电力系统调度自动化doc.docx
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电力系统调度自动化doc
调度系统功能改造设计及调度自动化发展趋势
学生：
许志远指导老师：
滕欢
摘要
电网朝着超/特高压、互联大电网的方向发展,而调度自动化系统则朝着“数字化、集成化、网格化、标准化、市场化、智能化”的方向发展。
本文介绍了调度自动化当地功能系统的原理、网络硬件平台、系统软件构成以及应用软件的功能，阐明了该系统设计在实际应用中，不论在应用软件的功能上、系统的安全性以及使用和维护上都体现了其优越性。
摘要………………………………………………………………………
（1）
1.电网调度自动化系统技术现状……..……….…………....………...（3）
2.对现有软件源进行改造,提高系统安全性…………….…………..（5）
2.1改造前系统及存在的问题…………………………......…………..（5）
2.2改造后的软硬件平台及主要功能…………………………....…….（7）
3.电网调度自动化系统的新需求…………………………….….…..（16）
4.调度自动化系统的发展趋势…………………………….….……..（18）
4.1数字化………………………………………………...………..…..（18）
4.2集成化……………………………………………………....…..….（19）
4.3网格化……………………………………………………………...（21）
4.4标准化…………………………………………………………..…（22）
4.5市场化………………………………………………………..…....（24）
4.6智能化……………………………..……………………………....（24）
5.结束语………………………………..………………………...…...（26）
6.参考文献………………………………..…………………….….....（27）
1.电网调度自动化系统技术现状
我国的调度自动化系统正处于由第三代产品向第四代产品过度的关键时期,第三代产品产生于二十世纪九十年代,它的硬件平台采用基于RISC结构的计算机和共享/交换以太网,软件平台采用多用户多任务操作系统Unix、关系型数据库、软总线等技术,具备SCADA、EMS等功能。
第三代产品需改进的主要问题是:
非层次设计,平台通用性差;扩展性和移植性难;非标准模型,厂家专有;难以实现真正的开放;难以实现异构系统互联;非构件化,难以保护投资。
为使EMS应用软件之间的交互正确无误,需要对交换的数据信息达成一致,即提供标准的元数据级的模型和标准应用程序接口（APIs）。
国际电工委员会近十年逐渐完善了能量管理系统的应用程序接口标准和模型定义工作,并号召EMS生产厂家积极采用（兼容）该标准。
在IEC61970的CIM部分给出了电力对象的确切定义和域描述。
在现在电力企业应用系统中存在多岛自动化现象,如实时系统有:
EMS、DMS、TMS、TMR、GIS,非实时系统有:
MIS、ERP。
这些系统多是异构系统,如采用多种计算机体系结构:
RISC、x86,多平台:
操作系统、多数据库系统,多语言;c/C++、Java、HMI/XMI,因此,存在系统互联问题,及信息一体化问题,为达成企业应用系统互联集成和企业资源共享,这就需要在电力企业应用系统中采取以下策略。
（1）应用集成①平台整合:
一体化平台,资源共享,降低成本;②数据整合:
面向电力设备对象,统一数据标准;③应用构件:
“即插即用”,第三方软件集成
（2）信息集成①统—数据交换模型;②统一数据访问接口;
（3）企业模式①由管理模式向服务模式转变;②面向电力市场
通过调研,我们得知,随着计算机新技术、通信技术、数据库技术、Internet技术的发展,以及电力企业电力市场化进程的不断加快,作为适应电力企业新的业务（电力市场）和一体化建设需求的支撑平台和EMS应用软件必然采用如下新的技术:
