張  晗，王  奇，常  安

　?。ㄖ袊戏诫娋W(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東 廣州 510663）

　　摘  要： 智能電網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性、實(shí)時(shí)性的要求越來越高，然而目前電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測方面存在著系統(tǒng)繁多、數(shù)據(jù)多源異構(gòu)以及質(zhì)量不高等問題。因此，本文以南方電網(wǎng)“西電東送”主通道為背景，整合現(xiàn)有輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、雷電定位系統(tǒng)、覆冰監(jiān)測系統(tǒng)、氣象監(jiān)測、PMIS、EMS等系統(tǒng)，并考慮風(fēng)力發(fā)電的監(jiān)測，建立了覆蓋含新能源接入的大區(qū)域交直流互聯(lián)電網(wǎng)的輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)中心與智能分析平臺(tái)。緊密圍繞超高壓輸電公司生產(chǎn)業(yè)務(wù)實(shí)際，分析了平臺(tái)建設(shè)的總體目標(biāo)、關(guān)鍵要素與整體架構(gòu)，通過數(shù)據(jù)集成、軟件集成和硬件配置等集成方式，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的集成與建設(shè)。該平臺(tái)覆蓋了南方電網(wǎng)西電東送主通道，已在南方電網(wǎng)超高壓公司投入運(yùn)行，極大地提升了電網(wǎng)智能運(yùn)維水平與安全可靠性。

　　關(guān)鍵詞： 狀態(tài)監(jiān)測；西電東送主通道；系統(tǒng)集成；數(shù)據(jù)中心；智能分析平臺(tái)

0 引言

　　電網(wǎng)規(guī)模日益龐大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，電網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性、實(shí)時(shí)性的要求越來越高[1-3]。然而目前電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測存在以下問題和不足：（1）電網(wǎng)公司構(gòu)建監(jiān)測子系統(tǒng)缺乏整體的統(tǒng)一規(guī)劃，子系統(tǒng)相互間信息交互不夠，且存在重復(fù)建設(shè)而導(dǎo)致的信息冗余，因此需要通過構(gòu)建全景性的數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)，優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)交互[4-8]；（2）電網(wǎng)數(shù)據(jù)具有多源、海量、高度異構(gòu)的特征，且現(xiàn)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分散，數(shù)據(jù)利用效率低[9-15]；（3）設(shè)備的日常巡檢數(shù)據(jù)、預(yù)防性檢修試驗(yàn)數(shù)據(jù)不全、數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，或者以附件形式上傳在系統(tǒng)中，導(dǎo)致設(shè)備的歷史運(yùn)行信息難以方便有效的利用[16-19]。為了彌補(bǔ)以上不足，2012年，南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心啟動(dòng)了輸變電及風(fēng)電狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)中心與智能分析平臺(tái)的建設(shè)，使其成為超高壓輸電公司生產(chǎn)業(yè)務(wù)亟需的統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心、全景監(jiān)控中心、智能分析中心和應(yīng)急指揮中心[20-24]。

1 平臺(tái)建設(shè)的總體方案

　　1.1 總體目標(biāo)

　　立足于超高壓輸電公司西電東送的核心業(yè)務(wù)需求，重點(diǎn)解決智能電網(wǎng)發(fā)展新形勢下輸變電設(shè)備管理系統(tǒng)面臨的各種技術(shù)需求和問題，在統(tǒng)籌規(guī)劃整合、統(tǒng)一有序建設(shè)超高壓輸電公司各類業(yè)務(wù)相關(guān)信息、應(yīng)用平臺(tái)的基礎(chǔ)上，緊密圍繞超高壓輸電公司生產(chǎn)業(yè)務(wù)實(shí)際，全力打造集SCADA、輸變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)采集與分析、輸變電狀態(tài)信息（含新能源接入）廣域監(jiān)測與智能分析預(yù)警、應(yīng)急指揮等功能于一體的電網(wǎng)運(yùn)行及設(shè)備管理智能平臺(tái)，使其成為超高壓輸電公司生產(chǎn)業(yè)務(wù)亟需的統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心、全景監(jiān)控中心、智能分析中心和應(yīng)急指揮中心，以此實(shí)現(xiàn)超高壓檢修試驗(yàn)中心信息平臺(tái)建設(shè)的中長期愿景，如圖1所示。

