（计算机应用技术专业论文）输电线路实时监测与动态增容的研究与实现.pdf

华北电力火学硕+ 学位论文 摘要 目前，运行电网大都采用单一环境温度决定输电线路的输送容量，与实际运行 中的温度没有挂钩，造成线路输电能力的浪费。根据实时监测的线路运行状态信息 和气象信息，可以在不突破现有技术规程、保证运行安全性的前提下，计算、分析 输电线路的输送容量，通过实时监测和验证分析，提高线路在一定气象条件下的传 输容量，从而达到动态调整线路负载，最大限度地发挥输电线路输送能力的目的。 本文对供电日趋紧张的现状进行了分析，设计了动态增容的数学模型，提出了验证 动态载流量有效性的方法，对输电线路实时监测与动态增容系统进行了需求分析， 完成了系统模块的详细设计，研究开发了一套基于e j b 组件技术的w e b 应用系统。 在系统研发过程中，对输电线路实时监测及动态增容技术等做了深入的研究。 关键词：实时监测，载流量，增容，e j b a b s t r a c t a tp r e s e n t m o s tp o w e rg r i d ss e tt h et r a n s m i s s i o nc a p a c i t yo fl i n e sb yt h es i n g l e a m b i e n tt e m p e r a t u r e ，w h i c hd o e sn o tr e f l e c ta c t u a lo p e r a t i o nt e m p e r a t u r ea n dc a u s e s t r a n s m i s s i o nc a p a c i t yw a s t eo ft h ei i n e s a c c o r d i n g l y u n d e rt h ep r e c o n d i t i o no f m a i n t a i n i n gt h ee x i s t i n gt e c h n i e a lr e g u l a t i o n sa n de n s u r i n gs a f co p e r a t i o n , t h i sp a p e rp u t s f o r w a r dat e c h n i c a ls t r a t e g y b a s e do nt h er e a l t i m em o n i t o r e di n f o r m a t i o n t h i ss t r a t e g yc a n e n h a n c et h et r a n s m i s s i o nc a p a c i t yi nc e r t a i nm e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o n sb yc a l c u l a t i n ga n d a n a l y z i n gb a s e do nt h er e a l t i m em o n i t o ra n dv e r i f i c a t i o ni no r d e rt oa d j u s td y n a m i c a l l yt h e t h e r m a ls t a b i l i t yl o a do ft r a n s m i s s i o nl i n e sa n dt om a k eg r e a tu s eo ft h em o s to ft h e i r t r a n s m i s s i o nc a p a c i t y t i l i sp a p e ri n t r o d u c e sas y s t e mb a s e d0 1 1t h ea n a l y s i so ft h e i n c r e a s i n g l yf i g h tp o w e rs u p p l y , a n dd e s i g n sad y n a m i cc a p a c i t y - i n c r e a s em a t h e m a t i c a lm o d e l ， a n dp u t sf o r w a r dt h em e t h o do fv e r i f y i n gd y n a m i ct r a n s m i s s i o nc a p a c i t y m o r e o v e r , w e a n a l y z et h er e q u i r e m e n to fr e a l t i m em o n i t o r i n