10 kV配電網(wǎng)在線合環(huán)輔助決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

裴星宇，梁飛強(qiáng)，翁奕珊，彭顯剛，王星華

(1. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局，廣東 珠海 519000；2. 廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，廣東 廣州 510006)

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10 kV配電網(wǎng)在線合環(huán)輔助決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

裴星宇1，梁飛強(qiáng)2，翁奕珊1，彭顯剛2，王星華2

(1. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局，廣東 珠海 519000；2. 廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，廣東 廣州 510006)

摘要：為了避免配電網(wǎng)合環(huán)操作可能產(chǎn)生較大的沖擊電流導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)或元件過(guò)載，從而影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提出并實(shí)現(xiàn)了10 kV配電網(wǎng)在線合環(huán)輔助決策系統(tǒng)。首先，依據(jù)系統(tǒng)需求分析設(shè)計(jì)了系統(tǒng)各模塊功能、功能流程圖、合環(huán)操作決策方案、數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件層次結(jié)構(gòu)；其次，從系統(tǒng)軟件的層次結(jié)構(gòu)方案出發(fā)，給出支撐服務(wù)層、專用平臺(tái)層以及應(yīng)用層的具體實(shí)現(xiàn)；最后，通過(guò)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證了該系統(tǒng)的精確性和時(shí)效性。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；合環(huán)操作；決策系統(tǒng)；功能模塊；層次結(jié)構(gòu)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)電力系統(tǒng)的供電可靠性要求越來(lái)越高，在中國(guó)的城市中，配電網(wǎng)通常采用閉環(huán)設(shè)計(jì)，開(kāi)環(huán)運(yùn)行的供電方式[1-4]，當(dāng)配電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、負(fù)荷轉(zhuǎn)移或者設(shè)備檢修時(shí)通過(guò)合環(huán)操作可以縮短停電時(shí)間，提高供電可靠性。然而，傳統(tǒng)合環(huán)風(fēng)險(xiǎn)分析方法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者離線分析，能適應(yīng)特定的運(yùn)行方式或者電網(wǎng)規(guī)模較小的情況，而不適用于日益復(fù)雜的大電網(wǎng)合環(huán)風(fēng)險(xiǎn)分析[5]，在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用“合環(huán)點(diǎn)兩端相序盡量一致，最大允許電壓差(絕對(duì)值)為20%，電壓相位差不超過(guò)20%”[6]的方法，如滿足條件則進(jìn)行合環(huán)，不滿足再進(jìn)行分析計(jì)算；或根據(jù)仿真、理論計(jì)算，判斷在執(zhí)行合環(huán)操作之后是否會(huì)出現(xiàn)環(huán)網(wǎng)內(nèi)各元件過(guò)載的情況[7-9]。

針對(duì)傳統(tǒng)合環(huán)方式存在的時(shí)效性、精確性差等局限，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了10 kV配電網(wǎng)在線安全合環(huán)輔助決策系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的需求分析設(shè)計(jì)了各模塊功能、功能流程圖、決策方案、數(shù)據(jù)庫(kù)，給出軟件層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用案例驗(yàn)證了該系統(tǒng)的時(shí)效性與精確性。

1系統(tǒng)需求分析

1.1合環(huán)模型

本系統(tǒng)在計(jì)算合環(huán)電流時(shí)用的模型如圖1所示。

i(i=0，1，…，6)為相對(duì)應(yīng)線路的傳輸功率；為對(duì)應(yīng)的母線電壓；Z為等值阻抗。圖1　合環(huán)電流計(jì)算基本模型

需要說(shuō)明的是，該合環(huán)模型是基于配電網(wǎng)處的合環(huán)開(kāi)關(guān)兩端出發(fā)，然后依據(jù)深度優(yōu)先的方法分兩端搜索到220 kV變電站即可，220 kV變電站之間的連接關(guān)系，用外網(wǎng)等值的方法計(jì)算即可。其中，合環(huán)回路經(jīng)過(guò)了各電壓等級(jí)的交流線路與變壓器，在進(jìn)行合環(huán)電流計(jì)算時(shí)，需要部分?jǐn)?shù)據(jù)作為計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

