（电气工程专业论文）惠州ems高级应用的分析和实用化研究.pdf

摘要 高级应用软件是e m s 系统的高端功能软件，它们是构筑在电力系统模型基础上的、 面向实时态和研究态数据的电网分析工具，在运行调度中担负着s c a d a 数据检查与纠 正、事故预想、模拟操作、安全分析、网络监视、调度员培训和反事故演习等重要工作， 为电网的安全、稳定、优质、经济运行提供技术手段和工具，使过去的经验型调度逐步 上升为具有预见性的分析型调度。如果运行调度失去了高级应用软件的指导和辅助，系 统的运行安全程度必将大大地削弱。本文的目的就是要提高高级应用软件的实用化程 度，使其真正做到服务电网的运行和调度。 论文对惠州地调e m s 运行中调度运行人员使用较多的高级应用软件，包括状态估 计、调度员潮流和调度员培训仿真模块，对其设计思路、实现方法，采用的技术和功能 流程进行了介绍。针对目前高级应用软件在运行过程中出现的问题，围绕着提高高级应 用的实用化程度这一中心目标，从计算精确性、运行可靠性、仿真逼真性等多个方面进 行了研究，提出了工程化方案。 状态估计应用最突出的问题是计算结果与实际量测偏差大，可疑数据比较多，影响 了使用者对系统运行情况的判断。分析标明母联刀闸量测不可靠是造成这一状况的重要 原因之一，论文据此开发了母联开关刀闸纠错软件，同时对状态估计中测点的补充、量 测的控制和参数的调节进行了分析和讨论。 调度员潮流应用的主要问题是收敛性问题，造成实际应用不收敛的原因往往并非来 自于算法本身，而是p v 节点分布和平衡机选点不合理，且取自状态估计计算结果的节 点电压不正确，论文为此自行开发了附加程序，用于屏蔽数据库自定的p v 节点配置和 状态估计计算的p v 节点电压参加潮流计算，实现了p v 节点配置和节点电压幅值的自 动保存。另外，论文提出了潮流初条件的设置原则和人工干预手段，也是提高计算收敛 率的重要方法。 调度员培训仿真系统的主要问题是数据同步问题和算法问题，本文对数据的同步方 法提出了改进，实现了惠卅i 地调调度员仿真培训中一些重要数据点的成功同步，保证了 培训状态下s c a d a 环境中一些重要功能的实现；另外，针对原有的频率和潮流算法中 存在的一些漏洞，在软件实现上对算法进行了修正，保证了电网仿真程序的计算结果符 合电力系统规律和调度运行经验。 论文提出的方案和建议已基本上在高级应用软件中实现并投入到日常运行，取得了 明显的效果，极大地提高了高级应用软件的实用化水平，增强了高级应用软件对电网运 行调度的指导意义。 关键词：状态估计；调度员潮流；调度员培训仿真 i i a b s t r a c t p o w e rs y s t e ma n a l y s i ss o f f w a r e ( p a s ) a r et h eh i g h - l e v e lf u n c t i o n a ls o t t w a r e si ne m s t h e ya r er e a l - t i m ea n ds t u d yo r i e n t e dn e t w o r ka n a l y s i st o o l sb a s e d o np o w e rn e t w o r km o d e l 队so f f e r st e c h n i c a li n s t r u m e n t sf o rs c a d ad a t ae x a m i n a t i o na n dc o r r e c t i o n , a c c i d e n t i m a g i n a t i o n , o p e r a t i o ns i m u l a t i o n , s e c u r i t ya n a l y s i s ，n e t w o r km o n i t o r , d i s p a t c h e rt r a i n i n ga n d a n t i a c c i d e n tm a n e u v e ri np o w e rs y s t e mo p e r a t i o na n dd i s p a t c h i n g ，m a k e st h ed i s p a t c h i n g c h a n g i n gf r o me x p e r i e n c et op r e f i g u r a t i v ea n l y s i sm o d e l w i t h o u tt h eh e l po fp a s ，s e c u r i t y l e v e lo ft h ep o w e rn e t w o r ko p e r a t i o nw o u l db ed e g r a d e dg r e a t l y t h ep u r p o s eo ft h i st h e s i si s t op r o m o t et h ep r a c t i c a l i t yl e v e lo fp a s ，w h i c hm a ye l e v a t ep o w e rn e t w o r kd i s p a t c h i n gf r o m e x p e f i c e n c e - b a s e dt y p et oa n a l y s i s - b a s e dt y p e ，t h i st h e s i sf o c u s e s0 nt h ep a sf u n c t i o n su s e dm o s tc o m m o n l yi nt h eh u iz h o up o w e r d i s p a t c hc e n t e r , i