（电气工程专业论文）智能调度技术支持系统中多种调度模式兼容性研究.pdf

东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：童壅!日期：兰! 丝竺翌 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电 子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：三睑导师签名：茔乞日期：删7 摘要 摘要 智能电网是国际电力工业的共同选择，国内外都给予了极大的关注。在智能电网环境下， 电网的快速发展要求电网运行更加智能化，因此必须结合科技信息的进步，打造智能化调度 技术支持系统。同时，我国正处在电力体制改革之中，改革的最终目标是建立完善的电力市 场。作为一个能够适应未来的智能调度支持系统，它不仅要满足当前调度模式的要求，还应 该能够面向未来，满足未来电力市场环境下的调度要求。 论文以智能调度支持系统中各种调度模式的兼容性为核心，研究了调度支持系统的总体 构架，提出了面向服务的智能调度技术支持系统整体架构，并以机组组合服务为例，阐述了 基于j 2 e e 技术的面向服务系统的实现技术。 论文研究了“三公”调度、节能发电调度和电力市场三种调度模式，分析了各种调度模 式的特点，比较了各种调度模式下的业务流程、管理方式以及日前调度数学模型。并结合面 向服务的架构，提出四种兼容性问题，讨论了在面向服务架构的各个层次实现智能调度技术 支持系统兼容性的方法。 机组组合模块是调度支持系统的核心模块。论文设计了一种计及网络约束的机组组合算 法，并利用该算法研究不同调度模式对机组组合模块的影响，从而探讨机组组合在不同调度 模式下的兼容性。最后，以i e e e 2 4 节点数据为例，对机组组合问题进行仿真计算，并对结 果进行比较分析，进一步验证了智能调度支持系统兼容性的可行性。 关键词：智能电网：智能调度；面向服务的架构；兼容性；节能发电调度；电力市场；机组 组合 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t s m a r tg a di st h ec o m m o nc h o i c eo ft h ei n t e r n a t i o n a le l e c t r i cp o w e ri n d u s t r y i th a sb e e n g i v e nag r e a td e a lo fc o n c e r nb o t ha th o m ea n da b r o a d u n d e rt h ee n v i r o n m e n to fs m a r tg a d ，t h e r e q u i r e m e n to ft h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h eg a dn e e d sam o r ei n t e l l i g e n to p e r a t i o n s oas m a r t d i s p a t c h i n gs u p p o r ts y s t e ms h o u l db ec o n s t r u c t e dt om e e tt h i sn e e d m e a n w h i l e ，o u rp o w e r i n d u s t r yi sf a c i n gar e f o r m i n g ，w h i c hl e a d st ot h eg o a lo fb u i l d i n gac o n s u m m a t ep o w e rm a r k e t t h u s ，t h es u p p o r ts y s t e ms h o u l dn o to n l ym e e tt h en e e do ft r a d i t i o n a ld i s p a t c h i n gm o d e ，b u ta l s o m e e tt h ed e m a n d so f t h ed i s p a t c h i n gm o d ei nf u t u r e f i r s t l y , a i m i n ga tt h ec o m p a t i b i l i t yo ft h es m a r td i s p a t c h i n gs u p p o r ts y s t e m ，t h es t r u c t u r eo f t h es u p p o r ts y s t e mi ss t u d i e di nt h i sp a p e r b a s e do nt h es e r v i c e - o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，t