摘要: 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，其運(yùn)行的可靠性是系統(tǒng)最基本的要求。一旦調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)生故障造成系統(tǒng)失效，則很容易導(dǎo)致較大電力事故的發(fā)生，，造成難以估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失，并對整個(gè)社會(huì)造成影響。因此，對電力系統(tǒng)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評估分析具有很重要的意義。本文通過建立調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)可控性分析的模型，對整個(gè)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行定量分析，對實(shí)際生產(chǎn)中電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性評估工作有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化，可靠性，定量計(jì)算

一 概述。

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)對電力系統(tǒng)從全局進(jìn)行監(jiān)控，通過通信手段接收電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對整個(gè)電網(wǎng)的工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、安全性評估、負(fù)荷預(yù)測以及遠(yuǎn)程控制等，從而確保電網(wǎng)的可靠運(yùn)行，保障供電質(zhì)量的提高，使電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性得到提高。調(diào)度自動(dòng)化的可靠運(yùn)行對電網(wǎng)安全意義重大，一旦調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)功能發(fā)生故障，控制中心就不能對電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面掌握，從而做出錯(cuò)誤的判斷，難以保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全，甚至造成重大事故的發(fā)生，導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。[1]長久以來業(yè)內(nèi)對調(diào)度自動(dòng)化的可靠性研究工作不多，往往依靠人工依靠自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析和判斷，本文通過模型的建立對調(diào)度自動(dòng)化可靠性進(jìn)行了定量分析和評估。

二 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。

圖2.1 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了集中式、分布式和開放分布式三個(gè)階段。現(xiàn)以某地區(qū)電網(wǎng)為例。該地區(qū)電網(wǎng)有220kV變電站3個(gè)，110kV變電站9個(gè)。該電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)由調(diào)度主站系統(tǒng)、遠(yuǎn)程站點(diǎn)數(shù)據(jù)采集和指令執(zhí)行系統(tǒng)以及站點(diǎn)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，其中110kV站點(diǎn)監(jiān)控采用無冗余的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，220kV站點(diǎn)監(jiān)控采用關(guān)鍵設(shè)備配備冗余的自動(dòng)化系統(tǒng)。

三 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)故障影響分析計(jì)算。

3.1調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)故障影響分析。

（1）主站對系統(tǒng)故障的影響。

從圖2.1可以明顯看出，終端服務(wù)器、前置機(jī)和前置局域網(wǎng)復(fù)雜整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，一旦發(fā)生故障會(huì)對整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響；SCADA服務(wù)器、調(diào)度員工作站、PSA工作站和數(shù)據(jù)服務(wù)器對電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其故障對電網(wǎng)影響較大；報(bào)表和維護(hù)工作站以及DTS網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)故障對電網(wǎng)的影響可以忽略；

（2）通信網(wǎng)對系統(tǒng)故障的影響。

光纖是主要通信手段，電力電話是備用通信手段。光纖通信故障對站點(diǎn)間的通訊會(huì)造成影響，影響調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)；電話專線的容量小、抗干擾性能低，容易受自身和干擾的影響而發(fā)生故障。

（3）廠站自動(dòng)化系統(tǒng)對調(diào)度系統(tǒng)故障的影響。

廠站自動(dòng)化系統(tǒng)將站點(diǎn)信息產(chǎn)送到控制中心，是調(diào)度自動(dòng)化的基礎(chǔ)，其可靠性直接關(guān)系著調(diào)度自動(dòng)化的可靠性。廠站中的通訊網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)動(dòng)通信機(jī)是影響調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的主要因素。

