张  晗，王  奇，常  安

　　（中国南方电网超高压输电公司检修试验中心，广东 广州 510663）

　　摘  要： 智能电网对数据的准确性、可靠性、实时性的要求越来越高，然而目前电网状态监测方面存在着系统繁多、数据多源异构以及质量不高等问题。因此，本文以南方电网“西电东送”主通道为背景，整合现有输变电设备状态监测系统、雷电定位系统、覆冰监测系统、气象监测、PMIS、EMS等系统，并考虑风力发电的监测，建立了覆盖含新能源接入的大区域交直流互联电网的输变电设备状态监测数据中心与智能分析平台。紧密围绕超高压输电公司生产业务实际，分析了平台建设的总体目标、关键要素与整体架构，通过数据集成、软件集成和硬件配置等集成方式，实现了平台的集成与建设。该平台覆盖了南方电网西电东送主通道，已在南方电网超高压公司投入运行，极大地提升了电网智能运维水平与安全可靠性。

　　关键词： 状态监测；西电东送主通道；系统集成；数据中心；智能分析平台

0 引言

　　电网规模日益庞大，电网结构也日趋复杂，电网对数据的准确性、可靠性、实时性的要求越来越高[1-3]。然而目前电网状态监测存在以下问题和不足：（1）电网公司构建监测子系统缺乏整体的统一规划，子系统相互间信息交互不够，且存在重复建设而导致的信息冗余，因此需要通过构建全景性的数据采集管理系统，优化数据结构和数据交互[4-8]；（2）电网数据具有多源、海量、高度异构的特征，且现有数据存储分散，数据利用效率低[9-15]；（3）设备的日常巡检数据、预防性检修试验数据不全、数据质量不高，或者以附件形式上传在系统中，导致设备的历史运行信息难以方便有效的利用[16-19]。为了弥补以上不足，2012年，南方电网超高压输电公司检修试验中心启动了输变电及风电状态监测数据中心与智能分析平台的建设，使其成为超高压输电公司生产业务亟需的统一数据中心、全景监控中心、智能分析中心和应急指挥中心[20-24]。

1 平台建设的总体方案

　　1.1 总体目标

　　立足于超高压输电公司西电东送的核心业务需求，重点解决智能电网发展新形势下输变电设备管理系统面临的各种技术需求和问题，在统筹规划整合、统一有序建设超高压输电公司各类业务相关信息、应用平台的基础上，紧密围绕超高压输电公司生产业务实际，全力打造集SCADA、输变电设备运行状态采集与分析、输变电状态信息（含新能源接入）广域监测与智能分析预警、应急指挥等功能于一体的电网运行及设备管理智能平台，使其成为超高压输电公司生产业务亟需的统一数据中心、全景监控中心、智能分析中心和应急指挥中心，以此实现超高压检修试验中心信息平台建设的中长期愿景，如图1所示。

　　1.2 平台关键要素

　　针对南方电网超高压输电公司“电网运行及设备管理智能平台”的总体建设目标，在平台建设过程中需要重点考虑并体现不同关键层面的各类核心要素，具体包括基础信息、功能模块、关键指标、应用服务，以及业务部门等关键层面，如图1所示。

　　（1）基础信息层面：系统应充分整合设备台帐、运行工况、试验数据、监测数据、环境信息、缺陷信息、检修成本等超高压输变电设备运维相关的尽可能全面的数据信息。

　　（2）功能模块层面：系统应具备监视预警、故障诊断、状态评估、风险预警、指标分析、辅助决策等基本的功能模块。

　　（3）关键指标层面：系统应能在设备、电网等不同层面、多个维度，对可靠性、经济性、环境影响等关键指标参数进行全面的分析和充分的展示。

　　（4）应用服务层面：基于系统基本的功能模块，可以针对不同业务部门的实际业务需求，快速灵活地构建各类直接面向生产业务实际的应用服务，包括状态监测、检修决策、资产优化、绩效管理、应急指挥、调度辅助等。

　　（5）业务部门层面：不同业务部门的实际业务需求是系统建设的基本导向，系统建设成效体现于对业务部门实际业务需求的服务效果和效益，系统应服务于南方电网超高压输电公司的各生产部门，以及南网总调、南网科研院等协作单位的业务需求。