h e f r a m e w o r ko ft h es m a r td i s p a t c h i n gs u p p o r ts y s t e mi sp r o p o s e d t h e nt h i sp a p e rt a k e st h e u n i t - c o m m i t m e n ts e r v i c ea sa ne x a m p l et os h o wh o wt or e a l i z ei tb yj 2 e et e c h n o l o g y s e c o n d l y t h ed i f f e r e n tk i n d so fd i s p a t c h i n gm o d e si sr e s e a r c h e d ，t h ec h a r a c t e r i s t i co f d i f f e r e n td i s p a t c h i n gm o d e si sa n a l y z e d ，a n db u s i n e s sp r o c e s s e s ，m a n a g e m e n tm o d e sa n dm o d e l s a r ec o m p a r e d a c c o r d i n gt ot h es e r v i c e - o r i e n t e dc o n c e p tf o u rc o m p a t i b i l i t ym e t h o d sa l e p r o p o s e d , a n ds o m et e c h n o l o g i e sa r ea p p l i e dt or e a l i z et h ec o m p a t i b i l i t yb e t w e e nd i f f e r e n t d i s p a t c h i n gm o d e s u n i t - c o m m i t m e n ti st h ec o i em o d u l eo ft h ed i s p a t c h i n gs y s t e m i nt h ep a p e r , a u n i t - c o m m i t m e n ta l g o r i t h mi sd e v e l o p e dt a k i n gi n t oa c c o u n tn e t w o r kc o n s t r a i n t s t h ei m p a c to f d i f f e r e n td i s p a t c h i n gm o d e so nt h ec o m p a t i b i l i t yo ft h eu n i t - c o m m i t m e n ti sd i s c u s s e du s i n gt h i s a l g o r i t h m l a s t l y , t h em e t h o di sa p p l i e dt os o l v et h ei e e e2 4 一b u ss y s t e m t h en u m e r i c a l s i m u l a t i o nr e s u l t sd e m o n s t r a t et h ef e a s i b i l i t yo fc o m p a t i b i l i t yp r o b l e mi nt h es m a r td i s p a t c h i n g s y s t e m k e yw o r d ：s m a r tg r i d ；s m a r td i s p a t c h ；s e r v i c e - o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ；c o m p a t i b i l i t y ； e n e r g y - c o n s e r v a t i o np o w e rg e n e r a t i o nd i s p a t c h ；p o w e rm a r k e t ；u n i tc o m m i t m e n t i i 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目勇乏i i i 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 国内外研究现状3 1 3 本文的主要研究工作3 第二章智能调度技术支持系统的研究5 2 1 智能调度技术支持系统的定义5 2 2 智能调度技术支持系统主要功能布局的研究6 2 3 智能调度技术支持系统的构架7 2 4 智能调度技术支持系统中s o a 的实现1 2 2 5 本章小结l8 第三章多种调度模式下调度支持系统兼容性的研究1 9 3 1 多种调度模式概述。