复杂电力系统运行驾驶舱技术研究

D O I :10.7500/A

E P S 20130623004

复杂电力系统运行驾驶舱技术研究

汪际峰,周华锋,熊卫斌,牛振勇

(中国南方电网电力调度控制中心,广东省广州市510623

)摘要:为了满足不断增长的业务需求,提升复杂电力系统驾驭能力,南方电网提出建设新一代一体

化电网运行智能系统(O S 2),并在O S 2体系下建设顶层应用 电力系统运行驾驶舱(P O C )

㊂文中全面介绍了P O C 的理念和设计,研究了运行关键性能指标(K P I

)体系设计㊁全景建模与画面远程调用㊁智能远动机等P O C 关键支撑技术,并通过试点应用验证了P O C 设计及其关键技术的可行性㊂

关键词:电力系统运行驾驶舱;运行智能系统;关键性能指标;运行服务总线;全景建模;智能远动机

收稿日期:2013-06-23;修回日期:2013-10-25㊂中国南方电网公司重点科技项目(K -Z B 2011-011

)㊂0 引言

电力一次系统的规模日益扩大,运行特性日趋复杂㊂为了高效㊁经济地调度和运行一次系统,加强对一次系统的监视㊁测量㊁控制和保护,各类二次系统得到了广泛应用与发展㊂

能量管理系统(E M S )

,俗称调度自动化系统,是最重要的二次系统之一㊂E M S 起步于20世纪六七十年代,经历了单机㊁多机到分布式的发展历程,其应用功能也逐渐丰富和成熟,通常把基于公共对象请求代理机构(C O R B A )等中间件技术的E M S

称为第3代调度自动化系统[

1-2

]㊂进入21世纪以来,

行业内开始研究新一代调度自动化系统㊂在体系架构上,主要强调标准化与更加开放的信息整合,提出采用I E C61970公共信息

模型(C I M )㊁可缩放矢量图形(S V G )㊁E 语言㊁C I M

/E 等标准实现模型和数据等信息共享[3

-5]

,采用网格㊁多代理等技术实现自治㊁协调的系统架构[6-7]

,采

用基于C O R B A ㊁通用集成总线㊁W e b 服务等技术共同构建集成总线,满足信息共享的要求[

8

]㊂在应用技术上,主要强调协调优化㊁预警预控㊁可视化技术

等,提出建设基于各类安全指标的电网实时安全预

警系统[9]

,构建时间㊁空间㊁目标三维协调的新一代

E M S 架构及协调优化控制应用[1

0]

,采用人工智能的智能机器调度员[11

],推进一体化调度计划㊁调度

管理㊁智能可视化的应用方案[12]

等㊂

南方电网总结了二次系统建设中面临的因缺乏

统一规划和标准指导导致的架构繁杂㊁功能分散㊁信息共享困难㊁数据不一致等问题,提出了二次系统一

体化建设的思路[13]

,并提出统一建设满足一体化㊁

模块化㊁智能化要求的新一代一体化电网运行智能系统(o p e r a t i o ns m a r ts y

s t e m ,O S 2)[14

],整合存在于调度中心和变电站内的大量功能各异的二次系统,优化二次系统资源㊂

与E M S 相比,O S 2覆盖范围更广,它由各级主站和厂站系统经运行服务总线(o p

e r a t i o ns e r v i c e b u s ,O S B )连接组成,功能范围覆盖包括E M S 在内

的所有二次系统㊂其次,与传统E M S 基于中间件的紧耦合互联方式不同,O S 2提供了基于全景建模和O S B 的松耦合架构,前者在I E C61970C I M 的基础上,不但扩展了现有C I M 版本中缺乏的水情㊁相量量测等内容,还对主站系统新产生的数据进行了建模,实现横向与纵向更大范围的信息共享;后者构

建了通用服务总线和高速消息总线的双总线模式,

能够有效解决现有系统/模块间信息共享对实时性和通用性的不同需求㊂

本文在文献[14]

的基础上,进一步研究和论述了O S 2的顶层应用:电力系统运行驾驶舱(p

o w e r s y s t e m o p e r a t i o nc o c k p

i t ,P O C )的设计㊂P O C 是O S 2的一部分,

充分吸收和应用了 驾驶舱 的特征,面向调度运行的客观需求,提供运行监控㊁预警㊁分析的 一站式 解决方案㊂研发的原型系统也验证了P O C 设计及其关键支撑技术的可行性㊂

1 运行驾驶舱的理念与设计

1.1 驾驶舱的特征

驾驶舱是为驾驶员提供集中监视和操作的一个

001 第38卷 第9期

2014年5月10

日

V o l .38 N o .9

M a y 1

0,2014

区域,早期主要针对航天器㊂驾驶舱的目的是通过人性化的方式,为驾驶员提供对飞船㊁飞机㊁汽车等分散㊁复杂系统的操控能力㊂驾驶舱这个词汇充分体现了人们对于驾驭复杂系统的追求㊂

