第卷年第月期日电力系统自动化2006oomoo新一代配电网自动化及管理系统的设计和实现姚建国(1’,周大平“沈兵兵`丁峰2赵京虎0003;`朱红“张子仲`张瑞鹏0024)`国电南瑞科技股份有限公司江苏省南京市212南京供电公司江苏省南京市21摘要:从分析国内以往配电管理系统(DM)S存在的主要问题入手针对配电网的发展需求结合国际标准和计算机技术的发展趋势提出了新一代配电网自动化及管理系统的设计原则并据此原0标准实现了与公用地理信息系统(Gl)7s的无缝集成保证了实时和管理应用采用同一套模型和图形;开发了配电网图形和模型的多态与同步功能可对设则在南京供电公司的DMS上按IEC619;备生命周期实施全过程控制结合可定制的流程化控制配电网调度作业管理可以共享实时数据模型和拓扑信息实现了配调业务流程的无纸化作业;组件化的配电网拓扑分析内嵌在配电网管理流程的每一个细节之中保证了系统安全最后就GS的发展提出了看法I;关键词:配电网自动化中图分类号0:;;配电管理系统;地理信息系统TEIC61970/EIC61968TM7272M73;TN91504引言配电网自动化和管理系统是应用计算机技术减少网络设备和用户在故障时的中断时间然是DMSDA虽自动控制技术电子技术以及通信技术对配电网进行在线和离线的监控与管理使配电网运行于安全可靠经济优质高效的状态它是配电网改造的最基本和最实用的功能但由于资金原因而造成一次设备投资不到位等因素的其功能不可能覆盖到全部配电网目前在我国配电网的用户停电中80%以上都是计划性停电造成的而非故障停电其中城市建设电网改造和设备检修占了相当大的比例配电网的日常工作大部分都是围一个重要组成部分其实施可以提高供电可靠性改善电能质量提高配电系统的运行经济性以及用技[j术手段来改善用户服务l然而虽然国内在这一绕计划检修停电展开DA功能实际上仅仅覆盖了领域有较大的投入但收效甚微究其原因既有管理上的问题也有技术实现上的问题因此如配调日常工作的很少一部分因此对供电可靠性提高的作用微乎其微也就很难看到较高的产出投入比相应地在减轻相关人员的劳动强度以及提高工何定位配电管理系统(DMs)的功能如何从技术上作自动化程度方面的意义有限12理顺配电网管理的流程值得我们分析研究并研发出一套符合国情的真正意义上的配电网自动化和管理系统1GIS的瓶颈配电网错综复杂运行方式多变只凭有经验的工程师掌握的图纸资料及个人记忆力进行管理已很难管理当前国内尽管DMS应用存在的主要问题地理信息系统(GI)S的应用为配电网的DMS对我国配电自动化(DA)发挥了积运行管理提供一个具有地理信息的网络模型可以对配电网设备的资产规划设计施工检修等进行有效的管理国内在GIS应用方面进行了较大的极作用但对大多数企业来说却仍在探索中前进DA实施的结果普遍是投人产出比不明显涉及配电网的经济技术指标并没有得到明显提高相关调努力但在功能定位方面却是仁者见仁智者见智发展很不平衡从配电网一体化管理的角度看实用度运行人员的劳动强度和工作环境并没有得到大的[,改善2的案例不多主要集中在图纸资料管理方面GIS由于3〕其中主要原因是技术实现思路问题和没与SCADA系统信息交流不畅目前还不能充有适合的产品11分体现其在电力系统生产和管理中的重要地位DA传统模式(SCADA+)的局限DA13监控与数据采集(SCADA)和的基本功能DA功能是DMS管理功能的不足现有的GIS和SCADA系统都没有完全涵盖配故障处理功能主要体现在对线路故障段的自动隔离和非故障段的自动恢复供电以收稿日期调的日常工作尤其占配调工作很大比例的计划检修部分目前还没有一套真正意义上的配电网调度20051102;修回日期20060104作业管理系统能够从配电网调度管理最终应用入手实现对配电网日常调度工作全程跟踪资源信息电共享和管理的自动化力系玩自动化30(8)国外DMS中特别强调配电适应以上各种不同的组织架构从功能上来说新一代图资管理