电力通信网省地集约化监控系统的关键技术

2020-04-26李毅，李磊

通信电源技术 2020年23期

李毅，李磊

（国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司，江苏徐州 221000）

0 引言

目前，我国的网络操作系统分为传输和设备操作两个层次。设备运行主要涉及电力传输和传输设备，网络实行分级网络现场监控。我国电网已建立了一个以信息化、自动化以及互操作性为特点的智能网络。随着智能电网建设的不断深入，建立一套与现代电网特点相适应的运行管理系统显得尤为重要[1]。

1 电力通信网省地集约化监控系统的重要性

根据江苏省电力系统的运行状况和管理情况，确定电力系统未来将纳入综合监控。电力通信网省地集约化监控系统对电力系统的持续快速发展具有重要作用，它能有效地完善电力输电系统的电力控制系统，保证电力系统的连续、安全、稳定、可靠运行。电力通信网省地集约化监控系统能有效地改进操作方法，实现省地一体化管理和电子化控制。综合电网监控系统出台后，需解决的是生产管理体制适应不同范围内不同类别变电站和运维站的需要，使之更加全面、综合以及规范[2]。

2 电力通信网省地集约化组织管理模式

目前，国家电网公司主要有4种管制模式，分别为变电站调度运行模式、调度中央控制运行模式、调度-监控-运维模式、调控中心-站场运维模式[3]。

2.1 变电站调度运行模式

变电站调度运行模式是传统的电力系统组织管理模式。在这种模式下，传输中心每小时实施一次人为监控，调度人员监控网络频率、输电断面以及潮流等，并对部分系统进行调整。系统中实现运行参数的计算机辅助控制任务是调度员通过电话或网络发出指令，指导变电站服务人员现场操作变电站进行维护。变电站还包含一套监控机制，现场值班人员控制电网主要工作设备，并按照调度员的指令进行操作[4]。

采用这种模式的好处是一旦发生事故，变电站值班人员可以快速检查和处理有缺陷的设备，并对事故做出快速反应。然而，这种模式也有两个缺点，一是监控端不能直接控制电网的运行，系统的使用或维修需要现场人员的配合，变送器对电网的运行没有控制权。二是各变电站必须保持运行人员和操作人员的服务，这消耗了一定的人力资源，影响了自动化设备和通信技术的管理效率[5]。

2.2 调度中央控制运行模式

调度中央控制运行模式如图1所示。根据变电站的数量和地理分布，在一定范围内建立多个中央控制中心。一个完善中央控制中心的控制范围内，值班员对辖区内的变电所设备进行远程监控，并定期聘请运行维护人员对变电所设备进行检查和维护等操作。

图1 调度中央控制运行模式示意图

通过这种运行模式可以对现场多个变电站进行远程监控，与传统模式相比，节省了人力资源。然而，中央管理人员的跨度有限，控制变电站的数量也有限。同时，当变电站发生事故时，要求中央调度中心排除人员对事故现场进行检查和排除，而无法立即对事故作出反应。

2.3 调度-监控-运维模式

与传统模式相比，采用调度-监控-运维模式的系统具有一定的优势。如图2所示，地区变电站管理局建立一个负责的监控中心，远程监控和操作所有变电站的设备。在变电所分布方面，合理的运行半径内设置多个运行维护站，对特定管辖范围内无法进入的变电所进行检查、维护和运行。

图2 调度-监控-运维模式示意图

采用调度-监控-运维控制模式，进一步分离变电所操作员的功能。控制中心负责对变电所进行监控，并对运维站的变电所设备进行巡检和维护，节省了大量的人力资源。但是，这种模式仍然是传统的控制中心责任制，没有改变前两种运行控制模式的缺点。控制中心有多个传输控制命令的通信方式，虽可经由电力通信网络直接对终端进行操作，但效率仍然较低。

