基于EMS的用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)研發(fā)及應(yīng)用

胡海峯 張杰明 潘嘉琪

摘要：地區(qū)調(diào)度機(jī)構(gòu)應(yīng)該掌握供電用戶信息，從而更好地實(shí)現(xiàn)確保社會(huì)用電、使供電服務(wù)上一個(gè)新臺(tái)階的要求。本文研究以調(diào)度自動(dòng)化EMS（Energy Management System）系統(tǒng)為基礎(chǔ)，遵循南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)OS2（Operation Smart System）總體架構(gòu)，開(kāi)發(fā)基于EMS的用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)。平臺(tái)創(chuàng)建了用電調(diào)度相關(guān)監(jiān)視、控制與管理功能模塊，實(shí)現(xiàn)了EMS與配網(wǎng)GIS系統(tǒng)、營(yíng)銷管理系統(tǒng)、計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)、主配網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的互聯(lián)。通過(guò)該平臺(tái)的應(yīng)用，為調(diào)度對(duì)發(fā)電、輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)全過(guò)程管理提供了技術(shù)支撐，加強(qiáng)了用電調(diào)度縱向?qū)I(yè)管理、橫向聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)，強(qiáng)化了對(duì)事故影響用戶分析、重要用戶、有序用電、電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)管控、負(fù)荷預(yù)測(cè)、地區(qū)電網(wǎng)事故的管理。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)調(diào)度； 一體化； 用電調(diào)度； 自動(dòng)化； 平臺(tái)； 支撐

0 引言

南方電網(wǎng)公司在為民服務(wù)創(chuàng)新?tīng)?zhēng)優(yōu)活動(dòng)中，提出了“提高電力供應(yīng)能力，切實(shí)保障民生用電，提升客戶滿意水平，促進(jìn)社會(huì)和諧穩(wěn)定”的總體目標(biāo)，明確了地區(qū)調(diào)度機(jī)構(gòu)應(yīng)該掌握城市供電用戶信息，從而更好地實(shí)現(xiàn)確保社會(huì)用電、使供電服務(wù)上一個(gè)新臺(tái)階的要求。為此，地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度模式需要由傳統(tǒng)的自上而下單向調(diào)度向綜合電網(wǎng)的互動(dòng)調(diào)度轉(zhuǎn)變，及時(shí)了解重要用戶需求情況，優(yōu)化供電方案，提升客戶滿意度。

用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)的建設(shè)立足于地區(qū)電網(wǎng)特點(diǎn)和配網(wǎng)技術(shù)及管理現(xiàn)狀，充分考慮配用電調(diào)度運(yùn)行、配網(wǎng)精益化管理和供電可靠性等需求，突破配網(wǎng)“盲調(diào)”和技術(shù)系統(tǒng)支撐不足等難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備管理、運(yùn)行監(jiān)控、信息分析、應(yīng)急搶修、輔助決策等功能及重要運(yùn)營(yíng)指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)電力安全事故應(yīng)急處理能力、高耗能企業(yè)監(jiān)測(cè)能力以及分布式新能源的接納能力，提升調(diào)度對(duì)發(fā)電、輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)全過(guò)程管理提供技術(shù)支撐。

1 用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)研究及建設(shè)體系

用電調(diào)度的理念打破了調(diào)度領(lǐng)域重電網(wǎng)安全輕用戶服務(wù)的傳統(tǒng)觀念，是南方電網(wǎng)“主動(dòng)承擔(dān)社會(huì)責(zé)任、全力做好電力供應(yīng)”文化理念的落實(shí)和深化。以調(diào)度自動(dòng)化EMS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)，將配網(wǎng)GIS系統(tǒng)、營(yíng)銷管理系統(tǒng)、配網(wǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)以及計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)等實(shí)時(shí)/非實(shí)時(shí)系統(tǒng)的資源整合和數(shù)據(jù)集中處理，對(duì)電網(wǎng)調(diào)度、配網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行、用電信息管理實(shí)施集約融合、統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)調(diào)度控制、設(shè)備監(jiān)控、在線監(jiān)測(cè)、維護(hù)檢修、應(yīng)急指揮、供電服務(wù)等功能于一體，大大優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)，增強(qiáng)運(yùn)行的靈活性，減少故障處理時(shí)間。用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)體系架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)體系架構(gòu)