ga n dd y n a m i cc a p a c i t y - i n c r e a s es y s t e r n ，a n d m e nw ed e s i g nt h es y s t e mm o d u l e f i n a l l y , w er e s e a r c ho na n dd e v e l o paw 曲a p p l i c a t i o n s y s t e mb a s e do ne j bc o m p o n e n t w ea l s or e s e a r c hd e e p l yo nt h er e a l - t i m em o n i t o r i n g t e c h n o l o g ya n dd y n a m i cc a p a c i t y - i n c r e a s et e c h n o l o g yo ft r a n s m i s s i o nl i n e sd u r i n gt h e d e v e l o p m e n to fs y s t e m x i a ol i ( c o m p u t e r a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f w uk e h e k e yw o r d s ：r e a l t i m em o n i t o r i n g ，t r a n s m i s s i o nc a p a c i t y ，c a p a c i t y i n c r e a s e ， e j b 华北电力大学硕十学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i 第一章引言。1 1 1 论文的研究背景和意义1 1 2 输电线路的动态增容1 1 3 国内外研究现状2 1 4 论文内容及章节安排3 第二章输电线路实时监测与动态增容的技术研究。5 2 1 输电线路的实时监测5 2 1 1 实时监测系统的体系结构5 2 1 2 实时监测系统的分类6 2 1 3 实时监测的稳定性和可靠性7 2 1 4 实时监管系统的功能与结构8 2 2 输电线路动态增容技术9 2 3 其它相关技术l l 2 3 1j 2 e e 架构技术。l l 2 3 2e j b 组件技术l2 2 4 本章小结1 3 第三章输电线路动态增容的理论分析1 4 3 1 动态增容数学模型的研究14 3 1 1 载流量的计算1 4 3 1 2 导线温度的计算。l6 3 1 3 动态载流量有效性的验证1 6 3 2 各因素对载流量的影响1 6 3 2 1 各国载流量计算的边界条件1 6 3 2 2 各因素对载流量的影响。1 7 3 3 载流量计算公式分析1 9 3 4 本章小结2 0 第四章输电线路实时监测与动态增容系统的设计开发2 1 4 1 输电线路实时监测与动态增容系统需求分析2 l 4 1 1 实时数据展示模块需求2 l 4 1 2 计算分析模块需求2 1 华北电力人学硕十学位论文 4 1 3 系统整体目标要求2 l 4 2 系统设计。2 2 4 2 1 系统业务流程2 2 4 2 2 系统模块设计2 3 4 2 3 系统数据库设计2 5 4 3 监测信息的采集过程2 9 4 4 实时计算模块的实现3 2 4 5 系统实现一3 3 4 5 1 表现层组件化的实现3 3 4 5 2 业务层组件化的实现3 5 4 5 3 应用部署3 9 4 6 本章小结4 0 第五章输电线路实时监测与动态增容应用实例4 l 5 1 系统登陆界面4 1 5 2 系统主操作界面4 l 5 3 动态增容实时计算4 2 5 4 线路实时状态分析一4 2 5 4 1 线路基本信息4 2 5 4 2 监测信息4 3 5 4 3 载流量对比曲线4 4 5 4 4 导线当前温度展示4 5 5 4 5 温度对比曲线4 5 5 5 增容预测。4 6 5 5 1 模拟预测分析4 6 5 5 2 导线温度分析4 7 5 6 报警管理4 7 5 7 线路台帐管理4 8 5 7 1 导线参数管理4 8 5 7 2 线路信息管理4 9 第六章总结与展望5 0 6 1 总结5 0 6 2 展望5l 参考文献。5 2 致 射5 4 在学期间发表的学术论文和参加科研情况。5 5 h 华北电力大学硕十学位论文 1 1 论文的研究背景和意义 第一章引言 随着社会经济的快速发展，用电需求量加大，拉闸限电的现象在一些地区时有 发生，特别是在农村尤为突出。然而，电力建设又受到各种因素的制约，如周期较 长、资金和新建线路规划走廊有限以及因此而相伴的环境问题等【1 1 ，例如，高压线 路对周围环境的影响很大，如由此而带来的电磁场的干扰、电磁污染、对生态平衡 的破坏等等。