新一代配电网自动化及管理系统的设计和实现

陈明旭　付小平　郎晟

摘要：配电网管理系统是实现配电网真正自动化运行的关键部分，也是提高配电网可靠性的重要手段之一。因此，文章从配电网自动化及管理系统出发，通过分配电网管理系统应用当中出现的问题，总结了配电网管理系统的设计与实现方法，以供参考。

关键词：配电网；自动化；管理系统；DMS；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM73 文章编号：1009-2374（2017）02-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.018

随着经济的发展，对于配网自动化的要求越来越高，电力系统现代化发展中，配网自动化是必然的趋势，因此有必要对新一代配电网自动化及管理系统的设计和实现进行探讨。

1 配电网自动化及管理系统概述

智能电网的建设需要配电网作为基础，相比国际上的发达国家，国内配电网无疑是落后的，原因包括两个因素：一是时间因素，国内起步相对较晚；二是经济因素，国家投入很多，但投资更多落到各级电网的主网上。就配网自动化而言，我国起步晚，尚处于初级阶段，而国外发达国家不但起步早，且电网的发展围绕配网自动化这一重心展开。如欧洲电网，目前围绕分布式电源—微网—主动配网展开，其中配网自动化就是基础和前提，而这也是智能电网的又一个基本要素。

1.1 配网自动化

配网自动化就是利用现代电子技术、计算机与网络技术、通讯技术及电力设备有机结合，实现配电网正常运行及故障情况下的检查、保护、控制、计量和供电部门的工作管理，其目的在于为用户提供稳定、可靠的供电，减少停电时间和范围，提高配电网的经济性、管理水平和工作效率，进而改善服务水平。

1.2 配网管理系统

配网管理系统（Distribution Management System，简称DMS），是指通过把从变配电到用电过程的监视、控制和管理的綜合自动化系统，其目标在于实现对配电网的全面自动化管理。其架构如图1所示，整套系统涵盖生产管理、用电管理、配电网管理、调度管理、WEB查询五个子系统。

配电网SCADA系统，由RTU服务器（前置机服务器）、SCADA服务器、MMI（调度工作站）、报表工作站、DA服务器、GIS服务器等组成，基于NAP（因特网路由选择层次体系中的通信交换点）。RTU服务器的其中一台主前置服务器出现故障，另外一台服务器将自动成为主前置服务器。SCADA服务器的运行原理同RTU服务器一致，可以说配电网SCADA系统是整个配电网自动化的数据中心。

2 DMS存在的主要问题

2.1 DA+SCADA的局限

从图2可知，DA+SCADA是DMS功能当中的一部分，DA主要实现配电网故障自动化处理，也就是自动隔离配电线路当中的故障段，同时使非故障段恢复供电，减少停电时间。作为DMS系统当中的一个基本功能，由于资金方面的问题，DA的覆盖面比较窄。事实上，也DA的功能大部分只涵盖日常调度工作当中的部分内容，投入产出比不够明显。

在我国的北京、上海、天津等相对发达的地区，用户平均停电时间相对较短，基本能够达到美国、德国这样的程度，但同日本相比差距十分明显。但从全国来看，差距明显。从这里就可看出，我国配电网自动化在DA方面的覆盖面狭窄，互供能力差，最直观的感受就是停电时间长。

2.2 GIS瓶颈

我国幅员辽阔，相应的配电网规模大而分散、复杂，运行方式变化大，这种情形下，单纯依靠工程师的经验来进行管理，显然是不科学的。GIS（地理信息系统）可以为配电网的管理提供具备地理信息的模型，进而有效管理配电网的相关资产、设计、规划、施工及检修等。在这方面，国内进行了积极的探索，但就性能来说，不是很理想，且发展不平衡，可供参考的实用案例较少，且更多以图纸资料管理为主，这是GIS与SCADA之间信息交互不畅而产生的瓶颈。

2.3 信息孤岛

从图1中可知，DMS涵盖了配电网生产、调度、运行、及服务的全过程，也就是说，DMS系统涵盖了供给侧与需求侧的所有信息，这些信息就目前的实际来看，基本由不同部门的子系统保存。比如说用电侧的实时信息由数据采集与监控系统收集并储存，设备信息由GIS系统收集并储存，用户信息则由CIS（客户信息系统）收集储存，而这三个子系统又分属于不同的部门，这在客观上形成了信息孤岛。这也是顶层系统不完善的必然结果，就目前来看，配网自动化的主站系统有着较高的技术壁垒，国网系的主站供应商（开发商）占据着比较明显的垄断优势，但事实上供应商较少是一个不争的事实，这就导致了实现各种功能的子站产品陆续推出，却没有一家的产品能够集成GIS、SCADA、CIS、MIS（信息管理系统），其根源在于缺乏统一的标准，各家的产品兼容性不足，无法顺利实现信息的交互共享，可以说打破信息孤岛还要走很长的一段路。

