張  晗，王  奇，常  安

　　（中國南方電網超高壓輸電公司檢修試驗中心，廣東 廣州 510663）

　　摘  要： 智能電網對數據的準確性、可靠性、實時性的要求越來越高，然而目前電網狀態監測方面存在著系統繁多、數據多源異構以及質量不高等問題。因此，本文以南方電網“西電東送”主通道為背景，整合現有輸變電設備狀態監測系統、雷電定位系統、覆冰監測系統、氣象監測、PMIS、EMS等系統，并考慮風力發電的監測，建立了覆蓋含新能源接入的大區域交直流互聯電網的輸變電設備狀態監測數據中心與智能分析平臺。緊密圍繞超高壓輸電公司生產業務實際，分析了平臺建設的總體目標、關鍵要素與整體架構，通過數據集成、軟件集成和硬件配置等集成方式，實現了平臺的集成與建設。該平臺覆蓋了南方電網西電東送主通道，已在南方電網超高壓公司投入運行，極大地提升了電網智能運維水平與安全可靠性。

　　關鍵詞： 狀態監測；西電東送主通道；系統集成；數據中心；智能分析平臺

0 引言

　　電網規模日益龐大，電網結構也日趨復雜，電網對數據的準確性、可靠性、實時性的要求越來越高[1-3]。然而目前電網狀態監測存在以下問題和不足：（1）電網公司構建監測子系統缺乏整體的統一規劃，子系統相互間信息交互不夠，且存在重復建設而導致的信息冗余，因此需要通過構建全景性的數據采集管理系統，優化數據結構和數據交互[4-8]；（2）電網數據具有多源、海量、高度異構的特征，且現有數據存儲分散，數據利用效率低[9-15]；（3）設備的日常巡檢數據、預防性檢修試驗數據不全、數據質量不高，或者以附件形式上傳在系統中，導致設備的歷史運行信息難以方便有效的利用[16-19]。為了彌補以上不足，2012年，南方電網超高壓輸電公司檢修試驗中心啟動了輸變電及風電狀態監測數據中心與智能分析平臺的建設，使其成為超高壓輸電公司生產業務亟需的統一數據中心、全景監控中心、智能分析中心和應急指揮中心[20-24]。

1 平臺建設的總體方案

　　1.1 總體目標

　　立足于超高壓輸電公司西電東送的核心業務需求，重點解決智能電網發展新形勢下輸變電設備管理系統面臨的各種技術需求和問題，在統籌規劃整合、統一有序建設超高壓輸電公司各類業務相關信息、應用平臺的基礎上，緊密圍繞超高壓輸電公司生產業務實際，全力打造集SCADA、輸變電設備運行狀態采集與分析、輸變電狀態信息（含新能源接入）廣域監測與智能分析預警、應急指揮等功能于一體的電網運行及設備管理智能平臺，使其成為超高壓輸電公司生產業務亟需的統一數據中心、全景監控中心、智能分析中心和應急指揮中心，以此實現超高壓檢修試驗中心信息平臺建設的中長期愿景，如圖1所示。

　　1.2 平臺關鍵要素

　　針對南方電網超高壓輸電公司“電網運行及設備管理智能平臺”的總體建設目標，在平臺建設過程中需要重點考慮并體現不同關鍵層面的各類核心要素，具體包括基礎信息、功能模塊、關鍵指標、應用服務，以及業務部門等關鍵層面，如圖1所示。

　　（1）基礎信息層面：系統應充分整合設備臺帳、運行工況、試驗數據、監測數據、環境信息、缺陷信息、檢修成本等超高壓輸變電設備運維相關的盡可能全面的數據信息。

　　（2）功能模塊層面：系統應具備監視預警、故障診斷、狀態評估、風險預警、指標分析、輔助決策等基本的功能模塊。

　　（3）關鍵指標層面：系統應能在設備、電網等不同層面、多個維度，對可靠性、經濟性、環境影響等關鍵指標參數進行全面的分析和充分的展示。

　　（4）應用服務層面：基于系統基本的功能模塊，可以針對不同業務部門的實際業務需求，快速靈活地構建各類直接面向生產業務實際的應用服務，包括狀態監測、檢修決策、資產優化、績效管理、應急指揮、調度輔助等。

