安全白名单校验等关键技术。实际应用验证了基于消息转发模式的双总线架构是可行和有效的。关键词：配电自动化；调度自动化；调配自动化贯通；模型拼接校验；“五防”校验；白名单

1调配自动化贯通存在的问题

随着新一代智能电网技术支持系统向地、市供电公司延伸以及配电自动化系统的深入应用，地区智能电网建设逐渐出现了一些新问题，具体表现为：

a)调配自动化贯通模式选择问题。配电自动化建设阶段侧重于10 kV配电线路的故障诊断、隔离与恢复，忽视了与上级电网信息的互联互通；对于调度自动化系统与配电自动化系统边界的电网资源管理不足，单靠配电自动化系统本身无法全面、有效地对配电网进行管控，不得不依赖调度自动化系统协同完成配电网调度管理工作，跨越2套系统进行配电网管理，给配电网调度、监控、运行方式等专业的日常操作带来很多不便；由于调度自动化系统与配电自动化系统分离，数据资源、计算能力、服务能力无法在2套系统之间充分共享，数据一致性、完整性无法有效保障，一些基于全网资源的高级计算和分析工作无法有效展开，制约了配电自动化应用水平的提升及实用化程度的提高。

b)调配自动化贯通涉及诸多的技术问题，如通信、跨系统模型校验等，在调配自动化贯通过程中，如何结合各地实际情况选择合适的技术路线，直接影响到贯通的效果，也是在贯通前亟待解决的问题。

c)10 kV出线断路器的安全控制问题。目前，对于10 kV出线断路器的控制，其安全性由调度自动化系统独立保障，当由配电自动化系统接管时，需要考虑安全性和可靠性的问题。配电自动化系统的加入，使得控制指令的传输链条发生变化，控制指令传输节点增多，原来的调度工作站→调度主站→前置→变电站自动化设备的安全保障机制需要作相应的调整，而且还要考虑到配电自动化指令的发送不能影响调度自动化系统的可靠运行，需要做好安全控制工作。

针对上述问题，本文从经济性与安全性2个维度，首先对调配贯通业务进行总结；然后对调配贯通的3种模式进行分析，提出一种双总线的调配贯通架构，并结合工程实际，设计贯通功能架构与融合方案；最后简要介绍涉及调配自动化安全控制的关键技术，并给出部署实例。

2贯通需求

从业务角度来看，调配自动化贯通涉及的内容较多，总体来说主要包括数据、模型、图形、服务和流程5个方面。

2.1数据

从类型上可将数据分为电网运行数据、电网故障信号、设备监控数据3大类。电网运行数据主要以满足电网调度指挥与电网运行分析需求为主，包括调度挂牌、摘牌信息。电网故障信号是电力调度值班员判断电网故障及分析处理的依据，反映站内断路器或继电保护动作的结果，它包括全站事故总信号、间隔事故号、继电保护动作信号、开关机构跳闸信号、重合闸动作信号和稳定控制装置动作信号。设备监控数据是调控中心监控值班员遥控、遥调操作和设备运行状态信号，其中设备运行状态信号按间隔反映一、二次设备及回路异常告警，以及站内交、直流电源异常告警。

调配自动化贯通时，需要采用恰当的技术路线，确保不同类型的数据都能在调度自动化系统与配电自动化系统之间无缝流转。配电自动化系统需要从调度自动化系统获取有关的电网运行数据、电网故障信号和设备监控数据，特别是与10 kV出线断路器有关的运行状态信号与告警信号。

2.2模型

模型是调配自动化贯通的基础，遵循IEC 61970[1]和IEC 61968[2]的公共模型是调配自动化贯通的基础。配电自动化系统需要获取10 kV出线断路器模型，通过一定的规则与配电自动化系统中的10 kV馈线拼接，并采用相应的校验技术，及时发现拼接错误，保障模型的准确性。图1为模型拼接示意图。

2.3图形

采用人工方式从调度自动化系统导入图形，容易造成图形、数据、模型不一致，也存在调度自动化系统与配电自动化系统图元格式不一致的问题。采用自动方式从调度自动化系统导入图形，使得图形与模型始终保持一致。

2.4服务

调度自动化系统提供了计算及校验服务，利用配电自动化系统进行辅助决策时，有时需要利用调度自动化系统提供的服务，满足计算与校验需要。如利用调度自动化系统提供的“五防”(防止带负荷分、合隔离开关，防止误分、误合断路器、负荷开关、接触器，防止在带电时误合接地开关，防止带地线送电，防止误入带电室)校核服务，对调度指令进行安全性校验。