n c l u d i n gs t a t u se s t i m a t i o n , d i s p a t c h e rp o w e rf l o wa n dd i s p a t c h e r t r a i n i n gs i m u l a t i o n ( d t s ) ，i n t r o d u c e st h e i rp r i n c i p l e ，r e a l i z a t i o n , k e yt e c h n i q u e sa n di s s u e s e x i s t e d b a s e do na b o v ea n a l y s i s ，s o m ei m p r o v i n gm e a s u r e sa r ep r o p o s e dt oe n h a n c et h e c a l c u l a t i n gp r e c i s i o n , r u n n i n gr e l i a b l i l i 够a n ds i m u l a t i o ne r e d i b i l i t yo ft h ec u r r e n tu s e dp a s i n h u i z h o up o w e rd i s p a t c hc e n t e r t h em o s to u t s t a n d i n gp r o b l e mi ns t a t u se s t i m a t i o ni st h a tt h eo u t p u t so ft h ea p p l i c a t i o n u s u a l l yb i a sg r e a t l yf r o mt h er e a l t i m ed a t a , a n dc r e a t e sl o t so fs u s p e c t i n gd a t aw h i c hm a y e o n f l 1 t h ed i s p a t c h e r i n a c c u r a t eb r e a k e r sa n ds w i t c h e r sm e a s u r e sa r ef o u n dt ob eo n eo ft h e m a i nr e a s o n sf o ru n d e s i r a b l ea n dc o r r e c t i o ni sp r o p o s e di nt h et h e s i s i nt h em e a nt i m e ， d i s c u s s i o n sa n ds u g g e s t i o n so nt h ee n h a n c e m e n to fr e a l t i m ed a t aa c q u s i t i o n , m e a s u r e s c o n t r o la n dp a r a m e n t e ra d j u s t m e n t , h a v ea l s ob e e nd i s c u s s e d a no u t s t a n d i n gp r o b l e mi nd i s p a t c h e rp o w e rf l o wa p p l i c a t i o ni st h ec o n v e r g e n c eo f l o a df l o wc a l c u l a t i o n i n s t e a do ft h ea l g o r i t h mi t s e l f , u n r e a s o n a b l ep vn o d ed i s t r i b u t i o na n d s l a c kg e n e r a t o rl o c a t i o n ，t o g e t h e rw i t ht h eu n d e s i r a b l ep vn o d eb o l t a g ea c q u i r e df r o ms t a t u s e s t i m a t i o n , a r et h em a i nf a c t o r sf o rl i o n c o v e r g e n c e a na p p l i c a t i o np a t c hp a c k a g ei s d e v e l o p e dt os h i e l dt h ep vn o d ec o n f i g u r a t i o na n dl o w - l e v e lp vn o d ev o l t a g e ，a n dt h ep v n o d ei n f o r m a t i o nc a nb es a v e da u t o m a t i c a l l y i na d d i t i o n , p r i n c i p l e si nt h es e t t i n go fp o w e r f l o wi n i t i a ld a t aa n dm e a s u r e so fm a n u a li n t e r f e r e n c e a r ea l s od i s c u s s e dt oa s s i s tt h e c o n v e r g e n c ei nl e n df l o wc a l u l a t i o n d r a w b a c k se x i s t e di nd a t as y n c h r o n i z a t i