1 9 3 2 多种调度模式的比较2 2 3 3 智能调度技术支持系统中多种调度模式兼容性的研究2 8 3 4 本章小结3 3 第四章多种调度模式下机组组合的比较研究3 4 4 1 计及网络约束的机组组合算法。3 4 4 2 多种调度模式下的机组组合3 8 4 3 算例分析4 l 4 4 本章小结。4 5 第五章结论与展望4 6 6 1 结论一4 6 6 2 展望。4 6 致谢4 7 参考文献4 8 附勇匙a 51 附录b 5 6 攻读硕士期间发表的论文及参与的研究工作6 8 i l l 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 智能电网建设 第一章绪论 电网智能化已经成为当今世界电网发展的一个新趋势。鉴于发展智能电网对于保障能源 安全、提高能源效率、改善能源结构、应对气候变化、提高服务水平的重要作用，许多国家 都将其纳入国家能源战略。但是，由于不同国家的国情不同，电网所处的发展阶段不同，发 展智能电网的方向和侧重点也不同。美国的电网面临着电力设备陈旧老化、二次系统与信息 技术脱节等现状，它的智能电网建设的重点在建立一个集成先进的通信、计算、电子技术的 安全、自愈的电网，满足未来的电力需求。欧洲注重于应对气候变化，为适应可再生电源和 分布式电源发展的要求，实现电源“即插即用”的更友好、更灵活的接入方式，提出智能电 网建设目标重点在分布式能源系统和可再生能源的集成大规模利用。而我国由于地域广阔， 经济资源分布不平衡，大规模的新能源分布在西部，而电力负荷集中在东部沿海地区，电力 能源需要长距离输送，因此，我国智能电网的挑战在于以信息化、数字化、自动化、互动化 的手段保障特高压为骨干的大电网的安全稳定、经济运行【lj 。虽然各自的侧重点各有不同， 但是它们的本质都是通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先 进的决策支持系统技术，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好的目标。 在智能电网环境下，电网将具有更加灵活的网络拓扑结构；信息传输不再是传统电网下 的单向的，开放体系并高度集中的通讯系统使系统的每一部分都能够实现双向通讯：传感遥 控技术使电网能实现更快的远程响应和需求侧响应；先进的系统监控方法能够实现快速的故 障诊断和事故下的快速解决，极大的提高了电网的安全性：大量分布式能源的接入，改变了 系统潮流的方向，使电网朝着更加清洁的方向发展【2 】。智能电网的这些特点也对调度支持系 统提出了更高的要求。 首先，电网规模在日益扩大，它带来了增加经济输电距离，在减少输电损耗、节约线路 走廊占地、节约工程投资等方面的优势。但是，电网安全问题也日趋严重，如果电网结构不 完善，缺少必要的安全措施，一个局部故障如果对其监控、处理不当，也可能带来一系列的 连锁反映，造成大面积停电事故。在这种情况下，调度支持系统的协调分析、决策问题的能 力尤为重要。因此，迫切需要我们全面提升调度支持系统驾驭大电网、进行纵深风险防御、 科学决策管理、灵活高效调控等方面的能力。 其次，随着全球定位系统( g p s ) 、同步相量测量技术、通讯技术等技术的发展与成熟， 调度中心能够更加及时、精确、完整的得到电网信息，数据不足的瓶颈已经基本被打破。数 据源的扩充使得调度人员能够更加细致地了解电网的运行状况，但是海量的电网运行信息也 对调度支持系统带来了巨大的挑战。一个中等规模地区的信息采集量可以达到2 万至l o 万， 而一个大型地调可能面对5 0 1 0 0 万的数据量，一年的数据存储规模将从目前的g b 级转向 t b 级；大量p m u 采集装置的投入使调度支持系统更加精确的获得电网运行状态的同时， 其所需要处理的数据量也将数百倍到上千倍的增加。在这种情况下，传统的调度支持系统在 信息的建模、存储、分析上的不足越来越凸现出来。因此，在智能电网环境下，迫切需要研 究海量存储处理技术，利用海量数据处理技术实现海量信息统一、标准和透明的访问，实现 电网静态、动态、暂态三位一体的信息处理与分析。 东南大学硕士学位论文 第三，随着目前电力系统应用分析软件的大量投入使用，目前的调度方式正在由经验型 调度向分析型调度转变1 3 j 。但是，目前这些软件很多都是离线、被动方式运行的，即使是在 线软件也缺乏对调度决策的主动与智能化支持。随着智能电网建设的进行，电网的规模日益 扩大，调度人员所面对的情况日益复杂，如何智能化地实现对电网的建模、分析、决策和控 制是调度支持系统所要面对的一个重要问题。 综上所述，现有的调度支持系统在智能电网环境下，已经无法满足电网发展的需要；在 驾驭大电网方面，无法满足电网安全、稳定、经济运行的要求；在实现电网信息化和数字化 上，在处理海量的信息上的不足日益显现；难以实现主动和智能化的在线决策支持，满足电 网调度自动化和互动化的要求。