2.5流程

为了避免调度自动化系统与配电自动化系统操作不一致，需要保持流程的统一性和一致性。例如，当配电自动化系统在某条馈线上进行挂牌操作时，调度自动化系统应同步反映此挂牌信息；同理，当调度自动化系统在某条10 kV母线上进行检修时，其挂牌信息应能够反映到配电自动化系统中。

3贯通模式

调配电自动化贯通主要有3种模式：独立通道直采、前置机转发和消息转发。独立通道直采模式是指在配电自动化系统与110 kV变电站之间建立独立的采集通道，采用独立的前置机采集10 kV出线断路器的量测数据，并上传到配电自动化系统主站中。前置机转发模式不需要独立建立采集通道与前置机，而是利用现有的采集通道与前置机，由调度自动化系统的前置机转发采集数据至配电自动化系统前置机，转发采用IEC 101、IEC 102、IEC 103、IEC 104规约(以下简称“101/104规约”)，配电自动化系统前置机收到101/104规约报文后进行解析，把解析后的数据发送至配电自动化系统主站。消息转发模式与前置机转发模式类似，不同之处是由调度自动化系统前置机转发处理过的“熟数据”至配电自动化系统。

3.1独立通道直采模式

独立通道直采模式在数据采集环节就把配电自动化系统与调度自动化系统严格分离开来，分别从各自的通道获取量测数据，相互之间的依赖性低，任何一套系统的故障均不会影响别的系统。

独立通道直采模式需要对110 kV变电站综合自动化系统进行必要的配置，如增加110 kV变电站综合自动化系统至配电自动化前置机的通道，如果110 kV变电站综合自动化系统的远动机不支持多通道配置，则需对远动机升级；另外，还需要在前置机中手工录入量测点号，录入与审核工作量大，现场调试与测试周期长，稍有不慎会对现有的调度自动化系统造成冲击，安全隐患比较大。

配电自动化系统涉及对110 kV变电站10 kV出线断路器的控制，为防止出现误操作，必须进行“五防”校验。由于“五防”校验涉及主变压器以及全网拓扑[3]，配电自动化系统无法独立完成，如果缺少基于全网拓扑的系统级“五防”校验，单纯依赖变电站内的微机“五防”系统，当变电站内微机“五防”系统失效或故障时，误操作的风险就比较大。

3.2前置机转发模式

前置机转发模式的本质是利用调度自动化系统的前置机，把各个变电站采集上来的数据通过101/104规约直接转发至配电自动化系统的前置机，配电自动化系统前置机在接收到101/104规约报文时，启动解析程序，规约解析后上送到配电自动化系统主站。前置机转发模式要求配电自动化系统前置机支持101/104规约，必要时还需要支持IEC 61850规约[4]。

前置机转发模式不需要额外添加硬件资源，也不需要对变电站综合自动化系统进行重新配置，只需在调度自动化系统前置机增加规约转发即可。与独立通道直采模式相比，前置机转发模式投入成本少，周期短。在工程实施中，由于现有的调度自动化系统常采用双前置的模式，在调试与测试时对调度自动化系统的冲击相对较小。但前置机转发模式仍存在很多不足，如对规约的转发会加重前置服务器负担，会造成数据延时，有时还需一定的人工维护。

在安全控制方面，前置机转发模式与独立通道直采模式相似，未能有效解决配电自动化系统的“五防”校验问题。

3.3消息转发模式

在物理结构上，消息转发模式与前置机转发模式类似，也是直接利用调度自动化系统的前置机资源，不同之处在于前置机转发模式由调度自动化系统前置机向配电自动化系统前置机发送基于101/104规约的“生数据”，而消息转发模式是由调度自动化系统前置机通过消息方式向配电自动化主站直接发送解析后的“熟数据”。与前置机转发模式相比，通过消息转发模式建立的配电自动化系统与调度自动化系统耦合程度更高，数据传输速度更快。

消息转发模式本质上是把配电自动化系统主站视为调度自动化系统主站的备机，把解析后的变电站量测数据与保护动作数据直接送到配电自动化主站。消息转发模式要求配电自动化系统能够充分理解调度自动化系统的消息规范，实时解析消息总线发送来的“消息”，并且能够按照调度自动化的规范来封装“消息”。