　　1.2 平臺(tái)關(guān)鍵要素

　　針對(duì)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司“電網(wǎng)運(yùn)行及設(shè)備管理智能平臺(tái)”的總體建設(shè)目標(biāo)，在平臺(tái)建設(shè)過程中需要重點(diǎn)考慮并體現(xiàn)不同關(guān)鍵層面的各類核心要素，具體包括基礎(chǔ)信息、功能模塊、關(guān)鍵指標(biāo)、應(yīng)用服務(wù)，以及業(yè)務(wù)部門等關(guān)鍵層面，如圖1所示。

　　（1）基礎(chǔ)信息層面：系統(tǒng)應(yīng)充分整合設(shè)備臺(tái)帳、運(yùn)行工況、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、環(huán)境信息、缺陷信息、檢修成本等超高壓輸變電設(shè)備運(yùn)維相關(guān)的盡可能全面的數(shù)據(jù)信息。

　?。?）功能模塊層面：系統(tǒng)應(yīng)具備監(jiān)視預(yù)警、故障診斷、狀態(tài)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、指標(biāo)分析、輔助決策等基本的功能模塊。

　?。?）關(guān)鍵指標(biāo)層面：系統(tǒng)應(yīng)能在設(shè)備、電網(wǎng)等不同層面、多個(gè)維度，對(duì)可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境影響等關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行全面的分析和充分的展示。

　　（4）應(yīng)用服務(wù)層面：基于系統(tǒng)基本的功能模塊，可以針對(duì)不同業(yè)務(wù)部門的實(shí)際業(yè)務(wù)需求，快速靈活地構(gòu)建各類直接面向生產(chǎn)業(yè)務(wù)實(shí)際的應(yīng)用服務(wù)，包括狀態(tài)監(jiān)測、檢修決策、資產(chǎn)優(yōu)化、績效管理、應(yīng)急指揮、調(diào)度輔助等。

　　（5）業(yè)務(wù)部門層面：不同業(yè)務(wù)部門的實(shí)際業(yè)務(wù)需求是系統(tǒng)建設(shè)的基本導(dǎo)向，系統(tǒng)建設(shè)成效體現(xiàn)于對(duì)業(yè)務(wù)部門實(shí)際業(yè)務(wù)需求的服務(wù)效果和效益，系統(tǒng)應(yīng)服務(wù)于南方電網(wǎng)超高壓輸電公司的各生產(chǎn)部門，以及南網(wǎng)總調(diào)、南網(wǎng)科研院等協(xié)作單位的業(yè)務(wù)需求。

　　1.3 平臺(tái)整體架構(gòu)

　　本平臺(tái)采用底層平臺(tái)和上層應(yīng)用相對(duì)分離的模式建設(shè)?；A(chǔ)平臺(tái)為各種日常業(yè)務(wù)提供運(yùn)行環(huán)境和服務(wù)接口，上層應(yīng)用則按照專業(yè)和業(yè)務(wù)區(qū)別分布在基礎(chǔ)平臺(tái)之上，且只需關(guān)注功能算法的實(shí)現(xiàn)，按照標(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)范與底層平臺(tái)通信。輸變電及風(fēng)電狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)中心及智能分析平臺(tái)總體架構(gòu)如圖2所示。

　　（1）設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測層。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測層主要實(shí)現(xiàn)對(duì)各種電力設(shè)備狀態(tài)的感知和記錄，監(jiān)測對(duì)象包括各類變電設(shè)備和輸電設(shè)備，監(jiān)測手段包括在線監(jiān)測、試驗(yàn)檢測、巡視記錄等。