3 DMS的设计与实现

基于对上述问题、配电网自动化及DMS系统的分析，新一代DMS系统的设计应以覆盖全网设备为基础，以利用信息资源为手段，以生产指挥及调度为主体，提高管理水平为目标作为设计原则。

3.1 DMS系统结构设计

从上文对DMS系统的分析来看，这一系统并不仅仅是一个信息管理系统，而是一个安全可靠，能够实现应用并执行各种高级服务的开放式平台，通过应用程序接口API，封装底层通信及数据库访问控制权限等功能，这样才能在平台上应用满足各种需求的应用程序。

3.2 DMS的实现

3.2.1 网络管理子系统。CORBA技术能够兼容各种网络设备，网络管理子系统工作时，先与每台设备上构筑信息通道，保证数据的传输，上层软件通过该系统实现信息的交互，并通过该系统实现NAP功能。同时在该系统配置标准应用程序接口，实现用户自定义程序与上层软件的信息交互。这就使网络管理子系统成为数据中转站，承担网络通信任务，可方便实现模块化组件的接入。

3.2.2 分布式实时数据库。根据上文的分析，SCADA主站集成RTU服务器、SCADA服务、MMI、DA服务器、报表工作站、GIS服务器等。可以说SCADA是一个数据收集处理中心，而DMS系统对于数据的实时性要求较高，专业化程度高，DRTIDBS（分布式实时数据库）可满足DMS的实时性要求。同时DMS系统还需要储存一些历史数据，那么可以采用商业数据库对这些历史数据进行保存。通过在网络管理子系统与各应用子系统之间建立RTDB，并由分布式实时数据管理系统形成DMS的一个数据处理子系统，这就是顶层设计当中的数据中心。

3.2.3 C++Wrapper。C++Wrapper可使DMS系统具备移植性，便于移植到计算机平台或网络平台上，在DMS及OS间添加C++Wrapper，使操作系统之间的差异被隐藏。C++Wrapper具备进程管理、线程调度、网络通信、内存管理等逻辑结构，与java虚拟机不同，C++Wrapper可嵌入在DMS

平台中，可有效提高DMS的运行效率，不过还是有一定的缺陷。就是在移植到新系统时，需要重新编译整个系统。

3.2.4 应用系统。新一代DMS的特色就在于高级应用子系统的实现，比如图形子系统、Web子系统、报表子系统、负荷预测、配电潮流等，此处就前三者进行阐述。

首先，图形子系统，该系统是SCADA的关键部分，以直观方式呈现当地電网运行状况，同时也是实现供给侧与需求侧交互的主要应用界面，该系统应实时显示电力元器件的运行状况、以曲线的形式呈现电力系统当中的参数变化。采用Document/View设计概念，分离应用数据及图形显示，此时只需实现不同数据类的处理，就可生成各种需求的图形子系统。并将应用数据当作服务器，以Java Applet改造图形显示，通过CORBA远程调用或直接通信，就能实现Web的图形子系统，实现远程管理。

其次，报表子系统，DMS提供一套与Excel相似的制表工具，根据DMS的特点，将表格与图形有机结合，图文并茂，并能够通过人工置数，在数据库永久保存，报表格式一致，提高在不同设备上的兼容性。

最后，Web子系统，这是新一代DMS系统的标志，因此需要实现具备强大Web浏览功能的浏览器，用户可使用该Web浏览器，实现本地或异地的数据修改与查阅，可查阅内容包括遥测值、计算值、计划值、变损、线损、日志、不平衡率、表计参数等，显示方式包括表格或曲线以不同的颜色区分不同的状态。Web服务以组件技术形式建立EIB组件模型，包括数据修改、数据查询、数据库连接等组件，这种方式能使配电管理系统具备较好的兼容性。

3.3 无缝集成DMS与GIS

解决问题的关键就是实现GIS与SCADA系统的互联，使实时数据在地理信息图当中现实，并且为GIS的分析提供数据，某供电局配网GIS与SCADA实时数据同步，这种配网GIS本身可支持SCADA的实时数据显示。但是配网GIS在该供电局自动化办公网段上运行，而SCADA在另一网段上运行，要实现在GIS系统上显示SCADA的数据，可利用WebSRV也就是双网卡设置两个网段的IP地址。用这种设备当作SCADA拘束的转发服务器，利用GISSRV作为接受服务器，通过转发程序实现两个网段的实时数据同步。

4 结语

对于配电网自动化来说，DMS系统是不可或缺的组成部分，可使电网实现真正意义上的可靠运行，改善配电质量，促进服务水平的提高。因此，新一代DMS系统应从标准、管理、技术等多个方面考虑，以SCADA为基础，建立分布式实时数据库，通过合适手段实现GIS与DMS的无缝集成，并以通畅的信息交互方式，实现信息的共享。

参考文献

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（责任编辑：黄银芳）