智能电网调度控制系统在线监测评估研究与应用

汪　伟，李端超，庞晴晴，刘　夏

(1. 国网安徽省电力公司电力调度控制中心，安徽　合肥　230022； 2. 国网阜阳供电公司，安徽　阜阳　236017；3. 国网滁州供电公司，安徽　滁州　239000)

电力调度自动化系统是指直接为电网运行服务的数据采集与监控系统，包括在此系统运行的应用软件。它基于计算机、通信及控制技术，在线为各级电力调度机构生产运行人员提供电力系统运行信息、分析决策工具和控制手段[1]。其中调度自动化主站系统是系统的核心部分，负责收集和处理子站采集的遥测、遥信信息，并对子站发送各种命令信息，从而实现对电网的采集与监视控制功能。智能电网调度控制系统在传统电力调度自动化系统的基础上进一步发展，是一套面向调度生产业务的集成、集约化系统，对电网运行的监视、分析、控制、计划编制、评估和调度管理等业务提供技术支持。在传统调度自动化系统基础上，智能电网调度技术支持系统在一体化基础平台基础上构建了4大类应用[2-3]，有效提升调度系统在线化、精细化、实用化、一体化水平，为坚强智能电网安全、经济、优质运行提供技术支撑，但同时也极大地增加了系统的规模和复杂度，也使得系统的运行风险点有所增加。

随着变电站智能化程度的提高和无人值班模式的推广，智能电网调度控制系统接入的信息量和接入的信息种类都比以往大大增加；随着调度控制与管理要求的精益化，调度自动化主站系统应用需求日益实用化、复杂化，对数据源要求多样化，与相关系统互连复杂化。电网调度控制和管理对智能电网调度控制系统的运行性能、远方通信状态和系统稳定性等提出了更高的要求。虽然智能电网调度控制系统具备简单的CPU、磁盘和应用监测功能[4]，但对整体系统的运行状况更多地需要依靠人工巡视检查，这种方式已经不能满足系统运行维护的需要，需要采取新的技术手段增强对智能电网调度控制系统在线运行状况的分析和预警能力，以提升智能电网调度控制系统在线监测能力和风险防御水平。

1　系统架构

为实现对智能电网调度控制系统的运行性能、远方通信状态和系统稳定性实现实时监测，增强智能电网调度控制系统在线运行状况的分析和预警能力，考虑到智能电网调度控制系统基础平台对于数据交换、功能扩展等已经具有完备的支持，状态在线监测基于智能电网调度控制系统基础平台，但遵循以下原则。

a. 对于智能电网调度控制系统已有的统计指标，直接获取使用。

b. 不直接使用智能电网调度控制系统基础平台程序，如服务总线、消息总线等。

c. 在线监测服务器与智能电网调度控制系统环境相互独立，不对生产运行环境作进行任何的改动。

d. 采集软件部署在主站系统的各应用服务器上，每台机器各自汇总单机采集信息，与在线监测服务器进行交互，由在线监测服务器进行汇总处理。

e. 采集层软件不宜过多，原则上采集层最多部署2个程序，一个负责采集、一个负责传输。

在此基础上，进行在线监测系统软件和硬件架构的设计。

1.1　软件架构

智能电网调度控制系统在线监测采用分层架构，纵向分为3层，如图1所示。

a. 人机展示层。用户与之交互的界面，实现

在线监视指标个性配置、实时状态监视和指标详情查询、历史告警查询操作。

b. 数据汇总分析层。对采集数据进行汇总、加工、存储，根据指标库和配置库对实时数据进行计算分析、预警、评估，基于历史数据总结智能电网调度控制系统运行状态，对历史数据进行归纳，分析变化规律，形成分析评估报告。

c. 数据采集层。由前置信息采集客户端、运行信息采集客户端、性能信息采集客户端组成，实现对监测对象的指标数据采集。

图1　在线监测系统软件结构

1.2　硬件架构

智能电网调度控制系统一般由数据库服务器、SCADA服务器、前置服务器、高级应用服务器、工作站和内网交换机等组成。因此，需要在现有系统硬件结构的基础上增加1台在线监测服务器，用于部署服务端分析评估软件。系统硬件架构如图2所示。

