智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)在線監(jiān)測評估研究與應(yīng)用

汪　偉，李端超，龐晴晴，劉　夏

(1. 國網(wǎng)安徽省電力公司電力調(diào)度控制中心，安徽　合肥　230022； 2. 國網(wǎng)阜陽供電公司，安徽　阜陽　236017；3. 國網(wǎng)滁州供電公司，安徽　滁州　239000)

電力調(diào)度自動化系統(tǒng)是指直接為電網(wǎng)運行服務(wù)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，包括在此系統(tǒng)運行的應(yīng)用軟件。它基于計算機、通信及控制技術(shù)，在線為各級電力調(diào)度機構(gòu)生產(chǎn)運行人員提供電力系統(tǒng)運行信息、分析決策工具和控制手段[1]。其中調(diào)度自動化主站系統(tǒng)是系統(tǒng)的核心部分，負責(zé)收集和處理子站采集的遙測、遙信信息，并對子站發(fā)送各種命令信息，從而實現(xiàn)對電網(wǎng)的采集與監(jiān)視控制功能。智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展，是一套面向調(diào)度生產(chǎn)業(yè)務(wù)的集成、集約化系統(tǒng)，對電網(wǎng)運行的監(jiān)視、分析、控制、計劃編制、評估和調(diào)度管理等業(yè)務(wù)提供技術(shù)支持。在傳統(tǒng)調(diào)度自動化系統(tǒng)基礎(chǔ)上，智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)在一體化基礎(chǔ)平臺基礎(chǔ)上構(gòu)建了4大類應(yīng)用[2-3]，有效提升調(diào)度系統(tǒng)在線化、精細化、實用化、一體化水平，為堅強智能電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)運行提供技術(shù)支撐，但同時也極大地增加了系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度，也使得系統(tǒng)的運行風(fēng)險點有所增加。

隨著變電站智能化程度的提高和無人值班模式的推廣，智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)接入的信息量和接入的信息種類都比以往大大增加；隨著調(diào)度控制與管理要求的精益化，調(diào)度自動化主站系統(tǒng)應(yīng)用需求日益實用化、復(fù)雜化，對數(shù)據(jù)源要求多樣化，與相關(guān)系統(tǒng)互連復(fù)雜化。電網(wǎng)調(diào)度控制和管理對智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的運行性能、遠方通信狀態(tài)和系統(tǒng)穩(wěn)定性等提出了更高的要求。雖然智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)具備簡單的CPU、磁盤和應(yīng)用監(jiān)測功能[4]，但對整體系統(tǒng)的運行狀況更多地需要依靠人工巡視檢查，這種方式已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)運行維護的需要，需要采取新的技術(shù)手段增強對智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)在線運行狀況的分析和預(yù)警能力，以提升智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)在線監(jiān)測能力和風(fēng)險防御水平。

1　系統(tǒng)架構(gòu)

為實現(xiàn)對智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的運行性能、遠方通信狀態(tài)和系統(tǒng)穩(wěn)定性實現(xiàn)實時監(jiān)測，增強智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)在線運行狀況的分析和預(yù)警能力，考慮到智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺對于數(shù)據(jù)交換、功能擴展等已經(jīng)具有完備的支持，狀態(tài)在線監(jiān)測基于智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺，但遵循以下原則。

a. 對于智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)已有的統(tǒng)計指標，直接獲取使用。

b. 不直接使用智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺程序，如服務(wù)總線、消息總線等。

c. 在線監(jiān)測服務(wù)器與智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)環(huán)境相互獨立，不對生產(chǎn)運行環(huán)境作進行任何的改動。

d. 采集軟件部署在主站系統(tǒng)的各應(yīng)用服務(wù)器上，每臺機器各自匯總單機采集信息，與在線監(jiān)測服務(wù)器進行交互，由在線監(jiān)測服務(wù)器進行匯總處理。

e. 采集層軟件不宜過多，原則上采集層最多部署2個程序，一個負責(zé)采集、一個負責(zé)傳輸。

在此基礎(chǔ)上，進行在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件和硬件架構(gòu)的設(shè)計。

