基于D5000系统的电网事故预案推演系统设计

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(1.国网安庆供电公司 调控中心,安徽 安庆 246003; 2.上海电力学院 电气工程学院,上海 200090)

目前,我国国家电网公司“统一坚强智能”电网建设工作已全面启动。D5000系统作为智能电网调度技术支持系统,其成功的范例在国内各网省级调度中心取得了很好的反响。安庆地区作为安徽省电网第二批试点单位,目前D5000系统已完成建设投入试运行。

安全事故预案推演在一定程度上可以作为实践和调研预案效果的一种方法[1]。安庆电力调控中心每年都会制定相应的电网安全事故预案。同时,为提高反事故应急能力,国家电网公司规定大型涉电工作必须提前5天制定事故风险预案,提前两天进行事故推演,避免人为因素引发的处理失误,提高处理电网事故的及时性和准确性。

国内专家对于推演技术的研究主要侧重于多种灾害的联合演习,或者基于电网故障开发一些事故推演系统[2-9],研究的过程也多集中于事故发生后流程的模拟,没有对电网侧相关处理环节的策略进行深入探讨,不能为应急预案编制提供数据支撑。此外,很多国内企业都是采用基于OPEN3000系统制定的安全预案。新的D5000系统在工作机理和使用策略上都有较大的提升,图形库和数据库的开发可以保证事故演习的正常进行和安全校验。因此,在当前的发展阶段,开发基于D5000系统的安全事故预案推演系统变得较为迫切。

1 D5000系统

D5000系统是由国网南瑞公司开发的新一代针对智能电网调度运行的技术支持系统,采用一体化系统设计,能够实现“横向集成、纵向贯通”的系统功能,其标准化和安全性水平高,开放性好。针对市级调度中心(以下简称“市调”)各项业务和市级供电公司相关业务需求,D5000系统可以辅助进行调度计划编制及协调,实现经济性和安全性的一体化优化,即多目标、多约束、多时段的计划优化编制与在线静态、动态安全校核的结合,且支持三公调度、节能发电调度、电力市场等多种调度模式。

相对于传统的OPEN3000系统,D5000系统具有运行可视化、决策智能化等特点。运行可视化包括可视化在线监控、可视化预防控制、可视化异常和事故识别、可视化紧急控制和恢复控制、可视化调度操作和可视化电网运行分析。决策智能化是以调度人员思维模式为框架,以可视化功能模块为界面,以互动计算为核心,并提供动态、三维立体、与地理地貌相结合、虚拟实际场景的展示方式。

新的D5000调度技术支持系统将调度中心原先分散独立的应用系统模块化,并集成为一体化的平台,同时形成实时监控预警、调度计划、安全校核、调度管理等4大类应用。其总体构架如图1所示。

图1 D5000系统总体构架

2 电网事故预案编制

2.1 电网事故预案编制现状分析

市调每年都要求滚动编制电网大面积停电处置预案及各种风险管控事故预案。在预案编制过程中,涉及的电网运行数据及设备信息均采用静态、单一文本、孤立数据的展示方式,主要是侧重于描述应急指挥及抢修动员这些管理流程,而对故障处置过程基本采用流水账式简单列举。因为缺乏运行数据支持,处置过程只能根据事故处理应遵循的原则给出“普遍性”建议,针对性不强。

2.2 电网事故预案目的

市调一般根据每年重大节假日负荷特点及电网运行方式,编制针对某一段时间内电网运行特点的全网事故预案,主要包括110 kV以下的变电站全停事故预案。目的在于保证系统基本电能质量的同时,最大限度地保证节假日期间的供电可靠性。

2.3 电网事故预案的制定和执行评估

电网事故预案的制定需要在综合分析各职能部门工作内容的基础上,由拟写操作票的当值调控员编写。其中,预案核心构成主要包括工作场所、事件特征、现场人员应急职责、现场应急处置、行政汇报及到场技术支援、注意事项等6个方面。

目前,由于110 kV及以下系统设备状态及运行方式存在的变数较大,事故预案仅针对典型运行方式,很难做到全覆盖,所以在实际工作中可执行度并不高;此外,事故预案离线编制,依靠的仅是调度员的运行经验,缺少对预案正确性的校验和动态审核,应用价值不能得到充分体现。