从可持续性发展和环境保护角度出发，为了解决对输电容量需求的持 续增长与建设新线路困难的矛盾，应将更多的注意力从电网的扩张转移到挖掘现有 网络的潜力上，提高输电网的输送能力。目前，各运营中的电网绝大多数是按全年 环境温度单一值、各地区统一标准进行的计算，在调度运行部门，线路输送容量是 根据线路型号、基准单一温度规定的，基本上与线路实际运行温度没有挂钩，造成 线路输送能力的浪费，特别是在用电紧张的状态下更为突出。 输电线路的实时监测与动态增容，就是利用监测技术、计算机技术以及网络通 信技术，通过对线路导线温度的在线监测以及输电线路穿越微气象环境的在线监 测，并综合采集数据的计算分析与验证，为输电线路增容提供重要的动态数据以及 科学依据。基于j 2 e e 架构的e j b ( e n t e r p r i s ej a v ab e a n ) 技术，定义了一个用于开发 基于组件的企业多重应用程序的标准。为搭建具有可伸缩性、灵活性、易维护性的 企业应用系统提供了良好的机制。因此，开发基于e j b 组件技术的输电线路实时监 测与动态增容系统符合现实的需要，成为必然趋势。 本课题从生产实践出发，利用输电线路在线监测技术，动态增容技术，e j b 组 件技术等，在不突破现行技术规程规定( 导线温度限额) 的前提下，通过在线监测装 置，对导线运行状态( 导线温度、电流等) 和气象条件( 环境温度、日照、风速等) 进行 实时监测；计算出在目前导线温度和气象条件下，输电线路尚有多少潜在的输送容 量，并结合计算导线温度和计算载流量与实测电流和导线温度进行对比验证，给系 统安全分析实时系统提供依据，也给电网调度运行人员提供在线调度运行指导数 据，及时对输电线路的载流量进行调整，最大限度地发挥输电线路的输送能力。因 此，具有重要的现实意义。 1 2 输电线路的动态增容 载流量就是指输电线路的输送容量。线路的载流量取决于导线的类型、导线温 度和环境参数( 如环境温度、风速等) 。线路的额定载流量，是在选定的特定气象条 i 华北电力大学硕士学位论文 件( 如环境温度4 0 0 c ，风速0 5 m s ，太阳辐射功率1 0 0 0w m 2 ) 和导线最高允许运行 温度( 7 0 - 9 0 0 c ) 下计算的线路载流量。导线的额定载流量是固定的，所以也称为线 路的静态载流量。不同的导线类型根据不同的参数如截面积，电阻，交直流电阻比 等有不同的额定电流。例如l g j 4 0 0 3 5 钢芯铝线的额定电流是8 5 0 a ( 安培) 。 线路的额定载流量【2 】是选定在最恶劣的气象条件下设定的，动态增容就是根据 实际运行中气象条件的有利因素( 如环境温度较低、风速较高等) ，在导线最高允许 温度限定范围内和对线路运行安全没有大影响的情况下，适当提高线路的载流量， 达到动态增容的目的。 1 3 国内外研究现状 动态增容技术首先是由国外的一些研究机构提出的。美国电科院( e p r i ) 开发的 线路动态热容量监测系统( d t c r ) 是将实时负荷数据与气象资料结合起来，计算线路 动态负荷，此系统可允许设备负荷短时超出额定负荷而不会带来危险。与以前所用 的保守静态负荷不同，它通过分析某一线路的真正传热限制，不仅能使系统操作员 在用电高峰时抓住时机提高线路的输电能力，还可避免出现意外情况时不必要减负 荷操作。美国s r p ( s a l tr i v e rp r o j e c t ) 公司目前在2 条重要输电线路上使用d t c r 技 术，使线路负荷短时超出它们的固定容量。美国e p r i 的线路动态热容量监测系统 ( d t c r ) 包括1 个计算模块，内含e p r i 开发的各种类型输电设备( 如架空线路、变压 器、地下电缆等) 的热模型。该模块考虑了实时气象条件、其它环境参数( 如土壤参 数等) 、设备温度参数及电气负载等因素【3 1 。 国内对d t c r 的研究也越来越多，例如：上海交通大学，华东电力试验研究院 等等。但基本上，只是限于在理论上进行了论述，并是对外国研究的总结。相继也 有少数相关产品问世，但对于输电线路实时监测与动态增容的报导仍然比较少见。 一方面是由于各种在线监测设备的实施成本比较高，硬件开发周期比较长；另一方 面，了解线路的基本信息和安置在输电线路杆塔之上的监测设备的详细信息，需要 供电公司相关部门的配合，而且对动态增容技术研究的大多是科研部门和相关院 校，理论与实践的结合还需要一个循序渐进的过程。再有，就是如何更好地实现动 态增容技术在输电线路上的应用需要进行不断的研究。最后需要有一套具有良好的 分析与展示功能的软件与硬件设备配合，将采集数据安全，准确地进行传输、解析、 计算分析、存储，运用多种直观、先进的展示方式，将分析处理后的数据展示出来。 