2.4 调控中心-站场运维模式

调控中心-站场运维模式下，在区域调控中心设置监控中心，负责对区域内所有不可接近的变电所进行监控，变电所操作段执行现场操作，站场运行于无人值守状态。与传统模式相比，该模式主要将由控制中心变电所控制的变电所设备监控活动与站场运维工作相分离，变电所维护工作仅针对变电所设备进行。

这种运行管理组织方式实现了对控制中心设备运行状态的控制，人为提高了电网的运行管理效率。为此，调度员必须精通操作现场设备。此外该模式下设备监测负荷大，对电网运行监测有一定影响。变电站设备的监测、运行以及维护由输电服务部门和变电站子部门进行，在运行和维护期间调控中心无法了解设备的运行状况。

3 电力通信网省地集约化的现状

3.1 区域电网发展不平衡，监管模式复杂

目前，我国国家电网公司有4种经营管理方式，每种经营管理方式所需的组织结构、管理体制、业务运营流程以及技术支持等各不相同。因此，很难建立一体化的监控调度体系，这给电网的省地集约化带来了一些困难，也使得电网难以实现有效的管理、经济效益以及人力资源的优化配置[6]。

3.2 无人值守条件下人员管理混乱

与传统变电站的固定成本相比，目前的控制模式可以实现无人值班变电站的价值，提高了人力资源的利用效率，但也突出了人员管理混乱的弊端。对于仅限于操作员范围的中央控制模型，必须在同一区域建立多个中央控制中心。因此，每个中控中心都必须配备一定数量的值班人员，人力资源的使用效果并不明确。中央控制中心和运维站的运行存在风险，控制中心增加了新的设备控制职责，对监控设备提出了更高的要求，同时设备的独立操作和维护使得个人难以监控设备的正确运行[7]。

3.3 需要增强控制中心的监控功能

网络控制中心是电网中的主要环节，负责电网的安全、高质量、可靠、经济运行。传统的现场控制中心发出的指令必须由变电所维护人员遵循，控制指令必须多次传递，信息通信可能出现偏差，导致运行维护人员无法正常工作。由于设备效率低，一旦发生事故将很难迅速及时调整系统的运行方式，影响电网的可靠性，因此未来的控制中心不仅需要提高自身的决策能力，而且需要提高电力系统的管理能力，这也是当前大电网建设的客观要求[8]。

4 电力通信网省地集约化监控系统的关键技术

在电力通信网省地集约化监控系统的应用过程中，电力通信技术人员通常面临设备告警处理和故障应急通信两个重要问题。为此，本文讨论了告警综合监控技术与深度网管技术两项关键技术。

4.1 告警综合监控技术

由于电力通信网络中设备和系统数量众多，制造商也各不相同，与电力通信故障相关的告警信息数量非常大。因此对于同一原因的告警，不同厂商的设备产生的告警文本差异很大，告警级别的定义也不统一。上述情况对加强电力通信网络监控工作提出了严峻挑战，为了保证区域通信网集中监控的安全有效发展，开发了一种关键的综合监控技术，能够可靠地采集运行信息，压缩告警数目，实现异构监控[9]。

4.1.1 实时可靠地收集运行信息

实时收集作战信息的可靠技术的主要优点有以下两点。一是直接访问双数据源和转发模式。为确保可靠地实时收集区域电信网告警信息，中央监控单元采用地面网络监控单元和中央监控单元两种独立的方式收集区域网络运行信息，实现区域网络管理，避免一点中断。二是双数据源合并后，推送告警，防止漏报。集中式媒体传输监控单元和本地传输网络监控单元通过CORBA协议从区域主网采集实时网络信息，管理冗余网络，独立处理告警数据。本地控制室监控单元完成告警数据处理后，将处理后的告警信息一路发送到中央监控单元进行介质传输。中央监控单元对采集到的数据进行处理后，立即接收到告警，并与本地监控单元发送的告警进行比较合并，共享路径告警被发送到中间传输连接进行处理。

