（电力系统及其自动化专业论文）跨平台的故障恢复系统的移植与优化.pdf

华北电力人学硕十学位论文 摘要 i i l ll l ii l lli l lii i i ii il 17 9 710 0 目前以及未来很长一段时间内，电网调度自动化平台将是w i n d o w s l i n u x u n i x 等多操作系统共存的局面，能够兼容多种操作系统是电网故障恢复系统的必然发展 方向之一。本文采用完全面向对象的跨平台的c + + 图形界面应用程序框架q t ，基于 现有的地区电网智能调度决策支持系统，将其故障恢复功能模块的核心程序由 v c 6 0 移植到q t 中开发，实现了故障恢复功能模块的跨平台的能力，使之能够稳定 运行于w i n d o w s l i n u r d u n i x 等多种操作系统中，并且可以与不同厂家的各种电网调 度自动化平台顺利接口。本文优化了该应用程序的网络拓扑步骤，在电网发生故障 后，开关动作引起网络拓扑结构变化时，不再重新分析整个网络，只做局部网络拓 扑及修正，加快了程序运行速度。 关键词：故障恢复，跨平台，局部网络拓扑，q t a b s t r a c t t h ep o w e rg a dd i s p a t c h i n ga u t o m a t i o np l a t f o r mw i l lb ec o e x i s t i n gw i t hm a n yo p e r a t i n g s y s t e m si nt h ef u t u r e ，f o re x a m p l e , t h ew i n d o w s 、l i n u xa n du n i xo p e r a t i n gs y s t e m o n eo f t h ei n e v i t a b l ed e v e l o p i n gd i r e c t i o n so ft h ep o w e rn e t w o r kf a u l tr e s t o r a t i o ns y s t e mi st h a tt h e s y s t e mi sc o m p a t i b l ew i t hm u l t i p l eo p e r a t i n gs y s t e m s t h et e x ti n t r o d u c e sam e t h o dt h a t d e s i g n st h e s e r v e rs y s t e mw i t ht o t a l l yt a r g e t o r i e n t e dc hf i g u r ei n t e r f a c ea p p l i c a t i o n p r o g r a mw i t hf r a m eq tw h i c hs t e p st h ep l a t f o r m b a s e do nt h ee x i s t i n gr e g i o n a lp o w e rs y s t e m i n t e l l i g e n td i s p a t c h i n gd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，t h ec o r ep r o c e s s e so ft h ef a u l t r e s t o r a t i o n s y s t e mi st r a n s p l a n t e da n do p t i m i z e df r o mv c 6 0t oq ti nt h i sp a p e r , w h i c ha c h i e v e s c r o s s - p l a t f o r mc a p a b i l i 够o ft h ef a u l tr e s t o r a t i o ns y s t e m t h ef a u l tr e s t o r a t i o ns y s t e mc a n b e r u n n i n gi nt h ew i n d o w s 、l i n u x 、u n i xa n dm a n y o t h e ro p e r a t i n gs y s t e m ss t a b l y , a n dc a nb e i n t e r f a c e ds m o o t h l yw i mv a r i e t i e so fp o w e rg r i dd i s p a t c h i n ga u t o m a t i o np l a t f o r m s t h et e x t o p t i m i z e st h ep r o c e d u r eo ft h en