正是由于上述原因的存在，输电线路动态增容的相关软件才没有被广泛的推广和应 用。 在e j b 方面，以s u n 公司为代表的j a v a 研究人员一直处在技术和实践的最前 线，e j b 的逐步发展，促使更多的公司更深入的研究e j b 。国内在e j b 方面虽然有 2 华北电力大学硕士学位论文 所发展，但与国外相比显得薄弱，一方面是因为技术的脱节，另一方面缺乏尝试新 技术的勇气。随着人们对e j b 技术的逐步掌握和对设计模式的进一步研究，相信会 有更多更实用的e j b 模式被研究出来，并应用于软件开发中。 1 4 论文内容及章节安排 根据目前情况，本论文研究开发了一套输电线路实时监测与动态增容系统。该 系统由前端微气象信息实时采集设备与后台数据分析展示软件两部分组成，形成一 套集数据采集，传输，存储，计算分析，展示等几个主要步骤于一体的完整体系。 论文主要完成了以下几部分工作： 1 从系统整体架构入手，确定系统采用b s 模式的三层j 2 e e 架构。利用e j b 组件技术，将系统定位于一个平台独立的、可移植的、多用户的、安全的和基于标 准的企业级平台，从而简化企业应用的开发、管理和部署。同时研究如何将e j b 的 优点融入到动态增容监测系统的构建中，以提高系统的性能，满足当前及今后一定 时期内的需要。 2 研究了输电线路在线监测技术，包括原始数据的采集，数据压缩传输，数据 解析，及数据存储等几个主要过程，以便准确、稳定地发送和接收实时监测信息， 为输电线路载流量的计算和分析提供可靠的依据。 ， 3 深入研究输电线路实时监测与动态增容系统的数学模型以及数学模型的优化 和应用等，数学模型是整个系统的核心，依据数学模型，通过对采集数据和线路状 态，线路参数的实时计算，从而为线路增容提供科学的依据。 4 系统地分析输电线路实时监测与动态增容系统，对其功能需求进行深入的了 解，利用e j b 组件技术实现系统的核心业务逻辑层，通过对业务逻辑层的调用( 远 程调用或本地调用) 实现动态增容监测系统的各项功能。通过中间件技术将业务逻 辑与底层数据分离，实现业务流程的松耦合和直联调用，从而增强系统的可伸缩性、 可维护性、可扩展性。系统对数据进一步加工整理，开发出后台分析程序，对采集 数据进行分析和深度挖掘，总结出数据隐含规律，更大地提炼出数据的深层价值。 5 研究数据的展示方式及相关技术。系统通过表格、图形、曲线等多种形式， 采用定时刷新机制，对线路运行状态、监测数据进行实时显示。 本文围绕输电线路实时监测与动态增容系统的研究与实现，分析面向对象的数 据结构设计，深入研究输电线路实时监测和动态增容等相关技术。根据电力系统现 有需求，对输电线路实时监测与动态增容系统进行功能设计和数据库设计，最后结 合实际完整的实现了输电线路实时监测与动态增容系统。本文的其他章节安排如 下： 第二章输电线路实时监测与动态增容的技术研究。首先研究了输电线路实时监 华北电力大学硕士学位论文 测与动态增容技术，并对相关系统架结构进行了描述，然后讲述了开发输电线路实 时监测与动态增容系统所用到的相关技术。 第三章输电线路动态增容的理论分析。主要对动态增容数学模型进行了研究， 根据我国国标中的相关规定，对影响输电线路载流量的各因素进行了分析，并通过 现场数据验证了数学模型实际运用的可行性。 第四章输电线路实时监测与动态增容系统的设计开发。首先介绍了用户对输电 线路实时监测与动态增容系统提出的需求，并针对用户需求，对整个系统的业务流 程，系统模块和数据库进行了详细设计。在需求分析和系统设计的基础上，利用相 关技术，实现了实时数据的采集，重点描述了微气象监测数据的采集、传输、解析、 存储以及后台实时计算分析和业务系统的实现，完整的介绍了整个系统的设计开发 过程。 第五章输电线路实时监测与动态增容应用实例。展示系统实现的功能，给出系 统运行的界面。 第六章总结与展望。总结了本文完成的主要工作，对进一步工作进行了展望。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章输电线路实时监测与动态增容的技术研究 输电线路实时监测与动态增容系统是输电线路实时监管系统的一个子系统，通 过对输电线路的实时监测，进行计算分析，从而达到动态增容的目的。因此，输电 线路动态增容的实现，是实时监测技术发展的必然结果，下面对输电线路实时监测 与动态增容的相关技术进行逐步的讲解与分析。 2 1 输电线路的实时监测 在数字化输电线路体系中，输电线路在线监测系统是重要的一个环节。通过安 装于线路设备的各种监测装置，实时采集线路设备的状态参数并发送到监控中心， 才能从监控中心了解线路的运行状况以及在此基础上做出的正确决策。 2 1 1 实时监测系统的体系结构 线路实时监测系统由软硬件组合而成，主要包括监测设备、通信网络、监控中 心服务器、线路监测与分析软件等。