用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)以調(diào)度觀念的轉(zhuǎn)變?yōu)橹c(diǎn)，推動(dòng)主配網(wǎng)調(diào)度以客戶為中心考慮實(shí)際應(yīng)用需求，構(gòu)建了“感知電網(wǎng)、感知用戶、體驗(yàn)感知” 三大模塊，通過(guò)調(diào)度對(duì)電網(wǎng)信息全面感知、調(diào)度對(duì)用戶信息可感知、用戶對(duì)電網(wǎng)信息可感知，架設(shè)了用戶、調(diào)度、電網(wǎng)三者的互通橋梁。

2 用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)部署

2.1 軟件邏輯

用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)采用了數(shù)據(jù)總線、服務(wù)總線雙總線的實(shí)現(xiàn)方式，兩條總線獨(dú)立啟動(dòng)、運(yùn)行，互不干擾，分別服務(wù)于不同的目標(biāo)。數(shù)據(jù)總線側(cè)重于平臺(tái)內(nèi)部的高速數(shù)據(jù)同步，服務(wù)總線側(cè)重于多專業(yè)、多系統(tǒng)之間的服務(wù)調(diào)用與交互。用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的“數(shù)據(jù)插口”，實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立加載與注冊(cè)、數(shù)據(jù)跨專業(yè)/跨安全區(qū)流動(dòng)、多專業(yè)服務(wù)功能在線訪問(wèn)等功能。平臺(tái)建立了在線實(shí)時(shí)可用的數(shù)據(jù)服務(wù)，通過(guò)高速數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)接口向安全Ⅰ區(qū)、安全Ⅱ區(qū)和安全Ⅲ區(qū)的應(yīng)用提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，各安全區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)在邏輯上是統(tǒng)一的，并保持同步更新。

2.2 硬件架構(gòu)

安全Ⅰ區(qū)部署2臺(tái)主備冗余的一檔PC服務(wù)器，提供運(yùn)行監(jiān)控服務(wù)；安全Ⅲ區(qū)部署1臺(tái)二檔PC服務(wù)器，提供運(yùn)行管理服務(wù)。通過(guò)整合95598客戶服務(wù)系統(tǒng)、配電管理、故障搶修等各類資源，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、運(yùn)維檢修、生產(chǎn)運(yùn)行、營(yíng)銷服務(wù)于一體的可視化管理功能。用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)硬件構(gòu)架，如圖2所示。

圖2用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)硬件構(gòu)架圖3 平臺(tái)模型及數(shù)據(jù)接口方案

Fig.2 Hardware architectureof power consumption dispatching automation platform

3 用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)是解決目前電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、營(yíng)配信息集成等相關(guān)系統(tǒng)獨(dú)立建設(shè)、“孤島”運(yùn)行的主要技術(shù)手段，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整合與信息交互的傳輸紐帶，它將變電站、配電線路、配電臺(tái)區(qū)、用戶等實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集與集中監(jiān)控，消除了信息孤島，為地區(qū)供電企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理等業(yè)務(wù)提供可靠、唯一的數(shù)據(jù)源。

3.1 信息共享與融合技術(shù)

創(chuàng)新信息共享模式，利用數(shù)據(jù)采集手段和結(jié)果，針對(duì)系統(tǒng)的異構(gòu)性和信息共享實(shí)際需求，構(gòu)建基于面向服務(wù)架構(gòu)的用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)信息共享與融合技術(shù)方案，通過(guò)模型拼接，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)拓?fù)浼皩?shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，解決不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用互操作的難題。用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)接入主網(wǎng)、配網(wǎng)數(shù)據(jù)，將配網(wǎng)10kV模型與主網(wǎng)模型進(jìn)行拼接，形成完整的輸配電模型；接入用戶信息數(shù)據(jù)，即對(duì)臺(tái)區(qū)、配變、用戶等低壓側(cè)信息進(jìn)行接入（可由營(yíng)銷、計(jì)量系統(tǒng)獲?。?，建立起主、配網(wǎng)無(wú)縫連接的統(tǒng)一電網(wǎng)模型，實(shí)現(xiàn)了從主網(wǎng)到用戶的全網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞呢炌?。用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)通過(guò)模型、數(shù)據(jù)、圖形管理單元，遵從唯一來(lái)源規(guī)則，建立全網(wǎng)統(tǒng)一模型，如圖3所示。

3.2 海量數(shù)據(jù)處理與分析應(yīng)用

本地區(qū)供電機(jī)構(gòu)經(jīng)營(yíng)范圍內(nèi)用戶數(shù)量超過(guò)180萬(wàn)戶，涉及數(shù)十萬(wàn)的秒級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)以及上千萬(wàn)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)，用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)建立了全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合利用和功能的高級(jí)應(yīng)用。由于用戶數(shù)量多、采集數(shù)據(jù)量大，需要采用多線程處理、并行數(shù)據(jù)處理、批量數(shù)據(jù)處理、集群、負(fù)載均衡、分區(qū)存儲(chǔ)、容災(zāi)備份等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)和多任務(wù)的并發(fā)處理，提高主站運(yùn)行的可靠性。