　　1.3 平台整体架构

　　本平台采用底层平台和上层应用相对分离的模式建设。基础平台为各种日常业务提供运行环境和服务接口，上层应用则按照专业和业务区别分布在基础平台之上，且只需关注功能算法的实现，按照标准的接口规范与底层平台通信。输变电及风电状态监测数据中心及智能分析平台总体架构如图2所示。

　　（1）设备状态监测层。设备状态监测层主要实现对各种电力设备状态的感知和记录，监测对象包括各类变电设备和输电设备，监测手段包括在线监测、试验检测、巡视记录等。

　　（2）信息集成及应用基础平台层。信息集成及应用基础平台层将广域分布的各种输变电设备的在线监测、试验检测、巡线记录等数据按照分层分级的体系汇集起来，并与SCADA、MIS、GIS（地理信息系统）等其他电力业务信息系统中的数据充分集成在一起，为高级及智能分析应用层提供基础的数据支撑，以及通用的系统管理、工作流、公共服务、人机界面、开发运行环境等基本功能框架。

　　（3）高级及智能分析应用层。高级及智能分析应用层实现对电力设备状态监测信息的展现和处理，为电力设备状态检修以及其他电力业务提供决策建议，主要包括监视预警、故障诊断、状态评估、风险预警、辅助决策等功能模块。

2 平台集成方式

　　2.1 数据集成

　　如图3所示，数据集成主要包括在线数据采集和其它系统的数据接入。

　　在线数据采集由小型气象站、输电线路在线监测装置、变电站在线监测装置和风电场监测数据构成。输电线路在线监测装置和气象站均具有无线传输的功能，通过移动的网络，以GPRS的方式，与主站GPRS接收机进行双向通讯，并通过主站服务器进入输变电及风电状态监测数据中心及智能分析平台数据中心；变电站在线监测的数据通过综合数据网进入平台数据中心；而风电场监测数据则通过电力内部网接入平台数据中心。

　　另外，平台通过调度数据网络将SCADA系统的数据统一接入平台数据中心，通过综合数据网将生产管理信息系统、输电线路精细化管理系统、巡检系统等系统的数据统一接入数据中心。

　　2.2 软件集成

　　为了集成各个子系统的信息和应用，需要建立总线架构的集成平台，基于该总线架构集成平台，子系统接入时只要支持标准接口即可。新开发功能和第三方系统基于应用集成平台的标准数据和服务总线，实现各个专业系统集成运行。本平台从底层到所有应用采用一体化设计，采用基于SOA的双总线架构，高速数据总线保证实时应用效率，标准集成总线能实现异构系统集成。以IEC 61970为基础构建了应用数据库，另一方面，按照统一模型服务的需求，定义了全景视图，依靠该视图可以获得整个平台内所有信息，即使信息存在于第三方系统，也可以通过代理服务进行转化，保证所有应用集成化运行。图4为本平台与其他系统的接口方式。

　　2.3  硬件配置

　　本平台安全分区分布在安全I区，安全II区，安全III区。

　　安全I区的硬件设备主要承担数据采集、监控、安全I区和其他安全区的安全防护等功能。如图5所示，安全I区系统硬件包括：2套数据库服务器，2套数据采集服务器，4台系统监控/AVC服务器，4台监控工作站，1套磁盘阵列20TB，1套大屏幕显示设备，2台前置交换机，2台核心交换机。

　　安全II区系统硬件包括：2套数据库服务器，2套数据采集服务器，2台保护、录波、安稳及故障测距关信息管理服务器，2台用户工作站，2套开发维护工作站，1套磁盘阵列10TB，2台前置交换机，2台核心交换机。

　　安全III区系统硬件包括：2套数据库服务器，2套数据采集服务器，2台视频监视服务器，2套变电设备状态分析服务器，2台输电设备状态分析服务器，2台应急管理服务器，1台WEB服务器，3台用户工作站，2套开发维护工作站，1套磁盘阵列20TB，2台前置交换机，2台核心交换机，6台无线通信基站。