如下图2 1 所示。 杆塔( 倾斜、防盗) 导线( 覆冰、温度、 舞动、振动、张力) 壅亟亚 i 气象( 温度、湿度、 i 风速、风向、日照强 度) 其他线路监测信息 图2 - i 实时监测总体框图 监测设备包括监测装置和监测基站。监测装置是指安装在导线、地线、绝缘子、 杆塔等上的其于各种原理的数据采集装置，并通过信道将数据传送到系统上一级设 备( 监测基站或监控中心服务器) 。监测基站即指数据集中器，是指收集各数据采 集单元的数据，并进行现场存储、处理，通过通信网络向监控中心服务器发送数据， 也可以向监测设备转发指令，以控制数据采集装置的运行状态和运行参数。 所谓的通讯网络，目前主要指g s m g p r s 网络，随着g s m g p r s 数字业务的 出现以及工业级的g s m g p r s 通讯模块的应用，才使得不必自建通讯网络就能实现 一个监测网络的构建。因为输电线路的特殊性( 野外环境、铺设距离长) ，在没有 墨1 一l 一 一n 一 一备一 备一 一设一一设一 一测一 一测一 亨圃 华北电力人学硕士学位论文 可靠无线网络的情况下实现实时监测是不可能的。借助于电信部门布设的公共通信 网络及数字业务，为电网监测网络的低成本构建提供了条件。 同样，远程无线通讯技术的进步必将影响实时监测技术的发展方向，随着3 g 技术的应用，无线通讯带宽的增加使得流畅的视频传输成为可能。而未来更先进的 通讯技术将会提升实时监测技术的应用水平【3 】。 经通讯网络和数据处理系统最终将实时采集的数据存储在监控中心的服务器 上，线路监测与分析软件将线路运行实时数据进行展示和分析，及时给出预报警信 息，从而有效防止各类事故的发生。 2 1 2 实时监测系统的分类 由于实时监测数据来自于不同的在线监测装置，可以根据来源对在线监测数据 进行分类。通过对来自不同在线监测系统的数据构成、应用领域以及研究意义的分 析，制定数据采集、分析、存储策略。目前常见的在线监测系统包括但不局限于以 下几类： ( 1 ) 微气象在线监测系统 系统监测输电线路穿越的微气象环境参数，包括温度、湿度、风速、风向等数 据。在线监测数据可以为其他分析应用提供重要的基础数据。如输电线路微风振动、 舞动、覆冰、风偏、污闪等故障现象，大多是受当地恶劣气象环境影响所致。我国 地域广大，由气象台提供的对某个地区的定时定点监测记录并不能完全准确地反映 特定输电线路走廊的微气象条件。准确掌握微气象环境状况对输电线路故障判断、 预防及研究具有重要意义【4 】。 ( 2 ) 杆塔倾斜在线监测系统 杆塔倾斜监测数据包括杆塔横向、纵向倾斜角度，偏移量等。针对各类形态的 地下采空区，引起地面沉降、断裂等一系列地质灾害，对电力线路造成的极大危害。 由于采空区地形变化的突然性和随机性，输电线路定期巡视在时间安排上有一定期 限，在这些区域安装杆塔倾斜监测设备是掌握设备状态的重要手段之一，是常规检 测的有效补充，并可互为验证。 ( 3 ) 导线覆冰在线监测系统 导线覆冰在线监测数据包括覆冰厚度，导线应力，杆塔受力信息等。导线覆冰 常引起输电线路杆塔倒塌、导线断线和绝缘子闪络等重大事故，不仅造成重大经济 损失，还给电网的安全运行带来严重危害。通过对导线覆冰的在线监测，可以有效 减少和避免事故的发生。 ( 4 ) 盐密在线监测系统 盐密监测数据包括绝缘子污秽程度( 盐密) 、温度、湿度等。绝缘子表面的污 6 l i 华北电力大学硕士学位论文 秽度反应了输电线路的基本绝缘状况，通过对盐密数据的在线监测，可以及时发现 问题，指导输电线路进行清扫。 ( 5 ) 雷电定位在线监测系统 采集雷电发生的时间、地点、幅值、极性、回击次数等数据。雷电定位监测为 防雷保护工作提供大量实用数据，并为快速查找输电线路的雷击故障点提供方便。 同时，也为电网今后建设提供雷电活动的参考数据。 2 1 3 实时监测的稳定性和可靠性 前方监测设备采集数据的稳定性和准确性是实时监测系统稳定运行的前提，也 是实时监测系统正常运行的基本保障，由于工作电源、传感器、通信等原因存在运 行稳定性、可靠性等方面问题。我们就以下几个方面进行探讨【4 】。 ( 1 ) 电路设计 监测设备为了能够在高低温、强磁场下稳定运行，需要采取一些措施，在硬件 方面，需要采用工业级甚至军品级的元器件，需要针对各输入输出接口，采取防雷、 防渗、防干扰等措施的保护电路设计，此外，各传感器和主电子线路分置于独立的 屏蔽盒中，系统采用屏蔽盒内多层隔离的方法，防止大信号串入烧坏核心电路。在 软件方面，微处理器软件除设置有常用的看门狗外，还应设置有大量的错误陷阱及 标志，一旦程序出现任何问题，系统都能采取复位、自动纠错等方式自行维护，保 证软件常年正常运行。另外，对于一些重要数据和标志，系统还采用多重备份的方 式对其进行保护。 ( 2 ) 工作电源 现场在线监测装置往往安装在高压杆塔上，对输电设备状态信息和环境参数进 行长年二十四小时不问断监测，能源问题成为系统功能实现和可靠运行的关键。现 场监测分机应在综合应用各种先进的超低功耗设计方案的基础上，塔上监测主机采 用超低功耗微处理器及其他低功耗器件，降低整机工作电流。杆塔监测单元可采用 以太阳能电池对硅能蓄电池进行浮充的供电方式，并采用微处理器对电池特性进行 实时检测，严格按照蓄电池充放电特性曲线进行充放电控制。系统同时采用系统休 眠、待机及定时开机的工作方式，使系统整机即使在无阳光情况下也可连续运行4 5 天以上，以确保其常年运行。对于测量导线温度、导线舞动、振动监测的单元则需 要采取导线抽能、太阳能加蓄电池、电池等方式供电。 ( 3 ) 传感器技术 先进的传感器是实现预测性维修的重要手段，也是一个长盛不衰的研究热点。 因为故障诊断技术的发展首先取决于能否获取尽可能多的有用信息，这是数据处理 和诊断决策的基础。一些原来用于军事方面的传感技术已有一部分移植到电气设备 7 -oi-i 华北电力大学硕士学位论文 的状态监测上来，如光纤传感器等。目前研究重点就是发展集成化、陈列化、智能 化的传感器和压敏、热敏及气敏等敏感元器件产品。除传感器本身的问题外，需要 研究的还包括传感器的放置问题，在很多情况下，传感器的位置不同可能会造成不 同的测量结果。 ( 4 ) 通信技术 随着通信技术的发展，实现远距离监测成为可能。杆塔上的监测装置通过 g s m g p r s 模块进行采集数据的传输。通过优化天线设计、对通信单元和采样单元 进行时间和空间隔离、整机多层屏蔽等方式保证数据采集和通信的正常运行。对于 没有移动信号的地区可采用无线接力方式将信号传递到有移动信号杆塔，再通过 g s m g p r s 网络远距离传输。或采用卫星通信的方式，但其功耗大，价格高。 ( 5 ) 现场维护 在线监测的传感器及前置放大器等辅助器件，在长时间复杂而恶劣环境中运行 后，电子器件因老化而使相应特性及灵敏度发生变化，光敏、气敏等传感件敏感性 降低、机构部件不灵等，都会使检测的数据发生偏差，需要定期重新设置标定、检 修或更新。 2 1 4 实时监管系统的功能与结构 电网专业应用系统实时监测是将电网各专业应用系统的运行状态实时数据、历 史数据、专业应用系统( 设备) 的基础数据，进行规约化处理和标准化存储，并根 据专业应用和业务的关联性关系，建立数据间的关联关系和数据展示形式。 由于建立在实时监测基础之上的各专业实时监测系统并不能满足电网信息化 的需要，因而输电线路实时监管系统的出现成为一种历史的必然。输电线路实时监 管系统是将线路作为设备对象，运用设备管理的模型和技术措施对线路运行进行管 理，从而确保线路的安全经济运行。 输电线路实时监管系统是将对线路运行状态监控的数据，包括：线路台帐数据、 线路运行数据、线路地理环境数据、线路穿越环境微气象数据、雷电定位数据、线 路塔杆监测数据、线路污秽监测数据等，进行数据集成和综合处理，运行线路管理 和故障判定的知识模型，为线路维护提供决策支持。输电线路实时监管系统功能结 构图如图2 2 所示。 8 l | i 华北电力大学硕士学位论文 决策支持平台( 实时监测与动态增容系统) 线路运行状态信息展示平台 输电线路数据采集平台 微气象监 测系统 盐密监测 系统 雷电监测 系统 导线测温 系统 s c a d a 调度 系统 其他电网 业务系统 图2 - 2 实时监管系统功能结构图 从上图中可以看出，整个线路运行实时监控管理系统由三部分构成。输电线路 数据采集平台包括实时监测数据的采集，和其他电网业务系统信息的导入，如设备 台帐数据等等。对微气象、盐密、雷电、导线温度等实时监测信息进行采集，对不 同类型的数据进行规约化处理和标准化存储，存储到电网业务数据集成中心的相应 数据库中。 线路运行状态信息展示平台根据线路数据挖掘与分析平台，进行业务功能的展 示，同时通过面向电力系统的专业输电g i s 为整个系统提供信息展示服务，将地理 信息，电力设备基础信息以及设备实时信息等形式进行图形展示。为系统提供方便 直观的综合系统展示。 线路决策支持平台通过运用线路管理和故障判定的知识模型，进行面向主题应 用的数据分析，通过专家库软件对线路状况进行评估，通过电网相关数学模型对线 路状态进行计算和预测，从而为电网的维护和检修提供决策支持，是整个系统的业 务核心。 2 2 输电线路动态增容技术 我国规程规定，计算导体允许载流量时，对于钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线， 导线允许温度可采用7 0 0 c ( 大跨越可采用9 0 0 c ) ，环境气温应采用最高气温月的最 高平均气温( 4 0 0 c ) ，风速应采用0 5 m s ( 大跨越可采用0 6 m s ) ，日照强度应采用 1 0 0 0 w m 2 。