地区电网信息融合技术研究与应用

周寒英 张锡然 左黎斌 袁兴宇 赵江梅

（1.云南电网有限责任公司电力科学研究院 云南省昆明市 650000 2.云南电网有限责任公司保山供电局 云南省保山市 678000）

近年来，不断扩展的电网规模与业务促使电力企业不断向信息化、智能化发展和完善，智能电网的发展和完善为电力行业带来了新的发展机遇[1]。目前，调度自动化已经在调度作业中发挥了重要的作用，通过结合计算机技术、通信技术及自动化技术的不断运用大大提升了电力系统运行的效率，有效满足电网总体需求[2-4]。当前，调度自动化在技术方面取得了巨大成就，云计算、大数据、人工智能等信息与通信技术（information and communications technology，ICT） 已经给调度自动化系统更新发展带来了新的基础条件，实际上这些年来调度领域已经进行了大量新技术的应用设计和验证[3]。

查阅近几年电网智能调度建设、信息数据融合等相关文献，文献[5]提出新一代调度自动化标准体系:根据智能电网调度控制系统和调控云实际应用发展的需求，根据调度自动化系统的发展和实际情况，进一步重新划分各个调度应用功能类，把它们归类4 个系列共计20 类标准构成的调度自动化标准体系，为调度各业务信息融合提供了宝贵的标准体系可供参考。文献[6]设计了一套基于智能电网的电力系统自动控制系统，将每个调度中心10 余套独立的应用系统统一整合为一套平台和4 个系列的应用系统，实现多业务的综合可视化系统。文献[5]提出一种基于任务划分和蚁群算法的电网云平台虚拟资源配置方法可以提高调度效率，均衡分配资源，较好地实现云平台虚拟资源利用的最大化。文献[7-8]提出了一种基于SOA的统一模型的信息融合技术，是一种统一模型的总体框架和技术实现方案，通过模型拼接和统一建模使智能电网的模型统一化，提升智能电网服务水平的方法。文献[13]提出了一种基于Hermite 正交基前向神经网络算法，在融合具体步骤中提高数据融合效率，对风电场功率进行了较为精准的预测。综合上述文献，近年来基于云大物移智的发展，在信息融合技术的探讨与创新上越发层出不穷，为本文的电网调度业务信息融合及优化技术研究提供了理论基础。然而，调研业务信息融合技术的研究有待进一步探讨更多的发展新思路，如何从硬件方面实现多系统数据综合的融合技术的相关文献尚未发现。本文提及的多系统数据信息融合技术基于物理硬件结构的改善，从源头上综合各类关键业务的信息系统，为电网调度提供更加可靠的技术管理平台。

1 地区电网各业务系统现状

目前，大量综合自动化系统远动业务通过调度数据网[10-10]或2M 专线[11]通道上传地区调度自动化系统，以上两种通信方式均采用远动传输规约IEC60870-5-104 规约[3]实现主厂站双网远动通信。其他业务主厂站系统间均采用不同的通信规约（如保护采用IEC60870-5-102、电能量采用IEC60870-5-103 规约）通过调度数据网实现传输。以云南电网某地调为例，目前远动业务具备三种通信方式：101 数字通道、2M 通道及调度数据网通道，其他业务采用调度数据网分区传输到各自业务主站系统。主厂站间各项业务通信的典型网络拓扑图如图1所示。保信、设备在线监测、故障录波、电量、远动、PMU 等数据通过厂站RTU 装置采集经调度数据网划分vlan 及网段的方式通过不同的规约传送给各自的省、地调主站系统，由于各业务系统无统一规范，数据共享性差，系统集成性不高，导致各业务主站系统间相互毫无关联，部分数据重复但数据无法共享。

图1：调度主站与变电站各项业务的通信的网络拓扑图

毫无关联的业务系统造成了业务系统泛滥，而不同业务系统的相关专业运维人员运维水平或力度不够，导致各业务系统安全形势严峻，实用性差，人机界面不友好等一系列问题。同时，多业务系统使用者调控员无暇顾及各业务系统实时数据，在处理故障时需人工综合运用判断，易于出现纰漏，且耗费时间长，不利于故障的及时处理与消除。因此，在迈向未来电网的征程中，通过不同业务系统的数据融合，可使电网在线运行方式下开展全面可靠的失稳风险排查，有利于及时发现电网安全隐患，避免电网发生连锁故障等严重危害事故发生[7]。