1.1　軟件架構(gòu)

智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)在線監(jiān)測采用分層架構(gòu)，縱向分為3層，如圖1所示。

a. 人機展示層。用戶與之交互的界面，實現(xiàn)

在線監(jiān)視指標個性配置、實時狀態(tài)監(jiān)視和指標詳情查詢、歷史告警查詢操作。

b. 數(shù)據(jù)匯總分析層。對采集數(shù)據(jù)進行匯總、加工、存儲，根據(jù)指標庫和配置庫對實時數(shù)據(jù)進行計算分析、預(yù)警、評估，基于歷史數(shù)據(jù)總結(jié)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)運行狀態(tài)，對歷史數(shù)據(jù)進行歸納，分析變化規(guī)律，形成分析評估報告。

c. 數(shù)據(jù)采集層。由前置信息采集客戶端、運行信息采集客戶端、性能信息采集客戶端組成，實現(xiàn)對監(jiān)測對象的指標數(shù)據(jù)采集。

圖1　在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

1.2　硬件架構(gòu)

智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、SCADA服務(wù)器、前置服務(wù)器、高級應(yīng)用服務(wù)器、工作站和內(nèi)網(wǎng)交換機等組成。因此，需要在現(xiàn)有系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加1臺在線監(jiān)測服務(wù)器，用于部署服務(wù)端分析評估軟件。系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖2所示。

圖2　在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

前置信息采集軟件部署在前置服務(wù)器上，負責(zé)通道投退次數(shù)、運行率、通信流量、通信誤碼率、數(shù)據(jù)刷新率、通信時長等前置信息的采集。運行信息采集軟件和性能信息采集軟件部署在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、各應(yīng)用服務(wù)器上，負責(zé)系統(tǒng)的各服務(wù)、應(yīng)用、硬件資源信息的采集。在線分析評估軟件部署在在線監(jiān)測服務(wù)器上，通過文件傳輸?shù)姆绞将@取前置信息采集軟件、運行信息采集軟件和性能信息采集軟件采集的數(shù)據(jù)，根據(jù)評估標準給出系統(tǒng)評估結(jié)果。圖形展示軟件將評估結(jié)果通過可視化的手段進行展示，提供界面配置工具、實時監(jiān)視與指標詳情查詢、歷史告警查詢等功能。

2　數(shù)據(jù)采集

2.1　前置數(shù)據(jù)采集

按表1所示進行前置通信數(shù)據(jù)的采集。

表1　前置數(shù)據(jù)采集信息表

2.2　運行信息采集

運行信息分為硬件信息、應(yīng)用狀態(tài)信息、關(guān)鍵進程信息、數(shù)據(jù)庫信息、各種服務(wù)信息、性能信息等，按表2進行運行數(shù)據(jù)的采集。

表2　運行信息采集表

3　監(jiān)測評估技術(shù)

為實現(xiàn)對智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的運行性能、遠方通信狀態(tài)和系統(tǒng)穩(wěn)定性實現(xiàn)實時監(jiān)測，必須從主站系統(tǒng)與子站系統(tǒng)運行通信質(zhì)量監(jiān)測、智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)運行狀態(tài)在線體檢、主站系統(tǒng)核心指標在線評估三個方面進行主站在線監(jiān)測評估技術(shù)的研究。

3.1　遠方通信監(jiān)測與評估

隨著設(shè)備監(jiān)控納入調(diào)控業(yè)務(wù)，子站系統(tǒng)的大部分監(jiān)控信息均需要接入主站系統(tǒng)，接入的信息量和接入的信息種類都比以往大大增加；為適應(yīng)特高壓交直流大電網(wǎng)的調(diào)度和故障協(xié)同處置的需要，上下級調(diào)度之間的數(shù)據(jù)交互更是較以往有數(shù)量級的增加。大規(guī)模、頻繁的信息交互對主站遠方通信的穩(wěn)定性、可靠性、正確性提出了更高的要求。遠方通信監(jiān)測主要就是實現(xiàn)對通道投退次數(shù)、運行率、通信流量、通信誤碼率、數(shù)據(jù)刷新率、通信時長等指標的監(jiān)測、統(tǒng)計分析與評估。監(jiān)測范圍考慮不同接入模式、不同通信規(guī)約、不同通信方式的影響，選取包括通道工況、通道投退率、多源通道數(shù)據(jù)一致性性等典型性指標。