用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)支持內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)混合搭配，以虛擬化的手段，提供海量、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支撐，建立起涵蓋計(jì)量、GIS、營(yíng)銷、EMS、配網(wǎng)生產(chǎn)、主網(wǎng)生產(chǎn)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，將各系統(tǒng)數(shù)據(jù)有效的統(tǒng)一起來(lái)，為應(yīng)用分析提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)處理過(guò)程采用無(wú)損數(shù)據(jù)方式，全面接收及處理EMS、計(jì)量自動(dòng)化等的所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)刷新頻率與各系統(tǒng)本身保持一致，充分滿足調(diào)度專業(yè)的實(shí)時(shí)性要求。

3.3 全景信息展示技術(shù)

用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)采用電網(wǎng)運(yùn)行駕駛艙的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)面向?qū)ο蠛湍K相結(jié)合的全景信息綜合展現(xiàn)，提供實(shí)時(shí)用電信息、告警信息、電價(jià)政策，提供歷史用電記錄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖形，提供電網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵指標(biāo)，提供關(guān)鍵/異常事件的預(yù)警和決策支持，利用智能信息引擎和智能任務(wù)引擎，深入分析電網(wǎng)運(yùn)行特征，評(píng)價(jià)操作和控制行為，指導(dǎo)用戶合理用電，調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷負(fù)荷。用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)多窗口、多維度、集成化的全景信息展示方式，既可以使調(diào)度員從點(diǎn)到面、從面到點(diǎn)把握所關(guān)注電網(wǎng)對(duì)象的相關(guān)特性，也可以為用戶提供增值服務(wù)信息，提升用戶體驗(yàn)參與度。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)化模塊處理技術(shù)

用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)采用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)對(duì)功能模塊進(jìn)行接口封裝，抽象描述屬性、操作和關(guān)系等管理信息，提供統(tǒng)一的訪問(wèn)接口，使數(shù)據(jù)能夠在多種應(yīng)用間共享。用戶可方便自由的進(jìn)行功能模塊的訂閱組合，實(shí)現(xiàn)了用戶功能的個(gè)性化和可擴(kuò)展性。

4 用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)實(shí)用化及發(fā)展趨勢(shì)

4.1 平臺(tái)實(shí)用化

基于南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)OS2總體架構(gòu)下建立的用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)實(shí)時(shí)采集和儲(chǔ)存發(fā)、輸、變、調(diào)、配、用各環(huán)節(jié)的相關(guān)數(shù)據(jù)，提供相關(guān)實(shí)施策略，優(yōu)化運(yùn)行方式，為縮短停電時(shí)間、提高供電可靠性和客戶滿意度提供了技術(shù)支撐。

（1） 用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷分層分區(qū)分類實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、突變負(fù)荷異動(dòng)情況的分析跟蹤和重過(guò)載配網(wǎng)線路的實(shí)時(shí)負(fù)荷監(jiān)控，為全地區(qū)負(fù)荷實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了全方位手段。

（2） 實(shí)現(xiàn)單向調(diào)度向綜合電網(wǎng)的互動(dòng)調(diào)度轉(zhuǎn)變，改變傳統(tǒng)自上而下調(diào)度方式，形成調(diào)度與需求側(cè)互動(dòng)，調(diào)度實(shí)時(shí)了解重要用戶需求情況，根據(jù)用戶需求優(yōu)化調(diào)度方案，提升客戶滿意度。

（3） 用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)為確保全地區(qū)用電客戶的有序用電提供了技術(shù)手段。

（4） 通過(guò)重要用戶的實(shí)時(shí)監(jiān)控及預(yù)警、計(jì)劃停電中重要用戶線路的著色顯示以及重要用戶停電故障的提級(jí)處理，加強(qiáng)了對(duì)重要用戶的管理。

（5） 告警診斷由“人工型”上升為“智能綜合型”。

（6） 對(duì)事故（事件）提供了安全監(jiān)視，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行實(shí)施了風(fēng)險(xiǎn)管控。

4.2 發(fā)展趨勢(shì)

