基于PCS-9000平台的广西电网安全稳定控制管理系统研究与开发

李凌，孙才峰，顾健辉，卢耀华，王刚

（ 1. 广西电网电力调度控制中心， 广西 南宁 530000；2. 国电南瑞科技股份有限公司， 江苏 南京 211106）

为适应社会日益增长的用电需求，南方电网中长期发展规划将广西电网纳入西电受端电网范畴，广西电网成为南方电网受电及资源优化配置平台的重要组成部分。 广西电网地处南方电网腹部，500 kV天广交流四回线、贵广交流双回线、贵广直流、天广直流自西向东横穿整个广西电网，广西电网在南方电网“ 西电东送”中起着重要的支撑作用。为保障广西电网安全稳定运行，已在广西电网建设和配置了包括主网和多个区域电网安稳系统，为了最大限度地发挥安稳系统的作用，迫切需要在电网中配置一套安全稳定控制系统（ 以下简称稳控系统），在线监视稳控装置的运行状态，针对各种可能发生的故障进行当值策略实时预警和决策支持，提前采取相应的应对措施，防止电网事故的发生和扩大，保障电网的安全稳定运行[1]。

近年来，国内外在稳控装置集中管理系统理论研究和工程化应用方面都取得了一定成果[2]，但仍然主要集中在信息监视方面[3-5]，缺少对数据的深层次挖掘利用，在实际建设过程中也暴露出一些问题：

1） 不能在线评估稳控装置当值策略是否可以成功执行。

2） 未提供稳控装置当值策略控制量不足的辅助决策支持[6]。

因此，为解决当前稳控管理系统中存在的问题，提高电网运行调度人员对稳控系统及装置的一体化监测[7]和管理能力，笔者结合广西电网现状，对广西电网安全稳定控制管理应用功能的总体框架、运行信息集成监视、稳控策略建模以及当值策略的实时预警和辅助决策等方面进行了研究， 首次提出了基于PCS-9000平台的稳控系统集中管理功能框架，以适应不断发展的电网稳控装置集中管理新需求。

1 系统架构

1.1 支撑平台

目前，广西中调已经基于调度自动化系统支撑平台（ 简称PCS-9000）构建了能量管理系统（ energy management system，简称EMS）。 PCS-9000统一应用支撑平台的设计遵从分布式原则和一体化电网运行智能系统设计思想，是一体化电网运行智能系统（ operation smart system，简称OS2）的具体实现。

安全稳定控制管理功能作为PCS-9000平台的一个应用功能存在， 基于运行服务总线（ operation service bus，简称OSB总线）与支撑平台实现无缝集成，可以充分利用支撑平台的网络通信、系统管理、数据管理、数据库管理、人机界面、权限管理、告警管理、报表服务以及短信功能等9项公共服务，并与EMS系统中的电网设备模型数据和电网实时数据进行交互，复用已有的厂站图进行相关设备电气量的展示。

具体的安全稳定控制管理功能与支撑平台的关系如图1所示。

图1 安全稳定控制管理功能与支撑平台结构图Fig. 1 Security and stability control and management functions and supporting platform structure

1.2 软件配置

安全稳定控制管理功能按逻辑层次可以分为基本应用功能与高级应用功能2部分。

基本功能处于安全稳定控制管理功能的底层，包含数据采集、 运行数据监视和历史数据管理，实现调度端服务程序与装置通信、实时数据存储以及历史数据的管理功能。

高级功能位于基本功能的逻辑上层，主要包括数据校验，远程控制，实时预警及决策支持功能。 高级功能使用基本功能采集的数据作为数据源，结合离线策略数据，对采集信息进行分析处理，可以给出当前状态下的数据校验结果、综合告警和决策支持信息。

具体的安全稳定控制管理功能结构如图2所示。

图2 安全稳定控制管理功能体系结构图Fig. 2 Security and stability control management functional architecture diagram

