一种面向配电网管控的一体化支撑系统及方法与流程

本发明涉及电力系统管控支撑技术领域，具体涉及一种面向配电网管控的一体化支撑系统及方法。

背景技术：

通过大规模建设，配网规模、网架结构以及装备水平等方面都有了长足发展，供电能力明显提高，显著提高了配电网硬件实力。但随着大规模建设改造，网络规模、一二次设备数量急剧增长，配电自动化主站与各类配网相关信息系统大量部署，需要的运维工作量不断增长，配电网状态管控等软实力薄弱问题日趋明显。

配电网设备繁杂，管理主体多、链条长，配电网业务涉及发展规划、调度运行、运维检修、营销服务等多个环节，数据量大、信息相对孤立。随着公司信息化建设持续深化和专业协同日益紧密，与配网运行状态监视、控制、管理等相关的信息资源不断丰富。亟需对配电网运行、设备属性、业务过程管理等相关数据进行全面整合与综合应用，实现多个专业管理系统间的信息校核和互通共享，实现配电网运行状态监测与预警，促进配网检修与抢修资源的优化部署，全面提升配电网运行状态管控能力。

配电网运行状态管控包括对电网整体运行状态、一二次设备状态与配网相关系统状态三个层面，需要有效的管控措施与流程确保合理实施，并且需要完善的支撑体系为管控工作提供决策依据。因此需要建立集智能配电网运行状态分析、配电设备一体化检测、配电自动化系统自动测试等管控支撑功能于一体，构建配电网管控一体化支撑系统，提供电网运行状态优化策略、发现设备质量缺陷、解决现场共性问题、完善配电自动化系统功能，为配电网运行状态管控工作提供决策依据与理论指导。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的不足，本发明的目的之一是公开了一种面向配电网管控的一体化支撑系统，通过该系统实现对配网运行、设备检测、配电自动化系统检测三个方面支撑管控，为配网管理人员、调度与检修等一线工作人员提供建议性与指导性参考；

本发明的目的之一是公开了基于面向配电网管控的一体化支撑系统的监控方法，通过该方法实现配电网运行状态监控、检测及状态的分析展示。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种面向配电网管控的一体化支撑系统，包括数据层、服务层及应用层；

所述数据层包括数据接入处理单元，用于对收集的配电网相关的数据根据公共信息模型融合并进行标准化，形成模式数据、历史数据及文件数据，分别在关系型数据、时序性数据库及分布式数据库中存储；

所述服务层，包括应用层所调用的数字仿真模型、配电终端检测模型及配电自动化主站系统测试模型，所述服务层通过设备检测适配与对象访问中间件/分布式文件访问中间件，实现配网全模型数据交互与配网设备接入控制；

所述应用层包括配网运行分析单元、配网终端检测单元及配电自动化主站系统检测单元，所述配网运行分析单元，用于结合数据层中的配网相关信息，调用数字仿真模型应用配网数字仿真算法分析网络运行现状；

所述配网终端检测单元，用于实现配电终端的检测入库管理、试验类型管理、检测结果管理；

所述配电自动化主站系统检测单元，用于根据配电自动化主站功能规范要求、信息系统安全要求，检测配电自动化主站的各项功能、性能及安全测试。

进一步的，所述配电网相关的数据包括电网中生产管理系统pms、gis系统、能量管理系统ems、配电自动化系统、用户信息采集系统及营销系统采集的数据。

进一步的，所述配网数字仿真算法包括潮流计算、合环计算、配网自愈、故障分析及无功优化；

所述潮流计算采用改进的前推回推法，将弱环网转化为辐射型网络，通过在断点两侧注入补偿量的方法来等效环路的影响，并根据各类分布式电源与电网互联的接口方式以及各类分布式电源的运行和控制方式，分别建立其在潮流计算中的等值模型，在各迭代步将分布式电源所在节点转换为pq节点、pi节点或pv节点，在计算过程中，各元件均采用模型库中的三相模型参与计算；