e t w o r kt o p o l o g y w h e nt h es w i t c h i n ga c t i o nc a u s e st h e n e t w o r kt o p o l o g yc h a n g i n g , 1 1 0r e a n a l y s i so ft h ee n t i r en e t w o r ks h o u l db ed o n e w ec a no n l y d ol o c a lt h en e t w o r kt o p o l o g ya n da m e n d m e n ti nt h i sm e t h o dt os p e e du p t h er u n n i n g l e ix i a of a n g ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n da u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gd o n gy i n g k e yw o r d s ：f a u l tr e s t o r a t i o n , c r o s s - p l a t f o r m ，l o c a ln e t w o r kt o p o l o g y , q t i i i 1 1 2 ：! 2 4 1 3 本文的主要工作6 第二章跨平台的电网故障恢复系统的设计8 2 1 地区电网智能调度决策支持系统简介8 2 1 1 地区电网智能调度决策支持系统的组成及主要功能8 2 1 2 电网故障恢复系统的基本功能及软件结构。9 2 2 跨平台的电网故障恢复系统的设计l l 2 2 1 跨平台的电网故障恢复系统的结构和功能1 l 2 2 2 跨平台的故障恢复系统核心程序的功能模块简介1 2 2 2 3 与调度自动化平台的接口设计1 6 第三章跨平台的电网故障恢复系统的开发与实现1 7 3 1 跨平台开发工具的选择1 7 3 1 1 跨平台工具q t 与j a v a 的比较1 7 3 1 2q t 在电力系统中的应用现状1 8 3 2q t 应用环境简介1 9 3 2 1q t 的特点1 9 3 2 2q t 的信号与槽机制1 9 3 3 电网故障恢复核心软件移植的开发与研究2 l 3 3 1q t 的安装与配置2 1 3 3 2 软件移植过程中的主要技术问题2 1 3 3 3g u i 界面的移植2 5 第四章跨平台的电网故障恢复系统的改进2 9 4 1 程序各功能模块运行测试2 9 i 华北电力人学硕士学位论文 4 2 接线分析功能函数的简化2 9 4 2 1 简化说明。2 9 4 2 2 合并修改的数据结构3 0 4 2 3 案例测试3 3 4 3 接线分析功能模块的优化。3 3 4 3 1 电网拓扑分析3 3 4 3 2 程序优化实现过程3 4 4 3 3 程序优化新增数据结构3 7 4 3 4 设计流程3 9 第五章跨平台的电网故障恢复系统的测试4 2 5 1 测试电力系统的介绍4 2 5 2 测试结果。4 2 5 3 测试结论4 6 第六章结论4 7 参考文献一4 9 致谢5 2 在学期间发表的学术论文和参加科研情况5 3 华北电力人学硕十学位论文 第一章绪论 1 1 电网故障恢复系统的研究意义 随着社会的发展和科技的进步，电力与人们的同常生活更加密切，人们对电能 的依赖同趋增强，保障电力系统安全稳定运行、提高供电可靠性和电能质量不仅事 关国计，更关乎民生，因此越来越受到人们的重视。 现代电力系统日趋大型化和复杂化从客观上注定了各种供电事故发生的必然 性，尤其是无法完全避免的偶然因素所导致的事故，造成的损失往往十分惨重。2 0 0 8 年1 月，我国南方遭遇了百年不遇的大型雪灾，给我国西南、华中、华南、华东地 区酿成大面积的系统停电事故，给电网造成的严重损失，给国民经济和人民生活造 成极大的影响，就是一个惨痛的例子。日趋复杂的电网一旦发生事故，调度员很难 在短时间内对s c a d a 系统所显示的大量数据进行准确的分析处理、快速确定故障 设备并制定相应的恢复方案。并且，随着厂、网分开后电网运行模式的改变，用户对 电能质量的要求也进一步提高，这样调度员对电网频繁调整的工作量将越来越繁重，调 度员的人工反应速度越来越不能满足电网运行的需要。 因此，电网故障恢复系统的研究开发对电力系统运行的安全性、稳定性和经济 性都具有很重要的意义。 首先，电网故障恢复系统在实时态下自主检测主服务器，从s c a d a 读取数据， 用于辅助电网事故后调度员的调度决策。系统最终形成的故障恢复报告和故障操作 票，不仅为调度员提供了处理故障的思路，而且还给出了具体的故障恢复操作步骤， 调度员根据具体条件对此进行修改和完善，即可给出最终的故障恢复实施步骤。这 样既缩短了调度员处理故障的时间又提高了操作的准确性，减轻了调度员的工作压 力，有利于电网的安全运行。 