（1）公用信息模型（CIM）;
（2）可视化技术;（3）电力市场交易与安全分析一体化的技术;（4）Internet信息服务技术;（5）网络信息安全;（6）CORBA中间件平台技术;
2.对现有软件源进行改造,提高系统安全性
增加必要的服务器等硬件设备在升级换代时间不长,目软硬件功能仍能满足要求的系统中,尽量利用当前系统资源,在保当前系统运行基本不受影响的前提下,增加必要的服务器等硬件设备,通过适当修改程序,重新建立一种工作模式,变一台服务器为多分系统服务,变一台服务器为特定的分系统服务,同时使各服务器间形成一种冗余关系,这就使双机系统升级成多机系统,从而达到低系统风险的目的。
以马鞍山供发电厂远动调度调自动化系统为例加以明。
2．1改造前系统及存在的问题
马鞍山发电厂远动调度自动化当地功能系统开发时间较早，于1995年10月投入运行。
老系统在相当长的时期内发挥了重要的作用，满足了当时对于生产调度和计划考核、统计的需求。
然而，随着电力系统考核要求的变化、当地功能系统业务范围的扩大以及硬件平台的升级和网络技术的应用，老系统无论在功能的完整性以及系统安全性等方面都存在着许多问题，难以适应现在的发展需求，不能满足应用和考核的变化。
（1）原系统网络结构比较简单，主要由数据采集部分、数据库服务器、工作站以及网络交换机等构成，数据库服务器采用双网卡，用于连接当地功能内网和MIS网，所有设备都不是冗余结构。
（2）设备故障率很高，有些设备的备品备件已经停产，如通道板、通道箱冗余电源已经购买不到备件，造成故障无法及时排除，给安全生产带来了隐患。
（3）由于近几年调度自动化系统发展迅速，目前的当地功能系统在许多功能上已显得落后，不能胜任现在对生产的实时监控管理,如老系统没有AGC、一次调频统计功能，没有发电考核汇总功能，没有将FFC电量、AVC接进当地功能系统，另外，老系统历史记录查询功能、报表功能也很简单，不能够满足现在生产考核管理的需要。
（4）由于技术等方面的局限性，原系统网络在设计方面存在安全上的隐患，如：
前置系统没有采取冗余的结构，只有1台前置机负责数据采集及数据计算工作，而且，前置系统网络采用的是单网结构，比较薄弱，一旦这台前置机出现故障，数据服务器将接收不到任何实时数据。
（5）原系统的数据库兼容性和开放性功能较弱，数据库格式不是采用通用格式，而是采用开发公司自己定义的格式，所以，一些常用的数据库如ACCESS、SQLSERVER等不能进行调用和二次开发。
（6）老系统的前置机还是使用DOS操作系统，不能实现多任务的需求。
随着技术的不断发展，将有更多的量要接入实时系统，而且参与计算的量也越来越多，DOS操作系统的前置平台显然满足不了要求。
（7）数据库服务器同MIS网络之间使用双网卡相连，服务器同MIS网络客户机之间采用C/S的数据访问结构，但没有有效的防火墙和数据访问机制，数据安全成了一个重大的问题，没有办法阻止从外部管理系统对实时系统的非法侵入，不符合安徽电网二次防护规定的要求。
（8）基于C/S网络结构不易维护，需要浏览当地功能系统的客户机必须安装客户端应用软件，不同于基于IE的WEB浏览方式。
2．2改造后的软硬件平台及主要功能
2.2.1方案选择
针对上述存在的问题，2007年下半年，发电厂启动了远动当地功能系统的改造计划，分别组织了一些专业人员到安徽以及江苏的几家发电厂、生产研发调度自动化系统的公司进行了收资，了解各个公司不同产品的功能、系统构成和用户使用的效果，最终选择了江苏力导公司的产品，并于2008年9月开始进行施工和调试。
2．2.2改造后网络系统结构
改造后网络系统结构见图2-1。
图2-1网络系统结构见
2.2.3网络硬件平台功能
网络硬件平台是整个远动调度自动化当地功能系统中的基础部分，主要包括：
前置系统部分、数据库服务器、WEB服务器、工作站、交换机、专用网络物理隔离装置、GPS时钟设备等，网络平台基于以太网技术构建。