3 平台应用模块及界面

　　应用模块包括电网运行分析模块、输电设备智能分析模块、变电设备智能分析模块、新能源智能分析模块和输电通道输电能力综合决策模块5个模块。按照业务归并功能模块，可以为不同的部门和专业运行人员提供清晰的业务入口，同时也便于权限管理。

　　3.1 电网运行分析模块

　　电网运行分析模块以可视化图形界面展示电网潮流、设备投退、故障跳闸、断面越限等信息，对异常情况进行报警，能够正确区分开关变位的原因。该子系统集中展示各变电站监控系统上传的信息，实现全站运行状态远程监视；提供远程防误闭锁和操作预演功能，使运行人员能够根据调度令对站内一次设备进行控制操作。同时，采集存储和管理各站保护设备状态信息，定值信息，动作信息，并在一次接线界面上统一展示，具备初步的故障分析功能、继电器特性分析和定值管理功能。其界面如图6所示。

　　3.2 输电设备智能分析模块

　　输电设备智能分析模块在整合GIS系统、线路覆冰监测系统、雷电定位监测系统，新建输电线路运行环境监测、导线及杆塔监测等功能的基础上，实现对线路和杆塔实时监视、状态评估、灾害预警和控制策略辅助决策功能。其界面如图7所示。

　　3.3 变电设备智能分析模块

　　变电设备智能分析模块面向变电站内所有一次设备运行状况监控和检修安排等业务需求，对变电站（换流站）中不同类型的变电设备进行统计、监视及分析，对设备在线监测数据进行监视、分析、告警及处理；同时融合了变电设备运行及决策模块，具有人工干预和自学习特性的状态评价、风险评估技术及基于多层面、多维度运维关键指标优化的状态检修智能辅助决策方法，能够全面对设备各项指标进行可靠、安全的管理并制定合理的检修、运维计划。其界面如图8所示。

　　3.4 新能源智能分析模块

　　新能源智能分析模块主要针对风力发电相关设备（包括同步发电机、变频器、风机控制系统、变压器、开关/断路器等设备）的状态监测需求（监测参数包括相关电气量及各种非电气量），实现风力风电设备的状态监测、故障诊断及状态评价等功能。其界面如图9所示。

　　3.5 输电通道输电能力综合决策模块

　　输电通道输电能力综合决策模块获取输电设备和变电设备的运行监测数据（包括导线电压、电流、温度、拉力、微气象等输电线路运行监测数据，以及变压器、断路器等关键变电设备的所有运行监测数据），进行负荷通道内单个设备及通道整体的容量限额、设备状态健康/风险指数等评估指标的计算分析，以及基于发展趋势进行风险预测后，并结合运行监测数据，以接线图、趋势图、数据表格等直观方式给予展现，为调度提供辅助决策功能。其界面如图10所示。

4 平台应用效果

　　开发的“输变电及风电状态监测数据中心及智能分析平台”，接入换流站12座、500 kV变电站17座、串补站7座、风电机组231 MW、输电线路18 189 km，覆盖了南方电网西电东送主通道，已在南方电网超高压输电公司投入运行。该平台打破了设备管理和电网运行专业分割，实现了交直流大电网状态监测与信息集成，为设备层和电网层智能分析和运行提供统一、规范的数据支撑。大大提高了现有输变电设备运行效率和事故反应能力，在2013-2014年，通过该系统发现线路覆冰30余次，发送覆冰信息90余条、预警信息132条、成功指导10条线路的36次融冰工作，极大地提升了电网智能运维水平与安全可靠性。

5 结束语

　　为解决智能电网发展新形势下电网状态监测与信息集成面临的各种技术需求和问题，本文紧密围绕超高压输电公司生产业务实际，分析了平台建设的总体目标、关键要素与整体架构，通过数据集成、软件集成和硬件配置等集成方式，实现了平台的集成与建设，平台包含电网运行分析模块、输电设备智能分析模块、变电设备智能分析模块、新能源智能分析模块和输电通道输电能力综合决策模块5个模块。

　　该平台接入换流站12座、500 kV变电站17座、串补站7座、风电机组231 MW、输电线路18 189 km，成为超高压输电公司的统一数据中心、全景监控中心、智能分析中心和应急指挥中心，实现了输变电设备状态的全面掌控，打破了设备管理和电网运行专业分割。同时实现不同信息系统的集成融合，提高数据共享能力，降低系统建设成本，提升输变电设备智能化管理水平。

参考文献

　　[1]匡少攀. 电力企业数据质量全生命周期治理[J]. 中国电力企业管理，2014(11): 100-101.