调度支持系统的建设是智能电网建设中的重要环节，智能电 网调度技术支持系统则是智能调度研究与建设的核心，它是全面提升调度系统驾驭大电网和 进行资源优化配置的能力、纵深风险防御能力、科学决策管理能力、灵活高效调控能力和公 平友好市场调配能力的技术基础。 1 1 2 我国调度模式转变 2 0 0 2 年国务院出台“5 号文件”确定了电力市场化的改革方向，即实施厂网分开，重组 发电和电网企业；实行竞价上网，建立电力市场运行监管体系，初步建立竞争、开放的电力 市场，实行新的电价机制。在电力市场建立和发展过程中，新事物、新问题和新矛盾层出不 穷，电网调度机构作为电力市场的中枢也需要不断的调整调度模式，适应并促进市场的健康 发展。 当前，我国已经基本实现厂网分开，形成了五大发电集团和其它独立的发电企业。有市 场必然有竞争，有竞争就要有适应竞争的环境。在市场形成的初期，为了保证市场秩序和良 好的竞争环境，“三公”调度随之出现。通过“三公”调度，解决了电网企业与发电企业之 间的矛盾，发电企业之间的矛盾，电网企业经营成本回收和电网建设之间的矛盾，促进了我 国电力市场的发展。 随着经济社会的发展，资源环境问题日益成为人们所关心的重要问题。根据我国“十一 五规划”的要求，到2 0 1 0 年中国的能源使用效率将在2 0 0 5 年基础上提高2 0 。按照原先 的“三公”调度的办法已经无法满足节能环保的需要，为此，国务院办公厅发布了节能发 电调度办法( 试行) ，从调度环节来促进发电企业进行节能减排。办法提出按照节能、环保、 经济的原则，优先调度风能、太阳能、海洋能、水能、生物质能、核能等清洁能源，按照能 耗和污染物排放水平，由低到高依次调度化石类资源，最大限度地减少能源、资源和污染物 的排放，促进电力系统高效清洁的运行。同时，国网公司先期选择部分电网( 江苏、河南、 广东、四川、贵州) 作为节能发电调度的试点，并逐步在全国推行。 我国电力改革的最终目标是建立完善的电力市场机制，通过市场手段引导市场参与的成 员进行有序的竞争，无论是“三公”调度还是节能发电调度，都是在实施电力市场条件还不 成熟的特殊阶段下规范市场行为的一种措施。在不同调度模式下，调度的目标、采用的手段 和最终结果都存在差异，这对调度技术支持系统的兼容性也提出了更高的要求。调度技术支 持系统在各种调度模式下的兼容性是一个调度技术支持系统生命力的体现。因此，一个完善 的智能调度技术支持系统应该不仅能满足当前“三公”调度与节能发电调度的要求，同时也 应该适应未来电力市场的调度模式的要求。 2 第一章绪论 1 2 国内外研究现状 对调度支持系统的研究迄今为止已经有5 0 年左右的历史，其目的都是使用计算机辅助 调度人员实现电网的安全、经济和可靠运行。在1 9 6 5 年美国东北部大停电以后，调度支持 系统的建设开始引起研究人员的重视，并由此产生了能量管理系统( e m s ) 4 1 。e m s 可以 看作是智能调度技术支持系统的初级阶段。e m s 从产生开始就一直随着电力系统自动化技 术和计算机技术的不断发展而发展。在2 0 世纪7 0 年代，随着控制论和系统工程思想的发展， 调度支持系统融入了计算机为基础的现代控制理论。到了上世纪8 0 年代，随着p c 技术和 网络技术的发展，越来越多的变电站安装了s c a d a 系统，这极大的促进了调度支持系统的 发展。上个世纪9 0 年代，随着电力市场的发展，调度支持系统逐渐融入了经济理论【5 】。随 着电力市场化的推进，电力系统的结构日趋复杂，电力系统的运行状态日趋苛刻，这也推动 了自动型调度支持系统的出现。1 9 9 7 年o y l i a c c o 提出建立自动型调度系统( a o ，a u t o m a t i c o p e r a t o r ) 的构想。他在文献 6 】中提出将动态分析、自动学习、操作员仿真调度培训在内的 多个软件整合于一体，同时采用模式识别和决策树的方法不间断的训练集，以实现将a o 训 练成为一个有经验的调度员。文献 7 】中提出了分布式多智能体的决策控制系统的概念，并 建立了自愈电网的框架，在对电网薄弱性分析的基础上把调度、规划、市场交易整合在一起。 文献 8 】中指出分布式、智能化、标准化是未来调度系统的发展方向。 电网的数字化、信息化和智能化一直是我国电网建设的发展方向，因此，智能调度技术 支持系统一直得到各方面的关注。2 0 0 7 年国家电网公司发布了数字化电网关键技术研究 框架，促进智能调度技术支持系统方面的研究，我国的智能调度技术支持系统取得的很大 的发展。文献【9 】中提出了数字电力系统( d p s ，d i g i t a lp o w e rs y s t e m ) 的概念，描绘了信息 技术全面应用于电力系统的美好前景。文献【1 0 】进一步提出现代能量控制中心的概念，论证 了通过信息化、智能化和自动化方面的变革使控制中心由单一注重安全发展为安全与经济并 重、由全局集中控制发展到分层分布控制、由离线分析计算到在线实时计算、由开环控制发 展到闭环控制、由在线稳态分析和控制发展到在线暂态分析和控制的高级控制中心。