(集系统((仆NAAFES)网工作管理系统(WM)S方面的功能并取得了良好的经济和社会效益给我们提供了较好的开发和技术思路14DMS的基本组件包括M)/设备管理(FM)/GIS数据前置采IEC61968配调SCADAD配电网分析系统;信息孤岛的无奈S)DA以及调度作业管理等从广义的DMS涵盖配电网生产运行和服务全过程因此该系统涉及配电网的所有实时信息全部配电网设备信息和用户信息而以上信息来源分布于不同部门的不同系统标准中所描述的一个广义MS来看还可以包括其中实时信息来源于配:故障投诉管理系统(TCM)负荷管理系统S等因此在设计中需要特别关注各个不(M)L同子系统的集成与数据共享从体系结构的设计上ICS电网实时监控系统设备信息来源于信息中心的配电网GIS用户信息则来源于用电部门的客户信息保证第三方系统的无缝接人22确保数据源惟一系统(CSI)还需要管理信息系统(MI)S的信息从DAM/FM/GIS子系统和配电SCADA子系统是目前国内外的产品来看没有一家产品可以完整地提供以上各类功能以及信息;同时供电企业信息化的建设也是逐步推进的因此多家产品如何进行为了杜绝数据冗余保持数据的一致性减轻用户维护的工作量必须打通这MS最重要的数据来源2个子系统之间的联系2:通常SCADA系统与Gls信息的纵向以及横向集成既是一项艰巨的课题又是保护用户投资的需要但由于多家产品应用定位之间有种集成方法内嵌方式和外挂方式内嵌方式建立在统一模型的基础上不存在数据交互难不同需求不同如何打通各个信息孤岛目前还有很长的路要走题;外挂方式为主流模式它保证了GIS与SCADA系统各自优势的发挥但由于GS为通用的计算机I新一代配电网自动化及管理系统的设计原则2技术并不是专为电力系统而设计其模型描述更偏重于地学领域以松藕合非实时的公用信息模型/可缩放矢量图形(SVG)/可扩展置标语言IM)C(XM)S与SCADA系L文件交换方式可以满足GI(针对以上问题的分析笔者认为新一代DMS的设计原则应是以覆盖全部配电网设备为基本考虑以信息资源利用为重要手段以配电网调度/生:统之间静态数据的共享而实时与准实时的数据交互则可以采用通用标准的企业集成总线(UIB)技术产指挥为应用主体以提高配电网管理水平为主要目的2为实现这一设计原则需要综合考虑标准的23从管理入手实现DADMS系统的规模效益:技术的和管理的因素1基于IEC61970八EC61968标准的DMS集成建设普遍降温供电企业逐渐形成共识从管理人手在继续完善配电网一次网架的前提下强化配电网的调度职能和实现配调的自动化并以此带动整个配电网生产运行流程的科学化管理是提标准是国内外调度/配电网自动化技术长期经验的总结和理论提升反过来对调度/配电网自动化技术的研究具有鲜明的指导意义为电力自动化应用提供了最权威的技术规范IEC61970/IEC61968高配电网管理水平及提高供电可靠性的重要途径和手段其中公共信息模型(CIM)迅速成为能量管理配电网自动化在管理方面的应用应该在停电申系统(EM)S和DMS遵循的数据模型标准解决了长期以来由于数据建模上的差异而造成的应用上的不规范和不同系统间互联的困难等问题循IEC61970/IEC619686因此遵目标卜】标准是DMS的主要设计“[,〕的正而模型的拆分和合并及互为调用7请检修计划保电与双电源用户管理操作票生成数据统计/分析等方面下工夫同时应充分考虑到故障处理的比重加大(必然趋势)向真正意义上的停电管理系统(OM)S过渡用技术和管理相结合来提高供电可靠性并使其统计方法和手段更科学高确性是保证系统可靠运行的关键技术之一配电网自动化及管理系统在不同的地区因其管理模式不同而存在着不同的形式效能够在较短时间内实现低压供电可靠性统计3例如有的地区新一代配电网自动化及管理系统的实现设立了专门的配调中心有的地区是地配一体化管理有的地区则希望将配电网调度和集控中心结合在一起新一代DMS结合南京供电公司配电