　?。?）信息集成及應(yīng)用基礎(chǔ)平臺(tái)層。信息集成及應(yīng)用基礎(chǔ)平臺(tái)層將廣域分布的各種輸變電設(shè)備的在線監(jiān)測、試驗(yàn)檢測、巡線記錄等數(shù)據(jù)按照分層分級(jí)的體系匯集起來，并與SCADA、MIS、GIS（地理信息系統(tǒng)）等其他電力業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)充分集成在一起，為高級(jí)及智能分析應(yīng)用層提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐，以及通用的系統(tǒng)管理、工作流、公共服務(wù)、人機(jī)界面、開發(fā)運(yùn)行環(huán)境等基本功能框架。

　　（3）高級(jí)及智能分析應(yīng)用層。高級(jí)及智能分析應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測信息的展現(xiàn)和處理，為電力設(shè)備狀態(tài)檢修以及其他電力業(yè)務(wù)提供決策建議，主要包括監(jiān)視預(yù)警、故障診斷、狀態(tài)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、輔助決策等功能模塊。

2 平臺(tái)集成方式

　　2.1 數(shù)據(jù)集成

　　如圖3所示，數(shù)據(jù)集成主要包括在線數(shù)據(jù)采集和其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入。

　　在線數(shù)據(jù)采集由小型氣象站、輸電線路在線監(jiān)測裝置、變電站在線監(jiān)測裝置和風(fēng)電場監(jiān)測數(shù)據(jù)構(gòu)成。輸電線路在線監(jiān)測裝置和氣象站均具有無線傳輸?shù)墓δ埽ㄟ^移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)，以GPRS的方式，與主站GPRS接收機(jī)進(jìn)行雙向通訊，并通過主站服務(wù)器進(jìn)入輸變電及風(fēng)電狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)中心及智能分析平臺(tái)數(shù)據(jù)中心；變電站在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)入平臺(tái)數(shù)據(jù)中心；而風(fēng)電場監(jiān)測數(shù)據(jù)則通過電力內(nèi)部網(wǎng)接入平臺(tái)數(shù)據(jù)中心。

　　另外，平臺(tái)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入平臺(tái)數(shù)據(jù)中心，通過綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)將生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、輸電線路精細(xì)化管理系統(tǒng)、巡檢系統(tǒng)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入數(shù)據(jù)中心。

　　2.2 軟件集成

　　為了集成各個(gè)子系統(tǒng)的信息和應(yīng)用，需要建立總線架構(gòu)的集成平臺(tái)，基于該總線架構(gòu)集成平臺(tái)，子系統(tǒng)接入時(shí)只要支持標(biāo)準(zhǔn)接口即可。新開發(fā)功能和第三方系統(tǒng)基于應(yīng)用集成平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和服務(wù)總線，實(shí)現(xiàn)各個(gè)專業(yè)系統(tǒng)集成運(yùn)行。本平臺(tái)從底層到所有應(yīng)用采用一體化設(shè)計(jì)，采用基于SOA的雙總線架構(gòu)，高速數(shù)據(jù)總線保證實(shí)時(shí)應(yīng)用效率，標(biāo)準(zhǔn)集成總線能實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)集成。以IEC 61970為基礎(chǔ)構(gòu)建了應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，另一方面，按照統(tǒng)一模型服務(wù)的需求，定義了全景視圖，依靠該視圖可以獲得整個(gè)平臺(tái)內(nèi)所有信息，即使信息存在于第三方系統(tǒng)，也可以通過代理服務(wù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，保證所有應(yīng)用集成化運(yùn)行。圖4為本平臺(tái)與其他系統(tǒng)的接口方式。

　　2.3  硬件配置

　　本平臺(tái)安全分區(qū)分布在安全I(xiàn)區(qū)，安全I(xiàn)I區(qū)，安全I(xiàn)II區(qū)。

　　安全I(xiàn)區(qū)的硬件設(shè)備主要承擔(dān)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、安全I(xiàn)區(qū)和其他安全區(qū)的安全防護(hù)等功能。如圖5所示，安全I(xiàn)區(qū)系統(tǒng)硬件包括：2套數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，2套數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，4臺(tái)系統(tǒng)監(jiān)控/AVC服務(wù)器，4臺(tái)監(jiān)控工作站，1套磁盤陣列20TB，1套大屏幕顯示設(shè)備，2臺(tái)前置交換機(jī)，2臺(tái)核心交換機(jī)。