所述合环计算分为合环稳态电流计算与合环冲击电流计算；

所述配网自愈采用故障自愈方法模拟智能配网的自愈行为，并分析各种自愈控制方法的效果，将配网的运行状态分为优化运行区、正常运行区、异常脆弱区、故障扰动区及检修维护区；

所述故障分析采用对称分量法；

所述无功优化采用粒子群优化算法。

进一步的，所述pq节点为有功功率p恒定、电压u不定、无功功率q受有功功率p和电压u限定的节点；pv节点为p恒定，u恒定的节点；pi节点为p恒定、电流幅值i恒定的pi节点。

进一步的，所述合环稳态电流计算公式为：

其中：

所述v1、v2分别为两馈线电压，i1、i2分别为合环前两馈线的初始电流，i′1、i′2分别为合环后两馈线的电流，r1+jx1、r1+jx1分别为两馈线的阻抗，v1'、v′2分别为合环联络开关两侧的电压，i环为合环两侧电压差异所引起的环路电流。

进一步的，所述合环冲击电流计算公式为：

所述令a为合环电流周期分量的幅值，α为周期分量和emax间的相角，r和l分别为环路的等值电阻和电感。

进一步的，所述配电终端的检测入库管理包括配电终端基本信息管理，具体包括记录配电终端的类型、厂家、检测时间、检测人及试验类型；

所述试验类型管理主要管理配电终端试验的种类与试验过程记录；

所述检测结果管理主要为各类试验结果的记录。

进一步的，所述配电终端试验主要包括配电终端的电源模块的测试、配电终端的基本功能与性能的测试及配电终端的通信规约的测试；

所述配电终端的电源模块的测试用于判断电源模块各项指标是否满足标准要求；

所述配电终端的通信规约的测试，通过进行配电网主站和配电终端之间的规约测试，验证主站、终端之间是否能够符合标准规约；

所述配电终端的基本功能与性能测试主要包括：

测试配电终端的数字量输入单元防抖能力及soe分辨率是否符合规范；测试配电终端的数字量输出单元的输出能力是否符合规范；

测试配电终端的模拟输入单元实际输入电压、电流精度是否符合规范；

测试配电终端的系统自诊断、掉电数据保存、故障指示及故障信号复归是否符合规范；

测试配电终端系统性能，包括故障模拟、遥信雪崩、遥信突变及遥测量变化测试。

进一步的，所述配电终端的通信规约的测试，主要包括：

配电终端通信规约测试，检验配电终端是否满足相关通信接口及规约配置功能；

配电终端与主站的信息交互测试，检测配电终端与主站系统之间的信息交互功能；

数据转发测试，检验配电终端对网络表、plc、无功投切控制器设备数据的采集与转发功能；

根据104规约进行终端对主站通信规约测试，包括检验配置、apci帧格式检验，apci传输规则检验，apci和tcp应用功能检验，监视方向上过程信息、控制方向过程信息、监视方向系统命令、控制方向系统命令、控制方向参数命令的asdu(应用服务数据单元)检验及其他基本应用功能检验；

数据转发测试，包括网络表数据接收与转发、plc数据接收与转发、无功投切控制器数据接收与转发。

进一步的，所述配电自动化主站的各项功能测试采用主站注入测试法，设置故障的位置、类型、性质以及当前场景，计算配电网故障前潮流和故障短路电流，根据计算结果生成相应配电自动化终端的故障信息，将其发往被测试配电自动化主站系统，主站注入测试装置仿真相应配电自动化终端与被测试配电自动化主站系统的交互信息，监测被测配电自动化主站系统的故障处理的过程。

进一步的，所述配电自动化主站的性能测试，根据输入的雪崩模型参数来控制仿真配电终端发出遥信、遥测、soe信息雪崩数据信号，主站监听信号并将其与发送信号比对分析，通过获取cpu、网络、内存的资源状态，分析主站在配电网大量故障情况下系统的处理能力。

进一步的，所述配电自动化主站的安全测试，开源安全测试软件采用多线程方式对指定ip地址段或单机进行安全漏洞检测，支持插件功能，扫描内容包括：远程操作系统类型及版本，标准端口状态及端口banner信息，cgi漏洞，iis漏洞，rpc漏洞，sql-server、ftp-server、smtp-server、pop3-server、nt-server弱口令用户，nt服务器netbios信息，依据扫描结果分析主站安全性。

