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    新一代电网调度系统国际标准化及发展趋势

    时间：2023-02-25 09:42:47来源：百花范文网本文已影响人

    国网河北省电力有限公司博野县供电分公司 魏雅哲 国网河北省电力有限公司行唐县供电分公司 魏亚楠

    电网运行依赖系统和人员的互相配合将各个分支系统有机结合起来，但现在世界全球化浪潮的席卷、国际垂直分工的存在，产品互相交融，就必须在世界范围内统一标准。电网调度是电网的中心部门，控制业务高度依赖计算机、通信和自动控制技术，涉及发电厂、变电站、输电线路等，覆盖范围广，它的安全运行影响深远，以及未来的发展也是是与每个人生活息息相关的。

    智能电网控制系统（Smart Grid Dispatching Control System）亦即俗称的D5000系统。OPEN-3000和CC-2000这两个系统就是我国开发制造、并荣获国家科学技术奖，但传统调度系统中的数据、模型、图画、通信、服务等存在诸多问题，比如在数据方面，SCADA（电网数据采集与监控系统）、AGC（自动发电控制）、AVC（自动电压控制）、EMS（能量管理系统）都有自己的稳态实时数据库，这两个系统有的面向关系型、有的面向对象，在数据共享及管理上出现问题。而这并非我们一个国家的问题，随着问题的暴露，IEC（国际电工标准）和ISO（国际标准化组织）开始统一标准，但一个事物发展过程总是充满曲折，在国际化标准设立之初有些标准之间互相矛盾，这些无疑对智能电网的统一发展起到了阻碍。

    D5000系统将曾经10余套独立系统整合成一个基础平台和四个大类的应用，发展变化如图1所示，将国、网、省三级系统连接起来统一，大大提高应对风险能力，为电网的安全运行提供技术支撑。同时D5000系统将曾经的CIM/XML改变为CIM/E，极大优化系统结构，数据的导出文件大小约为曾经的1/10、且效率问题也大大增加，从最开始的SCADA系统（电网数据采集与监控系统）逐步发展成完整的EMS（能量管理系统）。

    图1 调度系统控制系统构架

    由于现在社会的快速发展，迫切需要统一标准，建立更为强大的坚强智能电网，以应对全球化交融和电器设备制造垂直分工的国际现状。经过几十年的标准化研究，国际上的标准化研究有了极大的发展。由于我国电力发展起步较晚，从改革开放以后我国经济快速发展，带动电力事业蓬勃发展，我国大量新建设的发电厂、变电站和调控中心都满足IEC标准[1]。

    因为国际电工委员会制定标准的原则是“只负责定义接口技术标准但不包括具体的功能和实现的方式”，下面从这五个方面完成论述。

    2.1 通用模型描述

    从前，在电力事业刚刚发展、调度事业也刚刚起步，调度系统及其子系统从一个厂商处购买，这样做的优点是方便维护，对系统互联互通做了最小化。同时缺点也暴露出来，在随着新需求的出现、需要引进不同厂商的系统时，发现两个系统并不能实现兼容，几乎没有一个厂商在任何领域都有杰出的系统，这就限制了在市场中选择最好的方案。

    对于电气行业来说，组件与组件之间需要相互交流，如图2所示，需要完成CIM（公共信息模型）和CIS(组件接口规范)的规范，因此系统中电网通用模型采用IEC 61970系列标准，这在电力调度中无需改变系统软件中现有的软件，只要在外部有相同的GIS封装技术即可完成[2]。如图2所示，CIM通过CIS这个媒介与各个系统联系起来，只要符合其中的接口体系，任何改变都可以在整体系统内完成。该标准的定义使得调度系统中摆脱对内部信息的依赖，使得系统可以直接相互联系起来。IEC61970-555定义CIM/E的基础上，实现多级调度中心的源端维护、一体化共享和在线使用技术。

    图2 CIM和各系统的关系

    不过这些标准中还有需要改进的地方，因为IEC（国际电工委员会）下有21个工作组，每个工作组出一个系列标准，这些标准纸质版足有几寸厚，各个标准之间难免会出现重叠内容，比如IEC61970定义的CIM和接下来讲到的IEC61850的变电站之间的标准，内容标准上存在不统一的现象，这也说明标准化的研究任重而道远。

    2.2 通用通信协议

    DAS主要是由主站、子站和大量的配电自动化终端组成，如图3所示。主站主要是要实现数据采集、人机交互、监控检测等各种功能的核心，要实现主站和终端的联系需要通过通信解决，IEC61850系列标准主要针对变电站通信协议有关的内容，但IEC61970和IEC61850的标准中间有重叠的地方，这也是上文提到的内容，调度端的模型为三相合相的网络模型、由IEC61970定义，变电站模型为三相分相的设备模型、由IEC61850定义，这也是其中矛盾的地方。

    图3 主站和终端的关系

    主站是控制中心、是整个系统的核心，完成SCADA和馈线自动化的内容，子站的位置位于变电站，在整体中承上启下将主站和终端设备FTU（现场终端）、TTU（变压器终端）、DTU（开闭所终端）联系起来。以前配电网主站和终端需要人工进行数据核对，终端IED（智能电子设备）的大量接入让配网的维护量、工作量大大增加，这就迫切出现一种新的标准，IEC61850为解决问题而诞生，实现了IED设备无缝接入。