遠方通信監(jiān)測指標采集主要通過部署在主站系統(tǒng)監(jiān)測節(jié)點的采集程序完成，采集方式有讀主站系統(tǒng)的實時庫、讀前置共享內(nèi)存、讀日志信息等多種，采集的信息按固定格式寫入文件，最終以文件的形式傳送至在線監(jiān)測服務(wù)端進行后續(xù)處理。

3.2　指標監(jiān)測技術(shù)

智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的實時庫在設(shè)計時，對于每個指標都設(shè)置了是否監(jiān)測、指標權(quán)重等域，用于根據(jù)工程實際情況對指標體系進行調(diào)整，利用這種機制，可以有針對性地選擇具有代表性的指標，實現(xiàn)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)有針對性的指標監(jiān)測。智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)指標監(jiān)測范圍包括主站應(yīng)用運行信息指標、系統(tǒng)資源信息指標、系統(tǒng)一致性指標和效率性能信息指標。按照功能實現(xiàn)方式指標又可以分成單機信息指標和多機信息指標，在體檢過程中通過不同的方式獲取。

a. 單機信息指標

單機信息指標是指在一臺機器上通過讀實時庫、讀歷史庫、讀日志文件等即可以得到結(jié)果的采集指標，例如硬件信息、前置通道工況、誤碼率、關(guān)鍵進程信息、應(yīng)用狀態(tài)信息等。大多數(shù)采集指標均為單機信息指標。

b. 多機信息指標

多機信息指標是指幾臺機器配合通過聯(lián)合測試程序才能得到結(jié)果的采集指標，主要指性能指標，例如變化數(shù)據(jù)傳輸時間指標，需要從前置服務(wù)器到SCADA服務(wù)器進行聯(lián)合采集，在前置機部署數(shù)據(jù)模擬發(fā)送程序，記錄數(shù)據(jù)發(fā)送時間，發(fā)送值，在SCADA機部署數(shù)據(jù)接收測試程序，記錄數(shù)據(jù)的接收時間，實時庫更新時間。

3.3　核心性能指標評估方法

主站系統(tǒng)核心性能指標評估首先要建立指標評估模型，規(guī)范指標評價標準，然后按照指標體系對基本指標量化打分，實現(xiàn)指標加權(quán)、綜合評分計算。

建立智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)運行狀態(tài)在線監(jiān)測核心指標評估模型，首先由數(shù)據(jù)采集客戶端采集的實時數(shù)據(jù)和歷史文件構(gòu)成在線監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，然后對照指標體系中的每個條目按照打分規(guī)則進行量化打分，逐層計算得到各項得分至綜合得分，評估過程中對于單項指標不是滿分的情況即認為存在問題，如果得分為0即為嚴重故障，需要立即處理。根據(jù)得分情況對系統(tǒng)運行情況進行嚴重程度分析，并給出相應(yīng)的解決方案。

為了突出關(guān)鍵指標的作用，提取系統(tǒng)幾項核心關(guān)鍵指標作為智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)運行狀態(tài)一票否決指標，即認為在滿足這類指標的前提下，系統(tǒng)才進行后續(xù)的基本指標打分和綜合評分，核心指標中的任一項指標如果不滿足，則認為系統(tǒng)處于嚴重故障，需要及時給予告警。例如全系統(tǒng)通道投入率指標可以表征主站系統(tǒng)前置與子站通信情況，是前置功能是否正常的重要指標，即可以定制為一票否決指標；重要數(shù)據(jù)刷新時間可以表征主站系統(tǒng)消息處理、數(shù)據(jù)處理功能是否正常，屬于智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)運行狀態(tài)核心指標，也可以定制為否決指標。