该系统的网络硬件平台从网络结构上由3部分组成：
数据采集和前置处理部分、网络数据库服务器和工作站部分、WEB数据库和客户端部分，部分通过计算机网络互联，传输介质为双绞线或光缆。
（1）数据采集和前置处理系统完成采集通信和数据处理功能。
由主备用的前置服务器、数据传输2台终端服务器（互为冗余）、调制解调器、光电隔离器等主要设备构成，对各种CDT、POLLONG、IEC-870-5-101等规约进行解释和数据予处理，同时，开放系统规约库，可以方便接入新的规约。
主备用的前置服务器选用DELLGX280机型，终端服务器采用MOXA（1:
16口）。
前置系统采用独立的数据采集网和调度主网隔离，前置机上安装2块网卡，采用这种模式可以大大降低主网上的网络流量，减轻网络负担。
（2）网络数据库服务器和工作站系统：
数据库服务器使用DELL专用高挡的2800服务器，该服务器是整个当地功能系统的核心，系统数据库、图形、表格、历史数据、事件记录信息都在服务器上，主要数据处理程序也在服务器上运行，网上其它机器的数据都取自于它。
主要的实时和关系数据库都安装在其中，主要的数据处理程序也在服务器上运行，因此，对服务器的配置要求比较高，才能保证整个网络的数据处理、运行在一个高效的系统之中。
工作站分为值班员和维护两种，维护工作站为远动维护人员对系统进行例行维护，完成数据库、图形、表格等参数的生成和修改。
而值班员工作站其实就是一个监视平台，它可以用各种方式显示实时数据，如：
画面、表格、文件并根据不同的现场情况通过软件设定，用调度员所设的报警方式提醒调度员，可以采用一机多屏的方式，数目根据需要确定。
（3）WEB数据库和客户端部分：
WEB服务器是使用DELL专用高挡的1800服务器，它用来连接调度自动化系统和MIS信息管理系统，WEB服务器上的所有数据和画面都取自数据库服务器，对于发电厂局域网而言，该服务器是一个实时数据的发布中心，系统的远程入口也是通过WEB服务器，在其上要安装关系数据库和防火墙，客户端通过输入IE浏览器相应的IP地址，就能浏览相关的时实数据。
2.2.4系统软件结构
系统软件结构见表1-1。
2.2.5系统软件功能特点
改造后的调度自动化当地功能系统以Windows2000操作系统、关系数据库以及网络管理软件为基础架构平台，在此平台上，又产生了许多应用软件模块。
（1）前置系统软件提供了全图形化的人机交互界面，整个系统运行于Windows2000操作系统；能够处理各种规约；提供了开放的、可以修改的动态规约库；具有在线配置、修改参数的功能；可以向多个
表2-1系统软件结构见
系统
子系统
软件模块
调度自动化当地功能系统
前置机系统软件
数据采集软件
数据处理软件
网络通信及监测软件
数据转发接口软件
双机热备及自动切换
网络数据库服务系统软件
系统主控软件
数据库管理软件
图形处理软件
设备管理软件
网络管理软件
报表系统软件
报警处理软件
远程维护软件
系统维护、调试软件
WEB系统服务软件
实时WEB浏览软件
WEB后台管理软件
其它配套软件
数据单向迁移软件
GPS时钟信号处理软件
地方进行数据转发；与后台机相互独立，以网络的方式进行通信，另外，具有双机、双通道切换功能。
（2）系统主控软件可以处理各种模拟量、状态量和电能脉冲量，以图形、表格、文本的方式进行显示，并保存所要求的信息；可以进行各种计算及统计，如电压合格率、功率总加、周波和各种要求下的电量累计，计算公式可以自己描述；对遥测断路器和刀闸动作能够给出声光报警、语音报警并记录归档，具备事故反演功能；可以对各种采集量及计算量在线修改及打印。
（3）图形软件系统包括图元编辑器、图元管理器、画面编辑器和画面编辑工具等；图元编辑器可以编辑各种基本的图素，如：
变压器、断路器、刀闸等标志；图元管理器和画面编辑器可以对图元进行复制、粘贴、拷贝等管理编辑工作，以便生成各种复杂的电力系统图形，也可以编辑任意的接线图、工况图、曲线、棒图、动态潮流图等。