但运行经验表明，这种极限值是保守地基于最恶劣的气象条件下为维持 线路对地的安全距离而得出的【5 l 【6 】【7 】。实际上，绝大多数情况下允许输送容量超出一 些并不会造成设备故障和系统损坏。因此，在现有线路设计的技术要求下，在不影 响线路运行安全和线路使用寿命的情况下，输电线路有很大的增容空间，但要保障 线路在增容的情况下安全运行，就必须实时掌握线路状态运行的相关参数( 导线温 度、环境温度、风速以及日照强度等) ，根据线路运行情况进行及时调控，确保线 9 华北电力大学硕士学位论文 路运行安全。 动态监测增容技术就是在输电线路上安装在线监测装置，对导线状态( 导线温 度、张力、弧垂等) 和气象条件( 环境温度、日照、风速等) 进行监测，在不突破 现行技术规程规定的前提下，根据数学模型计算出导线的最大允许载流量，充分利 用线路客观存在的隐性容量，提高输电线路的输送容量。动态监测增容技术在不突 破现行技术规程规定的条件下，可保证系统稳定和设备安全运行，因此有很强的实 用性。 在理论研究【8 】和实际应用积累的基础上，我们对动态增容系统的总体架构进行 了设计，并在实践中逐步进行了完善，如图2 3 所示。 图2 3 动态增容系统架构图 输电线路动态增容系统建立在实时监测系统基础之上，通过传感器对各种数据 进行实时采集，如导线状态数据和气象数据等，也可以利用相应的实时监测系统如 微气象监测系统、导线测温系统、s c a d a 调度系统等现有实时监测系统对所需数 据进行实时获取，存储在动态增容数据库中，通过实时计算程序对实时数据和线路 参数进行计算，并把计算结果如导线最大载流量、隐藏载流量，当前载流量，当前 导线温度等实时存储在数据库中，供实时监测与分析程序进行分析和预测，从而在 确保线路运行安全的前提下，最大限度的提高线路的输送容量。 从上述系统构成中可以看出，实时计算程序是一项承上启下的环节，其准确性 将直接关系到在保证输电线路安全可靠的运行条件下能否最大限度地提高线路的 输送容量。因此，数学模型是动态增容的关键。 目前，导线载流量的计算公式有很多，我国现行规程规定导线载流量计算采用 英国摩尔根公式，导线载流量i 与环境温度t 、风速v 、日照强度j 、导线允许温度 t m a x 及导线本身的特性k ( 多个) 有关，可表为： i = f ( f ，y ，i s ，t 训，la x ，k )( 2 1 ) 根据不同的导线状态监测手段，需相应建立不同的数学模型。 1 0 l ， f l 华北电力大学硕士学位论文 2 3 其它相关技术 2 3 1j 2 e e 架构技术 ( 1 ) j 2 e e 介绍 j 2 e e 平台规范是一个由s u n 公司定义的用于简化分布式企业级应用开发与部 署的基于组件的模式。它提供了一个多层次的分布式应用模型和一系列开发技术规 范。多层次分布式应用模型是根据功能把应用逻辑分成多个层次，每个层次支持相 应的服务器和组件，组件在分布式服务器的组件容器中运行( 如s e r v l c t 组件在 s e r v l c t 容器上运行，e j b 组件在e j b 容器上运行) ，容器间通过相关的协议进行通 讯，实现组件间的相互调用【9 】【1 们。 j 2 e e 体系结构提供中间层集成框架用来满足无需太多费用而又需要高可用性、 高可靠性以及可扩展性的应用需求。通过提供统一的开发平台，j 2 e e 降低了开发多 层应用的费用和复杂性，同时提供对现有应用程序集成的强有力支持，完全支持 e n t e r p r i s ej a v ab e a n s ，有良好的向导支持和应用部署功能，添加了目录支持，增强 了安全机制，提高了性能。j 2 e e 为搭建具有可伸缩性、灵活性、易维护性的商务系 统提供了良好的机制。 ( 1 ) j 2 e e 体系结构 目前比较流行的j 2 e e 三层体系结构，即分为表示层、业务逻辑层和数据层【1 1 1 ， 如图2 4 所示。 表示层业务逻辑层数据层 图2 4 软件架构图 三层实现不同的功能需求，表示层主要采用j s p 、s e r v l e t 技术，履行等待用户 请求的职能，然后对请求进行分析，交给业务逻辑层进行处理并等待结果，然后形 成相应的h t m l 文本返回给客户端。业务逻辑层主要负责对业务逻辑进行处理，业 务逻辑组件通常实现为运行在e j b 容器里的e j b 组件。e j b 组件从表示层接收数据， 对数据进行处理，再将数据发送到数据层存储。同时e j b 组件也可以从数据层获取 华北电力大学硕七学位论文 数据，并将数据处理后返回表示层。数据层主要是指数据库系统。数据库系统里记 录了系统所需要的所有数据。