　　[2]李晓东. 电力企业数据中心数据管控的研究与应用[J]. 电力信息化，2012, 10(8): 60-64.

　　[3]黄慧，朱齐亮. 智能电网数据质量控制的发展分析与展望[J]. 科技信息，2012(7): 92-93.

　　[4]翟瑞聪，高雅，杜双育. 基于IEC 61850的变压器在线监测数据建模及系统集成[J]. 广东电力，2015, 28(1): 62-66.

　　[5]许万军，孝小昂. 智能变电站综合状态监测系统的研究与应用[J]. 陕西电力，2010, 38(10): 33-36.

　　[6]吴文传，张伯明，孙宏斌，等. 在线安全预警和决策支持系统的软件构架与实现[J]. 电力系统自动化，2007, 31(12): 23-29.

　　[7]刘亚鑫，夏立. GIS与SCADA系统集成技术的研究[J]. 电网技术，2007, 31(16): 42-45.

　　[8]章坚民，朱炳铨，赵舫，等. 基于IEC 61850的变电站子站系统建模与实现[J]. 电力系统自动化，2004, 28(21): 43-48.

　　[9]刘科研，盛万兴，张东霞，等. 智能配电网大数据应用需求和场景分析研究[J]. 中国电机工程学报，2015, 35(2): 287-293.

　　[10]彭向阳，陈驰，饶章权，等. 基于无人机多传感器数据采集的电力线路安全巡检及智能诊断[J]. 高电压技术，2015, 41(1): 159-166.

　　[11]张婷，翟明玉，张海滨，等. 基于不确定性推理的变电站拓扑错误辨识[J]. 电力系统自动化，2014(6): 49-54.

　　[12]黄健. 数据融合技术在电网规划中的应用研究[D]. 天津：天津大学, 2013.

　　[13]邱健，牛琳琳，于海承，等. 基于多源数据的在线数据评估技术[J]. 电网技术，2013(9): 2658-2663.

　　[14]朱守让，张敬，张滔，等. 多源数据采集的数据接入方法研究[Z]. 北京: 20121-4.

　　[15]雷霆，朱传柏，黄太贵，等. 基于数据平台的调度数据质量辨识方法[J]. 电力系统自动化，2012, 36(12): 71-75.

　　[16]雷霆，朱传柏，黄太贵，等. 基于数据平台的调度数据质量辨识方法[J]. 电力系统自动化，2012, 36(12): 71-75.

　　[17]陈国锋. 电网投资效益评价应用系统的技术研究与实现[D]. 北京：华北电力大学, 2011.

　　[18]杨浩，徐晖，萧展辉，等. 广东电网公司生产管理信息系统实用化评价研究[J]. 广东电力，2010, 23(4): 29-34.

　　[19]张亮. 电力调度数据中心数据质量问题研究[J]. 华东电力，2009, 37(3): 403-406.

　　[20]曹敏，吴毅，叶锋，等. 云南电网技术监督数据分析中心的研究与构建[J]. 云南电力技术， 2013(S1): 194-196.

　　[21]陆瑞华，胡蓉，刘林林. 电网一流调度智能数据平台设计与应用[J]. 华东电力，2013(01): 77-80.

　　[22]朱重吉，岑柏霖，罗金全，等. 广西电气设备在线监测中心建设与应用[J]. 南方电网技术，2010(S1): 143-146.

　　[23]李功新，李文琦. 福建省电网智能化建设探索与实践[J]. 电力技术，2010(05): 9-13.

　　[24]陈祎，郭瑞鹏，叶琳，等. 智能分析与决策支持系统在浙江电网的应用[J]. 能源工程，2012(02): 24-28.