（4）数据库管理软件提供了一个友好的数据库创建及录入界面，用户通过这个界面可以方便地建立自己系统的数据库，在系统正常运行后仍可以在线修改数据库的内容，不影响系统的实时运行；可以支持SQL语句查询，可以通过系统提供的接口进行访问。
（5）报表系统软件提供了灵活的制表功能，可在线生成、修改各类报表，如日报、月报、年报等，报表可以图、表一体；数据库中的所有数据都可以在报表中显示；支持定时打印和实时打印。
（6）报警处理软件对各种报警作了详尽的处理，报警系统分多个级别，多个类别，采用复合判断，防止漏报和误报；对每条报警信息可用语音加以提示，语音由语音告警引擎自动合成，无须人工录音；提供了告警查询工具，可以进行各种形式的组合查询；所有的告警信息可以保存在服务器的数据库中，一般可以存放5年以上的数据。
（7）系统维护调试软件为用户提供了对系统的管理及维护功能；提供了在线文档和技术资料；还提供了系统管理界面，用户可以完成系统配置、权限管理、程序屏蔽以及桌面定制等各种功能。
（8）设备管理软件将一些设备如：
断路器、刀闸、电容器、变压器、线路等建立相关档案，并和实时系统相关联，便于管理、检修和消缺，使用人员可以在接线图上直接调用设备的运行档案和缺陷记录。
2.2.6应用软件系统功能
（1）主控应用软件界面，图2-2
图2-2主控应用软件界面
（2）实时考核数据监测：
该应用系统分为有功实时显示、无功实时显示、省调返回值实时显示以及机组相关投切显示等，其中：
有功实时显示包括全厂机组的有功实际值、超短期计划、以及AGC有功指令；无功实时显示包括全厂机组的无功实际值、AVC无功指令、机端电压、母线电压、功率因数等；省调返回值实时显示包括机组有无功返回数据、母线电压数据返回、功率因数数据返回等；机组相关投切显示包括机组AGC、AVC以及一次调频投切状态等。
（3）实时图形监测：
该应用系统分为负荷平衡图、电能平衡图以及一次系统潮流图等，其中，负荷平衡图分为110kV系统平衡、220kV系统平衡以及机组主变压器（以下简称主变）系统平衡，通过监测得出系统主变以及110kV和220kV系统的有功损耗实时状况；电能平衡图同样也分为110kV系统不平衡率、220kV系统不平衡率以及机组主变系统不平衡率，通过监测可以知道全日、全月对电网贡献电量或者吸收电量的大小，同时也可以知道通过机组主变的日、月累计电量以及每台机组、每条线路以及厂用变压器（以下简称厂变）的日、月累计电量。
（4）实时电量统计监控：
该应用系统分为对FFC和9532套电能记费装置的监测，主要的功能包括：
每台机组、每班次的计划、实际以及超发电量统计，同时，该应用系统还具有每台机组的日电量累计、月电量累计以及年电量累计和同类机组累计值的实时统计量等功能。
（5）电量统计考核管理：
该应用系统主要是对于电量的一些相关报表，主要有：
FFC有功电能表指示数、FFC无功电能表指示数、FFC和953电量日报、FFC和953综合电量日报、机组分时段电量日报表、机组分时段计划日报表、关口峰腰谷电量统计报表、全厂发电量综合统计报表等。
所有这些不同功能的报表，都具有按日期查询及打印功能，同时还具有数据格式转换功能，为生产运行分析以及管理考核提供了非常方便的手段。
（6）计划考核管理：
该应用系统主要是对一些相关参数数据生成一些相关报表，主要有：
有功曲线考核日报、电压考核日报、全厂电压质量报表、机组分时段运行日志、厂变分时段运行日志、110kV电气运行日志、220kV电气运行日志、机组分时段计划日报等。
（7）运行考核管理：
该应用系统主要有1到5值电量统计月报表、分班次电量统计综合报表、1到5值有功曲线考核月报、1到5值电压统计考核月报、1到5值AGC考核统计月报、1到5值AVC考核统计月报、1到5值一次调频考核统计月报、分班次AGC考核统计报表、分班次AVC考核统计报表、分班次一次调频考核统计报表等。