　　安全I(xiàn)I區(qū)系統(tǒng)硬件包括：2套數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，2套數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，2臺(tái)保護(hù)、錄波、安穩(wěn)及故障測距關(guān)信息管理服務(wù)器，2臺(tái)用戶工作站，2套開發(fā)維護(hù)工作站，1套磁盤陣列10TB，2臺(tái)前置交換機(jī)，2臺(tái)核心交換機(jī)。

　　安全I(xiàn)II區(qū)系統(tǒng)硬件包括：2套數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，2套數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，2臺(tái)視頻監(jiān)視服務(wù)器，2套變電設(shè)備狀態(tài)分析服務(wù)器，2臺(tái)輸電設(shè)備狀態(tài)分析服務(wù)器，2臺(tái)應(yīng)急管理服務(wù)器，1臺(tái)WEB服務(wù)器，3臺(tái)用戶工作站，2套開發(fā)維護(hù)工作站，1套磁盤陣列20TB，2臺(tái)前置交換機(jī)，2臺(tái)核心交換機(jī)，6臺(tái)無線通信基站。

3 平臺(tái)應(yīng)用模塊及界面

　　應(yīng)用模塊包括電網(wǎng)運(yùn)行分析模塊、輸電設(shè)備智能分析模塊、變電設(shè)備智能分析模塊、新能源智能分析模塊和輸電通道輸電能力綜合決策模塊5個(gè)模塊。按照業(yè)務(wù)歸并功能模塊，可以為不同的部門和專業(yè)運(yùn)行人員提供清晰的業(yè)務(wù)入口，同時(shí)也便于權(quán)限管理。

　　3.1 電網(wǎng)運(yùn)行分析模塊

　　電網(wǎng)運(yùn)行分析模塊以可視化圖形界面展示電網(wǎng)潮流、設(shè)備投退、故障跳閘、斷面越限等信息，對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警，能夠正確區(qū)分開關(guān)變位的原因。該子系統(tǒng)集中展示各變電站監(jiān)控系統(tǒng)上傳的信息，實(shí)現(xiàn)全站運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)視；提供遠(yuǎn)程防誤閉鎖和操作預(yù)演功能，使運(yùn)行人員能夠根據(jù)調(diào)度令對(duì)站內(nèi)一次設(shè)備進(jìn)行控制操作。同時(shí)，采集存儲(chǔ)和管理各站保護(hù)設(shè)備狀態(tài)信息，定值信息，動(dòng)作信息，并在一次接線界面上統(tǒng)一展示，具備初步的故障分析功能、繼電器特性分析和定值管理功能。其界面如圖6所示。

　　3.2 輸電設(shè)備智能分析模塊

　　輸電設(shè)備智能分析模塊在整合GIS系統(tǒng)、線路覆冰監(jiān)測系統(tǒng)、雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)，新建輸電線路運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測、導(dǎo)線及桿塔監(jiān)測等功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路和桿塔實(shí)時(shí)監(jiān)視、狀態(tài)評(píng)估、災(zāi)害預(yù)警和控制策略輔助決策功能。其界面如圖7所示。

　　3.3 變電設(shè)備智能分析模塊

　　變電設(shè)備智能分析模塊面向變電站內(nèi)所有一次設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)控和檢修安排等業(yè)務(wù)需求，對(duì)變電站（換流站）中不同類型的變電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、監(jiān)視及分析，對(duì)設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視、分析、告警及處理；同時(shí)融合了變電設(shè)備運(yùn)行及決策模塊，具有人工干預(yù)和自學(xué)習(xí)特性的狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)及基于多層面、多維度運(yùn)維關(guān)鍵指標(biāo)優(yōu)化的狀態(tài)檢修智能輔助決策方法，能夠全面對(duì)設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行可靠、安全的管理并制定合理的檢修、運(yùn)維計(jì)劃。其界面如圖8所示。

