變電站集中監(jiān)控功能與調控一體數(shù)據處理技術,電力論文當前,變電站的實時監(jiān)控已普遍采用無人值守和集中監(jiān)控形式。各個供電公司都組建了大量變電站集中監(jiān)控中心,并制訂了一系列的變電站集中監(jiān)控功能規(guī)范。通過對變電站的改造,變電站集中監(jiān)控主站軟件基本上實現(xiàn)了信號的接入與處理。隨著大運行體系建設工作的開展、電網技術的不斷進步以及對安全要求的不斷提高,調度運行與設備監(jiān)控的分設,所導致的管理形式管理鏈條長、運行環(huán)節(jié)多、工作界面復雜、實時控制效率低等問題日益成為制約電網發(fā)展的瓶頸。這些問題突出表如今兩個方面:①變電站集中監(jiān)控主站軟件獨立建設,未做到和電網調度控制中心的其他應用信息分享,造成調度監(jiān)控員處置時需要打開多套系統(tǒng),嚴重影響監(jiān)控效率和操作安全性;②由于信號分析功能較弱,不能知足從經歷體驗型向分析型、從單一功能到多功能、從事后被動型向事前主動型轉變的要求。為了解決這些問題,大運行體系建設要求在原調度中心和變電站集中監(jiān)控中心的基礎上組建調度控制中心。調度控制中心在承當電網調度工作的同時,也負責變電站設備的運行狀態(tài)監(jiān)視及遠方控制工作。根據調度和監(jiān)控功能一體化融合,監(jiān)控應用與智能電網調度控制系統(tǒng)基礎平臺(簡稱D5000平臺)一體化集成的建設思路[1-2],在D5000平臺上,采用調度和監(jiān)控信息一體化建模,利用D5000平臺中的消息總線、實時數(shù)據庫、權限管理、告警等服務,實現(xiàn)變電站集中監(jiān)控功能和智能電網調度控制系統(tǒng)的快速集成。本文從調控一體實際業(yè)務需求出發(fā),根據一體化設計、統(tǒng)一平臺、模型分享、分級維護、統(tǒng)一管理、組件化建設、可視化展現(xiàn)的設計原則,提出了變電站集中監(jiān)控功能體系架構,重點闡述了在D5000平臺功能擴展、調控一體化模型與權限管理、告警信息分層分流及智能化處理、告警直傳與遠程閱讀、安全控制光字牌處理等關鍵技術,最后給出了變電站集中監(jiān)控功能的工程實踐情況。1功能體系架構在D5000平臺和電網運行穩(wěn)態(tài)監(jiān)控功能模塊的基礎上,對平臺的數(shù)據采集、權限管理、模型管理、人機界面、告警服務、權限服務、綜合智能分析與告警等功能和服務進行面向調控一體業(yè)務的升級,實現(xiàn)調控業(yè)務的一體化采集、一體化處理和一體化展示。主站端變電站集中監(jiān)控主要實現(xiàn)數(shù)據處理、間隔建模與顯示、操作預演、光字牌處理、防誤校驗、操作與控制、責任區(qū)信息分流等功能。調控一體變電站集中監(jiān)控功能的體系架構如此圖1所示。圖中:WAMS為廣域測量系統(tǒng);AVC為自動電壓控制?！?】2變電站集中監(jiān)控功能與調控一體數(shù)據處理流程2.1變電站集中監(jiān)控功能調控一體形式的實現(xiàn)為監(jiān)控功能提供靈敏、友好的專用界面和可靠的技術支持。調控一體變電站集中監(jiān)控功能主要包括下面幾個方面。1)電網設備運行的實時信息監(jiān)視。接收實時遙信、遙測數(shù)據,并執(zhí)行相關邏輯對問題遙信、遙測數(shù)據進行處理。2)相關設備的操作和控制。