摘要: 電網調度自動化系統是電力系統穩定運行的重要保障，其運行的可靠性是系統最基本的要求。一旦調度自動化系統發生故障造成系統失效，則很容易導致較大電力事故的發生，，造成難以估計的經濟損失，并對整個社會造成影響。因此，對電力系統的調度自動化系統的可靠性進行評估分析具有很重要的意義。本文通過建立調度自動化系統可控性分析的模型，對整個系統的可靠性進行定量分析，對實際生產中電網調度自動化系統可靠性評估工作有一定的參考意義。

關鍵詞：電網調度自動化，可靠性，定量計算

一 概述。

電網調度自動化系統對電力系統從全局進行監控，通過通信手段接收電網進行實時監測，對整個電網的工作狀態實現監控、安全性評估、負荷預測以及遠程控制等，從而確保電網的可靠運行，保障供電質量的提高，使電網的經濟性得到提高。調度自動化的可靠運行對電網安全意義重大，一旦調度自動化系統功能發生故障，控制中心就不能對電網的實際運行狀態進行全面掌握，從而做出錯誤的判斷，難以保證電力系統運行的安全，甚至造成重大事故的發生，導致重大的經濟損失和不良的社會影響。[1]長久以來業內對調度自動化的可靠性研究工作不多，往往依靠人工依靠自身經驗進行分析和判斷，本文通過模型的建立對調度自動化可靠性進行了定量分析和評估。

二 調度自動化系統的基本結構。

圖2.1 電網調度自動化系統結構圖

調度自動化系統的結構經歷了集中式、分布式和開放分布式三個階段。現以某地區電網為例。該地區電網有220kV變電站3個，110kV變電站9個。該電網調度自動化系統由調度主站系統、遠程站點數據采集和指令執行系統以及站點通訊網絡系統構成，整個系統結構如圖2.1所示，其中110kV站點監控采用無冗余的綜合自動化系統，220kV站點監控采用關鍵設備配備冗余的自動化系統。

三 電網調度自動化系統故障影響分析計算。

3.1調度自動化系統故障影響分析。

（1）主站對系統故障的影響。

從圖2.1可以明顯看出，終端服務器、前置機和前置局域網復雜整個系統的數據交換，一旦發生故障會對整個系統產生嚴重影響；SCADA服務器、調度員工作站、PSA工作站和數據服務器對電網進行實時監控，其故障對電網影響較大；報表和維護工作站以及DTS網和企業網故障對電網的影響可以忽略；

（2）通信網對系統故障的影響。

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間的通訊會造成影響，影響調度自動化系統功能的實現；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生故障。

（3）廠站自動化系統對調度系統故障的影響。

廠站自動化系統將站點信息產送到控制中心，是調度自動化的基礎，其可靠性直接關系著調度自動化的可靠性。廠站中的通訊網絡和遠動通信機是影響調度自動化系統的主要因素。

3.2 調度自動化系統設備可靠性指標。

主站、調度主站以及廠站通信和監控系統組成電網調度自動化系統，系統各部分中有各自不同的設備，不同設備對整個系統的影響程度也是不同的。可以通過加入設備重要程度因數的方式來描述設備對調度系統可靠性影響的大小。影響設備重要程度因數大小的因素主要包括設備在系統中的功能以及設備功能的重要性兩方面。[2]參考這兩方面因素可以得出設備對系統的重要程度因數。假設調度主站設備的平均修復時間為2小時，廠站通信網絡和監控系統的平均修復時間為8小時，由式（3-1）可求得設備對調度系統的等效不可用度Qli如表2-1所示。

（3-1）

式中，Kli是設備重要度因數，λi是設備等效失效率，μi是設備故障修復率。

表3-1 調度自動化系統設備等效不可用度表

設備名稱

失效率λ×10-6/h

重要度因數Ki

等效不可用度Q×10-6

SCADA服務器

105.4

1.0

210.8

數據服務器

113.8

1.0

227.5

調度員工作站

426.5

1.0
852.3

PAS工作站

350.2

1.0

699.9

實時LAN網

122.5

1.0

244.9

前置機

68.24

1.0

136.5

終端服務器

95.48

1.0

190.092

前置LAN網

76.22

1.0

152.4

220kV站光纖網絡

183.4

0.25

366.1

220kV站專線網絡

592.6

0.25

1183.8

110kV站光纖網絡

183.1

0.05

73.23

110kV站專線網絡

592.6

0.05

237.0

通過式（3-2）可近似求得廠站自動化系統的等效不可用度如表3-2所示。

（3-2）

表3-2 廠站自動化的等效不可用度

設備名稱

不可用度Qi×10-6

重要度因數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

四電網調度自動化系統可靠性計算。

4.1 調度自動化系統的故障樹模型。

導致調度自動化系統故障的原因主要有：

（1）主站故障。包括SCADA服務器故障、數據服務器故障、調度員工作站故障、PAS工作站故障、實時LAN故障、前置機故障、終端服務器故障以及前置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）廠站本地監控故障。主要包括站內自動化控制系統故障。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可靠性進行定量計算。