　　（5）業務部門層面：不同業務部門的實際業務需求是系統建設的基本導向，系統建設成效體現于對業務部門實際業務需求的服務效果和效益，系統應服務于南方電網超高壓輸電公司的各生產部門，以及南網總調、南網科研院等協作單位的業務需求。

　　1.3 平臺整體架構

　　本平臺采用底層平臺和上層應用相對分離的模式建設。基礎平臺為各種日常業務提供運行環境和服務接口，上層應用則按照專業和業務區別分布在基礎平臺之上，且只需關注功能算法的實現，按照標準的接口規范與底層平臺通信。輸變電及風電狀態監測數據中心及智能分析平臺總體架構如圖2所示。

　　（1）設備狀態監測層。設備狀態監測層主要實現對各種電力設備狀態的感知和記錄，監測對象包括各類變電設備和輸電設備，監測手段包括在線監測、試驗檢測、巡視記錄等。

　　（2）信息集成及應用基礎平臺層。信息集成及應用基礎平臺層將廣域分布的各種輸變電設備的在線監測、試驗檢測、巡線記錄等數據按照分層分級的體系匯集起來，并與SCADA、MIS、GIS（地理信息系統）等其他電力業務信息系統中的數據充分集成在一起，為高級及智能分析應用層提供基礎的數據支撐，以及通用的系統管理、工作流、公共服務、人機界面、開發運行環境等基本功能框架。

　　（3）高級及智能分析應用層。高級及智能分析應用層實現對電力設備狀態監測信息的展現和處理，為電力設備狀態檢修以及其他電力業務提供決策建議，主要包括監視預警、故障診斷、狀態評估、風險預警、輔助決策等功能模塊。

2 平臺集成方式

　　2.1 數據集成

　　如圖3所示，數據集成主要包括在線數據采集和其它系統的數據接入。

　　在線數據采集由小型氣象站、輸電線路在線監測裝置、變電站在線監測裝置和風電場監測數據構成。輸電線路在線監測裝置和氣象站均具有無線傳輸的功能，通過移動的網絡，以GPRS的方式，與主站GPRS接收機進行雙向通訊，并通過主站服務器進入輸變電及風電狀態監測數據中心及智能分析平臺數據中心；變電站在線監測的數據通過綜合數據網進入平臺數據中心；而風電場監測數據則通過電力內部網接入平臺數據中心。

　　另外，平臺通過調度數據網絡將SCADA系統的數據統一接入平臺數據中心，通過綜合數據網將生產管理信息系統、輸電線路精細化管理系統、巡檢系統等系統的數據統一接入數據中心。

　　2.2 軟件集成

　　為了集成各個子系統的信息和應用，需要建立總線架構的集成平臺，基于該總線架構集成平臺，子系統接入時只要支持標準接口即可。新開發功能和第三方系統基于應用集成平臺的標準數據和服務總線，實現各個專業系統集成運行。本平臺從底層到所有應用采用一體化設計，采用基于SOA的雙總線架構，高速數據總線保證實時應用效率，標準集成總線能實現異構系統集成。以IEC 61970為基礎構建了應用數據庫，另一方面，按照統一模型服務的需求，定義了全景視圖，依靠該視圖可以獲得整個平臺內所有信息，即使信息存在于第三方系統，也可以通過代理服務進行轉化，保證所有應用集成化運行。圖4為本平臺與其他系統的接口方式。

　　2.3  硬件配置

　　本平臺安全分區分布在安全I區，安全II區，安全III區。

　　安全I區的硬件設備主要承擔數據采集、監控、安全I區和其他安全區的安全防護等功能。如圖5所示，安全I區系統硬件包括：2套數據庫服務器，2套數據采集服務器，4臺系統監控/AVC服務器，4臺監控工作站，1套磁盤陣列20TB，1套大屏幕顯示設備，2臺前置交換機，2臺核心交換機。

　　安全II區系統硬件包括：2套數據庫服務器，2套數據采集服務器，2臺保護、錄波、安穩及故障測距關信息管理服務器，2臺用戶工作站，2套開發維護工作站，1套磁盤陣列10TB，2臺前置交換機，2臺核心交換機。

　　安全III區系統硬件包括：2套數據庫服務器，2套數據采集服務器，2臺視頻監視服務器，2套變電設備狀態分析服務器，2臺輸電設備狀態分析服務器，2臺應急管理服務器，1臺WEB服務器，3臺用戶工作站，2套開發維護工作站，1套磁盤陣列20TB，2臺前置交換機，2臺核心交換機，6臺無線通信基站。