在確保安全的前提下,為監(jiān)控人員提供一種在電網調度控制中心執(zhí)行對遠方斷路器、擋位的遙控操作的手段。3)信息分析與處理。綜合處理一、二次設備相關信息,給出清楚明晰明確的結論,為運行監(jiān)視人員提供指導和參考[3-4]。4)信息展示。根據變電站集中監(jiān)控的業(yè)務特點,擴展告警信息展示、光字間隔圖等功能,知足監(jiān)控人員對信息監(jiān)視的需要。2.2調控主站一體數(shù)據處理流程圖2所示為調控主站數(shù)據處理經過。在調控主站端擴展智能電網調度控制系統(tǒng)數(shù)據采集應用功能,實現(xiàn)對遠動機通過通信規(guī)約上送的調控集中監(jiān)控數(shù)據的統(tǒng)一處理。通過平臺提供的權限和責任區(qū)管理服務實現(xiàn)對調控一體數(shù)據的分層、分級和分流處理。用戶權限配置功能支持調度員和監(jiān)控人員登錄在同一調控一體化系統(tǒng)中,能夠按需獲取信息、調度員和監(jiān)控人員的操作互不干擾。在實現(xiàn)調度和監(jiān)控數(shù)據分流后,通過告警分析模塊將信息根據變電站集中監(jiān)控的業(yè)務進行告警分類,并做進一步的處理(告警分類、信號壓縮、誤發(fā)信號過濾等)后展示給監(jiān)控人員,并利用信息檢索技術實現(xiàn)一、二次設備信息的關聯(lián)展示。在控制功能實現(xiàn)方面,由電網調度控制中心發(fā)起遙控,在完成控制點核對后,將遙控、遙調指令加密后下發(fā),實現(xiàn)安全遙控功能?！?】3關鍵技術3.1D5000平臺功能擴展采用并擴展D5000平臺提供的實時數(shù)據庫、消息總線、公共服務、模型管理、權限管理等支撐服務,實現(xiàn)調控一體化平臺功能。3.1.1調控一體模型管理變電站系統(tǒng)數(shù)據模型主要分為:一次模型和二次模型。一次模型主要包括電網參數(shù)、一次設備參數(shù)等,二次模型主要包括保衛(wèi)、測控等二次裝置信息模型。當前國際上與一、二次模型相關的主要標準分別是IEC61970[5-6]和IEC61850[7]。IEC61970中對于二次設備的模型描述較為簡單,而IEC61850中對二次設備模型的描繪敘述非常詳盡,但兩套標準對于電力系統(tǒng)對象的描繪敘述方式差異較大,無法直接融合。通過在調控一體模型管理中,引入IEC61850中智能電子設備(IED)模型并進行適當調整,對本來主要基于IEC61970標準的模型進行適當擴大,實現(xiàn)一、二次設備的統(tǒng)一建模。這樣,一方面能夠避免一樣模型分散、重復建設,另一方面為后續(xù)實現(xiàn)一次設備和保衛(wèi)信息關聯(lián)調閱、智能告警分析等功能提供根據。對于一次設備與二次設備的關聯(lián),首先建立IED類與遠程終端單元(RemoteUnit)的繼承關系;然后建立保護邏輯節(jié)點(LNode)類與保護裝置(ProtectEquipment)繼承關系。華而不實:①利用保衛(wèi)裝置與設備(Equipment)的關聯(lián),根據實際配置情況構建一次設備與邏輯節(jié)點的對應關聯(lián);②利用保衛(wèi)裝置與量測值的關聯(lián),表示保衛(wèi)設備的輸入信號;③利用保衛(wèi)裝置與保衛(wèi)刀閘(ProtectedSwitch)的關聯(lián),表示保衛(wèi)動作后發(fā)跳閘命令到Switch(刀閘)。