网调度管理的实际需要遵循IEC61970/IEC61968标准采因此在设计DMS时首先需要考虑的是用最新的计算机技术打破传统的SCADA+DA的配电网自动化建设模式以SCADA系统为基础配系统的适应能力通过OPEN3000平台提供的积D木式组件以及应用的裁剪功能新一代MS可以电网调度作业管理为核心实现整个配电网调度的新技术新产品姚建国等新一代配电网自动化及管理系统的设计和实现流程化管理和无纸化作业基本涵盖了配电网调度的业务流程实现了包括配电网监控馈线自动化)数据交换方式和数据交换格式尽量透明化2尽量减少DMS和GIS数据提取转换的困难度及网络拓扑分析计算调度检修计划的编制审核预复杂度从而提高数据交换的可靠性及成功率发执行的流程化管理保电与双电源用户管理以及各种统计与分析等功能)数据交换过程实现流程化在GS3I数据变化后通过流程通知程化DMS实时获取数据保证交换流系统基于公用GIS平台的图形和数据建立了完整的配电网络拓扑模型并依据配电点提供)实现了GI4S的配电网单线图和地理沿布图了独具特色的大小图(大图指配电网联络关系图小图指配电网单线图)和红黑图(黑图指现实运行模型红图指未来待投运模型)机制的数据导人和图形还原既保证了DMS与GIS的图形/拓扑一致性又保证了DMS/SCADA系统对大小图功能通过配电网模型实时分析计算实现了整个配电网联络0kV线路单线图之间的实时拓扑关系关系图与1和操作的互对应使得配调管理人员既可以从全网宏观角度也可以从单一馈线的微观角度来管理整个实时性的要求由于系统在转换GIS数据时采用遵循IEC62970/eIM及IEC61965的方式其所遵循的标准在未来极有可能成为电力系统领域遵循的网络模型标准GS供应商所I此外系统是从内而外全面配电网络在为调度员提供准确的配电网资料的同时大大减轻了维护人员工作量遵循该标准而不是简单的外包装由此将使得该系统在未来的配电系统集成中具备按标准集成其他系统的能力红黑图机制则提供了对网络模型动态变化全过程控制的解决方案真实地再现了配调管理人员所面对的复杂工作环境实现了线路和设备投运退役和改造的生命周期管理只有在模型描述统一(即规则统一)的前提下才有可能自下而上由简到繁地形成电力企业的DMS因此标准统一的模型描述是DMS的骨架和根基没有这个基础就不可能构成先进可靠系统实现了符合二次系统安全防护要求的基于IEC61970易维护易扩展的4DMS规范扩展模型的与公用GS平台间的流I2配电网调度作业管理子系统构建在O程化标准接口突破了配电网应用的瓶颈该接口提供基于电气连接规则的校验机制可根据实际情况自动建立配电网实际模型和未来方式模型并形成网络拓扑同时能够将配电网有关运行状态信息及时反馈给GIS统和仆NAS结合可定制的流程化控制可以共享实时信息网络支撑平台以及SCADA系之上的配电网调度作业管理子系统3000PEN模型以及实时网络分析结果它的具体功能包括:配电调度作业管理子系统以流程为基础集检修计划管理停电管理故障管理智能操作票为一体基本涵盖了配电网调度的日常业务系统以图:智能操作票(图票一体化图形开票票上执行)检修计划管理停电计划管理停电事故管理保电计划管理双电源用户管理调度日志管理交管理各种口径的统计与分析等实现了配调指挥中心所有业务流程的无纸化作业票库结合的方式辅助生成调度检修计划和操作票实时校验各种操作切实辅助调度管理人员把好安该子系统在仔细分析了配电网调度作业内容以及国内供电企业管理全关有效地降低误操作的发生概率4新一代配电网自动化及管理系统的关键新一代配电网自动化及管理系统技术上实现的的基础上总结出业务环节流程化业务内容面向网络分析而不是简单的文字描述使其有别于通常的MIS技术难点和创新主要体现在与GIS的数据源整合配电网调度作业管理功能的实现以及融人与网络操作相例如在实施保电计划管理中不是仅仅实现简单的生成修改显示提醒等功能而是真正面向网络当出现有可能违反保电计划的操作时