裴星宇，等：10 kV配電網(wǎng)在線合環(huán)輔助決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.2數(shù)據(jù)需求

根據(jù)合環(huán)電流計(jì)算等值模型，計(jì)算合環(huán)電流時(shí)，需提供以下數(shù)據(jù)：

a)合環(huán)饋線兩側(cè)母線電壓幅值及相位；

b)合環(huán)等值回路總阻抗，包括主電網(wǎng)等值至10 kV母線的兩點(diǎn)等值阻抗參數(shù)和合環(huán)饋線分段及每段阻抗；

c)合環(huán)前初始電流，兩側(cè)饋線出口電流或有功功率P、無(wú)功功率Q。

1.3數(shù)據(jù)源

電網(wǎng)拓?fù)鋮?shù)源來(lái)自主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)(DF800X系列)提供的基于公共信息模型(common information model，CIM)的可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(extensive markup language，XML)文件，包括所有電網(wǎng)一次設(shè)備、端點(diǎn)(連接點(diǎn))及其相互的拓?fù)潢P(guān)系。

電網(wǎng)開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)及遙測(cè)量參數(shù)來(lái)自調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的TXT文本文件。

影響合環(huán)電流計(jì)算大小的還包括合環(huán)饋線的基本元件參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)，這部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)自配電自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)以及計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)。

1.4功能需求分析

能夠根據(jù)在線數(shù)據(jù)完成合環(huán)電流的核算，校驗(yàn)合環(huán)操作的安全性，并在出現(xiàn)校驗(yàn)不合格時(shí)提出相應(yīng)的修正建議。為實(shí)現(xiàn)上述整體功能，依據(jù)在線合環(huán)電流計(jì)算理論，系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：電網(wǎng)拓?fù)浼斑\(yùn)行狀態(tài)獲取、合環(huán)回路搜索、合環(huán)母線電壓差計(jì)算、合環(huán)電流計(jì)算、合環(huán)安全校驗(yàn)、合環(huán)電流與保護(hù)定值及線路極限電流比較、形成合環(huán)電流分析報(bào)告、合環(huán)計(jì)算任務(wù)管理、圖形化操作、系統(tǒng)配置及管理等。

2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路如下：系統(tǒng)必須對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成，在統(tǒng)一平臺(tái)上完成各功能模塊的功能，并能夠友好地為用戶提供一個(gè)操作統(tǒng)一、任務(wù)智能、人機(jī)界面友善、圖形與數(shù)據(jù)同步的界面。于此同時(shí)，系統(tǒng)具備一套能夠運(yùn)行在異構(gòu)平臺(tái)環(huán)境下，功能強(qiáng)大、界面風(fēng)格統(tǒng)一且便于應(yīng)用人員操作的系統(tǒng)。

2.2系統(tǒng)模塊功能簡(jiǎn)述

在線安全合環(huán)輔助決策系統(tǒng)的主要功能是為相關(guān)操作人員提供合環(huán)決策依據(jù)，按功能結(jié)構(gòu)來(lái)劃分，本系統(tǒng)主要由5大模塊構(gòu)成，即數(shù)據(jù)管理模塊、合環(huán)任務(wù)管理模塊、核心合環(huán)電流計(jì)算模塊、分析報(bào)告模塊和WebService接口模塊。

2.2.1數(shù)據(jù)管理模塊

本系統(tǒng)在進(jìn)行合環(huán)相關(guān)計(jì)算時(shí)需要對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，數(shù)據(jù)從內(nèi)容上包括三部分：

a)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)，指網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ托畔⒁约跋鄳?yīng)的元件固有參數(shù)；

b)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，主要保存主電網(wǎng)及配網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，主要是各采集點(diǎn)的遙測(cè)量和遙信量；

c)合環(huán)計(jì)算任務(wù)管理數(shù)據(jù)，包含合環(huán)操作涉及到的合環(huán)開(kāi)關(guān)及其相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，包括人工設(shè)置的饋線相關(guān)參數(shù)，當(dāng)前運(yùn)行方式的計(jì)算結(jié)果參數(shù)和極端運(yùn)行方式的組合計(jì)算結(jié)果。

