吉林電網(wǎng)調(diào)度自動化時鐘監(jiān)測系統(tǒng)

李育發(fā)

(國網(wǎng)吉林省電力有限公司，長春 130021)

隨著吉林電網(wǎng)的快速發(fā)展，調(diào)度自動化系統(tǒng)為電網(wǎng)安全運行和商業(yè)化運營提供了有力支撐。能量管理系統(tǒng)(EMS)具備電網(wǎng)安全穩(wěn)定監(jiān)視(SCADA)、自動發(fā)電控制(AGC)、自動電壓控制(AVC)和靜態(tài)穩(wěn)定分析功能，已成為電網(wǎng)運行監(jiān)測、控制和管理基礎技術支撐平臺;電量計量系統(tǒng)(TMS)具備關口電量自動采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和計量設備運行監(jiān)測功能，為關口電量結算和輔助服務管理提供技術支持［1］;燃煤機組脫硫監(jiān)測系統(tǒng)(DMS)具備煙氣排放監(jiān)測、脫硫裝置運行和脫硫效率考核功能，為燃煤機組脫硫電量結算和考核提供基礎數(shù)據(jù)［2］。

時鐘監(jiān)測系統(tǒng)是智能電網(wǎng)最重要的基礎條件之一?，F(xiàn)有自動化設備時鐘管理主要有3種方式:一是配置獨立標準時間同步鐘裝置，通過串口輸出、脈沖有源(無源)輸出或網(wǎng)絡方式對時。該方式具有同步時鐘效率高、精度好的優(yōu)勢，但時間同步裝置精度和運行維護成為關鍵因素;二是主站系統(tǒng)通過人工設定、進程定時對時方式。該方式存在對時精度受通道質(zhì)量影響較大等問題;三是依賴設備自身時鐘裝置，實現(xiàn)系統(tǒng)守時功能。該方式具有結構簡單的優(yōu)點，但存在時間誤差積累，需要人為干預等問題。因此，建立統(tǒng)一時鐘信息采集平臺，實現(xiàn)時鐘信息集中監(jiān)視、設備異常超前智能診斷分析成為目前迫切需要解決的問題。

1 系統(tǒng)整體結構

按照國家電力監(jiān)管委員會《電力二次系統(tǒng)安全防護總體方案》的要求，各系統(tǒng)分布在不同安全控制區(qū)(安全Ⅰ區(qū)、安全Ⅱ區(qū)、安全Ⅲ區(qū))，系統(tǒng)整體結構如圖1所示。

EMS分布在實時控制區(qū)，利用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡或專線網(wǎng)絡與廠站自動化裝置進行雙向數(shù)據(jù)傳輸，支持CDT、IEC870-5-101和 IEC870-5-104通訊規(guī)約，實現(xiàn)廠站頻率、功率、電流、電壓等遙測，以及斷路器、隔離開關、刀閘等遙信數(shù)據(jù)傳輸和自動發(fā)電控制(AGC)、自動電壓控制(AVC)。

電量計量系統(tǒng)分布在非實時控制區(qū)，系統(tǒng)利用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡與廠站電量采集裝置進行雙向數(shù)據(jù)傳輸，支持軟件測試管理平臺SCTM和IEC870-5-102通信規(guī)約，實現(xiàn)廠站關口電能表表讀數(shù)和周期電量采集及遠方傳輸，為電量結算、計量設備運行監(jiān)測和輔助服務管理提供技術支持。

燃煤機組脫硫監(jiān)測系統(tǒng)分布在非實時控制區(qū)，系統(tǒng)利用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，支持IEC870-5-102通訊規(guī)約，與發(fā)電廠脫硫監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置進行雙向數(shù)據(jù)傳輸，具備煙氣排放監(jiān)測、脫硫裝置運行考核和脫硫效率考核功能，滿足在線監(jiān)管和網(wǎng)、廠結算的需求。

圖1 調(diào)度自動化系統(tǒng)結構

綜合考慮自動化設備時鐘監(jiān)測系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)交換整體方案，時鐘監(jiān)測系統(tǒng)部署在非實時控制區(qū)(安全Ⅲ區(qū))，通過防火墻裝置可訪問分布在實時控制區(qū)的能量管理系統(tǒng)，并可直接訪問分布在非實時控制區(qū)的電量計量系統(tǒng)和燃煤機組脫硫監(jiān)測系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)時鐘信息源獲取方案