　　3.4 新能源智能分析模塊

　　新能源智能分析模塊主要針對(duì)風(fēng)力發(fā)電相關(guān)設(shè)備（包括同步發(fā)電機(jī)、變頻器、風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)、變壓器、開關(guān)/斷路器等設(shè)備）的狀態(tài)監(jiān)測需求（監(jiān)測參數(shù)包括相關(guān)電氣量及各種非電氣量），實(shí)現(xiàn)風(fēng)力風(fēng)電設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷及狀態(tài)評(píng)價(jià)等功能。其界面如圖9所示。

　　3.5 輸電通道輸電能力綜合決策模塊

　　輸電通道輸電能力綜合決策模塊獲取輸電設(shè)備和變電設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)（包括導(dǎo)線電壓、電流、溫度、拉力、微氣象等輸電線路運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及變壓器、斷路器等關(guān)鍵變電設(shè)備的所有運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)），進(jìn)行負(fù)荷通道內(nèi)單個(gè)設(shè)備及通道整體的容量限額、設(shè)備狀態(tài)健康/風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算分析，以及基于發(fā)展趨勢進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測后，并結(jié)合運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)，以接線圖、趨勢圖、數(shù)據(jù)表格等直觀方式給予展現(xiàn)，為調(diào)度提供輔助決策功能。其界面如圖10所示。

4 平臺(tái)應(yīng)用效果

　　開發(fā)的“輸變電及風(fēng)電狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)中心及智能分析平臺(tái)”，接入換流站12座、500 kV變電站17座、串補(bǔ)站7座、風(fēng)電機(jī)組231 MW、輸電線路18 189 km，覆蓋了南方電網(wǎng)西電東送主通道，已在南方電網(wǎng)超高壓輸電公司投入運(yùn)行。該平臺(tái)打破了設(shè)備管理和電網(wǎng)運(yùn)行專業(yè)分割，實(shí)現(xiàn)了交直流大電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測與信息集成，為設(shè)備層和電網(wǎng)層智能分析和運(yùn)行提供統(tǒng)一、規(guī)范的數(shù)據(jù)支撐。大大提高了現(xiàn)有輸變電設(shè)備運(yùn)行效率和事故反應(yīng)能力，在2013-2014年，通過該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)線路覆冰30余次，發(fā)送覆冰信息90余條、預(yù)警信息132條、成功指導(dǎo)10條線路的36次融冰工作，極大地提升了電網(wǎng)智能運(yùn)維水平與安全可靠性。

5 結(jié)束語

　　為解決智能電網(wǎng)發(fā)展新形勢下電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測與信息集成面臨的各種技術(shù)需求和問題，本文緊密圍繞超高壓輸電公司生產(chǎn)業(yè)務(wù)實(shí)際，分析了平臺(tái)建設(shè)的總體目標(biāo)、關(guān)鍵要素與整體架構(gòu)，通過數(shù)據(jù)集成、軟件集成和硬件配置等集成方式，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的集成與建設(shè)，平臺(tái)包含電網(wǎng)運(yùn)行分析模塊、輸電設(shè)備智能分析模塊、變電設(shè)備智能分析模塊、新能源智能分析模塊和輸電通道輸電能力綜合決策模塊5個(gè)模塊。

　　該平臺(tái)接入換流站12座、500 kV變電站17座、串補(bǔ)站7座、風(fēng)電機(jī)組231 MW、輸電線路18 189 km，成為超高壓輸電公司的統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心、全景監(jiān)控中心、智能分析中心和應(yīng)急指揮中心，實(shí)現(xiàn)了輸變電設(shè)備狀態(tài)的全面掌控，打破了設(shè)備管理和電網(wǎng)運(yùn)行專業(yè)分割。同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同信息系統(tǒng)的集成融合，提高數(shù)據(jù)共享能力，降低系統(tǒng)建設(shè)成本，提升輸變電設(shè)備智能化管理水平。

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