3 平臺應用模塊及界面

　　應用模塊包括電網運行分析模塊、輸電設備智能分析模塊、變電設備智能分析模塊、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個模塊。按照業務歸并功能模塊，可以為不同的部門和專業運行人員提供清晰的業務入口，同時也便于權限管理。

　　3.1 電網運行分析模塊

　　電網運行分析模塊以可視化圖形界面展示電網潮流、設備投退、故障跳閘、斷面越限等信息，對異常情況進行報警，能夠正確區分開關變位的原因。該子系統集中展示各變電站監控系統上傳的信息，實現全站運行狀態遠程監視；提供遠程防誤閉鎖和操作預演功能，使運行人員能夠根據調度令對站內一次設備進行控制操作。同時，采集存儲和管理各站保護設備狀態信息，定值信息，動作信息，并在一次接線界面上統一展示，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 輸電設備智能分析模塊

　　輸電設備智能分析模塊在整合GIS系統、線路覆冰監測系統、雷電定位監測系統，新建輸電線路運行環境監測、導線及桿塔監測等功能的基礎上，實現對線路和桿塔實時監視、狀態評估、災害預警和控制策略輔助決策功能。其界面如圖7所示。

　　3.3 變電設備智能分析模塊

　　變電設備智能分析模塊面向變電站內所有一次設備運行狀況監控和檢修安排等業務需求，對變電站（換流站）中不同類型的變電設備進行統計、監視及分析，對設備在線監測數據進行監視、分析、告警及處理；同時融合了變電設備運行及決策模塊，具有人工干預和自學習特性的狀態評價、風險評估技術及基于多層面、多維度運維關鍵指標優化的狀態檢修智能輔助決策方法，能夠全面對設備各項指標進行可靠、安全的管理并制定合理的檢修、運維計劃。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風力發電相關設備（包括同步發電機、變頻器、風機控制系統、變壓器、開關/斷路器等設備）的狀態監測需求（監測參數包括相關電氣量及各種非電氣量），實現風力風電設備的狀態監測、故障診斷及狀態評價等功能。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備和變電設備的運行監測數據（包括導線電壓、電流、溫度、拉力、微氣象等輸電線路運行監測數據，以及變壓器、斷路器等關鍵變電設備的所有運行監測數據），進行負荷通道內單個設備及通道整體的容量限額、設備狀態健康/風險指數等評估指標的計算分析，以及基于發展趨勢進行風險預測后，并結合運行監測數據，以接線圖、趨勢圖、數據表格等直觀方式給予展現，為調度提供輔助決策功能。其界面如圖10所示。

4 平臺應用效果

　　開發的“輸變電及風電狀態監測數據中心及智能分析平臺”，接入換流站12座、500 kV變電站17座、串補站7座、風電機組231 MW、輸電線路18 189 km，覆蓋了南方電網西電東送主通道，已在南方電網超高壓輸電公司投入運行。該平臺打破了設備管理和電網運行專業分割，實現了交直流大電網狀態監測與信息集成，為設備層和電網層智能分析和運行提供統一、規范的數據支撐。大大提高了現有輸變電設備運行效率和事故反應能力，在2013-2014年，通過該系統發現線路覆冰30余次，發送覆冰信息90余條、預警信息132條、成功指導10條線路的36次融冰工作，極大地提升了電網智能運維水平與安全可靠性。

5 結束語

　　為解決智能電網發展新形勢下電網狀態監測與信息集成面臨的各種技術需求和問題，本文緊密圍繞超高壓輸電公司生產業務實際，分析了平臺建設的總體目標、關鍵要素與整體架構，通過數據集成、軟件集成和硬件配置等集成方式，實現了平臺的集成與建設，平臺包含電網運行分析模塊、輸電設備智能分析模塊、變電設備智能分析模塊、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個模塊。

　　該平臺接入換流站12座、500 kV變電站17座、串補站7座、風電機組231 MW、輸電線路18 189 km，成為超高壓輸電公司的統一數據中心、全景監控中心、智能分析中心和應急指揮中心，實現了輸變電設備狀態的全面掌控，打破了設備管理和電網運行專業分割。同時實現不同信息系統的集成融合，提高數據共享能力，降低系統建設成本，提升輸變電設備智能化管理水平。

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