一次設備模型和二次設備模型關系如圖3所示。華而不實,PowerSystemResource為電力系統(tǒng)資源,IdentifiedObject為已辨別對象,Equipment為設備,ReclosSequence為重開閘序列,LDEVICE為邏輯裝置,FisAnalog為保衛(wèi)模擬量,FisSetting為保衛(wèi)定值,FisSetBit為控制字定值,FisSettingRef為標準定值。【3】3.1.2調控一體權限管理權限管理是利用應用權限控制的公共組件和服務,實現(xiàn)用戶的角色辨別和權限控制。華而不實,權限控制包括基于對象的控制(包括菜單、應用、功能、屬性、畫面、數(shù)據和流程等)、基于物理位置的控制(如系統(tǒng)、服務器組和單臺計算機)和基于角色的權限管理策略等。為了知足調控一體的業(yè)務需求,基于服務總線實現(xiàn)的權限服務在變電站集中監(jiān)控功能中對間隔的描繪敘述增加了對責任區(qū)中間隔的權限控制,以保證責任區(qū)區(qū)分顆粒度最小能夠到間隔;對于操作功能增加了掛牌、控制權以及畫面推送等操作權限,以知足實際業(yè)務的個性化需求。通過對D5000平臺權限管理服務的擴展,實現(xiàn)了調度和監(jiān)控業(yè)務的統(tǒng)一權限管理,使得在同一個系統(tǒng)中不同專業(yè)用戶功能能夠分權使用、按需定制且互不干擾。另外,為了確保控制操作的準確性和安全性,將雙因子驗證機制納入權限管理中,即采用密碼和安全鑰匙認證的方式確保登錄人員身份的可靠性。3.2信息分層分流及智能化處理根據調度、監(jiān)控等不同專業(yè)的業(yè)務需求,對人機界面、信息和可執(zhí)行操作等進行角色定制,實現(xiàn)信息的分流處理[8-10]。根據監(jiān)控告警信息重要性等級,進行從宏觀到微觀的分層展示。通過權限、責任區(qū)的配置,實現(xiàn)系統(tǒng)功能、展示界面和實時監(jiān)控信息等對不同用戶的隔離,這樣既能夠避免越權使用,可以以減輕監(jiān)控人員的負擔。3.2.1權限與責任區(qū)智能電網調度控制系統(tǒng)牽涉多個專業(yè),僅處于安全Ⅰ區(qū)的子系統(tǒng)就牽涉自動化專業(yè)、調度專業(yè)、監(jiān)控專業(yè)和保衛(wèi)專業(yè)等。華而不實,調度專業(yè)和監(jiān)控專業(yè)又因關注對象不同,對一次接線、告警窗等界面信息及詳略要求不同[11]。因而,需要分責使用、分權管理和分區(qū)監(jiān)控。利用D5000平臺提供的權限和責任區(qū)管理,對用戶和角色所使用的掛牌操作、遙控操作和畫面推送等操作功能設定權限。根據廠站、電壓等級、間隔等劃分方式,對用戶進行責任區(qū)配置。這樣,每個節(jié)點(工作站)根據用戶登錄信息僅展示其責任區(qū)范圍內的信息,提供責任區(qū)范圍內相關設備的操作權限,進而實現(xiàn)信息和操作分流。3.2.2告警信息分流與智能化處理1)告警信息分類根據對電網影響的程度,電網告警信息通?？煞譃槭鹿市畔ⅰ惓Ｐ畔?、變位信息、告知信息和越限信息等5種類型。而智能電網調度控制系統(tǒng)的告警服務需要接收各個應用發(fā)出的告警信息并統(tǒng)一進行處理,各應用產生的告警通常按應用角度區(qū)分類型,因而并不符合上述的告警分類。