2.2.2合環(huán)任務(wù)管理模塊

在進(jìn)行合環(huán)模擬計(jì)算前，需預(yù)先把需要合環(huán)的開(kāi)關(guān)從硬盤數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出來(lái)，可以根據(jù)合環(huán)模擬的方式(分為實(shí)時(shí)態(tài)和研究態(tài))設(shè)置是實(shí)時(shí)計(jì)算還是依據(jù)設(shè)置的合環(huán)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。并提供合環(huán)任務(wù)導(dǎo)入接口，還可以刪除合環(huán)任務(wù)。

2.2.3核心合環(huán)電流計(jì)算模塊

在正確自動(dòng)獲取電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ筒⑿纬傻戎涤?jì)算模型，自動(dòng)獲取電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、合環(huán)電流計(jì)算模型的前提下，完成核心合環(huán)電流計(jì)算模型。從功能上來(lái)說(shuō)，合環(huán)電流計(jì)算子模塊是整個(gè)系統(tǒng)最為關(guān)鍵的模塊，而從子模塊內(nèi)部的結(jié)構(gòu)而言，可以將其分為以下幾個(gè)小模塊：

a)電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ蛿?shù)據(jù)獲取模塊。讀取基于CIM標(biāo)準(zhǔn)的XML文件，獲得元件參數(shù)和拓?fù)溥B接關(guān)系，并應(yīng)用可縮放向量圖形(scalable vector graphics，SVG)技術(shù)在Web界面自動(dòng)生成合環(huán)回路和相關(guān)信息。

b)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取模塊。讀取基于E格式的TXT文件，獲得監(jiān)測(cè)控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)/能量管理系統(tǒng)(supervisory control and data acquisition/energy management system，SCADA/EMS)采集的所有運(yùn)行參數(shù)，主要指遙測(cè)量和遙信量。

c)合環(huán)母線電壓差計(jì)算模塊。利用合環(huán)回路沿線采集的相關(guān)參數(shù)與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，計(jì)算合環(huán)母線的電壓差。

d)饋線參數(shù)獲取模塊。在配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)平臺(tái)完備的前提下，與前述3個(gè)模塊類似，獲得合環(huán)饋線相關(guān)參數(shù)。

e)合環(huán)電流計(jì)算模塊。利用上述合環(huán)回路參數(shù)進(jìn)行合環(huán)電流計(jì)算，并自動(dòng)進(jìn)行極端方式組合。

f)合環(huán)安全性分析模塊。利用計(jì)算得到的合環(huán)電流，進(jìn)行相關(guān)的安全校驗(yàn)，并得出合環(huán)是否成功的結(jié)論。

g)合環(huán)分析報(bào)告生成模塊。根據(jù)用戶需要有選擇性地生成DOC格式的報(bào)告。

2.2.4分析報(bào)告模塊

合環(huán)計(jì)算是該系統(tǒng)的核心，在進(jìn)行合環(huán)計(jì)算時(shí)需要分析合環(huán)相關(guān)數(shù)據(jù)，特別是模擬合環(huán)不成功時(shí)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)分析結(jié)果作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整或改進(jìn)。

2.2.5WebService接口模塊

該系統(tǒng)集成了調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)、計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)，其管理的部分參數(shù)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)需要用于本系統(tǒng)的分析計(jì)算功能。調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)、計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)均為建立在.Net體系中的典型瀏覽器-服務(wù)器結(jié)構(gòu)，所有的訪問(wèn)服務(wù)需通過(guò)Web界面提供，而系統(tǒng)所需的各種數(shù)據(jù)均通過(guò)通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(ge-neral packet radio service，GPRS)傳入調(diào)度中心，并由數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理。

利用.Net體系中的WebService接口服務(wù)，外部應(yīng)用可以訪問(wèn)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)、計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)允許訪問(wèn)的服務(wù)。本系統(tǒng)可以通過(guò)WebService接口獲得分析計(jì)算所需要的各類實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)。WebService平臺(tái)需要一套協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式應(yīng)用程序的創(chuàng)建。任何平臺(tái)都有它的數(shù)據(jù)表示方法和類型系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)互操作性，WebService平臺(tái)必須提供一套標(biāo)準(zhǔn)的類型系統(tǒng)，用于溝通不同平臺(tái)、編程語(yǔ)言和組件模型中的不同類型系統(tǒng)，目前這些協(xié)議有[10]：可擴(kuò)展的標(biāo)記語(yǔ)言及其結(jié)構(gòu)定義；簡(jiǎn)單對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議；Web服務(wù)描述語(yǔ)言；統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成；遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用與消息傳遞。系統(tǒng)數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)