其次，电网故障恢复系统在研究态下从所建立的某个断面读取数据，用于模拟 事故处理、做事故预想和辅助编制事故预案。由于诸多客观因素的影响，电网事故 的发生不可避免，但是各个单位若能根据系统运行情况不断制定、更新完善事故预 案，对运行检修人员和调度员进行培训，针对各种事故预案进行演练，这样就会提 高他们对事故的应急反应能力，缩短故障处理时间，减少停电损失。 综上所述，对电网故障恢复系统的研究与开发，不仅减轻了调度人员的工作量， 降低了人力资本，更重要的是有效的避免了事故后停电范围的进一步扩大，减少了 电力企业和用户的经济损失，获得了更高的社会经济效益，使得电网运行的安全性、 稳定性和经济性得到大幅度提升。 华北电力人学硕十学位论文 1 2 电网故障恢复系统研究综述 1 2 1 电网故障恢复简介 1 2 1 1 电网故障恢复的定义 关于电网故障恢复的定义【l 】，普遍的认为，电网故障恢复是指电网发生故障后， 在其它程序或功能模块已经进行了故障定位、确定故障设备的基础上所进行的一系 列恢复和处理措施。 本文所设计和实现的电网故障恢复系统，与电网故障诊断、电网故障操作票系 统三者，共同组成电网调度决策支持系统的故障处理部分。其中故障的定位工作由 电网故障诊断模块专门负责，电网故障恢复系统在电网故障诊断模块之后运行。因 此，本文的电网故障恢复是指故障发生后，在电网故障诊断模块已经确定故障设备 的基础上，经过故障隔离、过载处理、孤岛处理等一系列的处理步骤，恢复系统的 正常供电服务，并保证系统的各个元件处于可以长久正常运行状态的过程。 1 2 1 2 配电网和输电网故障恢复策略的差异 配电网和输电网的结构和用途不同，使得二者的故障恢复策略也各自不同。 ( 1 ) 配电网大多是辐射状，包含大量分段开关和少量联络开关，具有闭环结 构、开环运行的特点【2 】。当配电网发生永久性故障引起停电时，开关的动作结果会 自动将配电网分割成带电区、故障停电区和非故障停电区。此时故障恢复的任务就 是隔离故障区，在不对电网的结构作重大改变并能满足约束条件的前提下对网络进 行调整，以带电区域为电源，最大限度地恢复对非故障停电区的供电。制定配电网 故障恢复策略时需要考虑负荷平衡，线路、变压器的容量限制，防止辐射状网络合 环运行等约束条件。 ( 2 ) 输电网包括发电、输电和配电等各个环节，故障恢复需要考虑繁杂的影 响因素和调控环节，与配电网相比难度比较大。当输电网发生故障时，系统可能出 现电网解裂，而故障恢复过程中又有可能涉及各子系统的并列，因此需要在解裂和 并列的过程中监视电网频率，考虑并网冲击电流的大小以及操作后各子系统的稳定 性和震荡情况。对于输电网全网停电或一个区域内的全部停电情况则要采用黑启动 方案。综上所述，鉴于我国当前的电网自动化水平的限制，目前输电网故障恢复策 略的研究非常困难，学术界在这方面深入的研究甚少，能够应用于实际系统的成果 更是少见。 1 2 2 电网故障恢复算法评述 电网发生故障会导致部分负荷失电，形成失电孤岛，并有可能造成一些电力设 华北电力人学硕十学位论文 备的过载现象。故障恢复的目标就是在允许的操作条件和电气约束的前提下，提出 非故障停电区域的恢复方案，尽可能多的恢复失电区域负荷的供电。地区电网故障 恢复是典型的离散、连续混合事件过程，是个复杂的多目标、多约束、多时段的组 合非线性优化问题【3 j ，最终得到的解是一系列开关刀闸的动作组合。近年来常用的 方法大致可分为以下三类： ( 1 ) 故障恢复逻辑规则法是将专家的知识和经验用简单的逻辑推理实现。 ( 2 ) 基于知识系统法是将电力领域一个或多个专家的知识和经验形成知识库， 通过一定的推理和判断机制，模拟人类专家的决策过程，达到与专家具有同等解决 该领域复杂问题的能力，如常用的专家系统。文献 4 的作者搜集了现场所有可能发 生的故障类型以及相应的故障恢复策略，抽象转化为专家系统知识库中的产生式规 则，而故障i j i 电网结构、电气元件状态和故障数据则是专家系统的输入数据。推理 机的功能是根据输入的数据判断并在知识库中找到此类型故障，执行相应的恢复算 法。学习机用来自习新的故障类型和恢复策略，以处理知识库中没有的故障类型。 入机交互界面将专家系统、s c a d a 系统和客户相连。 一 ( 3 ) 数学规划法是将相应的控制方法用数学形式加以描述，通过计算推理得 到最优解，如整数规划法。文献 5 】中，作者提出了以丌关为控制变量的整数规划模 型，采用近似潮流方法校验，缩短计算时间。文献 6 1 1 7 1 在提出配电网故障恢复整数 规划模型的基础上，分别采用了有效梯度求解算法和对偶有效梯度求解算法。文献 【8 】在整数规划的基础上，将故障恢复分解为两个阶段的子问题：重构电网，尽可 能的为停电区域提供电源；重构停电区域，尽可能恢复停电区中的负荷供电。两 个子问题分别由混合整数规划法求解，最后再将故障恢复策略结合，大大减少了计 算时间。 目前求解此问题的主要思路是应用人工智能和数值计算相结合的技术。