為知足監(jiān)控功能需求,需要對智能電網調度控制系統(tǒng)的告警類型與電網5類告警之間進行映射,映射關系如此圖4所示?！?】智能電網調度控制系統(tǒng)的告警分為遙信變位、遙測越限、事件順序記錄(SOE)和控制操作等。詳細的映射方式方法分為兩種:第1種是在信號建模時對信號等級進行劃分,在信號產生動作時直接根據模型等級對應監(jiān)控告警的某一類信息;第2種是在信號產生后再根據其詳細的動作狀態(tài)進行映射,以確保映射的靈敏性,即同樣是遙信變位類的信號,由于其動作狀態(tài)的不同可以以映射到不同類型的監(jiān)控告警。2)告警信息分流每一個用戶在開創(chuàng)建立時對其所管轄的責任區(qū)進行定義。在告警產生后,不同用戶的告警窗和最新告警行僅顯示用戶責任區(qū)范圍內的告警數(shù)據。3)告警智能處理調控一體化給調度自動化系統(tǒng)帶來的最大挑戰(zhàn)是告警信息的海量增長[12]。通過告警窗的展開/收起功能,智能電網調度控制系統(tǒng)對由同一原因引起的多個告警信息進行合并,只給出核心的告警或者引起故障的原因。所有的告警信息都存入歷史數(shù)據庫并支持在實時告警界面通過綜合告警信息查看與之相關的具體告警信息。對頻繁出現(xiàn)的告警信息(如保衛(wèi)信號頻繁誤動等),告警窗自動合并為一條信息,并自動累加動作次數(shù),通過點擊告警查看告警詳情。利用告警窗有限的顯示空間充分展示有效信息,解決了以前重要信息被非關鍵信息所淹沒的問題。3.3告警直傳與遠程閱讀變電站有一些非電氣量信號會產生對電網運行沒有直接影響的告警,如防盜門未關閉、火警報警等。這些信號對于無人值守變電站極其重要但是主站模型又無法反映出來,導致信息取舍特別困難。告警直傳很好地解決了這一技術難題,大大減少了電網調度控制中心的信號維護量。通過遠程閱讀,監(jiān)控人員不再局限于變電站上送的監(jiān)視信號,能夠主動在電網調度控制中心對變電站上的集中監(jiān)控系統(tǒng)進行閱讀,輔助電網調度控制中心進行決策。3.3.1告警直傳變電站告警直傳過程如圖5所示。圖中:SCADA表示數(shù)據采集與監(jiān)控?！?】從圖中能夠看出,在電網調度控制中心部署告警信息直傳功能,在變電站部署告警信息的轉發(fā)功能。告警圖形網關采用DL476/104協(xié)議的字符串數(shù)據塊分別與變電站監(jiān)控系統(tǒng)和電網調度控制中心進行告警信息傳輸。變電站監(jiān)控系統(tǒng)將SCADA系統(tǒng)的告警處理模塊產生的本地告警信息轉換為帶站名和設備名的標準告警信息傳送給告警圖形網關。電網調度控制中心的告警采集模塊與變電站監(jiān)控系統(tǒng)建立網絡連接來接收告警信息,并以消息的方式發(fā)送給告警處理模塊。電網調度控制中心的告警服務接收告警消息并在告警窗上顯示相關告警。3.3.2變電站遠程閱讀變電站遠程閱讀經過如此圖6所示?！?】從圖中能夠看出,在電網調度控制中心部署變電站代理服務程序;在變電站端部署專用的服務程序;電網調度控制中心與變電站端通過DL476協(xié)議進行交互。遠程閱讀的實現(xiàn)主要包括畫面的繪制和數(shù)據的刷新兩個方面。1)畫面的繪制:人機系統(tǒng)通過本地圖形網關向變電站端發(fā)送變電站畫面文件請求,本地圖形網關與變電站圖形網關交互,獲取請求的畫面文件,人機系統(tǒng)接收本地圖形網關返回的文件后,通過閱讀器解析畫面文件。