目前用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)建設(shè)成果距離一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)的總體要求還有一定的差距和不足，今后仍需結(jié)合地區(qū)供電企業(yè)發(fā)展實(shí)際，深化開(kāi)展用電調(diào)度管理新模式研究，為電網(wǎng)運(yùn)行、檢修和營(yíng)銷等核心業(yè)務(wù)的集約化運(yùn)作提供技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段。

（1） 充分利用已有的用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)建立的全網(wǎng)電力模型及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模型，分析發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和新能源設(shè)備模型特點(diǎn)，研究分布式能源、微網(wǎng)、儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)汽車充電站等新設(shè)備模型，形成智能電網(wǎng)設(shè)備模型標(biāo)準(zhǔn)，完善已有的全網(wǎng)電力模型及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模型。在此基礎(chǔ)上，建立符合調(diào)度運(yùn)行優(yōu)化支撐的二次數(shù)據(jù)原型，夯實(shí)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行優(yōu)化支撐高級(jí)應(yīng)用研究的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（2） 對(duì)主網(wǎng)線路、主變、出線負(fù)荷、饋線、配變等主要電力設(shè)備進(jìn)行供電能力評(píng)估，建立最大剩余容量模型，研究剩余容量分析方法、校驗(yàn)方法，對(duì)目標(biāo)電網(wǎng)進(jìn)行剩余容量分析，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)轉(zhuǎn)供方案。

（3） 深入分析各類影響因素對(duì)負(fù)荷的影響，提高負(fù)荷預(yù)測(cè)的科學(xué)性與精確度，開(kāi)展清潔型/分布式能源的調(diào)度運(yùn)行優(yōu)化，開(kāi)展發(fā)電側(cè)的控制、發(fā)電計(jì)劃的實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)與需求側(cè)形成互動(dòng)，達(dá)到“移峰填谷”的目標(biāo)。

（4） 通過(guò)快速感知發(fā)電、電網(wǎng)和用戶，生成基于電網(wǎng)實(shí)時(shí)變化情況下的有序用電方案；通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)用戶側(cè)有序用電方案的執(zhí)行情況，與營(yíng)銷系統(tǒng)形成互動(dòng)，實(shí)時(shí)反饋有序用電達(dá)標(biāo)情況；采用高容錯(cuò)性矩陣算法實(shí)現(xiàn)故障快速定位及隔離，為電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供輔助決策。

5 結(jié)語(yǔ)

用電調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)是建設(shè)智能電網(wǎng)，轉(zhuǎn)變公司發(fā)展方式和電網(wǎng)發(fā)展方式的必然要求，可有效提升主網(wǎng)調(diào)度、配網(wǎng)調(diào)度、市場(chǎng)營(yíng)銷等工作層面的管理質(zhì)量和工作效率，為調(diào)度日常操作、轉(zhuǎn)方式、事故處理、保供電、計(jì)劃停電等業(yè)務(wù)提供強(qiáng)大的分析支撐。研究成果為今后電網(wǎng)運(yùn)行、檢修和營(yíng)銷等核心業(yè)務(wù)的集約化運(yùn)作提供技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段，有效支撐新能源開(kāi)發(fā)、階梯電價(jià)執(zhí)行和雙向互動(dòng)服務(wù)的開(kāi)展，對(duì)于優(yōu)化資源配置、促進(jìn)節(jié)能減排、引領(lǐng)技術(shù)革新、帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何超林， 梁壽愚， 李鵬. 基于面向服務(wù)架構(gòu)的電網(wǎng)調(diào)度信息縱向交換平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 廣東電力， 2012，， 25（2）： 86-91.

[2] 董軍， 陳小良， 張婧等. 計(jì)及分布式電源的電網(wǎng)調(diào)度模型研究[J]. 華東電力， 2009， 37（5）： 723-726.

[3] 蔡洋， 彭淳紹， 王積榮等.電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的調(diào)查及建議[J]. 電網(wǎng)技術(shù)， 2000， 24（1）： 4-9.

[4] 翟明玉，雷寶龍. 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)消息中間件的特性和關(guān)鍵技術(shù)[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化， 2012， 36（14）： 56-59.

[5] 李同志. 靈活互動(dòng)智能用電的技術(shù)內(nèi)涵及發(fā)展方向[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化， 2012， 36（2）： 11-17.

[6] 胡江溢， 祝恩國(guó)， 杜新綱， 杜蜀薇等. 用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化， 2014， 38（2）： 131-135.

作者簡(jiǎn)介：

胡海峯（1960-），男，廣東順德人，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理工作；

張杰明（1973-），男，廣東高明人，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化運(yùn)行工作；

潘嘉琪（1989-），女，湖南岳陽(yáng)人，從事電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化運(yùn)行工作。