从国网公司内部要求来看,在地区电网调度层面,市调值班员是事故处理的指挥者,负责地区电网重特大事故处理的指挥和协调工作,判断事故范围和故障点,并制定恢复方案。运维站、变电站值班员、县公司调度员应正确执行地调值班员的事故处理指令。地区电网内220 kV以上系统的事故属省调管辖,由省调负责处理,地调协调。

电网事故预案一般假设当电网发生事故或异常时,市调根据当前运行状况,启动电网事故及异常分析流程,进而按照当前断面信息制定恢复策略,形成相应的预案处理流程,并进入实际操作环节。电网事故及异常分析流程如图2所示。电力调度控制中心包括调度控制组、技术管理组和调控中心其他职能班组。调度控制组负责提供电网事故及异常信息,并提出相关意见;技术管理组负责将事故异常信息梳理、汇总、分组,提出事故及异常分析报告,并确认上级电网是否事故异常;调控中心其他职能班组负责信息反馈和提供相关意见。调度联系对象包括安全监查部门、生产技术部门、下级调度、电厂,负责汇报相关信息和提供相关意见。

图2 电网事故及异常分析流程

3 电网事故预案推演系统构架

3.1 系统设计目标

目前安庆电网市调层面在安排电网事故预案时,都是在事前预想相应事故发生后的电网状态及危险点分析、事故处理思路及处理详细过程、事故处理注意事项3个方面,在电网事故推演过程中采用口头叙述的方式。新的电网事故预案推演系统基于D5000系统一体化的理念,通过充分考虑目前电网的薄弱环节,采取积极有效的措施,确保安庆电网在“110 kV及以上的电源线路发生‘N-1’故障”后,对重要用户尽快恢复供电。D5000系统基于可视化技术的预案展示性较强,将以往文本式预案计划口头推演的过程,在事故预案生成系统里以图像化的方式呈现,能让调度员在事故处理方面获得较为直观的认识,同时新电网事故预案推演系统依托D5000系统平台的数据处理及相应评价结果对预案进行准确性评估,提高调度员口头表述能力及运用调度术语的准确性,使得实际处理过程达到预期成效。

3.2 系统功能模块

结合上述的设计目标,安庆电网事故预案推演系统分为用户管理、预案推演、预案管理3大核心模块。其功能模块如图3所示。其中,该系统开发工具为VISUAL STUDIO 2013,开发语言为Visual C#,数据库采用SQL SERVER 2012。

图3 电网事故预案推演系统功能模块

3.3 系统架构设计

安庆电网事故预案推演系统架构采用典型的基于B/S(Browser/Server 浏览器/服务器)模式的Web应用程序架构,具体如图4所示。这种模式的系统一般适用于对前台客户机要求不高的情况,且对于大型的管理信息系统,其软件开发、维护与升级的费用相对较低。此外,B/S模式的应用软件都基于Web浏览器,相似性较高,对于无用户交互功能的操作,可降低软件的培训费用。同时,B/S模式的信息发布与传送能力也较适用于电力企业中大量不规则的信息交流。

本系统采用IIS7.0作为Web服务器,应用程序核心功能基于ASP.NET MVC设计模式实现。MVC(模型-视图-控制器)体系结构模式将系统分成模型(Model)、视图(View)和控制器(Controller)3个主要组件。ASP.NET MVC作为轻型演示型框架可测试性非常高,并且集成了如母版页和基于成员资格的身份验证等功能。MVC框架在System.Web.MVC程序中集中定义。核心框架基于MVC模式构建。

图4 系统架构

3.4 系统物理部署区域

电网系统信息交换图如图5所示。考虑到电网运行数据的安全性,事故预案推演系统的运行不能对电网安全产生影响,因此将事故预案推演系统主要部署在安全III区,同时通过专用数据通道,与安装在安全II区的数据采集前置机进行数据交换。