2.1 系統(tǒng)標準時鐘信息獲取

為實現(xiàn)設備時鐘信息準確分析，系統(tǒng)自身具備準確時鐘系統(tǒng)。系統(tǒng)通過網(wǎng)絡方式利用NTP技術，獲取主站GPS時鐘信息，并自動校對主機時鐘。

2.2 EMS廠站裝置時鐘信息獲取

EMS獲取廠站裝置時鐘信息可采用以下2種方式:

a.利用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通道，主站與廠站裝置建立數(shù)字通訊鏈路，通過IEC870-5-104規(guī)約，獲取廠站裝置時鐘信息。此方式具有物理連接結構簡單、采集信息精確、標準化程度高、維護簡單等優(yōu)點，但存在需修改廠站裝置參數(shù)、調(diào)試工作量大等問題;

b.利用專線通道串行接口RTX端信息“監(jiān)聽”技術，同步獲取主站與廠站裝置數(shù)字通訊信息，通過IEC870-5-101或CDT規(guī)約解析，獲取廠站裝置時鐘信息。此方式具有廠站裝置參數(shù)不需改變、采集信息精確、標準化程度高等優(yōu)點，但存在物理連接復雜、維護量大等問題。

為克服傳統(tǒng)獲取廠站裝置時鐘信息方式帶來的問題，最大限度利用網(wǎng)絡資源，減少系統(tǒng)影響，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，系統(tǒng)利用EMS獲取廠站裝置SOE(事件順序記錄儀)信息進行解析，獲取主站和廠站裝置對應時鐘信息。

2.3 TMS、燃煤機組脫硫監(jiān)測系統(tǒng)廠站裝置時鐘信息獲取

TMS、燃煤機組脫硫監(jiān)測系統(tǒng)與廠站裝置通訊支持調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡方式，系統(tǒng)分布在非實時控制區(qū)，允許遠程多主站訪問。利用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通道，主站與廠站裝置建立 TCP/IP數(shù)字通訊鏈路，通過IEC870-5-103規(guī)約，直接獲取廠站裝置時鐘信息。此方式不需要修改廠站裝置參數(shù)，也不需要增加物理連線;同時，因系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集頻率低，數(shù)據(jù)傳輸量少，同屬非實時控制區(qū)，不會對主系統(tǒng)運行產(chǎn)生影響。方案具有物理連接簡單、采集信息精確、標準化程度高、運行免維護等優(yōu)點。

3 系統(tǒng)功能設計

3.1 運行環(huán)境

系統(tǒng)采用企業(yè)級的網(wǎng)絡系統(tǒng)平臺Windows NT網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，支持面向對象的編程方法，提供完備的基礎類庫和組件。軟件設計采用Client/Server方式，數(shù)據(jù)庫連接采用ODBC數(shù)據(jù)庫引擎。系統(tǒng)具有信息顯示實時性強、運行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)保存量大、維護量小等優(yōu)點。

3.2 數(shù)據(jù)庫信息表

為方便系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理，提高數(shù)據(jù)訪問效率，系統(tǒng)精練數(shù)據(jù)表結構，建立系統(tǒng)設備參數(shù)表、歷史數(shù)據(jù)表和系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)表。

3.3 數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)采用軟件定時技術，周期處理系統(tǒng)畫面更新、自動(或人工)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計分析等任務。系統(tǒng)任務流程如圖2所示。

a.EMS的SOE數(shù)據(jù)文件下載與解析，數(shù)據(jù)交換平臺定時啟動事件記錄提取及壓縮服務進程，剔除非SOE信息，形成各廠站SOE信息記錄數(shù)據(jù)文件，提交到數(shù)據(jù)交換平臺。系統(tǒng)利用其文件傳輸服務，登錄數(shù)據(jù)交換目錄，獲取SOE格式化文件。系統(tǒng)自動解析SOE格式化文件，獲取廠站名稱、事件發(fā)生時間、主站記錄時間。綜合考慮數(shù)據(jù)傳輸延遲時間，修正主站記錄時間，并計算時間偏差值。

b.電量計量系統(tǒng)、脫硫監(jiān)測系統(tǒng)廠站裝置時鐘獲取，采用Client/Server方式，分別與EQMS、脫硫監(jiān)測系統(tǒng)廠站裝置建立通訊鏈路，依據(jù)IEC-870-5-104規(guī)約技術規(guī)范進行時鐘幀通訊。