典型方 法有： ( 1 ) 运用模糊数学原理改善其它人工智能方法的容错性能，进行模糊规划或 模糊评价，确定优选方案。文献【9 的作者求得恢复策略的可能解集，用四个模糊函 数来评价这些可能解，从而获得最优解。文献 1 0 1 运用了模糊推理，将一个多目标 问题转化为单目标和多模糊约束的问题。文献【1 1 】运用模糊p e t r i 网来解决传统p e t d 网的固有缺陷。 ( 2 ) 运用遗传算法，建立评价函数，寻求该评价函数下的最优解。文献 1 2 】 将遗传算法同专家系统相结合，提出了高压配电网的故障恢复方法。文献 1 3 提出 了一种并行遗传算法( p a r a l l e lg e n e t i c ) ，将初始群划分为子群体，对每个子群体执 行常规遗传算法，加快了收敛速度。 ( 3 ) 运用专家系统技术，构建规则库并进行推理。 ( 4 ) 运用启发式搜索方法寻找可能恢复方案，并经数值计算确定可行的或优 3 华北电力人学硕十学位论文 选的恢复方案。文献【1 4 运用二叉树决策法，按照深度优先的搜索策略扩展可行解， 寻求配电网负荷平衡。文献 1 5 1 运用了图论来帮助搜索恢复最优解。文献 1 6 】使用宽 度优先搜索策略，侧重于搜索停电区域周围的联络开关来获得供电路经。文献 1 7 】 采用启发式算法来搜索可能的恢复方案，使用启发式规则和模糊逻辑进行配电网故 障恢复和负荷平衡。文献【18 】提出了一种考虑全网开关状态进行启发式搜索以决定 开关操作序列的故障恢复方法。文献 1 9 】中为减少开关操作数，作者在满足各种操 作约束的情况下，寻找从电源点到负荷点的最短路径进行故障恢复。文献【2 0 1 用决 策树帮助搜索，根据故障后的网络结构，合并论文选定的结点以简化配电网网络， 形成利害数，综合选择权重值最小的树结构为恢复方案。文献 2 1 1 开发了一种考虑 冷负荷启动的逐步故障恢复方法，减少总的恢复时间和负荷停电时间。文献f 2 2 1 为 解决馈线过载问题，将用于降低电网网损的支路交换法与负荷平衡指标结合，提出 一种启发式搜索准则，既能降低网损，又能有效平衡负荷。文献 2 3 1 提出了一种快 速的启发式配电网故障恢复算法。 1 2 3 故障恢复系统应用现状及存在的问题 学术界对故障恢复的研究以往主要集中在低压配电网，大多数文献所阐述的研 究方法都只停留在理论层面，并且只限于对算法的探究，没有真正达到实用化程度 的成型软件，能够实际应用的算法也只限于专家系统，对地区级电网故障恢复的研 究也并不多见。文献 2 4 】采用数据库技术、可视化技术和面向对象p e t r i 网技术，构 建电力系统故障恢复计划生成算法，开发了一个高压配电网的故障恢复软件，实现 了故障恢复系统的图形化，具有一定的实用性。但是，此故障恢复软件只能作为一 个独立的系统离线运行，无法实时启动且不利于现场使用，降低了事故后的辅助决 策作用；只能给出总体恢复方案，无法给出调度员下令时的具体操作内容：采用专 用绘图模型，同时形成数据库，若网架结构发生变化，对图形和数据库需要进行的 维护工作量较大。可见能够真j 下实现故障恢复系统在线应用功能的软件少之又少， 移植性有待改善，功能也有待完善。 本文的研究基于现有的能在线应用的地区电网智能调度决策支持系统，该系统 运行于w i n d o w s 环境下，其故障恢复功能模块采用c + + 语言实现，目前在定西电网 运行良好。 1 2 3 1 电网调度决策支持系统研究综述 电力系统调度的发展经历了经验型调度和分析型调度两个阶段。随着电网互联 化，电网的规模越来越大，迫切需要功能强大且智能化的调度系统来辅助调度人员 完成结构复杂的电网调度任务，从而提高电网运行的安全性、稳定性和经济性。近 年来，电力科研工作者对电网调度决策支持系统的研究取得了一系列研究成果，一 4 华北电力人学硕十学位论文 些技术如信息技术、人工智能技术、数据仓库技术等成功运用于调度决策支持系统 中。 目前，对电网调度决策支持系统的研究主要集中在以下两个方面：对信息的 加工和利用。文献 2 5 】将信息技术应用于电网调度决策支持系统中，提出了只能辅 助决策支持系统的信息集成方案；文献 2 6 】将数据仓库技术应用于地区电网调度决 策支持系统，从历史数据中挖掘有用知识用于辅助决策。人工智能技术的应用。 决策支持系统中应用的智能技术主要有：代理( a g e n t ) 和多代理( m u l t i a g e n t ) 技 术、机器学习、本体论等。其中，代理技术是目前研究的热点，通过代理可以将处 理复杂系统的理论方法、决策理论、信息收集与知识发现技术、电力系统安全稳定 性分析等紧密结合起来，形成一个多代理的人机合作系统，帮助调度员进行系统运 行状态分析与决策。 地区电网调度决策支持系统建立在电网数据采集与分析系统( s c a d a ) 基础上， 在实时态和研究态两种模式下，对电网的运行状态进行分析，帮助调度员了解和掌 握电力系统的运行状态，并提供分析决策，是一种实现分析型电网调度自动化的电 力系统专用软件，保证电网运行的安全性并提高其经济性，实现由经验型调度到分 析型调度的飞跃。 