系统将自动进行闭锁和告警DA如果是事故造成的将把保电计划中的负荷作为优先级最高的区域自动提交给模块去在线恢复关的拓扑分析与处理等41DMS与GIS的无缝集成43图形多态与同步系统在南京配电网的实践中采用把外挂的配电网的特殊性主要体现在其网络结构的复杂性以及业务内容和要求的多样性上作为配电网自动化系统惟一的配电线路模型和图形数据源设备图形及拓扑数据都从GIS侧倒人GIS图形多态所面DMS增量变化过程如下9)采用XML1[〕基于针对配电网应用而扩展的:对的问题是配电网经常性的扩建和改动以及日常检修工作繁多因而对相关图形的修改也较为频繁调度面临的红黑图既要共存但也要在相关设备/线路投运后待投运部分自动转成运行黄图是指当IM实现CDMS与GIS之间的数据交换电力系玩自的动愧30(8)红图投运时(也就是通常所说的红转黑)原来黑图的一个图形备份它实际上处于一种待退役的状态通过在模型建立算法实施以及错误信息滤波处理这3方面的工作加上系统特有的图模库一体如果红转黑不成功或者需要回退时可以恢复黄图为黑图化技术等保证了网络模型建立的直观性和免维护性大大加强了系统的安全性;而算法则实现了网络每个设备都定义了以下::3种设备投运状态用来:表示设备的生命周期①已投运正在投运的设备:;接线类型无关性和计算结果的全局性;错误信息的处理则采用了可信度计算势能计算等量化指标一②未投运等待投运的设备;③待退役正在投运但是准备退役的设备系统支持红黑图的处理具有2套拓扑支持调度检修计划的制定新设备投运以及设备退役管理方面用于安全控制另一方面为运行调度人员提供了丰富的决策依据5关于GIS的思考完成对设备生命周期的全过程控制;同时提供红图转黑图的自动处理机制其切换点随调度执行令的配电网自动化各个子系统之间的数据共享与交互仍然是未来发展的重点特别是GIS应用与配电SCADA发出而产生44子系统之间从实际的需求来看电力行大小图的处理配电网大小图之间有着严格的对应关系因此业需要一个面向本行业的AM/FM/GIS行业标准来增强其开放性减少数据共享的难度同时这也能够保证开发商和电力企业双方的利益实现双赢无论在两者的哪一类图上做出修改都须在另一类图上也同步做出修改而不需要对2类图进行重复性工作但是直到目前为止国内外还没有哪个组织能够提出一个面向电力行业的AM/FM/GIS的公共模型例如在单线图上的任何修改(包括悬挂标识牌等)都可以在网络图上得以反映反之亦然系统除了考虑常规的标志牌外还特别考虑了配电有的搭头以及跳线操作的大小图同步4—某个部门选择电气GIS模型(EGM)也就导致电力企业在为AM/FM/GIS软件平台时缺乏一个5配电网拓扑分析的组件服务S软件不能满足电标准如果采用的AM/FM/GI力企业所有部门的需要很难进一步向其他部门扩无论是拓扑着色DA的故障隔离配电管理的拓扑分析还是配电网高级应用软件的状态估计潮流计算等分析应用都无一例外地需要了解当前配电网络的拓扑情况因此网络实时拓扑状况分析展应用最终形成自动化孤岛另一方面由于没有EGM的支持许多以AM/FM/GIS为基础的应用必须依赖于软件开发商丧失了开放性现在国内的电力企业往往把所有以GISAM/FM/作为一个公共服务组件可以让各个应用共享并提供相应的组件接口为基础的应用都交给软件开发商实现事实此外配电网潮流计算负荷转供操作规程校验等模块都设计成为公共服务的组件上从国外的实践经验看许多应用本身就是一些复杂的系统但并没有完全寄托在AM/FM/GIS软件过去的网络分析软件有的人机界面及维护与启动的方法需要运行人员事先设定一个状态再启动分析功能个细节之中开发商的身上许多接口都是由用户和开发商共同完成的只是这种接口目前还缺乏一个统一的标准新的处理是在组件化的基础上将遗憾的是这个为配电自动化管理系统提供数据的基础环节在IEC61968中还没有很好的体现各网络分析功能模块内嵌在配电网管理流程的每一例如对于每一次开关变位系统自动应该指出的