o na n dp o w e r - f r e q u e n e ye a l u l a t i o na l g o r i t h ma r e t h em a i np r o b l e m si n t h ed t ss y s t e m i nt h i st h e s i s ，s o m ei m p r o v e m e n t so i ld a t a s y n c h r o n i z a t i o np r o c e s sa r er e a l i z e ds ot h a ts o m ec r u c i a ld a t ac a nb es u c c e s s f u l l yt r a n s f e r r e d i l l t os c a d ae n v i r o n m e n tt or e a l i z em a n yi m p o r t a n tf u n c t i o n si nd t st r a i n i n gm o d e t h e a l g o r i t h mo fp o w e r - f r e q u e n c yc a l c u l a t i o ni sa l s or e v i s e dt oe n a b l em o r er e a l i s t i cl o a df l o w a n df r e q u e n c yo u t c o m e sw h i c ha r ea c c o r d a n tt oa c t u a lp o w e rs y s t e ma n dd i s p a t c h i n g e x p e r i e n c e s m o s to ft h em e a s u r e sa n ds u g g e s t i o n sp r e s e n t e di nt h et h e s i sh a v eb e e na p p l i e dt op a s d a i l yo p e r a t i o n so fh u i z h o up o w e rd i s p a t c hc e n t e ra n ds h o wv e r yg o o dp e r f o r m a n c e w i t h t h ep r a c t i c a l i t yl e v e li m p o v o dg r e a t l y , p a sm a y p l a y sa m o r ei m p o r t a n tr o l ei np o w e rn e t w o r k o p e r a t i o na n dd i s p a t c h i n g k e yw o r d s ：s t a t u se s t i m a t i o md i s p a t c h e rp o w e rf l o w ；d i s p a t c h e rt r a i n i n gs i m u l a t i o n i v 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 王闪o 日期：文弼年似月。2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校 有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位 论文被查阅( 除在保密期内的保密论文外) ；学校可以公布学位论文的全部 或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 本学位论文属于： 口保密，在；年解密后适用本授权书。 杯保密。 学位论文全文电子版提交后： 日伺意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览。 ( 请在以上相应方框内打“寸) 作者签名：王刚日期少。事似锣0 2 日 指导教师签名日期： 毒同1 园 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题的提出 近年来，随着城乡经济的快速发展和人们生活水平的逐步提高，全社会对电力的需 求正稳步增加，惠州电网规模的不断扩大，电网的结构日趋复杂化，地调系统旧的运行 管理模式已不能满足电网发展的需要，迫切需要在电网运行管理上进行深层次的改革， 建立起一套合乎国情的、高效的、实用的、新的管理机制，使电网的管理更趋科学化， 自动化。 为实现上述目标，必须首先在技术手段上使用先进的科学技术。为此，惠州供电局 在2 0 0 5 年调度自动化s d 6 0 0 0 系统使用的基础上，引进了国电南瑞科技股份有限公司 的新一代标准化平台支持的调度自动化信息集成系统o p e n 2 0 0 0 es c a d 觚m s 。 o p e n 2 0 0 0 e 遵循i e c6 1 9 7 0 国际标准，采用c o r b a 中间件技术，其设计思想完全满足 惠州供电局对s c a d a e m s 系统的要求。之前，o p e n 2 0 0 0 e 己在东莞电网、苏州电网 和西北电网的调度中心运行，是一套先进而成熟的系统，该系统除了具备常规的开放性、 分布性和可靠性等特点外，还针对惠州地调的特点进行功能的灵活组态，开发了具有惠 州地方特点的高级应用软件，满足了惠州地调的特殊要求。 1 2 本论文的研究目的和意义 据能源部发布的全国电网调度自动化系统舰划目标和要求，电网调度自动化系 统的功能被划分为低、中、高三档，低档：s c a d a ，中档：s c a d a + a g c e d c ；高档： s c a d a + a g c e d c + s a ( 总称e m s ：能量管理系统) 。