1 2 3 2 故障恢复系统的应用环境 、 现有的故障恢复系统采用了微软公司的面向对象的可视化编程工具v i s u a lc + + 6 0 软件开发，应用于w i n d o w s 环境下。v i s u a lc h6 0 是一个功能强大的基于 w i n d o w s 操作系统的可视化集成开发环境，支持多种目前流行的数据库，它的应用 程序向导可以帮助用户快速建立各种应用程序的基本框架，是较为理想的开发工 具。 故障恢复系统所用全部初始数据都来自于地区电网调度决策支持系统的数据 平台，该数据平台包括静态数据库o r a c l e 和调度决策支持系统平台实时库两部分， 其中用到的大部分数据来自于实时库，实时库在调度决策支持系统平台启动后打 开，并可以作相应的查询。 该故障恢复系统涉及到大量的数据存储和读写，因此采用o r a c l e 作为数据库管 理系统。o r a c l e 数据库具有海量数据管理、保密机制、开发工具及强大的备份、恢 复等功能特点，为我们处理数据提供了很大的方便。同时故障恢复程序运行于两台 客户端的工作站上，而系统数据存储于一主一备两台服务器上，故障恢复程序运行 中每次数据的读取和存储都通过网络远程访问，这也正是o r a c l e 的优点之一。 程序与数据源的连接采用o d b c 形式，简单方便。o d b c ( o p e nd a t a b a s e c o n n e c t i v i t y ) 即开放数据库互连，它建立了一组规范，并提供对数据库访问的标准 a p i ( 应用程序编程接口) 。基于o d b c 的应用程序对数据库的操作不依赖任何 5 华北电力人学硕七学位论文 d b m s ，不论是f o x p r o 、a c c e s s 、m y s q l 还是o r a c l e 数据库，均可用o d b ca p i 进行访问。o d b c 的最大优点是能以统一的方式处理所有的数据库。 1 2 3 3 故障恢复系统存在的问题 现有的基于地区电网调度决策支持系统的电网故障恢复系统实现了在线实时 应用，在兰州以及定西电网均能良好运行，并在现场运行的过程中改进了一些问题， 功能和算法上都得到了完善和优化。 然而，随着电力生产与调度的网络化，再加之w i n d o w s 操作系统存在容易死机 和易受病毒干扰的缺点，针对发供电企业电力调度等重要部门的黑客攻击也时刻威 胁着电网的安全【2 7 1 ，很多核心部门都采用了u n i x 、l i n u x 等高端系统来提高安全性。 目前我国电力自动化系统中各工控机、服务器使用的操作系统从w i n d o w sn t ， w i n d o w s2 0 0 0 到s u ns o l a r i s ，c o m p a qt r u 6 4u n i x ，具有多样化的特点，电力系统 调度自动化软件也不断向多平台延伸。 w i n d o w s 系统方便使用，但是容易受到病毒以及网络黑客攻击；u n i x 系统稳定 可靠，但主机和操作系统成本高；l i n u x 系统继承于u n i x 系统，源代码完全公开【2 3 1 ， 运行成本低，具有高度移植性，并且支持多种硬件平台，近年来在各个领域也得到 了广泛应用。三种平台各有优缺点，谁也替代不了谁，在未来的很长一段时间内， 电网调度自动化将是w i n d o w s 、u n i x 和l i n u x 等多操作系统共存的局面，因此具有 可移植性，能够兼容多种操作系统的跨平台电网故障恢复系统必然是电网调度自动 化的发展方向之一。 本文针对以上问题，成功研究并开发了一个跨平台的电网故障恢复系统，该系 统应用程序采用完全面向对象的跨平台的c + + 图形界面应用程序框架q t 开发，实 现了电网发生故障后对电网所进行的一系列的恢复处理措施所实现的所有功能，同 一编码只需重新编译即可稳定运行在w i n d o w s l i n u x u n i x 等多种操作系统上，具有 更高的安全性、可靠性。应用程序中的数据转换模块使得故障恢复核心程序与数据 平台完全分离，具有了很强的独立性，方便移植于不同厂家的各种调度自动化平台 上。电网故障恢复系统具有了真正的跨平台能力。 1 3 本文的主要工作 本文所做的工作可归纳为以下几点： ( 1 ) 在研究现有的电网故障恢复系统结构和主要功能的基础上，采用q t 作为 开发工具，对该系统的核心程序做了移植丌发。该程序的相同代码在不同平台编译 后即可在该平台稳定运行，使得电网恢复系统具有了跨平台特性。 ( 2 ) 电网故障恢复系统的核心程序移植后，存在数据量大时程序运行速度过 慢的问题，针对此问题本文着重优化了接线分析功能模块。 6 7 统进行测试， s c a d a 及故障信息数据管理层、网络分析层和指挥系统协调层三个部分。 ( 1 ) s c a d a 及故障信息数据管理层：一方面是s c a d a 系统的全部静态数据， 另方面是与故障相关的保护信息和录波器等二次装置动作信息的收集、监视、报 表统计和分析功能系统所提供的故障信息，由变电站继电保护信息管理系统完成， 再通过统一数据平台有机融合之后，为网络分析层提供数据支持。 一一 l e m s 应用软件 一一 l 一j j 指挥 系统 fe e m s ( 扩展1 ：协调 e m s ) 图2 1 电网调度决策支持系统结构图 ( 2 ) 网络分析层：主要完成对电网的分析、计算和优化功能，包括电网实时 稳态分析、智能电网调度操作票、电网故障诊断、电网故障恢复和电网故障操作票 五个部分。具体功能如下：电网处于j 下常状况时，在运行规则的指导下，根据系统 约束条件综合运用算法、模型、知识及全局系统信息，进行优化协调，使得优化决 策具有全局可行性，避免出现优化协调后的孤岛，提高系统运行的安全性和经济性； 紧急状况时，智能地依据系统运行现状诊断出故障类型及所在位置，辅助调度员制 定紧急控制策略，防止事故影响的扩大；故障状况时，结合先验知识，给出故障恢 复策略，辅助调度员完成事故报告( 故障诊断报告、故障恢复报告) 、调度同志及 华北电力人学硕十学位论文 操作票的编写，减轻调度人员的工作压力。 ( 3 ) 指挥系统协调层：是整个决策支持系统的“大脑 ，是其智能性体现所在， 辅助协调网络分析层各部分的调用逻辑及执行顺序，并且在电网状态变化复杂时， 协调各部分合作完成复杂调度任务，使整个系统具有群体智能特性。 地区电网智能调度决策支持系统还包括两个不可或缺的部分，即网络通信部分 和管理维护部分，前者遵循标准的网络传输协议完成网络的连接、管理和数据流的 传输任务，后者主要负责决策支持系统的日常管理、维护任务，保证各级系统的正 常运行。 2 1 2 电网故障恢复系统的基本功能及软件结构 2 1 2 1 电网故障恢复系统的基本功能 智能调度决策支持系统d r 6 0 0 0 是建立在电网数据采集与分析系统( s c a d a ) 基础上，从研究态和实时态两种模式分别对电网的运行状态进行分析，并提供分析 决策，从而实现分析型电网调度自动化的一种电力系统专用软件。d r 6 0 0 0 应用于 掣 d f 8 9 0 2 一体化平台之上，一方面与s c a d a 使用相同的设备参数，实现了两者的无 缝连接，在绘图时自动建模，这样减少了网架结构发生变化时图形和数据库需要进 行的维护的工作量；另一方面接收s c a d a 系统的实时数据，进行拓扑分析和状态 估计；并且可以建立研究态，模拟各种运行方式的电网操作和分析计算，有助于提 高电力系统的稳定性、安全性和经济性。 电网故障恢复系统是d r 6 0 0 0 中故障处理子系统的一个重要组成部分，故障处 理子系统还包括故障诊断和故障操作票系统。基本工作原理是：电网故障后，在故 障诊断部分判断定位故障区域及故障点的基础上，启动故障恢复系统，对电网进行 一系列的恢复和处理措施并对网络做相应的优化调整，通过与调度员的人机互动， 最终给出故障恢复报告和对调度员可行的故障操作票。主要目标是：在故障后尽快 地恢复对失电区域的供电，最佳供电恢复路径往往是在潮流收敛的情况下，选择开 关动作次数最少的路径。 电网故障恢复系统程序可以与故障诊断程序或者电网静态安全分析程序接口 启动，也可以单独手动启动：由故障诊断程序启动时分为实时态和研究态两种模式， 实时态时程序自主检测主服务器，从s c a d a 读取实时数据，可用来辅助事故后的 调度决策，研究态时从系统创建的某研究态的断面读取数据，用于模拟事故处理、 做事故预想和辅助编制事故预案。该系统程序启动后，对故障电网进行的一系列恢 复处理措施所实现具体功能介绍如下： ( 1 ) 如果存在拒动的备自投，可以处理拒动的备自投； ( 2 ) 当故障发生后，首先对故障设备进行电气隔离( 将故障设备转为热备用) ， 9 华北电力大学硕+ 学位论文 在对失电区域恢复供电的处理完毕后，再对故障设备进行物理隔离( 将故障设备转 为冷备用) 。 ( 3 ) 对未停电区域，如有过载的电力设备，提示过载相关信息，并给出相应 的消除过载的方案； ( 4 ) 对于失电孤岛，在全网内搜索所有可行的供电路径，进行潮流校验，给 出对各条路径优劣的评价，并由调度员通过人机交互界面互动，选出晟优供电路径， 形成恢复方案； ( 5 ) 对失电孤岛内的负荷做调整，使得该孤岛在恢复供电以后的负荷均匀， 不会再出现过载设备，提高电网的供电稳定性和安全性； ( 6 ) 调整系统主变及线路的运行方式，使得电网可以处于长期稳定运行的运 行方式下； ( 7 ) 提供最终格式化的故障恢复方案报告及操作票，其中操作票可具体到执 行的每一步开关刀闸的操作步骤； ( 8 ) 将每次故障恢复的恢复报告备份到指定路径中，并在文件名上加时间标 签，以备同后查询； 2 1 2 2 电网故障恢复系统的软件结构 故障恢复系统程序可以由故障诊断程序或者电网静态安全分析程序接口启动， 接口不同，所对应的软件结构也不尽相同，主要区别是由于两者的数据源和所读取 的数据格式不同造成的程序起始部分的数据初始化的不同，数据初始化之后的故障 恢复程序相同。