3.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

a.數(shù)據(jù)標準化處理，考慮簡化數(shù)據(jù)處理，系統(tǒng)自動預處理SOE事件記錄，將剔除主站修正時間與廠站記錄事件發(fā)生時間年、月和日值不等記錄，并將時間格式化信息轉化為整數(shù)類型時間計數(shù)值。

b.樣本集數(shù)據(jù)相關系數(shù)評估，相關系數(shù)是著名統(tǒng)計學家卡爾·皮爾遜設計的用以反映變量之間線性相關密切程度的統(tǒng)計指標［3］。相關系數(shù)在－1～+1范圍內(nèi)變動，其絕對值愈接近1，兩個變量間的線性相關愈密切，愈接近0，相關愈不密切。相關系數(shù)α計算式為:

式中:PMi為i個的主站系統(tǒng)時間計數(shù)值;PPi為i個的廠站裝置時間計數(shù)值為所有樣本主站系統(tǒng)時間計數(shù)值的平均值為所有廠站裝置時間計數(shù)值的平均值;n為樣本數(shù)量。

圖2 系統(tǒng)任務流程圖

c.樣本集數(shù)據(jù)線性擬合是利用數(shù)理統(tǒng)計分析來確定兩種或兩種以上變量間相互依賴的定量關系的一種統(tǒng)計分析方法。利用線性回歸方程的最小平方函數(shù)對一個或多個自變量和因變量之間關系進行建模的一種回歸分析。線性回歸擬合方程利用最小二乘法求出其一次線性方程:

其斜率β和截距γ經(jīng)驗擬合方程如下:

d.樣本集數(shù)據(jù)平均誤差ε:

3.5 系統(tǒng)運行分析

分別利用EMS、TMS和DMS廠站裝置與主站時鐘量化數(shù)據(jù)樣本點，計算相應系統(tǒng)樣本集數(shù)據(jù)相關系數(shù)、線性擬合系數(shù)和平均誤差。依據(jù)相關數(shù)據(jù)指標，判定廠站設備時鐘和系統(tǒng)主站時鐘運行狀態(tài)。

a.主站系統(tǒng)時鐘運行分析判別條件為:當廠站設備時鐘線性相關率大于90%時，判斷主站時鐘運行趨勢穩(wěn)定，否則主站時鐘運行存在不穩(wěn)定趨勢。

在主站時鐘運行穩(wěn)定前提下，當廠站設備時鐘超前率大于90%時，主站時鐘可能滯后;當廠站設備時鐘滯后率大于90%時，主站時鐘可能超前。

b.廠站設備時鐘運行分析判別條件為:當α≥0.90時，數(shù)據(jù)線性相關，設備時鐘運行穩(wěn)定，否則設備時鐘運行存在不穩(wěn)定趨勢。在α≥0.90前提下，當0.95≤β≤1.05時，設備時鐘運行趨勢穩(wěn)定;當 β＞1.05時，設備時鐘有加快趨勢;當 β＜0.95時，設備時鐘有減慢趨勢。當|ε|≤10時，時間基本準確;當ε＞10時，時間偏差超前ε秒;當ε＜－10時，時間偏差滯后ε秒。

4 結束語

系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有自動化系統(tǒng)資源，建立統(tǒng)一時鐘信息采集平臺，獲取廠站自動化設備時鐘信息，建立系統(tǒng)主站時鐘、能量管理系統(tǒng)、電量管理和燃煤機組脫硫監(jiān)測系統(tǒng)廠站裝置時鐘運行分析量化評價指標，計算相應系統(tǒng)樣本集數(shù)據(jù)相關系數(shù)和線性擬合系數(shù)，依據(jù)相關數(shù)據(jù)指標，自動判別系統(tǒng)時鐘運行狀態(tài)。

目前，該系統(tǒng)在吉林電網(wǎng)運行效果良好，實現(xiàn)了調(diào)度自動化設備時鐘的在線監(jiān)測，提高了設備故障處理速度和運行維護水平，保證了遠動裝置時鐘信息和事件順序記錄信息準確性，為電網(wǎng)一次設備異常分析提供了技術支持;同時，保證了關口電量采集系統(tǒng)和脫硫監(jiān)測系統(tǒng)時鐘信息準確性，為網(wǎng)、廠考核和結算提供準確數(shù)據(jù)信息。

［1］李育發(fā)，胡可為，蔣憲軍.電能量計量系統(tǒng)在吉林電網(wǎng)網(wǎng)廠結算中的應用［J］.吉林電力，2011，39(4)::34-36.

［2］王曉波，李育發(fā)，馬立新.吉林電網(wǎng)并網(wǎng)燃煤機組脫硫監(jiān)系統(tǒng)建設方案研究［J］.吉林電力，2008，36(6):3-5.