文献【1 1 】 中作者指出我国调度支持系统数字化、集成化、网格化、标准化、市场化、智能化的发展趋 势。文献 1 2 】剖析了智能调度的内涵、特征、体系架构，对智能调度领域已有的技术实践 进行了总结与思考，对我国智能调度领域未来的技术需求进行了展望。以上这些系统虽然叫 法各异，但其本质都与智能调度技术支持系统相同：建立以计算机为主导的分析系统，以更 加智能化的手段，促进电力系统安全经济运行。随着对智能调度技术支持系统研究的不断深 入，我国的智能调度技术支持系统的建设也硕果斐然。我国全部省网公司、地区级电力调度 机构均配置了电网调度自动化系统，引入电能计费系统和广域测量系统：变电站实现了计算 机监控和无人、少人值守；地理信息系统( g i s ) 已经开始用于输电、变电和配电管理等业务； 以提高信息化水平和生产效率为目标的生产运营管理信息系统在电网生产管理业务方面发 挥了重要作用；以提高经济效益、优质服务为中心的电力客户服务系统直接提供了高效快捷 的客户服务；电力负荷管理、电力营销管理等现代化的管理手段得到广泛应用。 1 3 本文的主要研究工作 对调度支持系统相关技术的研究一直是电力系统研究的热门方向，并且产生了许多的成 果。本文主要针对“三公”调度、节能发电调度和电力市场几种不同调度模式，以日前调度 为核心，研究调度技术支持系统的兼容性。具体包括以下内容： ( 1 ) 分析了智能电网大环境下，调度支持系统的现状与问题，研究调度支持系统的历 3 东南大学硕士学位论文 程与发展趋势，明确建设智能调度技术支持系统的目的与意义。 ( 2 ) 剖析了智能调度技术支持系统的内涵，讨论了智能调度技术支持系统的体系构架， 确立了面向未来、符合发展趋势的s o a 架构。研究了智能调度技术支持系统的应用布局， 将其分为实时监控类、调度计划类、调度管理类三大类，三类之间通过服务总线相互联络交 换数据，保证业务支持的合理性和系统运行的安全性。以机组组合模块为例深入研究了在智 能调度技术支持系统中s o a 架构的实现过程。 。 ( 3 ) 论文研究了“三公”调度、节能发电调度和电力市场三种调度模式，分析了各种模 式下的业务流程、管理方式及日前调度数学模型，比较了各种调度模式的特点。在此基础上， 将智能调度支持系统中的系统的兼容性分为四种情况：相互之间完全兼容、表现层兼容、业 务流程兼容和服务层兼容，并以日前调度中的相关应用为例，研究了兼容性的实现技术。 ( 4 ) 日前发电计划是调度支持系统的主要功能之一，本文提出计及网络约束的机组组合 算法，并对多种调度模式的机组组合进行比较，通过i e e e 2 4 节点算例，探讨了机组组合服 务在不同成本曲线表示形式下的兼容性问题。 ( 5 ) 对本文工作进行阶段性总结，并提出进一步工作的思路和方向。 第二章智能调度技术支持系统的研究 第二章智能调度技术支持系统的研究 2 1 智能调度技术支持系统的定义 对于智能调度技术支持系统的定义，由于不同研究人员研究的侧重点不同，他们的理解 也各不相同，概括起来主要两种：狭义的智能调度技术支持系统与广义的智能调度技术支持 系统。一种看法认为智能调度技术支持系统是指使用人工智能的手段，实现辅助调度人员值 班的辅助决策功能【1 2 j ；另一种认为智能调度技术支持系统是采用数字化、信息化、智能化 的手段，服务于坚强的智能电网【1 3 1 。下面将对两种看法分别说明： 2 1 1 狭义的智能调度技术支持系统 如何实现让机器能模拟人类的思维过程做出正确的决策，一直是科研工作者的研究目 标。人工智能的先驱一一图灵就曾对“智能机器”作了以下的定义1 1 4 j ：将一台机器和一个 人分别安排在两个同样的房子里，提问者在另外一间不同的房子中，并且事先不知道哪间房 子中是人，哪间房子中是机器。当提问者提出问题时，房间里的机器和人分别做回答，如果 提问者不能分辨出哪个是人的回答，哪个是机器的回答，我们就认为机器具有了和人一样的 智能。同样，智能调度技术支持系统的最终目标也是具有人类一样的职能，对电力系统的运 行状态做出正确的判断，为调度运行人员提供全面的、智能化的决策支持，辅助调度人员完 成日益复杂的调度任务。 电力系统是一个复杂而庞大的系统，在系统中有些问题十分复杂，无法通过建立精确的 数学模型来求解，同时，由于对系统的了解不够精细，许多问题具有模糊性，无法用精确的 数学形式加以描述。因此，仅依靠传统的数学方法无法实现对电力系统的分析与决策。与传 统方法相比，人工智能的方法采用基于知识的求解策略，弥补了单纯依靠数学方法的不足， 在面对电力系统的复杂问题中表现出很大的优势。 从2 0 世纪8 0 年代以来，人工智能被引入电力系统的相关研究领域并取得了良好的效果。 它在电力系统中的典型应用包括：在电力系统各个方面应用最为广泛的专家系统；用于负荷 预测【1 5 l 、故障诊吲16 1 、智能控制【1 7 】、优化计算等方面的人工神经网络；用于负荷预测【19 1 、 故障诊吲2 0 】等方面的模糊集理论；用于优化规划【2 1 1 、无功优化【2 2 】等领域的模拟进化优化算 法。