图2 2 和2 3 分别表示了由故障诊断程序和电网静态安全分析程序 接口启动的故障恢复系统程序的主流程。 i o 华北电力人学硕士学位论文 回 从故障诊断获得故障信息，从实 时库和历史库读入系统静态数据 6 习 l一 网络分析，形成系统设备、 由启动界面获得电网静态安全分析结果 开关刀闸和元件连接的逻辑关系 中的故障设备信息 + 各自投拒动处理由故障设备信息在静态安全分析结果中 查询得到动作开关信息 对故障设备进行电气隔离 由故障设备信息在静态安全分析结果中 过载处理 查询得剑动作备自投信息 一 + 孤岛处理 读取静态安全分析启动时截取的系统断 面信息，叠加故障信息，形成故障断面 等值负荷处理 置 网络分析( 下同与故障诊断接口 的故障恢复主流程图) 调整主变或线路的运行方式 动作各自投的供电设备充电 对故障设备进行物理隔离 输出，形成恢复报告 图2 2 与故障诊断接u 的故障 恢复主流程图 图2 3 与静态安全分析程序结合的 故障恢复主流程图 2 2 跨平台的电网故障恢复系统的设计 2 2 1 跨平台的电网故障恢复系统的结构和功能 电网故障恢复系统的基本功能是：电网发生故障后，故障诊断先判断故障元件 并定位，然后再启动电网故障恢复部分，经过故障隔离、孤岛和过载处理，等值负 荷处理并调整主变和线路的运行方式之后，根据故障恢复方案，自动生成调度操作 西 刁胃。 故障恢复系统的组成结构如图2 4 所示：s c a d a 实时数据主要是断路器隔离 华北电力大学硕十学位论文 开关状态和遥测量的实时和历史信息【2 9 】；从数据平台的实时库和历史库读入系统的 静态数据，从故障诊断程序读入故障信息。故障恢复首先调用数据转换程序，将实 时数据与系统静态数据转换为文本数据，故障诊断系统的输出结果也是文本数据， 这些数据构成了恢复程序所需要的内部数据。 该故障恢复系统可以由故障诊断系统直接启动，分为实时态和研究态，实时态 自动检测主服务器，用于辅助事故后的调度决策，研究态时从建立的某个故障断面 读取数据，用于模拟事故处理、做事故预想和辅助编制事故预案。 本文研究的故障恢复程序采用了基于边缘开关刀闸组的故障恢复路径搜索策 略，避免了搜索过程中诸多复杂的匹配，提高了搜索效率和准确性。这种方法不仅 可以搜索到系统内可以为失电孤岛恢复供电的所有恢复路径，而且在程序中的孤岛 处理、过载处理和调整运行方式等功能模块中也多处被使用，方便快捷，可操作性 也很强。 在搜索过程中，本文还对数据结构进行了修改，即在数据表中增加了数据索引， 消除了对各个数据表的重复搜索，进一步加快了搜索速度，从而减少了接线分析的 计算时间。 图2 - 4 电网故障恢复系统结构图 2 2 2 跨平台的故障恢复系统核心程序的功能模块简介 ，傲障恢复、 一、报告，j ，调度操作、 1 、票) 图2 4 中所示的故障恢复核心程序包括的功能模块主要有：网络拓扑、潮流计 算、拒动备自投处理、故障设备电气隔离、带电子系统过载处理、失电孤岛处理、 等值负荷处理、双母线倒母线操作、备自投动作后给失电的设备充电、故障设备物 理隔离、恢复报告及操作票输出等，各个功能模块的运行由故障恢复调度模块统一 协调、调用和管理。 下文对五个主要的功能模块的实现一一阐述，网络拓扑将在本文的第四章详细 1 2 华北电力人学硕十学位论文 介绍。 2 2 2 1 备自投处理 地区电网的故障恢复需要考虑变电站中备自投装置的动作情况，以各自投动作 后的系统断面作为故障断面开始故障恢复。程序由故障诊断结果提供的备自投数据 表( 表2 1 所示) 可得到拒动备自投的编号以及相关设备和开关的信息。在系统静 态参数中查找备自投两端供电设备的带电状态、备自投开关装置以及两供电设备端 开关的状态，从而得出恢复供电的备自投的正常逻辑操作。具体开关、供电设备的 条件与备自投的逻辑操作的对应关系整理如表2 2 所示。 表2 1 各自投数据表 数据类型字段名描述 字符串 s t r l db z t 装置编码i d 字符串 s t r e q u i l供电设备1 字符串 s t r b r e l 电源丌关1 字符串 s t r e q u i 2供电设备2 字符串 s t r b r e 2电源开关2 字符串 s t r m i d b r e 分段开关( 没有时，填n u l l ) 字符串 s t r s t b z t 投入标志( 0 ，退出；1 ，投入) 整型 n u s e b z t 厂站名 整型 n v o l g r a d e 电压等级 整型 n o p e n t i m e 分闸时问 整型 n c l o s e t i m e 合闸时间 华北电力大学硕士学位论文 表2 2 备自投正确逻辑操作表 于二关和设备信息 各自投逻辑操作 