基于面向配电网管控的一体化支撑系统的监控方法，包括以下步骤：

数据层中数据接入处理单元对收集的配电网相关的数据根据公共信息模型融合并进行标准化，形成模式数据、历史数据及文件数据，分别在关系型数据、时序性数据库及分布式数据库中存储；

服务层中包括应用层所调用的数字仿真模型、配电终端检测模型及配电自动化主站系统测试模型，服务层通过设备检测适配与对象访问中间件/分布式文件访问中间件，实现配网全模型数据交互与配网设备接入控制；

应用层包括配网运行分析单元、配网终端检测单元及配电自动化主站系统检测单元，所述配网运行分析单元，用于结合数据层中的配网相关信息，调用数字仿真模型应用配网数字仿真算法分析网络运行现状；

配网终端检测单元，用于实现配电终端的检测入库管理、试验类型管理、检测结果管理；

配电自动化主站系统检测单元，用于根据配电自动化主站功能规范要求、信息系统安全要求，检测配电自动化主站的各项功能、性能及安全测试。

本发明的有益效果：

一种面向配电网管控的一体化支撑系统，通过该系统实现对配网运行、设备检测、配电自动化系统检测三个方面支撑管控，为配网管理人员、调度与检修等一线工作人员提供建议性与指导性参考；

基于面向配电网管控的一体化支撑系统的监控方法，通过该方法实现配电网运行状态监控、检测及状态的分析展示。

附图说明

图1为本发明面向配网管控的一体化支撑系统框架结构组成示意图；

图2为本发明面向配网管控的一体化支撑系统功能示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

参见图2，介绍本发明面向配网管控的一体化支撑系统功能示意图。该系统基于三层架构设计，包括数据层、服务层与应用层。该系统设有数据接入处理单元、配网运行分析单元、配网设备检测单元、配电自动化主站系统检测单元。

数据层包括数据接入处理单元，应用层包括配网运行分析单元、配网设备检测单元、配电自动化主站系统检测单元。

数据层按照iec61970、iec61968公共信息模型(cim)将接入数据标准化，接入的数据包括来自pms系统、gis系统、ems系统、配电自动化系统、用户信息采集系统等的数据，形成模式数据、历史数据及文件数据，分别在关系型数据、时序性数据库及分布式数据库中存储。

服务层包括配网运行分析单元、配网终端检测单元及配电自动化主站系统检测单元所需数字仿真模型、配电终端检测模型及配电自动化主站系统测试模型，同时通过设备检测适配与对象访问中间件/分布式文件访问中间件，实现配网全模型数据交互与配网设备接入控制。

应用层包括配网运行分析、配电网设备检测与配电网系统检测等用户应用，主要实现功能包括：应用配网数字仿真方法分析网络运行状况，配电终端检测入库管理、试验类型管理、检测结果管理，检测配电自动化主站各项功能、性能、安全测试等。

数据层中，关于数据的传输涉及的总线及器件为：企业服务总线、信息交互总线、接口适配器。

服务层中，实时库、设备库、历史库、图形库、数据访问接口服务、设备对象管理服务、设备参数管理服务、运行信息管理服务、图形管理服务、图元库、设备参数库、配电网模型库、互操作服务、接口规范定义、接口适配器、总线功能扩展、信息交换服务、服务注册管理、数据一致性测试、互操作测试、web发布服务、系统管理服务；