根據畫面中引用的圖元文件,通過本地網機向變電站端圖形網關發(fā)送請求,人機系統(tǒng)接收本地圖形網關返回的圖元文件,閱讀器完成解析后繪制完好的畫面圖形。2)數(shù)據的刷新:人機系統(tǒng)向本地圖形網關發(fā)送打開畫面的請求以獲取數(shù)據,變電站站端監(jiān)控系統(tǒng)響應請求并返回結果,由本地圖形網關接收結果,人機系統(tǒng)接收本地圖形網關返回的刷新數(shù)據,閱讀器完成數(shù)據、著色和狀態(tài)等的刷新。3.4安全控制變電站集中監(jiān)控和無人值守形式下,遠方操作范圍擴大,操作量大大增加,電網調度控制中心必須為確保遠方操作的安全性提供有效支撐[13]。3.4.1安全遙控除采用傳統(tǒng)的防誤校驗技術外,采取權限管理、操作監(jiān)護、前置數(shù)據點固化和遠方/就地閉鎖等措施來保障遠方操作的安全性,避免非主觀性操作失誤導致嚴重后果。安全控制流程如此圖7所示。根據監(jiān)控人員操作規(guī)程,通常遙控操作在間隔內執(zhí)行,權限的劃分能夠有效避免監(jiān)控員進錯間隔,在間隔內進行遙控操作時,會再次要求監(jiān)控人員同時輸入間隔名稱和遙控對象確保控對。同時,一旦開場遙控某一設備,將自動將此設備閉鎖避免同時多人操作。為確保遙控不會由于維護造成問題,通過前置數(shù)據點固化的方式方法來保證遙控點下發(fā)正確。自動化人員在維護調控系統(tǒng)時,對新建變電站都會執(zhí)行一系列的傳動實驗,確保變電站端信息點和電網調度控制中心的信息點完全一致,但電網調度控制中心遙控點仍然存在被篡改的風險。利用數(shù)據點固化的方式方法在傳動實驗完成后將完好的信息點表額外保存,下發(fā)遙控時同時比對兩張數(shù)據點表,一致時下發(fā)對應的遙控點。通過設置遠方/就地閉鎖點并采集該點信號,明確控制權歸屬,避免運維檢修人員在變電站端操作時電網調度控制中心人員同時進行操作導致事故。假如控制權在遠方,那么電網調度控制中心閉鎖所有遙控功能;假如控制權在電網調度控制中心,則在變電站端完全閉鎖控制。【7】為進一步實現(xiàn)遙控的安全控制,還能夠通過調用安全加密驗證模塊,使遙控操作人員在執(zhí)行遙控操作時使用安全密鑰獲得遙控和監(jiān)護權限。3.4.2操作預演對于變電站倒閘操作,智能電網調度控制系統(tǒng)提供獨立的模擬預演環(huán)境,支持系統(tǒng)實時斷面導入。在智能電網調度控制系統(tǒng)的多態(tài)機制基礎上,新建一個模擬預演態(tài),通過實時斷面拷貝到模擬預演態(tài)下,采用全圖形鼠標操作定義變電站倒閘操作序列。對于定義完成的操作序列,能夠按指定的時間間隔進行操作預演,預演中每一步執(zhí)行前均調用防誤校核。對于不符合防誤要求的操作,給出錯誤提示和正確的操作序列。3.5光字牌處理光字牌是設備運行人員監(jiān)視變電站內設備運行工況的基礎性手段[14]。智能電網調度控制系統(tǒng)中設計并實現(xiàn)的光字牌監(jiān)視圖是一種非常直觀的信號監(jiān)視界面,由全站光字圖、間隔光字圖和間隔細節(jié)圖組成。三種光字圖按三級倒樹狀構造完成鏈接,構成光字牌功能。光字圖根據系統(tǒng)一、二次模型數(shù)據庫的信號構造自動生成,動作狀態(tài)顏色與信號的報警等級對應。間隔細節(jié)圖除了提供類似于傳統(tǒng)變電站控制屏的光字牌信號和只含有該間隔的報警及SOE的