新一代配电网自动化及管理系统的设计和实现

2017-09-08宁波甬城配电网建设有限公司黄逍遥

电器工业 2017年8期

／宁波甬城配电网建设有限公司黄逍遥／

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随着我国经济的发展，社会的电力需求量日益增加，对配电网自动化提出了更高的要求。配电网自动化是电力系统发展的大势所趋。配电网管理系统是电力系统的重要组成部分，对于配电网实现自动化运行具有至关重要的作用和意义。本文浅析了配电网自动化及其管理系统，对配电网管理系统中存在的问题进行了分析，探讨了配电网管理系统的设计与实现方法，以期为我国配电网自动化及其管理系统的发展提供借鉴。

配电网；自动化；管理系统；设计

0 引言

配电网自动化及其管理系统作为配电网的重要组成部分，对于配电系统的正常运行具有至关重要的作用，能实现供电可靠性的有效提高和电能质量的显著改善。然而，由于受多种因素的影响，诸如管理体制以及技术实现等问题，虽然我国对配电网自动化及其管理系统的资金投入较大，但是并没有取得理想的实际效果。

1 配网自动化及其管理系统

1.1 配网自动化概述

所谓配网自动化，就是指将电力设备与多种先进技术，诸如计算机网络技术、通讯技术、现代电子技术等相结合，增强配电网运行的可靠性，实现对配网故障的及时检查与有效控制，实现对配网管理的加强，实现电力系统供电可靠性和稳定性的增强，避免停电事故，实现配电网工作效率和管理水平的有效提高，实现配电网服务水平的显著改善[1]。

1.2 配网管理系统

配电网管理系统是一种综合自动化系统，能加强对配网运行过程的有效监视，提高对配网运行的管理水平。配网管理系统，要实现自动化地管理配电网。配电网管理系统主要由以下几个部分组成：配网的生产管理系统、配网用电的管理系统、配网管理系统、配网调度管理系统以及配网Web查询系统。配电网自动化数据中心是配电网SCADA系统。配电网SCADA系统主要由以下部件构成：前置机服务器、调度工作站、报表工作站、GIS服务器等[2]。

2 配网管理系统问题

2.1 DA+SCADA存在局限性

SCADA系统就是数据采集与监视控制系统。DA能实现对配网中故障的自动处理。对于配电线路出现故障的路段，DA会将之隔离，并在同时间实现对没有故障的路段的供电恢复，实现对停电时间的有效减少。DA是配网管理系统的基本功能，由于资金投资不到位，DA的覆盖面相对较窄。在实际中，DA只能对日常调度工作中的部分内容进行有效涵盖，缺乏显著的投入产出比例。我国经济发达的城市，诸如北上广等地，平均停电时间很短，甚至没有。接近于发达国家城市的供电水平。但从全国大多数城市和地区来看，尚且存在较大的差距。对我国配网自动化而言，DA的覆盖范围相对较窄，且没有较强的互供能力，停电的持续时间较长。

2.2 地理信息系统的局限

我国的配电网具有较大的规模，且较为复杂，但是分散性较强。配网运行方式存在较大的变化。仅仅依赖经验对配网进行管理是非常不合理的。地理信息系统，即GIS可以提供反映我国地理信息的各种模型，可以作为对配网进行管理的参考依据，以加强对配电网设计、施工、检修等的有效管理。国内对地理信息系统在配电网管理中的应用进行了积极探索，但尚不具备理想的性能和平衡的发展状态，缺乏具有较强参考性的实际案例，其管理方式大多依赖于图纸类的资料。其原因在于，地理信息系统和数据采集与监视控制系统，二者还缺乏信息的顺畅交流。

2.3 配网管理系统的信息孤岛

配网管理系统对配网所有信息进行了全面覆盖，诸如生产、调度、运行以及服务。不同信息的保存主要是通过不同部门的子系统。例如，数据采集与监控系统对实时信息进行保存，地理信息系统对设备信息进行保存，客户的信息系统，即CIS负责对用户信息的收集与储存。由于缺乏完善的顶层系统，上述三个子系统由不同的部门统属，这就在客观上必然导致了信息孤岛的产生。当今，配网自动化的主站系统技术相对处于屏蔽状态，国网系的开发商处于明显的垄断地位，同时也缺乏较多的供应商。因此，陆续推出的子站产品只能实现部分功能，没有一款产品能实现对GIS、SCADA、CIS以及MIS的有效集成。这种情况产生的原因在于标准的不统一，且各家公司生产出的产品无法实现良好的兼容，导致无法顺利地交流和共享信息。因此，打破信息孤岛尚需一个较长的过程。