电源 电源分段供电供电 开关1开关2开关设备i设备2 厶 分不带电或带电开关1 分( 如果开关l 口 故障是合的) ，分段丌关合 厶 分带电不带电或开关2 分( 如果开关2 口 故障是合的) ，分段开关合 分 厶 不带电或带电开关1 分( 如果开关l口 故障是合的) ，开关2 合 分 厶 带电不带电或开关2 分( 如果开关2口 故障是合的) ，开关l 合 分没有不带电或带电开关1 分( 如果开关l 故障是合的) ，开关2 合 分没有带电不带电或开关2 分( 如果开关2 故障是合的) ，丌关l 合 2 2 2 2 故障设备隔离 故障设备的隔离又分为电气隔离和物理隔离两个功能模块，先进行故障电气隔 离，将与故障相连的所有开关均断开，使得故障设备不再影响系统的运行，为进一 步的故障恢复提供保障。 程序通过故障诊断提供诊断结果，可以找到与故障设备直接相连的元件，这里 要滤去变压器中性点和虚拟刀闸元件，通过该元件寻找与故障设备相连的闭合开关 刀闸组以及与故障设备直接连接的开关、刀闸。首先，对于前者，要继续在其中搜 索只有一个刀闸的情况；然后，拉开直接与故障设备相连的开关，再拉开与故障设 备相连的只有一个刀闸的组合；最后，将故障直接相连的开关置故障标志，0 为正 常，l 为故障，2 为人为故障标志。 故障恢复处理完毕后，程序再调用物理隔离功能模块，此时系统已恢复到正常 运行状态，拉丌与故障设备相连的丌关两侧的刀闸，使得故障设备与整个系统形成 物理隔离。 2 2 2 3 带电子系统过载处理 程序先进行网络拓扑和潮流计算，通过查询潮流线路和潮流变压器数据表，线 路以最大容许电流为基准形成过载任务表，主变以额定容量为基准( 因为现场取不 1 4 华北电力人学硕十学位论文 到主变各侧的电流限值参数) ，形成过载任务数据表，从而确定电网故障引起的带 电子系统中的过载任务。然后调用处理过载任务序列函数，分别对应不同的过载设 备寻找下游母线。 如果是线路过载，则寻找过载任务的所有下游线路，针对每一个下游线路搜索 有功值小于0 的一端取为下游节点。若该节点是母线节点，则将其包含的所有母线 保存为该线路的下游母线；若该节点是虚拟站节点，则找到该节点连接的线路，再 对线路的两端节点类型进行判别；若该节点既不是虚拟站节点又不包含母线，则查 找该节点是否与变压器相连，分双绕组和三绕组两种情况，搜索变压器的其它侧母 线保存为下游母线。 如果是变压器过载，则通过潮流变压器数据表中的有功数据判断出过载变压器 的哪一侧为潮流下游，保存该侧的所连母线为下游母线。 因此，过载任务处理的主要目标就是找出过载设备的下游负荷母线，提供给调 度员参考调整、切除或部分转移负荷，以消除过载现象。 2 2 2 4 失电孤岛处理 ? 失电孤岛处理功能模块是整个故障恢复系统的核心。 首先，形成失电孤岛任务。一方面，通过搜索跳闸开关表，形成存放故障跳闸 开关的对侧元件，即非故障侧元件的数据表，从中获得可能形成的失电孤岛；另， 方面，失电孤岛还可能存在于故障设备电气隔离时断开开关的非故障侧元件所在的 子系统中。若该系统非故障且为无源系统，则可确定为一个孤岛任务。直至所有的 故障跳闸开关和故障电气隔离断开开关搜索完毕，即确定了所有的孤岛任务。 岔 用选择法对所有的孤岛按照电压等级进行排序，优先处理高电压等级的孤岛。 然后，调用孤岛恢复处理序列函数，采用深度和广度优先搜索策略相结合的算 法搜索失电孤岛的供电恢复路径。具体实现步骤如下： ( 1 ) 选择一个孤岛，在确定该孤岛在其它孤岛的恢复过程中未被恢复，仍为 不带电系统的前提下进行下一步处理。 ( 2 ) 通过孤岛中的元件找到对端子系统，确定该元件的节点号和该节点所在 的子系统号，从而获得对端子系统的信息。若该系统为有源系统，则标记为一条恢 复路径；若该系统为无源子系统，则针对该系统继续搜索，直至找到有源子系统， 标记经过的路径为一条恢复路径。在搜索过程中对所有处理过的子系统以及开关刀 闸组做标记，防止重复搜索。 ( 3 ) 搜索完一个孤岛的所有可行的供电恢复路径后，要对每一条供电恢复路 径进行潮流校验，得到两个结果，一是该路径的潮流是否收敛，二是收敛的供电恢 复路径的潮流是否越限；要对所有的供电恢复路径按照收敛的、过载设备少的往前 排的原则进行排序，最终形成某孤岛恢复路径文本文件和孤岛恢复路径评价文本文 1 5 华北电力人学硕士学位论文 件，为人机交互界面提供数据支持。 ( 4 ) 每一个孤岛处理完之后都要更新开关刀闸状态，重新进行网络拓扑，形 成新的网络结构，再进行下一个孤岛的处理。 最后，在上述第3 步形成的两个文本文件的基础上，通过人机交互界面将孤岛 恢复路径以及该路径的评价信息显示给调度人员，供其参考并结合现场情况选择最 优恢复路径。 2 2 3 与调度自动化平台的接口设计 电网故障恢复系统与调度自动化平台的数据接1 3 设计主要包括数据转换程序 及其使用的数据内容两部分。 故障恢复系统的初始数据来源于静态数据库和调度自动化平台的实时库，数据 转换程序从中读取故