调度自动化系统黑启动方案研究及系统试验

刘昌新，李铭心，李莹平

(呼和浩特供电局，内蒙古 呼和浩特 010050)

电网调度自动化系统是调度员感知电网状态的耳目，随着电力网架不断的复杂化，调度自动化系统的作用不断提升，目前的调度工作对于调度自动化系统的依赖程度越来越高，随着智能调度控制系统的推出，调度工作已经逐步提升到运行驾驶的概念，即调度员对于电网的运行把控像驾驶一辆汽车一样无须时刻关注其内部的运行原理和状况，只需指明系统运行方向，具体控制实施等由系统的自动装置、远控装置等来实现。另外，各个城市的配电自动化系统开始在各调控中心上线运行，国内绝大部分配电自动化系统采用集中控制模式，即将所有终端信息采集到调度主站统一计算处理，终端采集信息包括配电网各节点电流、电压、开关位置、刀闸位置、保护动作等信息，调度主站具备了网架结构信息，从而实时计算出网络拓扑信息，供调度员判断电网状况。传统的配电网调度当出现网络故障时保护动作跳开线路开关，由调度员根据保护动作、电话报告等信息判断配网故障位置，而后断开故障附近开关以隔离故障，最后合上线路开关将非故障区域恢复送点。配电自动化系统采用故障自愈功能(FA)由系统自动实现调度员的以上操作，从而大大缩短了用户的停电时间，目前国内最好的集中式配电自动化系统已经可以做到99.999%的供电可靠性，即每年停电不超过两分钟。这些功能的实现都有赖于调度自动化系统的不间断运行。

目前，国内调度自动化系统处于世界领先水平，包括CC2000A、OPEN3000、D5000等，各调度部门所配套模块和辅助系统不尽相同，SCADA系统的全停概率较低，故业界并没有成形的系统黑启动方案标准，但当系统发生事故全停，调度员即刻处于盲调的状态，如何尽快恢复调度员的监控成为自动化业界面临的难题。近年来，调度工作对调度自动化各系统的依赖迅速增强，调度自动化各系统的不间断运行要求可靠性极高的大功率UPS系统(10kVA以上)，早先的调度自动化系统设计大多采用进口设备作为自动化系统的不间断电源，因而价格昂贵。20世纪90年代以来，一些国产的UPS品牌凭借在技术上的不断追求与本土化的生产服务优势，取得了一些突破性进展，另一方面，电力行业作为国家安全的基础服务设施，对于设备本土化生产的要求也不容小觑，若调度自动化各系统有一套好的黑启动方案，能够在系统掉电后迅速启动恢复功能，使对调度员的工作影响程度降低到最轻，则对UPS系统的可靠性要求可以稍稍降低，从而可以选择一些优秀的国产品牌，这对于电力企业降低对外依存度和企业生产成本都具有重要的意义。

1 设计开发

1.1 设计背景

呼和浩特调度自动化系统包括主网CC2000A系统以及配电自动化D5000系统，整个系统全部采用国产硬件设备，主网系统由23台服务器、28台工作站及12台网络设备等组成，服务器操作系统采用的是开源系统RHEL 6.2，配网系统包括23台服务器和10台工作站，磁盘阵列2台，各类交换机20台，2台防火墙和2套防病毒系统。配套系统包括调度数据网络系统、电能量计量系统、独立防误操作系统、机房环境动力监测系统、调度大屏幕显示系统、KVM系统、UPS系统、恒温恒湿空调系统、新风注入系统、火灾报警系统、七氟丙烷自动灭火系统、蓄电池组等。

1.2 硬件模块分析

硬件方面启动的主要步骤需要满足条件：①磁盘阵列提供数据库基础服务，需要在连接它的历史服务器连接服务之前启动；②历史服务器提供数据查询和各数据表的下装服务，需要在实时数据服务器服务启动之前启动；③实时数据采集与处理服务器为前置数据采集服务器和高级应用服务器提供实时数据查询服务，需要在前置数据采集服务器和高级应用服务器申请服务之前启动；④前置数据采集服务器提供与各厂站通信采集数据服务，向实时数据采集服务器提供电网运行实时数据，需要在实时数据采集服务器申请服务之前启动服务；⑤调度和监控各工作站访问实时数据需要实时数据采集与处理服务器提供实时数据发布服务，在实时数据采集与处理服务器服务启动后才能启动各工作站；⑥所有服务器、工作站需要在操作系统完全启动后才能启动各服务和用户进程；⑦防火墙、隔离装置、入侵检测、安全审计、纵向加密、防病毒系统等安全装置需要在各服务器启动之前开始安全防护功能；⑧核心交换机、路由器、调度数据网络系统等网络设施需要在各服务器、工作站启动之前启动完成，否则将影响服务器、工作站的正常启动；⑨独立防误操作系统应在调度自动化系统主机功能具备之前启动完成并提供服务，以防误控开关造成电网事故；KVM系统应在系统功能具备之前启动完成并提供服务，确保操作的可用性；部分配套系统包括电能量计量系统、新能源信息采集系统、机房环境动力监测系统、调度大屏幕显示系统、KVM系统、UPS系统、恒温恒湿空调系统、新风注入系统、火灾报警系统、七氟丙烷自动灭火系统等可以在得电后迅速自启动。

1.3 软件模块分析

调度自动化系统需要操作系统提供种类繁多的多种服务，包括NTP、FTP、vsftpd、telnet、syslog、sshd、nfs、network等，这些服务需要在平台各应用模块启动之前启动完成，供应用模块调用，在操作系统启动后应将这些服务首先启动。

通过对调度自动化主站系统CC2000A所包含SCADA功能模块、高级应用功能模块、综合数据平台模块、调度员仿真培训、操作票模块以及辅助模块各自功能和基础性关系进行分析，测试确定各自启动时间，其中SCADA功能模块是各功能模块的基础平台，应当在其他功能启动之前完成启动并提供服务；综合数据平台模块是调度工作的核心模块，在基础平台启动后应优先启动；高级应用功能模块、调度员仿真培训、操作票模块在紧急情况下可以次优先启动，以保证系统启动的快速性。

对于实际操作人员，应正确理解电网运行稳态监控的数据结构，熟知各系统的层次关系和系统的各个应用、相关进程、系统命令，掌握电网运行稳态监控的操作，快速响应、及时解决系统出现的问题。根据基础关系和时间最短原则设计启动方法，并根据安全规则编制软件启动方案。

2 系列测试

在条件允许下进行现场测试，通过测试，调度自动化黑启动方案将调度自动化系统主要功能黑启动时间为9min，次要功能黑启动时间为15min，辅助功能黑启动时间为23min，如图1所示。

图1 系统测试

3 结束语

调度工作对调度自动化各系统的依赖极强，当特殊情形下UPS失电时，快速恢复调度自动化各系统的基础功能和辅助功能有助于调度员密切监视电网运行情况，正确处理电网运行故障，保障电力供应。调度自动化各系统的不间断运行要求可靠性极高的大功率UPS系统，进口产品能够满足可靠性要求，但价格昂贵，国产UPS虽可靠性稍差，但成本可控，并且没有贸易壁垒。笔者提出的调度自动化系统黑启动方案，能够在系统掉电后迅速启动恢复功能，使失电事件对调度员的工作影响程度降低到最轻，①为UPS失电提供了一个解决方案；②使系统对UPS系统的可靠性要求可以稍稍降低，从而可以选择一些优秀的国产品牌，这对于电力企业降低对外依存度和降低企业生产成本都具有重要的意义。