应用层中，所述配网运行分析的配网数字仿真算法包括潮流计算、合环计算、配网自愈、故障分析、无功优化。

配网运行分析单元潮流计算方法采用改进的前推回推法，将弱环网转化为辐射型网络，通过在断点两侧注入补偿量的方法来等效环路的影响，并根据各类分布式电源(风电、光伏、燃料电池，微型燃气轮机等)与电网互联的接口方式以及它们的运行和控制方式，分别建立其在潮流计算中的等值模型，在各迭代步将分布式电源所在节点转换为pq节点、pi节点或pv节点，在计算过程中，各元件均采用模型库中的三相模型参与计算。

pq节点为有功功率p恒定、电压u不定、无功功率q受有功功率p和电压u限定的节点；pv节点为p恒定，u恒定的节点；pi节点为p恒定、电流幅值i恒定的pi节点。

配网运行分析单元合环计算分为合环稳态电流计算与合环冲击电流计算。

合环稳态电流计算公式为：

其中：

v1、v2分别为两馈线电压，i1、i2分别为合环前两馈线的初始电流，i′1、i′2分别为合环后两馈线的电流，r1+jx1、r1+jx1分别为两馈线的阻抗，v′1、v′2分别为合环联络开关两侧的电压，i环为合环两侧电压差异所引起的环路电流。

冲击电流计算公式为：

令a为合环电流周期分量的幅值，α为周期分量和emax间的相角，r和l分别为环路的等值电阻和电感。

配网运行分析单元故障自愈方法模拟智能配网的自愈行为，并分析各种自愈控制方法的效果，将配网的运行状态分为优化运行区(ooz)、正常运行区(roz)、异常脆弱区(avz)、故障扰动区(cfz)、检修维护区(amz)，具体方法为：

(1)由数据采集装置采集电网的运行状态量；

(2)根据电网的运行指标评价体系，对电网的运行状态进行实时评价，并预测电网可能存在的隐患或异常，并作为形成及实施电网自愈控制的依据；

(3)根据指标评价的结果，对电网进行运行区域识别，判断电网当前所处的运行区域，并实施相应的控制方案；

(4)若电网在正常运行区，则判断是否存在优化控制方案；

(5)如果不存在优化控制方案，则电网继续运行在正常运行区；

(6)如果存在优化控制方案，则转移到步骤(13)实施优化控制；

(7)若电网在异常脆弱区，则转移到步骤(14)；

(8)若电网在故障扰动区，则转移到步骤(15)；

(9)若电网在检修维护区，则转移到步骤(16)；

(10)对所实施的控制进行效果评价，判断电网是否恢复正常运行；

(11)若电网恢复正常运行，则回到正常运行区运行；

(12)若电网尚未恢复正常运行，则返回到步骤(3)；

(13)直到电网恢复到正常运行区或优化运行区运行为止；

(14)实施优化控制，使得电网转移到优化运行区运行；

(15)实施预防校正控制，电网转移到正常运行区运行；

(16)实施紧急恢复控制，电网转移到正常运行区运行；

(17)实施检修维护控制，电网转移到正常运行区运行。

配网运行分析的故障分析采用对称分量法；

配网运行分析的无功优化方法采用粒子群优化算法。

配网运行分析的网络运行分析包括两类，一类是从管理需求出发，具体到运行管理包括的反映供电能力的各级负载率、网架转供能力校验通过率等、供电质量的各级各类电压合格率、低电压比例、过电压比例、三相不平衡度等、反映运行效率的各电压等级各口径线损率、线路负载均衡度等分析，另一类是以配电网运行潮流为基础，反映到供电能力充裕程度、供电质量水平以及运行效率、运行优化、故障诊断等分析。

配网终端检测的设备的检测入库管理记录终端的类型、厂家、检测时间、检测人及试验类型等基本信息管理；试验类型管理主要管理终端试验的种类与试验过程记录；检测结果管理主要为各类试验结果的记录。