3.2 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備可靠性指標(biāo)。

主站、調(diào)度主站以及廠站通信和監(jiān)控系統(tǒng)組成電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，系統(tǒng)各部分中有各自不同的設(shè)備，不同設(shè)備對整個(gè)系統(tǒng)的影響程度也是不同的。可以通過加入設(shè)備重要程度因數(shù)的方式來描述設(shè)備對調(diào)度系統(tǒng)可靠性影響的大小。影響設(shè)備重要程度因數(shù)大小的因素主要包括設(shè)備在系統(tǒng)中的功能以及設(shè)備功能的重要性兩方面。[2]參考這兩方面因素可以得出設(shè)備對系統(tǒng)的重要程度因數(shù)。假設(shè)調(diào)度主站設(shè)備的平均修復(fù)時(shí)間為2小時(shí)，廠站通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控系統(tǒng)的平均修復(fù)時(shí)間為8小時(shí)，由式（3-1）可求得設(shè)備對調(diào)度系統(tǒng)的等效不可用度Qli如表2-1所示。

（3-1）

式中，Kli是設(shè)備重要度因數(shù)，λi是設(shè)備等效失效率，μi是設(shè)備故障修復(fù)率。

表3-1 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備等效不可用度表

設(shè)備名稱

失效率λ×10-6/h

重要度因數(shù)Ki

等效不可用度Q×10-6

SCADA服務(wù)器

105.4

1.0

210.8

數(shù)據(jù)服務(wù)器

113.8

1.0

227.5

調(diào)度員工作站

426.5

1.0
852.3

PAS工作站

350.2

1.0

699.9

實(shí)時(shí)LAN網(wǎng)

122.5

1.0

244.9

前置機(jī)

68.24

1.0

136.5

終端服務(wù)器

95.48

1.0

190.092

前置LAN網(wǎng)

76.22

1.0

152.4

220kV站光纖網(wǎng)絡(luò)

183.4

0.25

366.1

220kV站專線網(wǎng)絡(luò)

592.6

0.25

1183.8

110kV站光纖網(wǎng)絡(luò)

183.1

0.05

73.23

110kV站專線網(wǎng)絡(luò)

592.6

0.05

237.0

通過式（3-2）可近似求得廠站自動(dòng)化系統(tǒng)的等效不可用度如表3-2所示。

（3-2）

表3-2 廠站自動(dòng)化的等效不可用度

設(shè)備名稱

不可用度Qi×10-6

重要度因數(shù)Ki

等效不可用度Qe×10-6

220kV站SAS

462

0.5

231

110kV站SAS

2708

0.1

270.8

四電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性計(jì)算。

4.1 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的故障樹模型。

導(dǎo)致調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)故障的原因主要有：

（1）主站故障。包括SCADA服務(wù)器故障、數(shù)據(jù)服務(wù)器故障、調(diào)度員工作站故障、PAS工作站故障、實(shí)時(shí)LAN故障、前置機(jī)故障、終端服務(wù)器故障以及前置LAN故障；

（2）站間通信故障。主要包括主站和從站間的光纖通信和專線通信故障；

（3）廠站本地監(jiān)控故障。主要包括站內(nèi)自動(dòng)化控制系統(tǒng)故障。從而可以得出如圖2-2所示的故障樹。[3]利用故障樹則可對系統(tǒng)可靠性進(jìn)行定量計(jì)算。

圖4-1 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)故障樹模型

4.2 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)不考慮時(shí)間的可靠性分析。

(1)系統(tǒng)的可用度。

由故障樹中得出，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)故障TD為：

（4-1）

根據(jù)表3-1和表3-2中的數(shù)據(jù)并對式（4-1）利用不交化算法處理，從而可以得出調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的故障TD的
概率，即系統(tǒng)的不可用度QD：

(4-2)

那么系統(tǒng)的可用度如下所示：

(4-2)

（2）系統(tǒng)可靠性敏感度探析。

假定系統(tǒng)設(shè)備為理想狀態(tài)，即可用度是1，不可用度是0，系統(tǒng)可用度如下圖所示。

圖4-2 系統(tǒng)可用度敏感度柱形圖

圖中橫坐標(biāo)1為各種設(shè)備由表3-1和表3-2計(jì)算所得的系統(tǒng)可用度，2-13分別為SCADA服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、調(diào)度員工作站、PAS工作站、實(shí)時(shí)LAN網(wǎng)、前置機(jī)、終端服務(wù)器、前置LAN網(wǎng),220kV站通信網(wǎng)絡(luò)、110kV站通信網(wǎng)絡(luò),220kV站SAS和110kV站SAS理想狀態(tài)的可用度。從圖中可以看出，調(diào)度系統(tǒng)中可靠性最差的部分是110kV站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，其次則為220kV站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。由于應(yīng)用了冗余配置，調(diào)度主站設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)的故障影響較小；并且由于主站設(shè)備的平均修復(fù)時(shí)間是2小時(shí)，使設(shè)備的可用度有所提高，系統(tǒng)整體的可用度也提高了。