在能量管理系统中，高级应用 软件占有重要的地位。高级应用软件的配置及实用水平，直接反映e m s 的总体水平。 随着电网结构的日益复杂和网供负荷的不断攀升，高级应用软件在电力系统中扮演 着越来越重要的角色，它为调度、计划和电网运行分析工程师提供了电网监视、控制、 预报、计划、分析和培训功能；为电网的安全、稳定、优质、经济运行提供技术手段和 工具，使过去的经验型调度逐步上升为具有预见性的分析型调度。在9 0 年代的e m s 中， 高级应用软件已代表了先进的成熟的系统功能，用于解决经济效益和安全运行之间的矛 盾，是未来e m s 的发展重点。 本论文选择e m s 高级应用软件的应用研究为题，结合惠州地调o p e n 2 0 0 0 e 调度 自动化系统的高级应用软件的实用化开发项目，围绕网络建模和网络拓扑、状态估计、 调度员潮流、调度员培训仿真等核心功能模块的应用展开研究，针对软件的运行可靠性 华南理工大学硕士学位论文 和结果可用性等方面存在的问题进行了全面分析，并研究了改进方法并通过了测试。研 究成果及其在惠州地调e m s 系统的应用具有较大的工程应用价值，具体表现在： ( 1 ) 通过本课题的研究在一定程度上提高了状态估计计算的准确性，降低了状态 估计计算结果与系统实际状态的偏差，有效消除了错误量测对调度员的干扰。由于状态 估计是众多高级应用的基础，为其提供初始数据，因此提高状态估计计算结果的准确性 能为其他高级应用软件的优质运行打下良好的基础。 ( 2 ) 课题研究有助于提高调度员潮流运行的可靠性，避免频繁出现的计算不收敛 现象，增强软件实用性。由于调度员潮流用于帮助运行人员对电网可能发生的操作或事 故进行定量分析，为他们的决策提供数字依据。因此研究成果能进一步降低操作的盲目 性，提高事故预想准确性。 。( 3 ) 为调度员培训提供良好软件平台。调度员培训仿真是大型调度中心应该配备 的功能，通过d t s ( d i s p a t c h e rt r a i n i n gs i m u l a t o r ，简称d t s ) 能形象模拟电力系统事 故，为调度员营造真实的氛围，使他们无论从技术上还是心里上都能感受到事故的存在。 本文对惠州地调新使用的调度员培训仿真系统进行的实用化研究找出了系统存在的问 题，使调度员培训或反事故演习系统的运行具备了连续性和真实性。 i 3 本论文所做的主要工作 分析研究网络建模和网络拓扑功能，实现拓扑数学模型的建立和拓扑动态着色，分 析研究状态估计功能，实现对遥测信息的准确估计及初步潮流计算。分析研究调度员潮 流功能，实现潮流计算结果正确、收敛，分析结果显示直观，分析研究调度员培训仿真 系统，使调度员能力的提高与电力系统的发展相适应。 2 第二章e m s 系统简介 第二章e m s 系统简介 2 1 简述 随着电力的不断发展和电网结构的日益复杂，使电力调度，特别是保障电网安全运行 日益困难，e m s 能量管理系统应运而生，在当今电网实际运行中发挥着及其重要的作用。 能量管理系统( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ，简称e m s ) 是以计算机为基础的现代 电力系统的综合自动化系统，主要针对发电和输电系统，用于大区级电网和省级电网的 调度中心，主要为电网调度管理人员提供电网各种实时的信息( 包括频率、发电机功率、 线路功率、母线电压等) ，并对电网进行调度决策管理和控制，保证电网安全运行，提 高电网质量和改善电网运行的经济性。 它的基础功能包括：计算机、操作系统和e m s 支撑系统。应用功能包括：数据采 集与监视、发电控制( a g c ) 与计划、网络应用分析三部分组成。 数据采集与监视功能是在各发电厂、变电所采集各种表征电力系统运行状态的实时 信息，如发电机功率、母线电压、变压器负荷等并对其进行监视报警控制( s u p e r v i s o r y c o n t r o l a n dd a t a a c q u i s i t i o n ，简称s c a d a ) ，s c a d a 向发电控制( a g c ) 与计划和网 路应用分析软件提供实时数据。 发电控制( a u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r o l ，简称a g c ) 与计划功能是利用从s c a d a 获取的频率、时差、机组功率和联络线功率等实时数据进行调度决策。当系统有功不平 衡而使系统频率和系统间的交换有功偏移规定值时，自动地相应调节发电机组的有功出 力，使电力系统有功达到新的平衡，从而维持频率及交换有功的偏差在允许范围之内。 网络应用分析功能又称为高级应用功能，其特点是利用电力系统全面信息进行分析 和决策，主要目标是提高允许的安全性，高级应用功能使e m s 的决策能做到安全性与 经济性的统一。高级应用功能从s c a d a 取实时量测值和开关状态信息，返送量测及其 质量信息。 到目前为止，电网能量管理系统的发展已经历经三代，第一代系统为7 0 年代基于 专用机和专用操作系统的s c a d a 系统，第二代系统为8 0 年代基于通用计算机和集中 式的s c a d a e m s 系统，部分e m s 应用软件开始进入实用化，第三代系统为9 0 年代基 于r i s c u n i x 的开放分布式e m s 系统( 含s c a d a 应用) ，采用的是商用关系型数据 库和先进的图形显示技术，e m s 应用软件更加丰富和完善，第三代系统已经有十年的 发展历史。 