配网终端检测的试验类型主要包括配电终端(dtu、ftu)的电源模块、基本功能与性能、通信规约测试等。

电源模块测试用于判断电源模块各项指标是否满足标准要求。主要包括：

(1)电源模块应能同时接纳交、直流供电方式。

(2)交流电源全部中断时，电源模块应在无扰动情况下自动切换至蓄电池直流供电方式；当交流电源恢复供电时，电源模块应自动切回交流供电方式。

(3)外部电源失电后，蓄电池为终端与通信设备供电的时间是否满足要求。

(4)电源模块所提供的操作电源及通信电源的电能质量是否满足要求。

(5)电源模块应具备电池活化管理功能，能够自动实现对蓄电池的定期充、放电，且充、放电时间可进行设置。

(6)电源模块应能实现对供电电源的状态监视，电源模块具有明显的指示灯并能将电源供电状况以遥信方式上传至上级系统。

基本功能与性能测试主要包括：

(1)测试终端的数字量输入单元防抖能力及soe分辨率是否符合规范；测试终端的数字量输出单元的输出能力是否符合规范；

(2)测试终端的模拟输入单元实际输入电压、电流精度是否符合规范；

(3)测试终端的系统自诊断、掉电数据保存、故障指示、故障信号复归等是否符合规范；

(4)测试配电网终端系统性能，如故障模拟、遥信雪崩、遥信突变、遥测量变化等测试。

通信规约测试通过进行配电网主站和配电终端之间的规约测试，验证主站、终端之间是否能够符合标准规约，主要包括：

(1)配电终端通信规约测试，检验终端是否满足相关通信接口及规约配置功能。

(2)配电终端与主站的信息交互测试，检测配电终端与主站系统之间的信息交互功能。

(3)数据转发测试，检验配电终端对网络表、plc、无功投切控制器(综测仪)等设备数据的采集与转发功能。

(4)根据104规约进行终端对主站通信规约测试，包括检验配置、apci帧格式检验，apci传输规则检验，apci和tcp应用功能检验，监视方向上过程信息、控制方向过程信息、监视方向系统命令、控制方向系统命令、控制方向参数命令的asdu(应用服务数据单元)检验及其他基本应用功能检验。

(5)数据转发测试，包括网络表数据接收与转发、plc数据接收与转发、无功投切控制器(综测仪)数据接收与转发。

配电自动化主站系统检测的主站功能测试采用主站注入测试法，设置故障的位置、类型、性质以及当前场景计算配电网故障前潮流和故障短路电流，根据计算结果生成相应配电自动化终端的故障信息，将其发往被测试配电自动化主站系统，主站注入测试装置仿真相应配电自动化终端与被测试配电自动化主站系统的交互信息，监测被测配电自动化主站系统的故障处理的过程。

配电自动化主站系统检测的性能测试根据输入的雪崩模型参数来控制仿真配电终端发出遥信、遥测、soe信息雪崩数据信号，主站监听信号并将其与发送信号比对分析，通过获取cpu、网络、内存等资源状态，分析主站在配电网大量故障情况下系统的处理能力。

配电自动化主站系统检测的安全测试在国内外安全测试软件与国家电网信息安全测评的基础上选择x-scan开源安全测试软件，x-scan采用多线程方式对指定ip地址段(或单机)进行安全漏洞检测，支持插件功能，扫描内容包括：远程操作系统类型及版本，标准端口状态及端口banner信息，cgi漏洞，iis漏洞，rpc漏洞，sql-server、ftp-server、smtp-server、pop3-server、nt-server弱口令用户，nt服务器netbios信息等。依据扫描结果分析主站安全性。

参见图1，介绍本发明面向配网管控的一体化支撑系统框架结构组成，本发明能够实现配网全模型数据交换机共享，关于配网数据源，包括数据规范化及汇集，之后进行存储管理，汇集的数据包括能量管理系统的数据、生产管理系统数据、配电自动化系统数据、营销系统数据、用电采集系统数据等，在存储管理时，包括模式数据、历史数据及文件数据，分别在关系型数据、时序性数据库及分布式数据库中存储，其中模式数据包括模型、资产、位置等主数据，运行记录、报告数据及事件数据，文件数据包括谱图文件、图片及视频等文件数据。

通过对象访问中间件或分布式文件访问api来实现对配网数据源的访问，之后进行设备检测适配及配网设备接入控制，其中，设备检测适配包括模型发布、模型拼接、数据交换、数据校验、模型访问、模型异动、数据转换、数据适配。

配网设备接入控制包括动态模拟测试仪器及终端设备。

管控支撑包括配电网运行监控、配电网运行分析、配电网设备检测、配电网系统检测。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。