2.3系統(tǒng)功能流程圖闡述

系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)合環(huán)轉(zhuǎn)電的在線安全評(píng)估，利用來(lái)自多個(gè)不同的實(shí)時(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、管理、運(yùn)算，最終達(dá)到安全、高效合環(huán)計(jì)算的目的。具體功能實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)功能流程

a)數(shù)據(jù)融合層。從多種數(shù)據(jù)源獲取電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、元件參數(shù)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)以及實(shí)時(shí)采集的各種模擬量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)融合層同時(shí)負(fù)責(zé)各類標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)文件格式轉(zhuǎn)換，包括基于IEC 61970 CIM的XML文件，標(biāo)準(zhǔn)的E格式TXT文本文件，與配電自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互接口文件。

b)數(shù)據(jù)庫(kù)層。存儲(chǔ)電網(wǎng)模型及運(yùn)行參數(shù)，分為參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)(硬盤數(shù)據(jù)庫(kù))和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)(內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù))，并負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)庫(kù)接口，訪問(wèn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)屬性及存儲(chǔ)效率的角度出發(fā)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)層的處理模式按如下方式：由于一般地市供電局現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)具備遵循IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)CIM支持功能，即可以把電網(wǎng)數(shù)據(jù)導(dǎo)出為XML格式數(shù)據(jù)文件，而XML格式數(shù)據(jù)中有包含主網(wǎng)網(wǎng)架數(shù)據(jù)(包涵各種設(shè)備參數(shù)及設(shè)備的物理連接關(guān)系)，形成參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)符合IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口從配電自動(dòng)化系統(tǒng)和計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)合環(huán)計(jì)算需要的電網(wǎng)網(wǎng)架數(shù)據(jù)文件和實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)文件(TXT文件)的自動(dòng)獲取，通過(guò)數(shù)據(jù)接口程序和信息融合技術(shù)，對(duì)來(lái)自不同系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成處理，為合環(huán)計(jì)算需要的數(shù)據(jù)作好準(zhǔn)備。

c)核心計(jì)算及安全校驗(yàn)層。根據(jù)用戶界面中選擇的開(kāi)關(guān)及合環(huán)饋線對(duì)應(yīng)的母線，形成合環(huán)回路，構(gòu)造合環(huán)計(jì)算等值模型并進(jìn)行合環(huán)電流的計(jì)算。同時(shí)利用環(huán)路搜索得到的拓?fù)浼霸纬蒘VG 文件，顯示合環(huán)回路的單線圖。合環(huán)計(jì)算軟件通過(guò)數(shù)據(jù)接口訪問(wèn)并獲取數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確解析，再根據(jù)開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行電網(wǎng)拓?fù)浞治?，完成相關(guān)元件電氣參數(shù)的計(jì)算，對(duì)合環(huán)兩側(cè)母線電壓(包括幅值與相角)與合環(huán)饋線實(shí)時(shí)電流、有功、無(wú)功等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理，建立合環(huán)模型，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)合環(huán)環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可視化功能。基于以上合環(huán)回路的物理實(shí)時(shí)連接模型、網(wǎng)架實(shí)時(shí)參數(shù)、合環(huán)實(shí)時(shí)潮流等基礎(chǔ)，可以進(jìn)行合環(huán)電流計(jì)算，并基于此時(shí)的各種電流進(jìn)行相關(guān)校驗(yàn)(包括短路電流、沖擊電流、繼電保護(hù)裝置整定值、線路極限電流等)，最終形成合環(huán)分析報(bào)告(涵蓋所有計(jì)算方式和計(jì)算內(nèi)容，突出當(dāng)前方式下合環(huán)校驗(yàn)結(jié)果)。

d)界面展示層?；赪eb界面顯示各種計(jì)算相關(guān)內(nèi)容，包括計(jì)算任務(wù)、開(kāi)關(guān)管理、參數(shù)管理等，并且在具體的合環(huán)計(jì)算中顯示完整的合環(huán)回路單線圖及相關(guān)數(shù)據(jù)。基于合環(huán)計(jì)算核心模塊，提供DOC格式的合環(huán)分析報(bào)告，用于對(duì)計(jì)算信息的存檔管理。