由于数据库系统本身的多样性，j 2 e e 为了使逻辑层组 件能访问各种数据库系统，它提供了j d b c 接口。 使用j 2 e e 架构，用户在浏览器上通过h t t p 协议发送请求，w e b 服务器通过 处理用户请求调用e j b 组件，e j b 组件则根据需要来存取数据库。 2 3 2e j b 组件技术 e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ) 组件是j 2 e e 平台的核心技术，是构筑企业软件的 关键。s u n 公司对e j b 的定义是：e j b 是用于开发和部署多层结构的、分布式的、 面向对象的j a v a 应用系统的跨平台的组件体系结构f 1 2 】。采用e j b 架构编写的应用 是可伸缩的、事务性的、多用户安全的。 ( 1 ) e j b 体系结构 e j b 服务器。e j b 服务器管理着e j b 容器，为e j b 容器和低层平台之间搭建 桥梁。它为e j b 容器提供了一系列系统服务如原始的执行环境、多线程处理、负载 平衡、设备访问，提供j t s 和j n d i 服务并使容器可见。 容器。e j b 容器提供了e j b 部署所需要的部署工具以及e j b 的运行环境，管 理一个e j b 实例的生命周期。j b 客户不能直接访问e j b ，而是由e j b 容器提供客 户连接服务，允许客户访问和使用e j b 组件所提供的功能。 e j b 组件。e j b 组件是一组完成具体业务功能的类和接口，是由系统开发人 员编写完成。不同e j b 组件具有相应的编程模型，开发人员依照模型定义组件。一 般由远程接口或本地接口和b e a n 实现类组成。 e j b 客户端。e j b 允许不同形式的客户端通过j n d i 获取e j b 本地接口，创 建对象的远程接口，客户端通过远程接口访问e j b 对象，调用b e a n 类里实现的业 务逻辑方法。 辅助系统。不同的服务信息，如事务和安全属性从e j b 实现类中分离出来。 这些通用的服务由容器一次完成。开发不同的应用中，不必再考虑这些琐碎的细节， 使用相应的工具在应用程序装配和部署过程中管理服务信息。 ( 2 ) e j b 组件模型 e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ( e j b ) 定义了三种类型的企业b e a n ，分别是会话b e a n ( s e s s i o nb e a n ) 、实体b e a n ( e n t i t yb e a n ) 和消息驱动b e a n ( m e s s a g ed r i v e nb e a n ) 。 它们分别代表了三种不同类型的事务逻辑的抽象。 会话b e a n 会话b e a n 可以再分为有状态会话b e a n ( s t a t e f u ls e s s i o nb e a n ) 与无状态会话 b e a n ( s t a t e l e s ss e s s i o nb e a n ) ，有状态会话b e a n 在b e a n 实例中维护了状态信息，最 1 2 华北电力大学硕士学位论文 终同一实例能够服务同一客户的多个请求f i3 1 。无状态会话b e a n 不持有客户状态， 因此同一实例不能够服务同一客户的多个请求。从内存方面来看，有状态会话b e a n 会消耗j 2 e es e r v e r 较多的内存，它的优势在于保存客户端的状态，而无状态会话 b e a n 实现类在于多个客户端共享使用。 实体b e a n 实体b e a n 是持久性的数据组件，用于实现o r 映射，负责将数据库中的表记 录映射为内存中的e n t i t y 对象，事实上，创建一个e n t i t yb e a n 对象相当于新建一条 记录，删除一个e n t i t yb e a n 会同时从数据库中删除对应记录，修改一个e n t i t yb e a n 时，容器会自动将e n t i t yb e a n 的状态和数据库同步。 消息驱动b e a n m e s s a g ed r i v e nb e a n 是设计用来专门处理基于消息请求的组件。它基于j m s 消息，只能接收客户端发送的j m s 消息然后处理。m d b 实际上是一个异步的无状 态s e s s i o nb e a n ，客户端调用m d b 后无需等待，立刻返回，m d b 将异步处理客户 请求。这适合于需要异步处理请求的场合，这样就能避免客户端长时间的等待一个 方法调用直到返回结果。 2 4 本章小结 - ， 本章主要研究了输电线路实时监测与动态增容技术，并对相关系统架结构进行 了描述，