城市轨道交通线网共享主变电所调度机制浅析

2018-09-11

电气化铁道 2018年4期

0 引言

随着国内城市轨道交通行业的飞速发展，各主要城市轨道交通的运营和规划逐渐步入了线网化时代。上海[1]、广州[2]、深圳[3]、宁波[4]、厦门[5]等地的城市轨道交通电力系统均采用统筹优化设计，设置了若干共享主变电所（又称主变电站），1座共享主变电所可以同时为2条及以上轨道交通线路供电[6]。共享主变电所的建设运营主要采用“先建为主”的原则[6]，先建线路为后建线路预留接入条件，线路间以电话等方式协调工作。线路运营期间，该协调工作方式存在信息不对称、权限不对等、责任划分不清等问题，对线网运营造成不利影响，尤其是无法快速、准确地处理突发事件。本文提出一种基于城市轨道交通线网指挥中心的共享主变电所调度机制，解决传统调度机制中后建线路与先建线路强耦合、无法有效统筹管理线网供电模式的问题，并在成都地铁线网指挥中心得以成功应用。

1 共享主变电所的传统协调机制

目前，城市轨道交通线网共享主变电所的协调机制主要包括以下3种传统方案[6]：

（1）方案一各线路独立控制模式

共享主变电所综合自动化系统设置多个网络通信接口，分别与相关联线路的电力监控系统（独立设置或包含于综合监控系统中，下同）建立通信；所有共享线路均可监视共享主变电所的设备状态，并根据本线路运营需求设置控制权限及操作相关对应设备（图1）。

图1 共享主变电所传统协调方案一

优点：线路建设简单，监控数据流简单清晰；任何一条线路电力监控系统的故障不会对其他线路造成影响。

缺点：共享主变电所的接口较多；线路间权限重叠部分的设备控制职责不清。

（2）方案二线路间主从调度模式

共享主变电所综合自动化系统只与先建线路的电力监控系统通信，实现对共享主变电所内所有供电设备的监控，该线路称为该共享主变电所的“所属线路”；其他后建线路的电力监控系统均与所属线路的电力监控系统进行数据通信，由所属线路向后建线路转发主变电所内设备状态信息，并将后建线路的控制指令下达至主变电所（图2）。

图2 共享主变电所传统协调方案二

优点：共享主变电所的接口简单；线路间权限清晰（所属线路具有更高的权限）。

缺点：加重共享主变电所所属线路电力监控系统的负担，2条以上线路共享时尤为明显。

（3）方案三线路间界面集成模式

共享主变电所综合自动化系统只与先建线路的电力监控系统通信，实现对主变电所内所有供电设备的监控，该线路称为该共享主变电所的“所属线路”；其他后建线路设置独立的电力调度工作站，与所属线路的电力监控系统连接，实现对主变电所供电设备的监控（图3）。

优点：接口简单；线路间权限清晰（所属线路具有更高的权限）。

缺点：不利于后建线路的整体集成；后建线路对共享主变电所的监控功能过于依赖所属线路。

图3 共享主变电所传统协调方案三

（4）传统方案的缺陷分析

传统方案中，先建线路需要为后建线路预留接入条件，后建线路需要完成与先建线路的接入，对线路的规划、设计和实施都提出了更高的要求；线路间形成强耦合，后建线路不同程度地依赖于先建线路，不利于后建线路的整体集成及新技术的应用。

传统方案均侧重于以先建线路为主以协调共享主变电所的供电模式，而由于线路电力监控系统的信息不全面、不对称（任何一条线路都不可能完全掌握线网整体的实时供电状态），各线路的电力调度人员需要通过电话等方式进行相互间的协调，效率低，容易出错，尤其是出现突发应急事件时，无法做出快速而有效的应对措施。

2 基于线网指挥中心的共享主变电所调度机制

目前，国内各主要城市已建成或正在建设城市轨道交通线网指挥中心，其主要功能之一是作为线网日常运营电力管理指挥中心和电力应急管理指挥中心，负责制定线网日常供电运行模式，并在出现突发情况时指挥供电模式的调整[7]。由此，本文提出一种基于线网指挥中心的共享主变电所调度机制。