图5 系统信息交换示意

4 电网事故预案推演系统实现情况

4.1 基于场景的事故预案创建

电网事故预案生成过程以D5000平台采集的数据功能模块为界面,电网事故预案推演系统提供预案制作、评价及生成功能,适用于安庆电网110 kV及以上发电厂、变电站、重要断面的事故处理。

运用计算机异构数据集成技术,通过中间转置装置建立D5000系统的调度员培训系统数据与电网事故预案推演系统的物理联系,按照电网发生事故设定的场景在事故预案推演系统中再现电网事故发生前后及调度操作后的系统工况,并将这些信息经识别解析后自动转化为相应的预案生成模型,为预案内容提供一个逼真的仿真环境。

用户在可视化基础上操作该变电站的视图进行预案推演。本系统采用滑动分页(JQUERY)和级联样式表(CSS)技术实现对用户操作的互动效果,同时将用户的多个推演输入和操作信息暂存于不同变量中。通过JQUERY中变量的合并完成预案推演信息的汇总,客户端页面调用AJAX技术发送异步的XMLHttpRequest请求至后台控制器的Action(执行),预案推演完整汇总信息采用轻量型的JSON格式表示,服务器端Action接收到该JSON信息后对其解析,解析成相应的模型实体对象,进而控制器根据模型实体对象生成相关的预案推演的预览视图或导出PDF格式视图。

4.2 预案可视化展示及过程推演

基于场景的事故预案推演系统结合安庆地区的事故预案,能提供相应的画面服务,例如静态图形文件信息的传输;在系统图库里显示故障发生前运行状态;针对安庆地区220 kV及110 kV重要变电站的大面积停电事故的场景进行模拟设置;根据前后潮流及运行状态的变化,进行预案的事故分析,以及模拟调度员对于事故处理步骤的演示。

事故预案的过程推演主要包含故障前运行状态、故障设置、故障分析以及故障处理4个环节。其中,系统提供每个环节进展的分析模板,在视图中绑定变电站的模型实体信息,模型实体信息来自语言集成查询(LINQ)技术的查询操作,查询基于实体框架完成的SQL SERVER中表格的ORM映射。

4.3 规范化预案模板

结合《国家电网公司关于应急预案管理办法》以及《国家电网公司调控系统预防和处置大面积停电事件应急工作规定》设计图形化预案制作功能,将符合安庆电网运行方式要求并通过了安全校验的事故处理方案,制作成相应的预案,并在预案中获取D5000系统运行的初始条件、事故设置方案及处理过程,按照国网公司的文件要求,规范生成标准化的模板规范,进行基于电网未来模型的事故预案培训和演习。预案最终交付给用户是以报表的形式呈现。本系统中,预案报表参考国网的标准,实现了自动生成符合标准的PDF预案文档。系统基于预案中不同内容项的值,生成Razor视图引擎支持的视图CSHTML文件,该视图文件严格按照国网标准定制;该功能的关键技术点是通过iTextSharp控件的转换功能将该CSHTML视图文件转换成PDF的二进制数据流,进而发送到客户端浏览器,由浏览器进行正确解析。用户客户端支持预案报表的翻页、定位、放大缩小、下载等功能。系统针对所有报告,采用模板优先定制,确保年度最终生成版本的准确性。

4.4 基于D5000数据系统通信及图形的可视化交互控制

电网事故预案推演系统建立在D5000系统统一的基础平台之上,由平台为系统提供统一的模型、数据、网络通信、人机界面、系统管理以及分析计算等服务。系统变电站的图形模型源自D5000系统的图形库,根据变电站名称自动关联D5000系统图形库中对应的SVG图形模型。该功能的实现是基于字符串的拼接技术动态生成其在D5000系统中的SVG图形模型名称,进而关联到图形库中相应的图形模型。

5 结 语

电网事故预案推演系统已经在安庆调控中心上线使用,能够满足相应的安全要求。基于安庆电网的事故仿真模型,可对正常运行和检修方式下电网的薄弱环节做出判断,并结合生成的预案,通过系统评价确定其风险等级。

待安庆电网D5000系统功能调试完善后,将进一步优化预案推演系统与D5000系统的数据接口,以增加系统数据的实时性。

参考文献：

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