2 应用功能

2.1 数据采集

数据采集功能由前置通信程序负责功能实现。采集功能属于电网安全稳定控制管理功能的后台应用，可以分为设备层、通信层和监控层。 设备层为各子站稳控装置；通信层通过各个稳控装置之间以及调度端与稳控厂站间的通信网将稳控装置的信息发送到调度端；监控层由调度端监控后台服务器及监控工作站共同组成[8]。 以稳控装置上送（ 召唤上送和主动上送）的采集数据[9]（ 主要包含电气量、元件投停和可切状态、运行方式、压板及开入状态、异常告警、动作报告、录波和定值共八类）作为输入，对信息解析后进行入库等相关处理。

2.2 运行数据监视

监视功能实现对稳控装置的运行状态、通信状态和定值等信息的实时监视，同时支持对当前电网实际量和可控量的集中监视。 稳控装置需要监视的信息包括元件的实时功率、装置的压板状态、装置的告警信息、装置定值、可切量、动作报文和故障录波等信息。 基于广西电网稳控装置的特点、统一数据校核规范要求和对PCS-9000支撑平台的研究，按照“ 从下到上，分层逐级，渐次汇总”的方式实现当前监视的稳控系统中各通道连接状态、重要压板状态、稳控断面潮流、电气量、当值策略告警和决策支持等信息，以及各装置的运行状态、定值、压板投退、运行方式、动作事件、可切量和可切状态等信息的展示。

2.3 历史数据管理

历史数据管理功能支持对异常信号、 压板投退、动作事件、录波文件、定值单、运行日志、采样数据和通信报文等数据的历史存储、 检索、 浏览、导出、统计和删除等操作。 按照功能可以把历史数据管理功能分为历史数据存储管理、 历史数据查询、历史定值单管理和统计报表导出4大类功能。 历史数据存储管理和查询功能作为基本功能不再详述，本文重点介绍定值单管理和统计报表功能。

2.3.1 历史定值单管理

历史定值单管理支持自动存储下达或者召唤的定值单， 可按关键信息对历史定值单进行检索、导出打印，支持历史定值单的比较，并能够直接给装置下发历史定值单。

2.3.2 统计报表导出

1） 支持方便、灵活地进行各厂站稳控装置台账信息的记录和管理，包括稳控装置的名称、投产日期、生产厂家、软件版本和硬件配置等信息，同时能够实现稳控装置的投运率、动作次数等信息的统计功能[4]。

2） 支持自动生成稳控装置日常运行日志（ 装置名称、变化时间、变化内容等），可从装置定值修改（ 巡检变化报告）和装置投退（ 装置状态变化、手动置位）中抽取相关信息，并根据数据变化自动增加记录；日志应能方便检索，便于调度运行人员掌握有关装置的定值和投退状态变化情况。

2.4 数据校验

安全稳定控制管理功能在传统运行监视的基础上，进一步扩展支持数据自动校验功能。 它可以实现双套稳控装置采集信息（ 电气量、开入量、压板状态等）自动比对以及定值定时召唤比对。 同时，运行方式的正确识别对稳控策略的执行至关重要，通过在调度端对稳控装置信息进行建模，实时模拟稳控装置运行方式识别逻辑，并校验与稳控装置识别的运行方式是否一致，实时对稳控装置的运行状态进行在线校验。

2.5 远程控制

远程控制功能主要是指通过网络方式，基于双重确认交互机制远方修改装置定值（ 软压板投退）。整个功能包含操作员和监护员2种权限的管理者，操作员通过远方定值修改工具把修改后的定值提交给监护员确认审核，监护员审核通过后返回确认结果，操作员才可进行最终的确认操作，该过程会完整记录操作人、操作时间、修改前后的值、操作结果等信息。

2.6 实时预警

由于安全稳定控制相关的因素和控制对象复杂，因此稳控装置策略一般采用定制方式实现，从而导致稳控装置策略模型没有统一的描述规范[10-12]。同时由于稳控装置的实时性要求很高，一般需要在几百ms内做出响应，导致稳控装置无法实时给出预想故障集中每个故障的当值策略，也就无法实时判断当值策略对应控制措施是否可以足量执行。 由于安全稳定控制装置一般按照“ 离线计算，实时匹配”的方式进行当值策略搜索和动作执行，可以通过在调度端进行稳控装置的动作行为模拟[13]，并结合稳控装置的当前运行状态在线进行校验。