    2.3 通用安全架构

    我国的电力调度网络经历了三个阶段：早期的中国电力数据网络CEDnet；
    国家电力调度数据网络SPDnet/SGDnet；
    双平面架构的国家电网调度数据网SGDnet。随着科学技术的发展、网络的迅速普及，国网调度也在趋向网络化的过程，调度网络的广泛应用也给调度的安全运行带来了隐患。我国专家向国际电工委员会介绍以后引起高度重视，制定了IEC62351系列标准。

    因为电网调度的重要性，电网的调度网络系统和电力企业管理系统网络之间采用了物理隔离，通过基于SDH/PDH上的不同通道、不同光波长、不同纤芯的方式进行隔离，避免电网调控系统受到网络上的威胁。我国的变电站的网络大多采用“三层两网”结构，如图4所示。三层分别是站控层、间隔层和过程层，两网指的还是贯穿全站的以太网。站控层网络主要联系站控层和间隔层，采用基于层制造报文规范协议（MMS），支持60种通信服务。过程层网络将间隔层和过程层实现隔离，仅支持SV（采样值）和GOOSE（公用事件）两类通信。

    图4 智能变电站的通信构架

    2.4 通用服务接口

    电网调度中每天都会出现大量的实时数据和历史数据，系统中大多数据来源于SCADA系统，而MIS（管理信息系统）就需要两个系统的互联实现数据交换。两个系统主要分为两种互联方式，分为物理层的互联和网络层的互联。在数据的传输过程中有历史数据和实时数据，历史数据总量大、访问频率低，实时数据不可间断、访问频率高，这就形成了两种不同的传输方式。IEC 60870-6-503为控制中心之间实时数据交换一种机制，为应用MMS服务规定了一套标准化的方法，以便数据交换。

    实时数据：主要采用串口方式，根据不同数据侧应用不同类型的计算机进行数据传输和存储。实时数据库的访问接口通过动态库的方式，实时数据库的接口支持按应用名（号）、表名（号）形式访问接口和提供SQL形式的查询接口，这些访问接口具有本地和网络访问两种方式，两者提供一致的访问函数；
    历史数据：在支撑平台中，系统会存储周期在秒级以上的各种历史数据，历史采样分为分钟级和秒级，其中分钟级的固定采样周期是1分钟，自动采样、无需进行定义。秒级的采样周期为1秒和5秒，根据具体的应用进行定义，历史数据提供统一的访问接口，客户端无需了解底层的数据原理[3]。

    2.5 通用服务界面

    以前系统中各个应用由不同的厂商开发，应用中图形各部相同，这就导致调度员在工作时造成对应用操作复杂，人机交互困难、人工维护图形的工作量大，造成效率低的问题，这需要在交换图形方面提供相应的技术标准。目前电网调度内部的人机界面基于CIM/G规范标准，并形成IEC61970-556国际标准。在本地调控中心、其他调控中心、发电厂、变电站之间联系起来，形成一个整体，完成图形到模型、模型到图形的转变[4]。

    调度未来的发展一定是向数字化、网络化、智能化的方向发展，目前不断恶化的网络安全问题、新能源的开发、分布式电源的接入、优化运营商环境、能源的有效消纳等，都对调度业务的发展不断提出新的问题。

    首先是安全性进一步提升：保证网络操作系统不受破坏。将电网调度系统与其他系统实现隔离化运行，目前全国有2万多套计算及分布在调度系统，通过专门的调度数据网络联系在一起，形成调度安全专用云。从安全性、保密性、实时性、可靠性完成电网调度的安全化保护措施，在保证人机交互同时，对身份验证完成进一步细化，确保非系统专业人员不可操作；
    保证数据安全。对重要数据完成冷备份和热备份两种方式，采用安全的操作系统，对软件定期进行检查，规范系统运行；
    发电站保证安全。在实际安全中保证“安全第一，预防为主”。

    其次是对电网的可控性、可操作性进一步提升：目前的系统遵循IEC61970、IEC61968、IEC61850等多种国际标准，建立起全球最大的电网监控平台，有效对电网的可控性进一步提升。电网调度内部技术标准的统一使操作上越来越简便，人机交互、可视化的程度进一步加强，运行的界面越来越简便，根据当地的历史、地理等各种因素的考量，电网调度建设越来越贴近人的需求；
    最后，随着新技术的开发应用，5G网络、大数据分析、云计算技术、人工智能、物联网技术等会随着时代的发展进一步应用于电网调度中，在海量数据的采集分析及报警、电网的监测、电网的负荷预测、与变电站的联系等方面都会进一步加强[5]。

    综上，现代科技的进步正在引发新一轮的技术革命，本文就新一代电网调度的国际标准化研究及未来的发展趋势做了简单的研究。未来发展瞬息万变，标准也会随着出现的问题慢慢修正，要始终保持一颗学习的心，紧跟时代步伐，未来的调度系统的前景会更加光明。

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