圖4-1 調度自動化系統故障樹模型

4.2 電網調度自動化系統不考慮時間的可靠性分析。

(1)系統的可用度。

由故障樹中得出，電網調度自動化系統故障TD為：

（4-1）

根據表3-1和表3-2中的數據并對式（4-1）利用不交化算法處理，從而可以得出調度自動化系統的故障TD的
概率，即系統的不可用度QD：

(4-2)

那么系統的可用度如下所示：

(4-2)

（2）系統可靠性敏感度探析。

假定系統設備為理想狀態，即可用度是1，不可用度是0，系統可用度如下圖所示。

圖4-2 系統可用度敏感度柱形圖

圖中橫坐標1為各種設備由表3-1和表3-2計算所得的系統可用度，2-13分別為SCADA服務器、數據服務器、調度員工作站、PAS工作站、實時LAN網、前置機、終端服務器、前置LAN網,220kV站通信網絡、110kV站通信網絡,220kV站SAS和110kV站SAS理想狀態的可用度。從圖中可以看出，調度系統中可靠性最差的部分是110kV站綜合自動化系統，其次則為220kV站綜合自動化系統。由于應用了冗余配置，調度主站設備和通信網絡的故障影響較小；并且由于主站設備的平均修復時間是2小時，使設備的可用度有所提高，系統整體的可用度也提高了。

4.3電網調度自動化系統考慮時間的可靠性分析。

（1）考慮時間的可靠性分析模型。

當調度自動化系統采用光纖通信時，系統通信不存在超時的問題。當光纖通信出現故障時，大量的數據通過專線進行傳輸，這時則需要考慮數據傳輸的延時。假定數據傳輸的延時為Td，數據傳輸時間下限是Tc1，上限是Tc2。則系統通信考慮時間的可靠性模型如圖4-3所示。當Td≤Tc1時，通訊延時對系統可靠性的影響可以忽略；當Td≥Tc2時，通信時間超過上限值，通信狀態判定為故障，不可用度是1；當Tc1＜Td＜Tc2時，系統可靠性受到數據傳輸延時的影響，但沒有造成系統故障，只是通信的可靠性有所下降。

圖4-3 考慮時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。

專線傳輸的時間延時和事故發生時，專線需要傳輸的數據量大小有關，數據量越大，延時時間越長。

（2）考慮時間的可用度計算。

由仿真計算得出，220kV專線通信的平均延時是2.57S，110kV專線通信的平均延時是1.86S。若系統數據傳輸延時下限是2S，上限是3S。計算可得220kV和110kV站專線通信的等效不可用度分別為0.4787和0,0367。從而可以計算出考慮延時的系統不可用度和可用度分別為3675×10-6和99.6325%。與不考慮時間的系統可靠性指標比較可以看出，考慮時間延時后，系統的可用度下降了。

（3）考慮時間的系統可靠性銘感度探析。

假定系統設備在理想狀態，即設備可用度是1，不可用度是0，對可用度重新計算，如圖4-4所示。

圖4-4 考慮時間的系統可靠性敏感度分析

從圖中可以看出，考慮延時以后，系統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綜合自動化系統和110kV站和主站的通訊部分。其主要原因在于220kV站在發生故障后與主站有大量故障信息傳遞。為減小這些環節對系統可靠性的影響可以將后備通訊業采用光纖通信。

五結論

對于各地電網的重大停電事故，電力工作者應引以為戒，必須對電力系統調度自動化系統的可靠性提起足夠的重視。電網調度自動化是防止電網事故發生，確保電網正常運行的有效手段，必須保證足夠的可靠性。本文對電網調度自動化的可靠性進行了量化評估，具有一定的實際意義，但是其中仍然存在不足。首先，如何獲得更加全面更加準確的基礎數據還需進一步研究，其次，對系統的修復率考慮不足，只是參考了經驗數據，再次，人員對系統的影響也沒有進行考慮。因此調度自動化可靠性研究工作還有很多工作要做。

參考文獻：

[1] 楊漪百,戴景哀,孫啟宏.電力系統可靠性分析基礎及應用[M」.北京:水利電力出版社,1986.

[2] 郭永基.電力系統可靠性分析「M〕.北京:清華大學出版社,2003.

[3] 金星,洪延姬等.工程系統可靠性數值分析方法[M〕.北京:國防工業出版社,2002.