是数据统一模型统一并不要求应用也必须统一;相反数据和模型的统一可以更便于建立不同特色的应用尤其是拓展新的应用进行拓扑带电着色;当检索到合环操作时则自动进行合环潮流的计算内嵌的目标是在配电网调度的每一个环节都有网络分析功能的支持拉起一道防护网和支撑网同时做到相关分析模块的傻瓜式免维护或少维护6结语为了使配电网自动化及管理系统真正起到提高供电可靠性改善电能质量提高配电系统的运行经由于配电网的基础建设长期落后其信息的准确性和完整性都还比较低在存在信息矛盾及不确济性以及用技术手段来改善用户服务的作用必须从标准化技术和管理等多方面着手司的D南京供电公定因素的情况下如何避免错误的分析是非常必要的MS从配电网调度指挥人手以SCADA系统这尤其体现在一些实时类应用上例如配电网为基础以公用GIS平台的图形和数据建立完整的配电网络拓扑模型在配电网自动化及管理系统实用化的道理上迈出了坚实的一步为今后将系统应用范围扩大到配电网运行管理全过程打下了基础故障诊断隔离与恢复模块如何避免其误启动以及在馈线故障电流指示器的信息不同步不一致情况下如何给出正确的结果都是非常具有现实意义新技术新产品姚建国等新一代配电网自动化及管理系统的设计和实现电力系统自动化CHEN93参考文献仁习王明俊于尔铿刘广一配电系统自动化及其发展北京200529(23)49一53QinPwghLIUDogLlibLifiongCIMmBdThtio中国tphFlwftDittSytAtmf电力出版社WAp199.8gJnEltiPwSym200529(23)49一53ANGtMitonnYUEkngtLIUBijigGngyiDittibi[7」刘崇茹孙宏斌张伯明等公共信息模型拆分与合并应用研究电力系统自动化LIUChnmidItDlopmnChinEliPow200428(12)n51一551995gSUNInHngbinaZHANGBningrftl[2毛传洲周英树城市配电系统自动化的规划电网技术2010bIntigtinnmtaldPtilModlTtnsBd25(7)72一7681CIMAtmtinfEltiPwSym200428(12)MAODiChutnhoZHOUtYinghPlnngofU51一55tibuionAtmiPwSystmThnlgy2001258〕刘崇茹孙宏斌张伯明等基于C「IMXML45一48电网模型的互操作(7)72一7681研究电力系统自动化2003n27(14)3」刘东丁振华滕乐天配电自动化实用化关键技术及其进展电「LIUChngrSUNtHogbiZHANGBmingtlAngy力系统自动化LIUDn200425(7)n26一19InLEttigationonCmmAnIfotionmatioMdltfESyonsgDINGZhhTENGtnKoyThnolgyM9〕「ngmntSymtomfEliPwtmdIttDlpmttinAtthPtonibilityfDitibti200327(14)45一48AnrtioSynrmiofEltiPwSytmDEVOSAWIDERGRENSZHU22donJXMLfwCIMMEnginyodl200428(7)16一19EC61970xhngInPodingofIEEEPPowigt4]张慎明黄海峰基于「EI标准的电网调度自动化体系结StyInittionalCyfnIdtComp构电力系统自动化ZHANGShDip200226(xo)45一47ApplirtnSyd(Atli)200131一37nmngHUANGHtifgAhittrofPnowthtngAtmiSyPotmBdIEC61970StddAtmionfEletiwSytm200226(10)45一47侧匕建国(1963一)男高级工程师主要从事电力系统调[5〕陈树勇李健白晓明基于CORBA的应用软件标准接6一191t口的研n度自动化和配电网自动化等方面的开发和管理工作Em究中国电机工程学报CHENSh20202(6)ailyajog@nariteeh。