由于调度自动化系统本身具有严密的“五防”校验规则，因此可以借用调度自动化平台本身提供的“五防”服务来解决配电自动化系统控制指令的安全性校核问题。

消息转发模式能够有效地利用现有调度自动化系统的软硬件资源，节省了大量的投资，不仅具有前置机转发模式的优势，而且能够有效地解决前置机转发模式与独立通道直采模式所无法解决的系统级“五防”校验问题。消息转发模式数据传输速度更快，开发与调试周期短，投入成本相对较低，安全性相对较高。

3.43种模式的比较

独立通道采集模式结构比较简单，控制边界清晰，配电自动化系统与调度自动化系统之间互不影响，2套系统耦合度低。但该模式开发与调试周期长，总投资较大，但安全问题比较突出。

前置机转发模式结构较复杂，但能够部分利用调度自动化系统的通道资源。与独立通道直采模式相比，硬件投入成本低，开发与测试周期较低，2套系统耦合度高，安全问题仍然比较突出。

消息转发模式结构最复杂，但能够充分利用调度自动化系统的通道、前置机及其他资源。与前两种模式相比，2套系统的耦合度最高，总体投入低，开发与测试周期短，且安全问题得到有效解决。

4消息转发模式的关键技术

4.1双总线贯通架构

消息总线为进程间的快速信息传输提供支持，应具有消息的注册、撤销、发送、接收、订阅等功能，支持基于用户数据报文协议(user datagram protocol，UDP)、传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP)2种实现方式，具有组播、广播和点到点传输形式，适应一对多、一对一的信息交换场合。

服务总线能够屏蔽实现数据交换所需的底层通信技术和应用处理的具体逻辑，提供服务的注册、发布、请求、订阅、确认、响应等信息交互机制，同时提供服务描述、服务代理和服务管理的功能，以满足应用功能和数据在广域范围的使用和共享，支持请求/应答及订阅/发布2种方式。

设计时可充分利用调度自动化系统消息总线的快速传递机制，当前置机接收到10 kV量测与保护数据时，直接把数据封装成消息，调用消息总线把消息发送出去。配电自动化系统主站接收到消息之后，对消息进行解析，从而获得相应的数据，这样就可以把10 kV出线断路器的遥测数据、断路器变位信号、事故与告警信号、控制指令等实时数据和事件快速地从前置机传递到配电自动化系统主站。

利用服务总线的传递机制，可以实现对模型、图形与流程数据的传递以及计算服务的调用，可将IEC 61970的CIM/E和CIM/G标准文件作为传输介质进行传递[5-9]，通过生成、解析CIM/E和CIM/G文件来完成调配自动化贯通。

4.2模型校核技术

调度自动化系统与配电自动化系统分别对不同电压等级的电网进行管理，采用统一的、基于IEC 61970/61968标准的电网模型是调配自动化模型拼接的前提。当配电自动化系统通过服务总线接收主网模型时，根据调度命名规则，采用资源标识符加设备命名的方式来匹配10 kV出线断路器，资源标识符通常以主网模型为准，在主网模型中，10 kV出线断路器表现为负荷，在拼接时需要进行等值替换。

为了保障模型的正确性与完整性，必须对模型进行校验。校验通常分为2个层面，一是模型本身的校验，包括拓扑完整性校验、模型是否重复等工作，这种校验通常由模型发送端(如调度自动化系统)进行；二是量测不平衡度校验，通过多量测断面联合参数辨识，把模型、量测综合起来进行校验，从而识别拼接过程中存在的连接关系错误。

4.3安全控制技术

4.3.1“五防”校验技术

为了防止出现误操作事故，在发送遥控命令之前，必须进行“五防”校验。目前，对于变电站微机“五防”系统，是通过维护人员定义设备间的操作闭锁关系来实现校验的；而对于端站之间以及一些特殊情况，则无法实现“五防”校验。

调度自动化系统具有完备的“五防”校验技术，而配电自动化系统并不需要监控110 kV主变压器等设备，因此对10 kV出线断路器防误操作的校核存在障碍。解决办法是在配电自动化系统主站发送遥控命令之前，通过调度自动化系统服务总线调用调度自动化系统所提供的“五防”服务，获取“五防”校验结果，从而得出该遥控指令能否下发的判断。4.3.2白名单安全校验技术

为了保障控制的安全性，在10 kV出线断路器控制方面引入白名单安全校验技术。白名单是通过规则设置的一个控制列表，如果接收到的指令在控制列表中，则通过校验。为了保障遥控指令所对应的控制设备确实就是应控制的设备，在前置机设置一个允许通过的控制列表，任何一个控制指令所包含的控制设备必须在控制列表中，才能把控制指令下送到变电站所对应的设备。