（8）历史曲线考核管理：
该应用系统主要有机组有功曲线、机组无功曲线、省调返回机组有功曲线、省调返回机组无功曲线、同类机组有功总加曲线、同类机组无功总加曲线、全厂有功总加曲线、全厂无功总加曲线、35kV母线电压曲线、110kV母线电压曲线、220kV母线电压曲线、全厂功率因数曲线、省调返回功率因数曲线、各出线的负荷曲线、周波曲线、各机组机端电压曲线等。
（9）报警提示管理：
该应用系统主要有遥信变位历史查询、遥测越限历史查询、事故变位历史查询以及事件顺序记录查询等，对所有的报警提示都能查询到报警设备的厂站序号、设备名称、动作事件以及动作值，另外，根据需要还能进行语音提示。
（10）系统维护管理：
该应用系统主要有用户权限管理、信息编码管理、数据库管理、考核设置维护管理以及数据设置维护管理等。
（11）客户端WEB应用：
为了使全厂有关部门都能看到本系统的有关画面，采用了WEB服务器，将系统的有关画面以网页的形式发布，在客户端只需安装IE浏览软件，从WEB服务器下载相应的ActiveX和Java插件，无需任何其它的应用软件。
提供浏览的WEB内容主要是：
实时图形画面、实时参数表、各种统计查询、各种报表考核查询、各种历史告警查询。
WEB浏览界面如图2-3。
图2-3WEB浏览界面图
3.电网调度自动化系统的新需求
中国电网将形成跨区域、远距离传输的超/特高压交直流混合输电系统,如何保证该系统的安全稳定运行是一个重大而迫切的研究课题。
具体表现在以下4个方面：
①西电东送、全国联网、电力市场化对电力系统的安全稳定运行和基础研究提出了新的挑战;
②世界上大电力系统相继发生的大面积停电事故已暴露出电力系统安全防御问题的严重患;
③大电网的大面积停电不仅造成巨大经济损失,同时造成严重的社会混乱;④电力系统的安全性已纳入国家的安全防御体系。
从调度自动化监控和分析的角度来看,现代电网是多层次、多尺度、多对象的复杂统一体,对调度自动化系统提出了以下需求:
1）大容量
调度自动化需要从全局的角度来考虑,需要处理海量的信息。
表现在以下4个方面:
①随着电网规模的快速扩充和电网互联的增强,对电网大模型的统一分析越来越成为需要;
②传统EMS中只需要处理一次系统的信息,但未来调度自动化系统需要实现一、二次系统的同步建模、采集与分析;
③传统EMS是电网稳态水平上的监控分析,未来需要扩展到静态、动态、暂态三位一体的信息处理与分析;
④未来调度自动化系统需要综合处理电网、市场和电量信息。
2）高实时性
为了实现闭环控制,高密度采集的相量测量单元（PMU）对高速实时通信提出了更高的要求,对分析和决策软件的实时性要求也更为苛刻。
3）统一性
未来的电力系统需要加强监控和分析的统一性。
在时间尺度上,需要静态、动态、暂态相结合;在空间尺度上,需要各级调度的统一协调;从对象上讲,既要考虑输电网与配电网相结合,又要考虑经济稳定性（电力市场的影响）与物理稳定性的交织作用。
4）综合性
随着电网规模的扩大,电力系统的动态行为更加复杂,掌握系统各种运行动态、实施先进的保护和控制,对确保电力系统的安全稳定运行越来越重要。
作为承担电网静态监测、分析和控制功能的传统EMS已经不能完全满足电网发展和安全运行的要求。
例如,在电力系统受到扰动的动态过程中,特别是发生低频振荡等长周期动态过程时,EMS通常无法做出反应。
因此,需要将功能从传统的监视、分析和控制进一步延伸到广域保护和安全协调防御。
此外,综合性还包括信息的综合和应用的综合。
因此,未来调度自动化系统将不再是EMS,WAMS等具备单一功能的系统,而是综合型平台化的复合大系统。
4.调度自动化系统的发展趋势
为了适应特高压和全国互联大电网的发展需要,新一代调度自动化系统在现有技术的基础上,应具备以下特征:
数字化、集成化、网格化、标准化、智能化和市场化。