2.4合環(huán)操作決策方案的設(shè)計(jì)

根據(jù)該系統(tǒng)的實(shí)際功能需求及相關(guān)校驗(yàn)流程，設(shè)計(jì)了合環(huán)相關(guān)操作決策方案，以及合環(huán)操作分析與決策技術(shù)路線，具體流程如圖4所示。

圖4　合環(huán)操作分析與決策技術(shù)路線

首先，在合環(huán)之前必須確定合環(huán)任務(wù)及相關(guān)的合環(huán)方案，并緊接著計(jì)算確定環(huán)路等值阻抗與合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)的電壓幅值和相位(其中研究態(tài)涉及負(fù)荷預(yù)測(cè)及快速潮流計(jì)算)，為計(jì)算合環(huán)電流作準(zhǔn)備。

其次，通過(guò)相關(guān)仿真計(jì)算，依據(jù)校驗(yàn)結(jié)果判斷合環(huán)電流是否越限，判斷對(duì)應(yīng)的合環(huán)開(kāi)關(guān)能否合環(huán)。

最后，對(duì)于不允許合環(huán)的情況給出原因(主要是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和負(fù)荷分布導(dǎo)致的負(fù)荷轉(zhuǎn)帶與電磁環(huán)流)，并根據(jù)此提出相應(yīng)的操作(如在合環(huán)線路上級(jí)變電站之間選取合適的位置對(duì)輸電線路進(jìn)行聯(lián)絡(luò))，并對(duì)配電網(wǎng)的潮流進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，在同時(shí)滿足上述合環(huán)要求后才能夠執(zhí)行合環(huán)操作。

2.5數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)部分運(yùn)行數(shù)據(jù)、合環(huán)計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理，系統(tǒng)采用了SQL Server系統(tǒng)，按照數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的物理位置劃分，整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)分為硬盤數(shù)據(jù)庫(kù)和內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)。其中硬盤數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)于硬盤，由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)SQL Server提供數(shù)據(jù)庫(kù)搜索引擎，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ蛥?shù)、元件設(shè)備的固有參數(shù)、計(jì)算任務(wù)的管理信息和計(jì)算結(jié)果等信息均存儲(chǔ)于硬盤數(shù)據(jù)庫(kù)中。由于完整的電網(wǎng)物理模型元件及拓?fù)潢P(guān)系數(shù)量龐大，如果在進(jìn)行合環(huán)電流計(jì)算時(shí)臨時(shí)讀取硬盤數(shù)據(jù)庫(kù)中的完整模型參數(shù)則耗時(shí)較多，而且EMS的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新速度較快，頻繁操作硬盤數(shù)據(jù)庫(kù)顯然不現(xiàn)實(shí)，因此構(gòu)造實(shí)時(shí)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，主要起到為合環(huán)電流計(jì)算提供快速搜索合環(huán)回路及元件參數(shù)的作用，并能實(shí)現(xiàn)與EMS的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)同步刷新。系統(tǒng)的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中主要存儲(chǔ)元件拓?fù)潢P(guān)系、固有參數(shù)與實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)建立元件與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并提供合環(huán)回路的拓?fù)渌阉饕?函數(shù))。