白名单安全校验共有厂站标识(identification，ID)、厂站名称、控制设备ID、控制设备名称、遥控点号、是否校验、校验人、校验时间8个关键属性。判断一项遥控命令能否通过白名单由“是否校核”属性来确定。如果白名单中某控制设备已经通过校核，则当校验相应设备的控制指令时，允许通过；如果没有校核则不予通过。白名单安全校验技术将每一条指令与校核人结合起来，如果一个遥控点号没有通过校核人的校核，则该控制指令就存在误操作风险；如果一个遥控点号通过了校核人的校核，则意味着该设备错控的可能性大大降低。

5调配自动化系统贯通架构设计

5.1部署架构

以浙江省绍兴电网调配业务需求为出发点，以新一代的智能电网调度自动化技术支持系统(D5000平台)与配电自动化系统主站(OPEN3200系统)为基础，按照安全防护要求，设计了基于消息转发模式的双总线调配自动化贯通硬件架构，如图2所示。

D5000平台与OPEN3200系统均部署在安全Ⅰ区，2套系统分别处于不同的网段，2个网段之间设置防火墙，确保可信数据的有效传递。

系统核心为D5000平台的总线服务器(含消息总线与服务总线)与前置机，通过前置机采集110 kV变电站量测与保护数据，并把解析后的消息数据通过防火墙送到接口服务器，接口服务器处理后把图形、模型、量测数据送往配电自动化系统主站端。配电自动化系统主站通过接口服务器、防火墙把控制指令、业务流程信息送至D5000平台，完成信息的双向传送与集成。

5.2功能架构

调配自动化系统贯通的功能架构如图3所示。

为了满足调配自动化贯通业务的需求，需要在D5000平台和OPEN3200系统的基础上设计相应的功能。可在配电自动化系统端加强10 kV出线断路器的显示、监控和管理工作，如在配电自动化系统中对10 kV出线挂牌时，调度自动化系统应同步显示，使得同一个标识对象具有相同的生命周期；可在调度自动化系统主站端加强对配电网负荷转供工作的专业管理。

6结论

本文立足于调配自动化贯通的业务需求，从经济性和安全性的角度对3种贯通模式进行分析，提出了基于消息转发模式的双总线贯通架构，并对贯通过程中存着的模型校核、白名单安全控制等关键技术进行研究。以浙江省绍兴电网为例，设计了满足调配自动化贯通的部署架构与功能架构，解决了贯通模式选择和10 kV出线断路器安全控制问题，满足了主网和配电网调度过程中业务协同配合的需要，提升了配电网的调度能力。

参考文献：

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张锋明(1977)，男，浙江绍兴人。高级工程师，工学硕士，从事电力系统调度自动化技术管理工作。

付俊强(1973)，男，河南柘城人。高级工程师，工学学士，从事电力系统分析工作与信息集成工作。

李孝蕾(1982)，男，浙江绍兴人。工程师，工学学士，从事电力系统调度自动化工作。

(编辑李丽娟)

Dispatching and Distribution Automation Integrations Patterns of Regional Smart Grids

ZHANG Fengming1, FU Junqiang2, LI Xiaolei1, SUN Ke3, ZHANG Xinxin1, JIN Honghua1

(1.Shaoxing Power Supply Company of State Grid Zhejiang Electric Power Company, Shaoxing, Zhejiang 312000, China; 2. Hangzhou WR Power Science and Technology Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang 310012, China; 3. State Grid Zhejiang Electric Power Company, Hangzhou, Zhejiang 310007, China)

Abstract：Currently, the power distribution automation system could neither completely analyze and control the power distribution network, nor effectively coordinate with the dispatching automation systems on operation business. In allusion to these two problems, this paper summarizes the demands of dispatching and distribution automation integrations. In two aspects of economy and security, it analyzes and compares various integration patterns, proposes dual bus architecture for message forwarding mode suitable for integrated penetration of Chinese dispatching and distribution automation integrations. Furthermore, it introduces crucialtechnologies such as model verifications, five-precautions, security white list verificaiton, and so on. Practical application verifies feasibility and validity of the dual bus architecture based on message forwarding model. Key words： power distribution automation; dispatching automation; integrated penetrationof dispatching and distribution automation; model splicing check; five-prevention check; white list

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.04.022

收稿日期：2015-10-13修回日期：2015-12-22

中图分类号：TM734；TM764

文献标志码：B

文章编号：1007-290X(2016)04-0122-06

作者简介：