图2　在线监测系统硬件结构

前置信息采集软件部署在前置服务器上，负责通道投退次数、运行率、通信流量、通信误码率、数据刷新率、通信时长等前置信息的采集。运行信息采集软件和性能信息采集软件部署在数据库服务器、各应用服务器上，负责系统的各服务、应用、硬件资源信息的采集。在线分析评估软件部署在在线监测服务器上，通过文件传输的方式获取前置信息采集软件、运行信息采集软件和性能信息采集软件采集的数据，根据评估标准给出系统评估结果。图形展示软件将评估结果通过可视化的手段进行展示，提供界面配置工具、实时监视与指标详情查询、历史告警查询等功能。

2　数据采集

2.1　前置数据采集

按表1所示进行前置通信数据的采集。

表1　前置数据采集信息表

2.2　运行信息采集

运行信息分为硬件信息、应用状态信息、关键进程信息、数据库信息、各种服务信息、性能信息等，按表2进行运行数据的采集。

表2　运行信息采集表

3　监测评估技术

为实现对智能电网调度控制系统的运行性能、远方通信状态和系统稳定性实现实时监测，必须从主站系统与子站系统运行通信质量监测、智能电网调度控制系统运行状态在线体检、主站系统核心指标在线评估三个方面进行主站在线监测评估技术的研究。

3.1　远方通信监测与评估

随着设备监控纳入调控业务，子站系统的大部分监控信息均需要接入主站系统，接入的信息量和接入的信息种类都比以往大大增加；为适应特高压交直流大电网的调度和故障协同处置的需要，上下级调度之间的数据交互更是较以往有数量级的增加。大规模、频繁的信息交互对主站远方通信的稳定性、可靠性、正确性提出了更高的要求。远方通信监测主要就是实现对通道投退次数、运行率、通信流量、通信误码率、数据刷新率、通信时长等指标的监测、统计分析与评估。监测范围考虑不同接入模式、不同通信规约、不同通信方式的影响，选取包括通道工况、通道投退率、多源通道数据一致性性等典型性指标。

远方通信监测指标采集主要通过部署在主站系统监测节点的采集程序完成，采集方式有读主站系统的实时库、读前置共享内存、读日志信息等多种，采集的信息按固定格式写入文件，最终以文件的形式传送至在线监测服务端进行后续处理。

3.2　指标监测技术

智能电网调度控制系统的实时库在设计时，对于每个指标都设置了是否监测、指标权重等域，用于根据工程实际情况对指标体系进行调整，利用这种机制，可以有针对性地选择具有代表性的指标，实现智能电网调度控制系统有针对性的指标监测。智能电网调度控制系统指标监测范围包括主站应用运行信息指标、系统资源信息指标、系统一致性指标和效率性能信息指标。按照功能实现方式指标又可以分成单机信息指标和多机信息指标，在体检过程中通过不同的方式获取。

a. 单机信息指标

单机信息指标是指在一台机器上通过读实时库、读历史库、读日志文件等即可以得到结果的采集指标，例如硬件信息、前置通道工况、误码率、关键进程信息、应用状态信息等。大多数采集指标均为单机信息指标。

b. 多机信息指标

多机信息指标是指几台机器配合通过联合测试程序才能得到结果的采集指标，主要指性能指标，例如变化数据传输时间指标，需要从前置服务器到SCADA服务器进行联合采集，在前置机部署数据模拟发送程序，记录数据发送时间，发送值，在SCADA机部署数据接收测试程序，记录数据的接收时间，实时库更新时间。

3.3　核心性能指标评估方法

主站系统核心性能指标评估首先要建立指标评估模型，规范指标评价标准，然后按照指标体系对基本指标量化打分，实现指标加权、综合评分计算。

建立智能电网调度控制系统运行状态在线监测核心指标评估模型，首先由数据采集客户端采集的实时数据和历史文件构成在线监测数据库，然后对照指标体系中的每个条目按照打分规则进行量化打分，逐层计算得到各项得分至综合得分，评估过程中对于单项指标不是满分的情况即认为存在问题，如果得分为0即为严重故障，需要立即处理。根据得分情况对系统运行情况进行严重程度分析，并给出相应的解决方案。