这些人工智能方法在电力系统中的应用提高了调度支持系统应对复杂多变的电力系统状 况的决策能力，使调度支持系统表现出一定的智能行为，可以自主运行、自主分析和决策， 调度决策支持系统中的各种软件应该能够在感知电力系统状态的基础上，实现自主运行，并 且可以通过彼此协作共同制定调度决策方案，主动为调度人员提供决策支持。因此，我们可 以对智能调度技术支持系统做如下定义：无论系统包含那些具体功能，采用何种实现方法， 只要使系统能够模仿调度员的各种决策能力，就可以称其为智能调度决策支持系统i l2 1 。 2 1 2 广义的智能调度技术支持系统 与狭义的智能调度技术支持系统不同，广义的智能调度技术支持系统涵盖了调度中心全 专业的智能化，通过智能化的手段服务于坚强智能电网【”】。智能调度是智能电网建设的重 要环节，智能调度技术支持系统则是智能调度研究与建立的核心【2 3 1 。在智能电网环境下， 5 东南大学硕士学位论文 新一代的调度支持系统需要能满足电网安全稳定运行的要求，提高驾驭大电网的能力；全面 实现掌握电网运行的静态、暂态、动态信息，进行电网静态、动态安全稳定问题的在线全局 分析，实现全局在线安全预警和辅助决策；多维、及时、准确地掌握整个电网的实时动态， 构建完整、一致、准确、及时、可靠的基础数据，满足在线应用的要求；构建能提供全景、 全息、多维度信息的信息平台，彻底解决信息孤岛问题；实现电网调度运行可视化、智能化 决策，为电网的安全稳定、经济优质运行提供坚强的技术支撑。 随着我国特高压电网建设的进行，智能电网研究的逐渐深入，电力系统对调度支持系统 智能化、数字化和信息化的要求也越来越高，智能调度技术支持系统正是基于这种背景提出 的。就其本质而言，智能调度技术支持系统并非一个全新的概念，在智能电网出现之前，智 能调度技术支持系统的雏形就已经出现。2 0 0 7 年，国家电网公司发布了数字化电网关键 技术研究框架，并由此产生了数字化调度技术支持系统的概念。智能调度技术支持系统可 以看作是数字化调度技术支持系统的延续。 从自动化技术支持实现的角度看，智能调度技术支持系统需要具备自学习程度高、自动 化程度高、感知能力强、告警与预警能力强、抗风险能力强、运行经济性好、精细化程度高、 流程化程度高等特征。从电网的应用实现效果上说，智能调度技术支持系统监视电网是敏锐 的，感知电网是前瞻的，控制电网是自愈的，调整电网是优质的，运行电网是经济的 1 3 3 。 2 2 智能调度技术支持系统主要功能布局的研究 在智能电网条件下，智能调度技术支持系统需要对调度中心的监视、分析、控制、管理 等方面的需求提供支持，实现面向调度生产业务的集成的。在这个系统中，各专业之间、各 个专业内部都需要交换大量数据，同时各个专业的实时性和业务需求不同。因此，按照电网 调度的核心业务和生产需求，智能调度支持系统可以分为三大类功能：调度实时监控类功能， 调度计划类功能，调度管理类功能。 2 2 1 实时监视控制类 实时监视控制类功能实现对电力系统稳态运行状况的监视、分析和控制以及稳态、动态、 继电保护和安全自动装置等实时信息的综合利用，还包括实时调度计划功能，将调度计划由 短期扩展到实时，进一步提高电网运行的经济性。为保证电网的安全稳定经济运行提供更加 全面和完善的监视、分析、控制手段和工具，实时监视控制应用功能组成包括： ( 1 ) 实时监视控制：实现对电力系统稳态和动态运行状况的监视，使电网调度人员能及 时、准确和全面地掌握电网的实际运行状况。提供全面和完善的监视控制手段和工具，保证 电网安全稳定经济运行。它包括实时数据采集和控制( s c a d a ) 、广域向量测量、继电保护 装置和安全自动装置在线监视管理、自动发电控制( a g c ) 、自动电压控制( a v c ) 以及其它 监视分析功能。 ( 2 ) 网络安全分析：利用电力系统实时或计划信息对电网进行分析和决策，提高系统运 行的安全性，并使决策能做到安全性与经济性的统一。它主要包括：网络拓扑分析、状态估 计、调度员潮流、静态安全分析、可输电能力、安全约束调度、最优潮流、短路电流分析、 灵敏度分析、网损计算和统计、在线外网等值等。 ( 3 ) e g 网稳定预警：在线监视和分析电网运行的安全隐患，挖掘电网输送潜力，进一步 提高电网运行控制决策的科学性、预见性，更加合理地安排和优化电网运行方式，提高电网 的安全稳定水平。它主要包括静态安全综合预警、动态稳定分析预警、调度辅助决策、稳定 6 第二章智能调度技术支持系统的研究 裕度评估、电网稳定控制。 ( 4 ) 实时调度计划：将调度计划从短期扩展到实时，与超短期负荷预测结合，综合考虑 电网安全约束和机组运行约束，在线计算电力实时平衡。 ( 5 ) 新能源的电网调度控制：对新能源和分布式能源的数据采集和监视，研究其特性的 电网频率、联络线功率、电压无功的控制技术，保证新能源和分布式能源出现后电力系统的 安全、稳定、优质和经济运行。 ( 6 ) 安全防御系统：为电网的安全可靠运行提供保障。它包括：安全稳定的实时监视与 预警、预想事故下安全稳定的评估与预警、在线预防控制与辅助决策、超短期安全稳定态势 预测与辅助决策、电力交易计划安全稳定评估、恢复控制在线决策和极端灾害安全防御系统 建设等。 2 2 2 调度计划类功能 调度计划类功能全面综合考虑电力系统的经济性和电网的安全性，将经济调度与静态和 动态安全校核有机结合，实现电网运行经济与安全性的协调统一，实现资源优化配置和电网 安全运行的有机结合。调度计划类功能组成包括： ( 1 ) 制定调度计划：根据短期负荷预测、综合考虑电网安全约束和机组组合运行约束、 制定短期发电计划，并对调度计划进行动态、静态安全校核和阻塞管理，实现与辅助计划的 协调优化。 ( 2 ) 制定检修计划：以一定的目标安排计划周期内每一时段的机组和设备检修或停机安 排。根据选择的设备对象自动生成相应的检修内容。对检修计划进行静态安全分析，分析和 计算机组和电网设备检修对电网安全的影响。 ( 3 ) 调度员培训模拟：模拟电力系统的静态和动态响应以及控制中心环境，为运行和调 度人员提供与实际系统完全相同的运行环境，用来训练调度员进行正常操作和处理事故的能 力。 ( 4 ) 电能量计量：对电能考核点的电能量数据的自动采集、存储、处理和上网电量、受 电量、供电量、网损自动统计，并用于调度计划和交易计划的电费结算。 ( 5 ) 水调自动化：实现水电厂的数据采集和处理、流域水情监视、水库运行监视、发电 调度、洪水调度、中长期水文预报、水情历史资料的统计分析等功能。 2 2 3 调度管理类功能 调度管理类功能是调度中心对外提供各类功能和数据服务的窗口，提高调度中心的信息 化水平，为辅助决策提供依据。调度管理类的组成包括： ( 1 ) 调度管理：调度管理是调度中心对外提供各类功能和数据的窗口。它主要是数据采 集、校验、加工、储存、组织、展示、分析等数据全过程的管理。 ( 2 ) 环境信息接入：主要接受包括气象、雷电等环境信息以及火电机组煤耗在线监测、 热电机组在线监测等功能。 2 3 智能调度技术支持系统的构架 在调度技术支持系统中，需要通过一定的体系架构将这些功能整合在一起，使其实现信 息规划布局的共享与整合。调度支持系统从诞生迄今，它的体系结构经过了三次转变，它们 7 东南大学硕士学位论文 分别是：集中式的体系架构，分布式的体系架构和开放式的体系架构【2 4 】。在调度支持系统 发展的初期，由于硬件条件和网络的限制，调度支持系统采用集中式的体系架构来减少硬件 方面的投入。随着微机技术和网络技术的进步，计算机和网络逐渐普及，调度支持系统将不 同的任务交给不同的处理机执行，分布式结构日渐雏形。采用分布式的结构大大的降低了主 机的负担，同时也提高了系统的可靠性和计算速度。随着调度自动化程度的不断提高，分布 式体系结构系统之间耦合紧密，软件重用难的缺点日渐暴露。由此，调度支持系统的体系架 构开始向开放式的体系架构发展。 开放式的架构是利用各种信息技术将业务流程、应用软件、硬件和各种标准联合起来， 在两个或更多的企业内部应用系统或企业间的应用系统之间实现无缝集成，使它们像一个整 体一样进行业务处理和信息共享的过程。它具有系统组成灵活，软件之间相互独立，硬件层 次上具有开放性，严格遵守工业标准的特点 2 5 1 ，充分适应了调度支持系统应用软件发展的 需要。当前开放式的架构主要有三种解决方案：点对点的集成，基于消息中间件的集成和面 向服务的集成( s o a ) 。其中，点对点的集成方案虽然具有开发周期短，技术难度低的优势， 但是它的基础构架比较脆弱，接口程序缺少灵活性，实际应用比较狭窄。而基于消息中间件 的方案也存在无法直接交换共享数据，在实施过程中会涉及到使用各个程序私有集成适配器 而导致较高的费用和连接性，也限制了它的应用范围。s o a 系统不仅能保持原有系统的数 据安全性和逻辑安全性，还能实现系统之间的松耦合，方便系统的重组优化，可以随着企业 业务的变化而逐渐变化，能实现“柔性化”的软件系统，有利于智能调度技术支持系统打破 应用间的壁垒，满足调度中心各专业应用功能整合、资源共享的需要。下面将对s o a 系统 做详细叙述。 2 3 1 面向服务的体系架构 面向服务的体系构架( s o a ) 是一种组件模型，它以服务为基础，并将服务包装成各种 松散耦合且具有良好的接口和契约的组件。由于这些组件的接口是采用中立的方式进行定义 的，因此，它们独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。通过直接调用这些组件， 就能有效的控制系统中与软件代理交互的人为依赖性，使构建在各种系统上的服务能够以统 一和通用的方式进行交互。 s o a 系统由服务使用者、服务提供者和服务注册中一c , , - - - 个角色，以及服务发布、服务 发现和服务绑定三个操作组成。各个角色之间松耦合，它们之间的交互也是通过一种广泛接 受的标准协议来实现的【2 6 | 。 第二章智能调度技术支持系统的研究 者的请求。