数字化的实质就是电力信息化,是未来发展的主流方向;集成化针对的是调度中心内部不同系统之间数据、功能的共享和整合;网格化是为了调度中心之间信息的“需则可知”;标准化包括执行标准和制定新标准;实现调度智能化是调度自动化系统的最终目标;市场化是电力体制改革的必然选择。
4.1 数字化
随着信息化的普及和深入,越来越多的目光投向了数字化变电站和数字化电网的研究开发。
电网的数字化包括信息数字化、通信数字化、决策数字化和管理数字化4个方面。
1）信息数字化:
是指电网信息源的数字化,实现
所有信息（包括测量信息、管理信息、控制信息和市场信息等）从模拟信号到数字信号的转换,以及对所有电网设备（包括一次设备、二次保护及自动装置以及采集、监视、控制及自动化设备）的智能化和数字化。
电网具有很强的时空特性,需要采集、监视和控制设备的二维及三维时变信息。
信息数字化的目标是数据集成、信息共享,主要以数字化变电站为主体。
2）通信数字化:
是指数字化变电站与调度自动化主站或集控中心之间通信的数字化。
畅通、快速、安全的网络环境和实时、准确、有效运行信息的无阻塞传递是数字化电网监控分析决策的重要前提。
3）决策数字化:
电网安全、稳定、经济、优质运行是电网数字化的根本目的,必须具备强大的分析和决策功能,实施经济调度、稳定控制和紧急控制的在线闭环,达到安全、稳定、经济、优质运行的目的。
4）管理数字化:
包括设备生产、运行等大量基础数据在内的各种应用系统的建设,实现从电网规划、勘测、设计、管理、运行、维护等各个环节的全流程的信息化。
调度自动化系统是数字电网的重要组成部分。
自1998年1月戈尔提出数字地球的概念以来,在各个国家和专家学者中引起了强烈反响,掀起了全球数字化浪潮。
2000年,卢强院士提出了数字电力系统的概念[11]。
数字化电网的核心是电力信息化。
电力调度自动化的数字化将会给调度的视角带来新的变化,许多新兴技术,如遥视技术、虚拟现实技术、可视化技术、全球定位系统（GPS）技术、遥感技术、地理信息系统（GIS）技术将会在未来调度自动化系统中得到广泛深入的应用。
数字化的目标是利用电网运行数据采集、处理、通信和信息综合利用的框架建立分区、分层和分类的数字化电网调度体系,实现电网监控分析的数据统一和规范化管理以及信息挖掘和信息增值利用,实现电力信息化和可视化、智能化调度,提高决策效率和电力系统的安全、稳定、经济运行水平。
4.2 集成化
集成化是指要形成互联大电网调度大二次系统,这种系统需要综合利用多角度、多尺度、广域大范围的电网信息以及目前分离的各系统内存在的各种数据。
调度数据集成化就是要实现调度数据的整合,实现数据和应用的标准化,实现相关应用系统的资源整合和数据共享,实现电网调度信息化和管理现代化,从而为实现调度智能化服务。
因此,调度自动化系统应统筹考虑电力调度中心各自动化系统的数据及应用需求,以面向服务的体系结构[12],按照应用和数据集成的理念,构造统一支撑的数据平台和应用服务总线,实现数据整合和应用功能整合,达到数据一致、数据共享、应用功能增值的目的,并为调度自动化的运行和开发提供功能强大、方便易用的集成支撑环境。
采用数据通用集成总线（UIB）和CORBA、企业Java级（EJB）、分布式组件对象模型（DCOM）和WebServices等组件模型构造集成总线[13]。
通过UIB将各种信息有机地整合在一起,如图4-1所示。
图4-1 信息的集成整合
因此,不论是什么应用,都可以很方便地对数据进行各种操作,屏蔽了数据的分布性。
通过UIB将各种应用系统整合在一起,如图4-2所示。
图4-2 应用系统的集成整合
具体说来,支撑平台需要研究面向服务的体系架构、数字化电网建模技术、广义数据集成、信息共享技术、面向主题的数据挖掘与展现技术、大信息量和高速数字实时通信以及实时数据处理技术;从应用的角度需要研究传统应用的集成和增值、交叉型和
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