4.3電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)考慮時(shí)間的可靠性分析。

（1）考慮時(shí)間的可靠性分析模型。

當(dāng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采用光纖通信時(shí)，系統(tǒng)通信不存在超時(shí)的問題。當(dāng)光纖通信出現(xiàn)故障時(shí)，大量的數(shù)據(jù)通過專線進(jìn)行傳輸，這時(shí)則需要考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r(shí)。假定數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r(shí)為Td，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間下限是Tc1，上限是Tc2。則系統(tǒng)通信考慮時(shí)間的可靠性模型如圖4-3所示。當(dāng)Td≤Tc1時(shí)，通訊延時(shí)對系統(tǒng)可靠性的影響可以忽略；當(dāng)Td≥Tc2時(shí)，通信時(shí)間超過上限值，通信狀態(tài)判定為故障，不可用度是1；當(dāng)Tc1＜Td＜Tc2時(shí)，系統(tǒng)可靠性受到數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)的影響，但沒有造成系統(tǒng)故障，只是通信的可靠性有所下降。

圖4-3 考慮時(shí)間的專線通信可靠性模型

則專線通信的不可用度Qi可由下式表示：

（4-3）

式中，Qi0是專線自身的不可用度。

專線傳輸?shù)臅r(shí)間延時(shí)和事故發(fā)生時(shí)，專線需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大小有關(guān)，數(shù)據(jù)量越大，延時(shí)時(shí)間越長。

（2）考慮時(shí)間的可用度計(jì)算。

由仿真計(jì)算得出，220kV專線通信的平均延時(shí)是2.57S，110kV專線通信的平均延時(shí)是1.86S。若系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)下限是2S，上限是3S。計(jì)算可得220kV和110kV站專線通信的等效不可用度分別為0.4787和0,0367。從而可以計(jì)算出考慮延時(shí)的系統(tǒng)不可用度和可用度分別為3675×10-6和99.6325%。與不考慮時(shí)間的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)比較可以看出，考慮時(shí)間延時(shí)后，系統(tǒng)的可用度下降了。

（3）考慮時(shí)間的系統(tǒng)可靠性銘感度探析。

假定系統(tǒng)設(shè)備在理想狀態(tài)，即設(shè)備可用度是1，不可用度是0，對可用度重新計(jì)算，如圖4-4所示。

圖4-4 考慮時(shí)間的系統(tǒng)可靠性敏感度分析

從圖中可以看出，考慮延時(shí)以后，系統(tǒng)可靠性最低的部分是220kV站和主站的通訊部分，其次依次為110kV綜合自動(dòng)化系統(tǒng)和110kV站和主站的通訊部分。其主要原因在于220kV站在發(fā)生故障后與主站有大量故障信息傳遞。為減小這些環(huán)節(jié)對系統(tǒng)可靠性的影響可以將后備通訊業(yè)采用光纖通信。

五結(jié)論

對于各地電網(wǎng)的重大停電事故，電力工作者應(yīng)引以為戒，必須對電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性提起足夠的重視。電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化是防止電網(wǎng)事故發(fā)生，確保電網(wǎng)正常運(yùn)行的有效手段，必須保證足夠的可靠性。本文對電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的可靠性進(jìn)行了量化評估，具有一定的實(shí)際意義，但是其中仍然存在不足。首先，如何獲得更加全面更加準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)還需進(jìn)一步研究，其次，對系統(tǒng)的修復(fù)率考慮不足，只是參考了經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再次，人員對系統(tǒng)的影響也沒有進(jìn)行考慮。因此調(diào)度自動(dòng)化可靠性研究工作還有很多工作要做。

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