2.1 系统架构

各线路电力监控系统与本线路的车站变电所和共享主变电所的综合自动化系统建立通信，负责监控本线路的车站变电所和共享主变电所内供电设备；线网指挥中心与各线路电力监控系统建立通信，获取线路所有供电设备的实时状态，并通过各线路电力监控系统转发对共享主变电所供电设备的控制命令，其方案如图4所示。

图4 基于线网指挥中心的共享主变电所协调方案

2.2 调度原则

实现线网指挥中心与各线路电力监控系统之间通信接口的功能应基于以下调度原则（针对共享主变电所）：

（1）线网指挥中心与线路电力监控系统之间具备操作互斥性，同一时刻只有两者之一可以向共享主变电所下达控制指令。当线网指挥中心具备操作权限时，线路电力监控系统只能转发线网指挥中心的控制指令，不得自行下达控制指令；当线路电力监控系统具备操作权限时，可以自行下达控制指令，并取消来自线网指挥中心的控制指令。

（2）线网指挥中心与线路电力监控系统之间应区分控制权限级别，线网指挥中心的权限高于线路电力监控系统的权限，即由线网指挥中心决定操作权限归属于线网指挥中心还是线路电力监控系统。当线路电力监控系统不具备操作权限时，只能通过电话方式请求线网指挥中心授权。特殊情况下，如线网指挥中心与线路电力监控系统通信连接中断时，由线路电力监控系统全权接管控制操作，直到通信连接恢复。

（3）线网指挥中心和线路电力监控系统之间的通信协议，应不同于线路电力监控系统和主变电所综合自动化系统之间的通信协议，如果相同，则线网指挥中心和线路电力监控系统之间的通信应加密，其目的是有效区分2个接口的通信内容，防止因报文错误传递而造成误操作。

（4）线路电力监控系统应向线网指挥中心上传共享主变电所的SOE（事件顺序记录）信息，并保证其实时性，以便于线网指挥中心掌握共享主变电所内设备的动作情况，并与线路电力监控系统上传的设备实时状态互相印证，发现不一致时及时进行故障排查。

2.3 方案优势

基于线网指挥中心的共享主变电所调度机制具有以下优势：

（1）线网指挥中心与线路电力监控系统之间为主从关系，线网指挥中心的控制权限高于线路电力监控系统，且两者之间具有操作互斥性，解决了传统方案一中线路间权限不清的问题。

（2）线路电力监控系统的通信接口数量恒定（共2路，1路与主变电所综合自动化系统连接，1路与线网指挥中心连接），与共享主变电所接入的线路数量无关，解决了传统方案二中某些线路电力监控系统通信接口数量过多的问题。

（3）后建线路电力监控系统无需监控先建线路已监控的共享主变电所，降低了线路电力监控系统的实施难度，解除了先建线路与后建线路之间的强耦合，解决了传统方案三中后建线路过于依赖先建线路的问题。

（4）线网指挥中心除了可以获取共享主变电所的供电设备状态，还可以获取车站变电所和非共享主变电所的供电设备状态，从而推导出整个线网的实时供电拓扑关系（如图5所示）。线网指挥中心的调度人员可以据此统筹共享主变电所的电力调度指挥，解决了传统方案中各线路电力调度人员掌握信息不全面、不对称的问题，可有效应对供电系统各类突发事件。

（5）线网指挥中心的调度人员可以通过线网调度指挥系统直接控制线网内共享主变电所的供电设备，不需通过电话等方式进行协调，大大提高了操作效率，有利于快速处理突发事件。

（6）基于线网指挥中心的共享主变电所调度机制兼具传统方案的3个优点：线路电力监控系统建设简单；监控数据流简单清晰；共享主变电所综合自动化系统的接口简单。

3 应用案例

截至2017年底，成都地铁线网已开通运营6条线路，包括1号线、2号线、3号线、4号线、7号线和10号线，共有主变电所11座。其中7号线未建设主变电所，通过共享2号线和3号线的主变电所提供电源。除7号线外的各线路均通过综合监控系统（集成电力监控系统）实现对本线路主变电所的监控功能；7号线则通过综合监控系统（集成电力监控系统）实现对本线路开闭所的监控功能。线网供电示意如图5所示。

成都地铁线网指挥中心的电力调度模块通过与开通运营的6条线路的综合监控系统建立通信连接，采用基于线网指挥中心的调度机制，实现了对各线路主变电所（及7号线开闭所）的统一调度指挥和控制功能。