2.6軟件層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

10 kV配電網(wǎng)在線安全合環(huán)輔助決策系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)可以按照如圖5所示的層次關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖5　軟件設(shè)計(jì)的層次結(jié)構(gòu)

a)硬件層。包含服務(wù)器及各類相關(guān)工作站，為該應(yīng)用系統(tǒng)提供硬件支撐，也是該系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

b)系統(tǒng)平臺(tái)層。為了盡可能滿足各種類型用戶的需求實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)可以兼容Linux/Unix/Windows多種操作系統(tǒng)。

c)支撐服務(wù)層。主要為該系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)和通用的網(wǎng)絡(luò)通信支撐平臺(tái)，通信平臺(tái)(服務(wù)訪問(wèn)服務(wù)、數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)等)應(yīng)基于標(biāo)準(zhǔn)的傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP)，以提高數(shù)據(jù)交換的可靠性；在此基礎(chǔ)上，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸接口、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口以及控制命令接口等，使上層的應(yīng)用服務(wù)開(kāi)發(fā)可以專注于業(yè)務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)，而無(wú)需關(guān)心底層的通信和交互細(xì)節(jié)。

d)專用平臺(tái)層。在支撐服務(wù)層的基礎(chǔ)上，專用平臺(tái)層實(shí)現(xiàn)了各種應(yīng)用，主要包含事件服務(wù)、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)管理、圖形一體化平臺(tái)、插件管理、分析報(bào)告管理、權(quán)限管理等。提供并實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的接口，盡量使各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共享，以提高代碼復(fù)用性，從而提高開(kāi)發(fā)效率，也為公用服務(wù)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)提供便利。

e)應(yīng)用層。實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的管理、分析處理、圖形化展示、合環(huán)計(jì)算相關(guān)結(jié)果展示、Web信息發(fā)布等。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1支撐服務(wù)層的實(shí)現(xiàn)

支撐服務(wù)層可以增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，建立統(tǒng)一規(guī)范的底層交互平臺(tái)。要完成支撐服務(wù)平臺(tái)首先需要設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，以提高操作系統(tǒng)平臺(tái)數(shù)據(jù)交換的可靠性；基于此，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)范化；實(shí)現(xiàn)并提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口，上層服務(wù)或應(yīng)用可以通過(guò)這一接口透明訪問(wèn)應(yīng)用系統(tǒng)需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)[7]。

3.2專用平臺(tái)層的實(shí)現(xiàn)

專用平臺(tái)層的實(shí)現(xiàn)是以支撐服務(wù)層為基礎(chǔ)的，支撐服務(wù)層為專用平臺(tái)層提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)以及相關(guān)服務(wù)支持。該層包含了各主要功能模塊，由于篇幅的限制，現(xiàn)僅對(duì)合環(huán)回路單線圖的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行闡述。

為了能夠在核心合環(huán)計(jì)算(包含實(shí)時(shí)態(tài)與研究態(tài))的Web界面更直觀地呈現(xiàn)合環(huán)計(jì)算的相關(guān)數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于CIM/SVG/XML的合環(huán)回路單線圖的自動(dòng)生成功能。它的實(shí)現(xiàn)需要各種技術(shù)的支持，包括SVG技術(shù)、統(tǒng)一建模語(yǔ)言(unified modeling language，UML)技術(shù)、接口技術(shù)、Web開(kāi)發(fā)技術(shù)、結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)句(structured query language，SQL)技術(shù)等。

3.3應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)

在支撐服務(wù)層與公共服務(wù)層基礎(chǔ)上，根據(jù)業(yè)務(wù)功能按規(guī)范開(kāi)發(fā)了在線安全合環(huán)輔助決策系統(tǒng)中的各個(gè)功能模塊，實(shí)現(xiàn)了合環(huán)回路單線圖的自動(dòng)生成、合環(huán)相關(guān)計(jì)算與校驗(yàn)的Web界面顯示、生成DOC格式合環(huán)分析報(bào)告等，能夠在統(tǒng)一平臺(tái)上有機(jī)整合，且協(xié)同有序地為合環(huán)輔助決策系統(tǒng)服務(wù)。

4系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

目前，該系統(tǒng)已用于珠海電網(wǎng)，經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用不斷完善，該系統(tǒng)能夠很好地對(duì)合環(huán)操作起到輔助決策作用。

本實(shí)例選取新沙乙線新城支線1號(hào)塔1T1開(kāi)關(guān)為合環(huán)開(kāi)關(guān)，選用系統(tǒng)的實(shí)時(shí)態(tài)合環(huán)計(jì)算界面如圖6所示，根據(jù)該系統(tǒng)界面顯示的穩(wěn)態(tài)電流的有效值與沖擊電流的最大值跟實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表1。