nyngLltnJiPBAIXiominRdh周大平(1953一)男高级工程师主要从事电力系统运StPnddidAPPliigmInfBonC()RBA行控制与管理工作沈兵兵(1954odngofthCSEE200222(6)16一19一)男高级工程师主要从事电网调度自[6〕陈清鹤刘东李荔芳基于CIM建模的配电网三相潮流计算Des动化和配电网自动化的研究开发和推广工作DistributioignandImPlem、叭0entationofaNaewGPingenerationnAutomatioennandManagementSystemJiangu。ZHOUDZSHENBingbingDINGFgZHAOJinghluHUHtn)eegnoZHANGeveZhizonengoZHANGRiudPeng(1NARIThlogyDerlopmotCanLytNajning210003Chinaa)(2AbstrdistrNoajingPownsSuPplyCumpgeNtsajning210024China)naact:Bynanalyzingthemaiorprgblemenofdistribtetionmanantenystem(DMS)withtdesaigprineipleofthenewgeeanneratoniibutiooautoeomationandmhnoanaemTatsysm15plizatresentedinaeeordaneeheinanterntionlstandardeandthdeveexanslopingtrendfthePrmputsterteelogykingtreaioninNajniningPowseaerSinupplyCompeyeobasedononteohgeraprinphietionipleinofasrmpleysthePaperesenthaekeysateehonologyinanhenewDMSitoThemleeesstgerationwithmmmengamatioteanmdl(GIS)seanassuremoemodeldedgraraphbeingmonuserdtethreaelotimandsmCanagettpplieeaMultiiloreeontextyneehronizationefuatanetonifmanelandgpheanhselifeareyleffaeilitieuombiningorheustomortadflowgeeontrothreaLtimedmoodelfendtopotelogyinformhingoneationeanbtehdbydistribeanationnetwkdispaetehingwanakmaenamentandtheypape卜freooperastionrenthtdispaesatworskdispastehingflowasbettrealizedtureThtoevepologylysisambeddedinpueverperationeantgthuhfetyion:fpowerymanaSomeidegeboeuhefu;GISd:lopmentarelsotforward:distribtionautomatdistributionmmentsystm(DMS)GISIEC61970/IEC61968鬓攀羹熊姗戮麟蘸撇巍瓤澎萄为解决日益严重的垃圾邮件问题,毅瓢馨攀瀚翁凡投寄本刊的电子邮件的主题。爵}ah中必须含有识别符“toaeps”,否则将视为垃圾邮件被滤除举翼轰撇燕攀蒸黔翼蒸粼麒馨绷埃鞍巍豁撰缪粼撰狱粼粼麟舞燕粼摊跟姗器姗娜篆卿麟潞瀚黝摧瓤麟裸绷撰攀灌{蒸熟羚堪姗