它将自己的服务和接口契约发布到服务注册中心，以便服务使用者可以发现和访 问该服务。 ( 2 ) 服务使用者：服务使用者是一个应用程序、一个软件模块或需要一个服务的另一 个服务。它发起对注册中心中的服务的查询，通过传输绑定服务，并且执行服务功能。服务 使用者根据接口契约来执行服务。 ( 3 ) 服务注册中心：服务注册中心是服务发现的支持者。它包含一个可用服务的存储 库，并允许感兴趣的服务使用者查找服务提供者接口。 面向服务的体系结构中的每个组件都扮演着服务提供者、使用者和注册中心这三种角色 中的某一种( 或多种) 。它们之间通过发布、查找和绑定操作实现组件之间的相互耦合。组件 和组件之间的相互访问是通过接口实现的，因此，s o a 是一种不受限于具体技术的体系结 构。从广义上讲，它可以独立于编程语言被w e b 服务、r m i 、c o m 、c o r b a 等任意一种 具体技术实现，但是，从严格意义上讲，只能由符合协议中立的技术去实现。 s o a 系统上述的这些特点使得它与其它的架构相比有了以下的优势： ( 1 ) 编码灵活。s o a 采用模块化的低层服务和采用不同组合方式创建的高层服务。服 务之间的接口是规范而不是实现。这使得服务的实现不局限与任意一种语言，只要是其接口 符合协议的，就能被其它服务重用。 ( 2 ) 易于维护。s o a 是以流程为中心的体系架构，组件是它的组成单元。流程的信息 通过接口在组件之间相互传递。应用程序就像黑匣子，它们之间是松散耦合的。只要保证流 程的正确，即使系统出现问题时，也只需要替换其中的一个或几个组件，而不需要对整个系 统进行维护。 ( 3 ) 具有良好的伸缩性。由于服务使用者是通过接口访问服务提供者的，不涉及被访 问者内部的数据结构，服务内部细节和组成服务的组件之间传送的数据复杂性对外界都是隐 藏的。这些匿名性保证未来对应用进行扩展时，新的服务只需要知道服务提供者的名称和接 口就可以方便的调用该服务而不必考虑原有系统的操作系统、编程语言和硬件环境。 ( 4 ) 加快的开发速度，减少开发成本。随着业务需求的发展和新的需求的引入，通过 采用s o a 框架和服务库，为现有的和新的应用程序增强和创建新的服务的成本大大地减少 了。总之，s o a 系统最大的特点就是“敏捷性”，它可以随着服务的变化而变化。当其中的 某些服务发生变化时，开发人员不需要对整个系统修改，只需要替换其中的几个组件就可以 轻松实现。随着智能电网建设的进行，需求是不断“变化”的，这就需要智能调度技术支持 系统能够适应这些变化的需求，可扩展性是衡量调度支持系统的一个重要指标。因此，将 s o a 的设计理念融入到智能调度技术支持系统的设计中就能充分满足系统资源共享、软件 整合、功能扩展等方面的需求。 2 3 2 智能调度技术支持系统与s o a 的融合 在面向服务的架构中，企业服务总线( e s b ) 横跨各个服务。e s b 的存在方便了s o a 进行服务扩充。服务使用者不必关心服务提供者的地址，也不关心其传输协议，只需要根据 接口把请求发送个e s b ，然后e s b 就通过中介把信息格式化再路由到服务提供者。服务提 供者收到e s b 发送过来的请求后，调用服务并返回给e s b 调用结果，e s b 再把结果信息通 过中介格式化后返回给服务使用者。e s b 的存在简化了服务提供者和服务使用者，为s o a 提供与企业需要保持一致的基础架构，从而提供合适的服务级别可管理性以及异构环境的操 作。 9 东南大学硕士学位论文 图2 2 企业服务总线( e s b ) 智能调度技术支持系统是一个涵盖了调度中心全专业的智能化的调度支持系统。各专业 之间、各个专业内部都需要交换大量的数据，同时各个专业应用的实时性和业务需求不同。 通过智能调度支持系统的企业服务总线调度应用服务总线( d s b ) 【z 7 】横跨整个智能调度 技术支持系统，负责实时监视控制类、调度计划类、调度管理类三大类应用的功能集成，满 足电网各项实时和准实时的业务要求。 通过调度应用服务总线能够将智能调度支持系统各个专业的服务进行整合，在这种体系 构架下，各应用功能之间的信息可以根据需要自由的定制、畅通的交互。调度应用服务总线 能够充分利用调度中心的现有资源，将不同核心技术构建的“信息孤岛”联结起来，并灵活 接入未来业务，最终将各个应用系统的整体优势发挥出来。但是，由于智能调度技术支持系 统中的实时监视控制类对数据传输的速度有远比其它类高的多的要求。如果与调度计划类和 调度管理类共用调度应用服务总线，就有可能会导致数据传输阻塞的问题。 为了保证电网实时监视控制类对服务总线安全、稳定、高速可靠的要求，在电网实时调 度监控类内设立系统高速总线，为其提供软件支撑与服务，同时保证其内部的数据交换服务 畅通无阻。 实时数据采集与监视静态安全综合预警 自动发电控制动态安全稳定分析预警实时调度计划 自动电压控制稳定裕度评估辅助服务 智能调度辅组决策调度辅助决策 实时监视控制电网稳定预警 实时调度计划 0： 防 火 系统高速总线 倍