4.1.2 技术对比告警规范化

不同厂商在网络管理中的告警强度标准不一致，缺少统一的告警衔接规则，也缺乏统一的告警编码规则，同一类型的告警输出是通过控制不同厂商的网络来处理的，此外来自不同供应商的网络控制信号的多样性也会导致调度通信和网络监控出现问题。

异构告警规范化技术解决了上述问题，结合通信网络的特点，分析并最小化每次告警中反映的技术问题对通信网络和通信信道可靠性的影响，进而从中指定告警级别。警告已被标准化并重新定义，以形成警告处理的通用规则。通信网络监控单元利用一个规则库，逐一设置网络控制报告的原始单个告警，输出为标准和告警标准[10]。

4.1.3 根原因告警压缩方法

区域通信网络平均每天产生（1～2）×105个根告警，告警与时间、原因以及元素等参数有关。在故障诊断过程中，调度只需要处理根本原因触发的告警，因为大多数其他告警是由根本原因触发的告警（根原因告警）诱发产生，对于故障的诊断没有帮助，因此不需要操作员确认。

如果告警没有压缩，那么大量的相关告警必然导致根告警的流动，从而可能导致监控功能的失效。告警压缩技术能够实时压缩告警信息，自动过滤路由消息，并将其传递给中间件进行处理。根原因告警压缩的步骤主要包括告警压缩和主告警分析。主要算法的描述如下。

（1）告警压缩。告警被压缩到有亲子关系和重复关系的程度，消除告警之间的虚假关联。

（2）根本原因分析。对告警时间、告警目标和受影响的业务指标进行关联和因果分析，从告警时间路径中筛选告警源。

该算法从分析规则库中提取预测和根本原因分析规则，可根据管理要求对规则进行持续地维护和改进。

4.2 支持集中管理的深度网管技术

现有区域通信网的控制系统按服务器位置部署，网管服务器一般部署在本地电信机房，使用C/S连接到服务器，按需部署客户端。该方法的特点是网络管理服务器在本地部署，网络管理客户端可以按需部署。出于技术原因，来自不同制造商的设备通常使用OEM网络管理系统进行配置，来自同一制造商的网络也使用本地定制的网络管理系统在不同地区进行配置。

为了支持区域电力通信网总控制区的集中应急管理和运行，需要在传输中间站部署区域通信网管理客户端。考虑到网络安全的需要，每个网络管理客户机应该分配一个单独的设备，不能混用。在机房安装网管客户端，操作KVM交换机，向通信控制单元发送信号，是一种可行的解决方案。然而，频繁的KVM切换会影响控制效率，导致延时等问题。广泛的网络管理技术依赖于省地集约化网络的设备制造商与设备网络管理集成。

网管服务器部署在全省范围内，实时进行主动备份和辅助备份，管理全区所有通信网络设备。根据南方电网二次系统设备技术指导，区域通信网通过多个点进行有效连接，区域和本地连接点的网元构成网关。基本和备份NMC部署在主部署与备份部署中，以管理单个供应商的网络设备，而活动和备份服务器以即时备用模式运行。集中式网络管理服务器配置权限帐户和分散域，以管理不同的操作。

按需在本地部署具有分散和域管理权限的网络管理客户端，以实现区域内的电力通信网络设备管理过程。每个本地部署都至少安装了一个NMC。正常情况下，操作者可以使用该设备独立连接到主网管服务器或区域中心备机，后者使用专用的本地账号来实现管理过程。

在必要时，操作者可以手动使用集中式网络管理模式创建紧急备份。当区域中心网管服务器无法控制本市通信网络设备时，因任何特殊方式（如超级台风等大规模自然灾害）造成区域和地方通信网络通信和边线中断时，本地部署可以调用本地模式开始执行紧急处理。此外中间数据传输分别连接到主网络管理服务器和备用网络管理服务器。

根据上述对省内电力通信网络管理进行了广泛部署后，可以有效减少通信传输站中控制站的设置数量，同时还避免了从同一资源重建网管系统，节省了投资，减少了运维负担。