通过对稳控装置控制策略的关联因素进行系统归纳，基于结构化设计思想，借鉴通用模型描述方法，将稳控策略模型描述整体可分为6大类信息：装置类、监视类、压板类、公用数据类、控制措施类和稳控策略类。 具体各类组织信息的关系如图3所示。

图3 稳控策略模型组成元素关系示意图Fig. 3 Stability control strategy model element relationship diagram

装置类主要描述稳控系统的基本信息，主要包括稳控系统、稳控站点、稳控装置的基本属性以及稳控装置之间的控制拓扑关系。

监视类主要描述稳控装置运行时需要进行监视的电气量、运行状态等实时信息。

压板类主要描述稳控装置的硬压板和软压板相关信息。

公用数据类主要描述与稳控策略定义相关的公用信息，如定值信息以及基于公式定义实现的稳控监视断面、故障和运行方式。

控制措施类主要描述控制站和执行站中相关稳控动作信息，具体有稳控动作的组织结构，包括针对单个设备和整个控制站点动作的优先级和约束条件等。

控制策略类主要描述稳控策略的组织结构、动作条件、控制量的计算公式、控制量的匹配原则、控制命令执行的约束条件等。

实时预警功能综合利用稳控装置的在线采集信息、离线策略和定值，结合通道状态和压板投退状态自动识别装置运行状态和在线统计稳控系统的可切机组、可切负荷等控制量信息，在此基础上自动识别出稳控装置的当值策略和可用的控制措施量，在线评估如果发生预想故障时可用的控制措施量是否足够，从而判断出当值策略能否被成功执行，若可用措施量不足，则发出告警信息，提醒调度运行人员。

2.7 决策支持

由于电网的实际运行方式与离线方式存在差异，并且稳控装置的运行状态也会发生变化，从而导致在实际运行中稳控装置当值离线策略的执行量有时不能满足控制需要。 此时，需要充分利用稳控系统实时信息（ 主要包括：装置的运行状态、压板状态、监视元件的电气量及投停状态等信息），针对当前运行方式下预想故障对应控制策略无法顺利执行（ 控制量不足）的情况，基于离线策略表给出2个方面的调整建议： 一是减少当值策略的需控制量，根据离线策略搜索满足实际可控制量的断面功率档位，给出调整断面潮流的建议；二是增加稳控装置的实际可控制量，基于电网实际工况搜索可能增加的可控元件，并结合稳控装置的通道状态给出允切压板投退建议实现稳控系统当值策略控制量不足时的在线辅助决策功能。 具体决策逻辑执行顺序如图4所示。

图4 控制量不足辅助决策示意图Fig. 4 Auxiliary decision diagram of control quantity

3 结语

分析了广西电网当前稳控装置的管理现状以及面临的挑战。 重点对广西电网安全稳定控制管理框架进行了研究，提出了基于PCS-9000一体化平台的安全稳定装置控制管理功能的构建方法，并开发了实际系统进行功能验证。 系统在调度端实现稳控装置的接入、监视、管理，并进一步实现故障情况下判断稳控装置可用控制措施量是否足够的预警功能，可以协助调度员在一体化平台中及时发现稳控系统中存在的各种安全隐患，便于调度员提前采取预防性对策，大大提高了广西电网安控系统的管理自动化水与风险防控水平。

目前，结合本文研究内容与广西电网的运行现状，已经基于PCS-9000平台研发和部署了安全稳定控制管理系统，并且接入了广西“ 南部区域安稳系统”与“ 贺州区域安稳系统”进入试运行，整个系统功能已在2014年12月顺利通过了专家验收鉴定，正式上线运行。 下一阶段，如何将本文中研究的稳控装置管理功能与综合防御系统在线计算功能相结合并让系统智能化程度进一步提高[14-15]，将是未来需要重点研究的方向。

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