驾驶舱的理念也被应用在企业决策和管理上,称为管理驾驶舱㊂当企业面临一个越来越动态化的市场竞争环境时,如何让管理者快速定位有效信息并做出管理决策就显得格外重要㊂管理驾驶舱能够对企业运营的海量信息进行挖掘,通过指标化的方式,快速㊁直观㊁形象和具体地反映企业的运营状况,并为管理者提供辅助决策支持㊂

不论飞机驾驶舱还是管理驾驶舱,都是整个系统的首脑元件,其核心是更好地服务于用户㊂综合来看,驾驶舱的特征至少包括:①全面表征系统状态的指标体系;②监视与控制的 一站式 解决方案;

③用户体验(包括直观的展示㊁操控技术㊁任务导向技术等);④数据品质(包括完整性㊁准确性等)㊂1.2P O C的理念

充分吸收和应用驾驶舱的特征,构建电力系统运行的驾驶舱,能够有效提升用户驾驭复杂电力系统的能力㊂

事实上,各级电网公司建设的调度控制中心(简称调控中心)就是对电力系统实施集中运行监视㊁分析㊁控制和管理的区域所在㊂通过将现有调控中心的装备与前述驾驶舱特征进行比较,不难发现目前调控中心监控台可以认为是P O C的雏形,但并未提供完整的驾驶舱功能㊂

1)调控中心配置了大量技术支持系统,能够对电力系统运行状况进行实时监视和调控㊂调度员日常监视的主要内容反映了部分系统运行的指标,如频率偏差㊁电压越限㊁断面裕度等㊂不过,这些指标还没有进行充分地整理并体系化,且主要面向系统安全性,对于经济㊁优质和环保运行的关注还不够㊂2)这些技术支持系统由各专业建设,面向特定业务需求㊂由于建设周期和专业协同不足等因素,存在功能重叠㊁分散且规则不一致㊁信息共享困难等弊端,影响调度运行人员的使用㊂

3)用户体验体现在用户使用系统的便利性及满意度上,好的用户体验首先是对用户需求的理解,其次是对用户需求的展现㊂前者需要了解用户需要监视什么㊁分析什么㊁控制什么,后者要充分应用人 机 环境工程学原理,让用户以最快捷㊁方便和舒适的方式将需求一步步地展现出来㊂目前,由于各系统或功能模块相对孤立,一个应用需求,如调度员的一个异常处置过程,其不同环节可能涉及多套系统或功能模块,往往依赖于用户经验,缺乏任务导向的支持㊂

4)驾驶舱从原理上说,提供了对驾驭对象进行监视㊁预警㊁分析㊁控制并滚动循环的一个闭环过程㊂数据的全面性㊁准确性㊁时效性等各类品质的要求反映了整个闭环过程是否正确㊁可靠㊂目前,调度控制中心作为系统运行单位,是采集㊁监视㊁分析和管理这些运行数据的源头单位㊂然而,由于数据分布在不同系统,且各类数据在实时性㊁采集周期等方面有较大差异,数据重叠㊁不一致等问题突出,特别是缺乏能够兼容上述差异并具备可扩展性的数据共享机制㊂

根据以上分析,P O C的提出基于系统运行的迫切需要,直接面向关键运行岗位用户,是建立在现有大量运行数据及应用功能之上的顶层应用㊂

1.3P O C的设计

根据驾驶舱的定义,P O C是为电力系统运行提供的人 机 环境的协调和整体优化,可以理解为高层次的人机交互界面㊂

按照 自上而下 的设计原则,P O C作为顶层应用,其下包含中间层应用模块和基础资源平台(B R P)对它的支撑㊂这些应用模块是对现有包含E M S在内的各类二次系统功能的继承㊁规范与发展㊂P O C㊁中间层应用模块以及B R P构成了一个完整的二次一体化架构,即一体化电网O S2㊂因此,如果将P O C比作飞船的驾驶舱,那么O S2就是驾驶舱㊁传感器㊁连杆等各类监视㊁控制机构共同组成的完整的飞船监控系统㊂

图1是一个O S2主站的逻辑架构示意图㊂

图1P O C及支撑构成的逻辑架构

F i g.1L o g i c a l a r c h i t e c t u r e o fP O Ca n d i t s s u p p o r t

由图1可见,O S2主站由P O C㊁运行控制系统(O C S)㊁运行管理系统(OM S)㊁B R P和镜像测试培训系统(MT T)五大部分组成㊂O C S表征执行,包含在线监视㊁预警与控制,体现了O S2的智能与闭环特征㊂OM S表征策划,包含两部分内容:一部分是根据系统运行业务职责划分的运行策划模块,通过逻辑组合可分别构成各部门/专业的专业工作室,为各类用户提供工作空间,另一部分是底层分析计

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㊃智能电网能量管理与运行控制㊃汪际峰,等复杂电力系统运行驾驶舱技术研究