为了突出关键指标的作用，提取系统几项核心关键指标作为智能电网调度控制系统运行状态一票否决指标，即认为在满足这类指标的前提下，系统才进行后续的基本指标打分和综合评分，核心指标中的任一项指标如果不满足，则认为系统处于严重故障，需要及时给予告警。例如全系统通道投入率指标可以表征主站系统前置与子站通信情况，是前置功能是否正常的重要指标，即可以定制为一票否决指标；重要数据刷新时间可以表征主站系统消息处理、数据处理功能是否正常，属于智能电网调度控制系统运行状态核心指标，也可以定制为否决指标。

在智能电网调度控制系统运行状态核心指标评估过程中，每个指标变量都有其指标实际值和评估值，由于各个指标的单位、量纲不尽相同，关键就在于如何实现指标实际值和评估值的转化。在智能电网调度控制系统在线监测体系中，基本指标均为量化指标，可按一定的方法进行评分。

每项指标的量化评分需要根据指标的具体内容设置规则，形成分数与指标的对应关系，在得到基本指标的评分后，需要按照智能电网调度控制系统运行指标体系对同层指标进行汇总。在同层指标之间引入指标权重来区别该指标相对于其他指标的重要程度，一般采用归一化值表示。指标权重一般可由专家和用户直接指定，也可以采用两两比较的方法进行确定[5]。

为了表征智能电网调度控制系统运行整体状况，在各个底层指标打分已经计算完成的基础上，结合同层指标的权重利用层次分析法逐层向上计算，每层打分计入权重与系数，结果纳入上一级，直至计算得出整个智能电网调度控制系统运行状态的综合评分和各项指标分组评分，计算公式为

S=j=1nSjWj

(1)

式中：n表示指标S的下层指标个数；Sj表示任一下层指标评分；Wj表示对应的权重。通过下层指标的评分和权重的加权求和，即可以计算出指标S的评分。通过综合评分的计算可以量化评估当前主站系统的运行状态，并且通过分组得分情况能够更快速定位系统运行存在问题。

4　应用与成效

根据研究和开发的成果，在安徽省调智能电网调度控制系统上进行了在线监测软件的部署和应用。新安装在线监测服务器，部署在线监测服务端程序；在智能电网调度控制系统SCADA、前置数据库和应用服务器配置采集端程序；在工作站部署在线监测客户端程序。

在线监测系统通过前置信息采集模块实时采集反映主站与子站之间通信质量的指标数据，通过运行状态采集模块实时采集反映被测系统硬件运行状态、平台运行状态、应用运行状态的核心指标数据，通过性能信息采集模块实时采集反映被测系统性能的指标数据，最后由在线监测服务端程序对数据进行汇总、分析、评估被测系统的运行性能、运行稳定性、运行效率和健康状态。系统提供了集成的用户界面、个性化的配置选项，便于自动化值班人员及时地掌握主站系统的运行状态，并可实现异常情况在线预警。

实际使用表明，该系统显著提高了智能电网调度控制系统的监测水平，减轻了自动化值班人员的工作量，提高了值班巡视的工作效率，保障了智能电网调度控制系统的安全稳定运行，对于保障电网调度生产的正常进行具有重要意义。

5　结束语

智能电网调度监控系统在线监测依托于基础平台的数据交换能力和标准化接口，构建分布式的信息采集架构，实现智能电网调度控制系统的运行信息采集，采用网络传输的方式将数据传输到独立的服务器进行分析、处理和评估，全景展示智能电网调度控制系统的运行状态。在线监测架构基于服务/客户机先进的、开放的、可高度扩展架构具有可扩展至分布式多系统的能力[6]，为今后实现远程集中式在线监测做出了有益的探索。

参考文献：

[1]吴文传，张伯明，孙宏斌. 电力系统调度自动化[M]. 北京：清华大学出版社，2011.

[2]王兴志，毕晓亮,葛朝强. 智能电网调度技术支持系统深化应用探讨[J]. 华东电力，2014，42(12)：2 831-2 834.

[3]姚建国，杨胜春，单茂华. 面向未来互联电网的调度技术支持系统架构思考[J]. 电力系统自动化，2013，37(21)：52-59.

[4]智能电网调度控制系统技术规范：DL/T 1709—2017[S].

[5]邵立周,白春杰. 系统综合评价指标体系构建方法研究[J]. 海军工程大学学报，2008(3):48-52.

[6]王强，施毅斌. 网络技术信息技术在生产运行和管理中的应用[J]. 东北电力技术，2001，22(10):16-18.