3 配网管理系统的设计与实现

3.1 配网管理系统结构设计

通过对配网管理系统的分析可以看出，配网管理系统一方面是一个信息管理系统，另一方面也是一个安全可靠的开放式平台，能有效实现对各种高级服务的应用和执行。通过配电网功能，诸如数据库访问权限、封装底层通信以及应用程序接口API等，实现对各种应用程序的有效应用，以实现对各种需求的满足。

3.2 配网管理系统的实现

（1）网络管理子系统

公共对象请求代理体系结构技术，能有效兼容不同的网络设备，将信息通道构筑在每台设备上，实现对数据传输的有效保障。通过网络管理子系统，上层软件可以确保信息之间的交互，并确保NAP功能。同时，通过程序接口在网络管理子系统的有效利用，能实现自定义程序和上层软件之间有效的信息交互。网络管理子系统中，数据中转的功能由此实现。并承担了网络通信，利于模块化组件对网络管理系统的接入。[3]

（2）分布式实时数据库

数据采集与监视控制系统主站实现了对数据进行收集处理的功能，实现了对GIS服务器、DA服务器和报表工作站、RTU服务器等的有效集成。配网管理系统要求实时性较高的数据，对数据的专业化程度要求较高，分布式实时数据库可以有效满足配网管理系统对数据的实时性要求。同时，配网管理系统需要对某些历史数据进行储存，因此，可以通过商业数据库保存相关的历史数据。顶层设计当中的数据中心，就是将RTDB建立在网络管理子系统和各应用子系统之间，并通过分布式实时数据管理系统形成配网管理系统的一个数据处理子系统[4]。

（3）C++Wrapper

C++Wrapper实现了配网管理系统的移植功能，有利于其对网络平台或者计算机平台的移植。将C++Wrapper添加到配网管理系统和OS之间，可以巧妙地将操作系统的差异隐藏起来。C++Wrapper具备诸多逻辑结构，例如进程管理、线程管理、网络通信以及内存管理等。C++Wrapper不同于Java虚拟机，C++Wrapper可以实现在配网管理系统中的嵌入，进而实现配网管理系统运行效率的有效提高。在对新系统进行移植时，需要对整个系统进行重新编译[5]。

（4）应用系统

各种高级的应用子系统，诸如报表子系统、Web子系统、图形子系统、配电潮流、负荷预测等子系统的实现，是新一代配网管理系统的特色。本文着重对图形子系统、Web子系统和报表子系统进行阐述。

图形子系统是SCADA的重要组成部分，对于SCADA具有关键作用。图形子系统能通过直观的内容形式，清晰地呈现配网的运行状态，同时，能实现各类需求之间的交互。图形子系统应该实时地显示电子元件的运行状况，并将电力系统的参数变化清晰地呈现出来，呈现方式以曲线形式为主。图形子系统有赖于对Document设计理念或者View设计理念的有效采用，对数据进行处理，并分离应用数据，显示出图形。以应用数据作为服务器，通过对Java Applet的使用，改造图形显示，以形成Web子系统，实现远程管理[6]。

报表子系统。配网管理系统提供的制表工作类似于Excel。将图形和表格进行结合，并通过人工置数的方式，对数据进行保存。将报表设置成相同的格式，能有效提高其在不同设备上的兼容性[7]。

新一代配网管理系统，在某种意义上以Web子系统作为标志。这就要求配网管理系统的浏览器能良好地实现Web浏览。用户要高效利用Web浏览器对本地数据或者异地数据进行查阅和修改，主要以表格和曲线形式对数据信息进行显示通过不同的颜色实现对状态的区分。Web服务以组件技术形式建立了包括多种组件，诸如EIB组件模型，这种方式增强了配网管理系统的兼容性[8]。

3.3 无缝集成的DMS和GIS

实现SCADA系统与GIS系统的互联是解决问题的关键。使实时数据在地理信息系统中实现，为GIS的分析提供数据。

某供电局配网地理信息系统和数据收集与监控系统实时数据同步，这种配网地理信息系统本身可实现对数据采集与监控系统实时数据显示的支持。在该供电局自动化办公网段上运行配网地理信息系统，在另一网段上运行数据采集与监控系统。要实现数据采集与监控系统的数据在地理信息系统上的显示，可以通过双网卡实现对两个网段IP地址的设置。将这种设备作为SCADA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。