2 地区电网全业务信息融合技术研究

针对地区电网各业务系统目前存在的以上问题，本文旨在提出一种从变电站层面通过IEC 61970 CIM 模型与IEC 61850 变电站模型映射关系整合调度关键应用系统到SCADA 系统的全业务信息融合方法。其具体实现方式如下:变电站层面，对二次设备终端增加主站端地址，并开通加密装置上的主厂站业务访问策略；调度自动化主站层面，一方面将调度主站的横向防火墙更换为NAT 防火墙，通过该防火墙将变电站传输上来的数据经过NAT 转换和更换新的业务访问策略实现主厂站前置业务通信链路。另一方面配置相关业务通道及厂站设备地址，打通前置机系统与调度中心人机联系子系统的通信链路。最终实现变电站保信、电量、在线监测、故录业务实时传送至I 区前置服务器上，经SCADA 服务器处理后在各调度员工作站中调度自动化系统中集中监视，其具体实现形式网络拓扑如图2所示。该全业务信息融合方法有利于统一电网物理模型，为调度监控、智能告警、调度员潮流、电网故障预警、调度全业务流程、辅助决策等提供可靠的数据来源。

图2：调度业务电网信息融合网络拓扑图

3 地区电网信息融合技术应用实例及管理

以某地市供电局新建PCS9000 调度自动化系统为例，通过调度数据网及NAT 防火墙NAT 转换，已将地区电网的远动、电量、安稳、保信、在线监测等变电站二次设备接入PCS9000 调度自动化系统，详见图3所示。通过以上方式，配置变电站各业务终端的主站IP 地址为调度自动化系统前置地址，可实现变电站各应用业务的集成，达到地区电网信息融合的目的。

图3：各应用业务的数据集成通道监视

各个应用系统的相关功能均需动态维护，为确保一致性和正确性，建立审核维护管理体系，包括4 个环节：

（1）当需变更参数时（包括新增、修改、删除等），由系统内的相关专业运维需求人员提前准备好申请材料后，根据初步汇总和整理的申请内容提出相应申请，通过OMS系统平台提交同一批变更申请。

（2）针对不同的处理流程（新增、修改、删除等），对已提交的申请由同级专业审批人员完成专业评判过程，根据具体流程单独定制设定和分析机制。

（3）接下来由同级审批人员处理完成分析后的变更内容，对已通过影响分析的申请由系统管理负责人完成系统评判过程。

（4）对通过审批的申请由系统管理员并向申请涉及的人员发送消息和邮件。系统维护管理流程如图4所示。

图4：系统维护管理流程图

信息的融合必然带来信息安全方面的考虑。如今电力企业覆盖全国，但在安全问题建设上水平差异较大，众多中小型电力企业的安全防护措施急需解决[8]。本次设计结合自身情况研究个体化的防护措施， 电量、保信等安全II 区的业务均通过非实时区传输至主站端，经防火墙NAT 转换后融合到PCS9000 系统使用。通过以上方法防止大数据外来攻击，满足国家《电力二次系统安全防护规定》“安全分区，网络专用，横向隔离，纵向认证”十六字总体安全防护原则，满足电力二次系统允许把高属于低安全等级区域的业务系统的终端设备放置于高安全等级区域，由属于高安全等级区域的人员控制和使用的要求。本文设计的应用属于保障二次系统的安全，防范电力二次安防事件导致扩大化的电网事故事件的范畴。

4 结束语

信息融合不仅能在发生电网故障时减轻调控人员检查各个独立的二次系统并人工分析故障原因及快速寻求处理方法的压力，同时能在满足二次安防要求的情况下将电网调控人员所关心的所有信息融合在同一个系统，为智能告警提供强大的数据来源，满足电力调度工作高效开展要求，并为其调度自动化水平的提升打下基础。

信息融合的目的为统一电网模型，将保护整定所需的保护装置等二次设备模型与电力调度自动化系统PAS 应用、方式BPA 计算中所需的一次设备模型有机的结合起来，为电网智能调度提供坚实的技术基础。电力信息的融合，可以有效地提高电力系统运行过程中数据的传输与处理的效率，改变了以往电力体系的管控模式和管控思路，是一种全新的信息化管理理念与传统电力业务的相融合，为实现“电力流、信息流、业务流”高度一体化融合的电网企业发展方向提供了一种全新的思路。