圖6　系統(tǒng)實(shí)時(shí)態(tài)合環(huán)計(jì)算界面

表1合環(huán)電流計(jì)算結(jié)果比較

參數(shù)實(shí)際測(cè)量/A系統(tǒng)顯示/A誤差/%穩(wěn)態(tài)電流有效值166.2164.3-1.1沖擊電流最大值200.4196.8-1.8

由表1的數(shù)據(jù)分析可以得到該系統(tǒng)模擬計(jì)算出來(lái)的合環(huán)電流具有較高的精確度，滿足工程應(yīng)用需要。

依據(jù)該系統(tǒng)Web界面顯示的合環(huán)安全校驗(yàn)結(jié)果，合環(huán)開(kāi)關(guān)的合環(huán)成功率有比較明顯的提高。投放該系統(tǒng)后，與沒(méi)投放系統(tǒng)前比較，投放系統(tǒng)后統(tǒng)計(jì)出來(lái)的成功合環(huán)次數(shù)與總合環(huán)次數(shù)(包含失敗的合環(huán))的比例提高了12.1%，即提高了合環(huán)的成功率，也就是說(shuō)該系統(tǒng)的投放對(duì)合環(huán)的輔助決策有顯著的作用。

與此同時(shí)，還對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性進(jìn)行了追蹤。由于對(duì)大量數(shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)、計(jì)算需要一定的時(shí)間，通過(guò)跟蹤計(jì)時(shí)，該系統(tǒng)完成所有計(jì)算需要的時(shí)間是13 s，可以認(rèn)為該系統(tǒng)基本滿足實(shí)時(shí)性。

5結(jié)束語(yǔ)

目前，本文研究成果已在某地區(qū)供電局得到很好的調(diào)試效果，并且最終得以應(yīng)用。經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐與系統(tǒng)的不斷完善，系統(tǒng)不斷擴(kuò)展、優(yōu)化，順利實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)在線合環(huán)輔助決策。結(jié)合系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，充分證明該系統(tǒng)能夠基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分析，較高精度地計(jì)算合環(huán)電流。結(jié)合校驗(yàn)結(jié)果，可以對(duì)合環(huán)開(kāi)關(guān)能否合環(huán)提供清晰的輔助決策依據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況表明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)精確可靠、合理可行、有時(shí)效性，能提高合環(huán)操作成功率，最終有效提高配電網(wǎng)的供電可靠性。

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裴星宇(1982)，男，貴州貴陽(yáng)人。工程師，工程碩士，主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行分析與控制方面的工作。

梁飛強(qiáng)(1988)，男，湖北咸寧人。在讀碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行分析與控制。

翁奕珊(1964)，女，廣東潮陽(yáng)人。高級(jí)工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行分析與設(shè)備管理工作。

(編輯彭艷)

Design and Realization of Online Closed-loop Aided Decision-making System for

10 kV Power Distribution Network

PEI Xingyu1, LIANG Feiqiang2, WENG Yishan1, PENG Xiangang2, WANG Xinghua2

(1. Zhuhai Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid, Zhuhai, Guangdong 519000,China; 2. School of Automation, Guangdong University of Technology, Guangzhou, Guangdong 510006, China)

Abstract：In order to avoid large impact current probably caused by closed-loop operation of power distribution network which may cause malfunction of protective devices or elements over-loading, thereby affect safe and stable operation of the power grid, this paper proposes and realizes an online closed-loop aided decision-making system for 10 kV power distribution network. Firstly according to system demands, it analyzes and designs each modularized function of the system, function flow diagram, closed-loop operation decision-making scheme, database, hierarchical structure of the software. Secondly, starting from hierarchical structure scheme for the system software, it provides detailed realization of supporting service layer, dedicated platform layer and application layer. Finally, it verifies veracity and timeliness of this system by means of application examples.

Key words：power distribution network; closed-loop operation; decision-making system; function module; hierarchical structure

作者簡(jiǎn)介：

中圖分類號(hào)：TM744

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-290X(2016)01-0058-07

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.01.012

基金項(xiàng)目：中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目(K-GD2014-0891)

收稿日期：2015-07-14修回日期：2015-10-08