在智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)運行狀態(tài)核心指標評估過程中，每個指標變量都有其指標實際值和評估值，由于各個指標的單位、量綱不盡相同，關(guān)鍵就在于如何實現(xiàn)指標實際值和評估值的轉(zhuǎn)化。在智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)在線監(jiān)測體系中，基本指標均為量化指標，可按一定的方法進行評分。

每項指標的量化評分需要根據(jù)指標的具體內(nèi)容設(shè)置規(guī)則，形成分數(shù)與指標的對應(yīng)關(guān)系，在得到基本指標的評分后，需要按照智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)運行指標體系對同層指標進行匯總。在同層指標之間引入指標權(quán)重來區(qū)別該指標相對于其他指標的重要程度，一般采用歸一化值表示。指標權(quán)重一般可由專家和用戶直接指定，也可以采用兩兩比較的方法進行確定[5]。

為了表征智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)運行整體狀況，在各個底層指標打分已經(jīng)計算完成的基礎(chǔ)上，結(jié)合同層指標的權(quán)重利用層次分析法逐層向上計算，每層打分計入權(quán)重與系數(shù)，結(jié)果納入上一級，直至計算得出整個智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的綜合評分和各項指標分組評分，計算公式為

S=j=1nSjWj

(1)

式中：n表示指標S的下層指標個數(shù)；Sj表示任一下層指標評分；Wj表示對應(yīng)的權(quán)重。通過下層指標的評分和權(quán)重的加權(quán)求和，即可以計算出指標S的評分。通過綜合評分的計算可以量化評估當前主站系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并且通過分組得分情況能夠更快速定位系統(tǒng)運行存在問題。

4　應(yīng)用與成效

根據(jù)研究和開發(fā)的成果，在安徽省調(diào)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)上進行了在線監(jiān)測軟件的部署和應(yīng)用。新安裝在線監(jiān)測服務(wù)器，部署在線監(jiān)測服務(wù)端程序；在智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)SCADA、前置數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用服務(wù)器配置采集端程序；在工作站部署在線監(jiān)測客戶端程序。

在線監(jiān)測系統(tǒng)通過前置信息采集模塊實時采集反映主站與子站之間通信質(zhì)量的指標數(shù)據(jù)，通過運行狀態(tài)采集模塊實時采集反映被測系統(tǒng)硬件運行狀態(tài)、平臺運行狀態(tài)、應(yīng)用運行狀態(tài)的核心指標數(shù)據(jù)，通過性能信息采集模塊實時采集反映被測系統(tǒng)性能的指標數(shù)據(jù)，最后由在線監(jiān)測服務(wù)端程序?qū)?shù)據(jù)進行匯總、分析、評估被測系統(tǒng)的運行性能、運行穩(wěn)定性、運行效率和健康狀態(tài)。系統(tǒng)提供了集成的用戶界面、個性化的配置選項，便于自動化值班人員及時地掌握主站系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并可實現(xiàn)異常情況在線預(yù)警。

實際使用表明，該系統(tǒng)顯著提高了智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的監(jiān)測水平，減輕了自動化值班人員的工作量，提高了值班巡視的工作效率，保障了智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，對于保障電網(wǎng)調(diào)度生產(chǎn)的正常進行具有重要意義。

5　結(jié)束語

智能電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)在線監(jiān)測依托于基礎(chǔ)平臺的數(shù)據(jù)交換能力和標準化接口，構(gòu)建分布式的信息采集架構(gòu)，實現(xiàn)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的運行信息采集，采用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)傳輸?shù)姜毩⒌姆?wù)器進行分析、處理和評估，全景展示智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。在線監(jiān)測架構(gòu)基于服務(wù)/客戶機先進的、開放的、可高度擴展架構(gòu)具有可擴展至分布式多系統(tǒng)的能力[6]，為今后實現(xiàn)遠程集中式在線監(jiān)測做出了有益的探索。

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