3 华南理工大学硕士学位论文 2 1 1e m s 系统发展趋势 随着电力系统规模的不断扩大，电网管理自动化水平的不断提高，电网能量管理系 统的实用化应用水平不断深入，e m s 已从传统的s c a d a a g c 实用化提高到电网能量 管理系统的负荷预测、状态估计、调度员潮流、安全分析、电压无功优化、最优潮流等 电力应用软件的实用化。特别是近年来，随着电力企业由集中“管制”走向“取消管制”的 电力市场化进程的不断加快，电力企业越来越面l 临着这样的问题：原有的电网能量管理 系统是否能够适应电力市场交易以及安全调度的需要，新建的电网能量管理系统怎样才 能以最小的投资跟上迅速发展的计算机软硬件水平更新换代的步伐，适应电力企业自动 化系统( 电网能量管理系统一e m s 、电力市场技术支持系统- t m s 、电能量计量系统 一t m r 、配电管理系统一d m s 、水库电力调度自动化系统一r d s 、仿真系统等) 集成总线 建设的需要，同时能够满足不同时期建设、不同厂商开发的各个应用系统之间的系统互 连、信息共享、软件互操作的要求，面对i n t e m e t 飞速发展的步伐，新一代电网能量管 理系统的建设应该如何应对才能满足移动环境的需要等等。 近年来，随着计算机通信技术、网络技术、数据库技术、面向对象技术、i n t e r n e t 技术以及软件标准化技术的飞速发展，电网调度自动化系统作为电力生产、输送、分配、 消费一体化监视、控制的系统，其更高的开放性、可移植性、可扩展性以及可靠性要求 有了技术上的保证。此外，在电力系统内部，随着电力系统新技术的发展和以安全为主 的一体化经营的电力生产、输送、分配和消费过程，逐步走向以安全和经济为同等目标 的开放电力市场的要求，第四代基于i n t e i e t 技术、面向对象技术、通信中间件和 数据库中间件技术的能量管理系统、电力市场技术支持系统、电能量计量系统需求的 e m s t m r t m s 一体化平台建设的基础条件已经成熟。 随着计算机领域计算机硬件技术、通信技术、数据库技术、i n t e m e t 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( e m s t m r t m s 或e m s t m r d m s ) 需求的e m s 系统支撑平台和e m s 应用软件必然采用如下新的技术： 2 1 2c o r b a 中间件平台技术 c o r b a 技术作为对象管理组织( 0 m g ) 推出的软件系统开发标准，自九十年代初 提出第一版以来，作为解决分布式异构环境下应用系统互连和互操作的标准目前已经被 众多的厂家和用户所接受，并成为新一代e m s 系统应用软件互操作和与其它系统进行 透明操作和数据共享的软件平台标准。由于c o r b a 独立于网络协议、独立于编程语言、 4 第二章e m s 系统简介 独立于软硬件平台，因而成为目前最有生命力的跨平台技术。特别是o m g 组织1 9 9 8 年公布了c o r b a 2 3 版之后，c o r b a 技术日臻完善。目前c o r b a 3 0 版本已经推出并 应用于众多的中间件产品中。遵循c o r b a 标准开发的e m s 中间件平台，能够更容易 满足企业自动化系统一体化应用集成的需要。 2 1 3 公用信息模型( c i m ) 为使e m s 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( a p i s ) 。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e m s 生产厂家积极采 用( 兼容) 该标准。在i e c6 1 9 7 0 的c i m 部分给出了电力对象的确切定义和域描述。 c i m 定义为提供用于电、水、气工业的生产、传输、分配、市场和零售系统相互操 作和应用的标准对象。在电力行业，c i m 定义了电力工业标准对象模型，用于电力系统 的数据工程、规划、管理、运行和商务等应用的开发和集成，它提供了描述电力对象及 其关系的标准。c c a p l 的c i m 部分提交给i e c 形成了i e c6 1 9 7 0 的三个部分。在i e c 6 1 9 7 0 中，c i m 用统一建模语言( u m l ) 描述，对象用公共类、属性及对象间的关系来 描述，对象之间的静态关系有：聚集、归一化和关联。为方便起见，c i m 被划分为许多 子系统或包，包括：核心包、拓扑包、电网包、保护包、量测包、负荷模型包、发电包、 域包、能量计划包、备用包、资产包和s c a d a 包等。 各个e m s 应用内部可以有各自的信息描述，但只要在应用程序( 或构件) 接口语 义级上基于公共的信息模型，不同厂商开发的应用程序或不同系统的应用软件间就可以 以同样的方式( 如) ( i 帆) 访问公共数据，实现正确的信息交换。 公用信息模型的采用将使e m s 真正走向开放和标准化，使企业的自动化系统一体 化平台的建设有了共同遵循的国际标准。 2 1 4 可视化技术 随着计算机技术和电网安全分析技术的发展，可视化的在线监控软件已经成为调度 员和电力市场交易员的迫切需求，可视化技术的应用，可以将传统的用数字、表格等方 式表达的离线信息，转换为通过先进的图形技术、显示技术表达的图形信息，例如潮流 的可视化技术、电压稳定的可视化技术、暂态稳定安全域的可视化技术、负荷预测的可 视化技术、电力市场电量竞价计划的可视化安全分析技术等，将电力系统的潮流、电压 稳定域、不稳定区域和暂态稳定域用形象直观的可视图形表达，能够更加满足运行人员 5 华南理工大学硕士学位论文 监视、控制的需要。 2 1 5 电力市场交易与安全分析一体化的技术 随着电力市场的发展，e m s 作为电力市场技术支持系统的一个有机组成部分，除 了承担传统的电网数据采集、监视和控制任务外，其e m s 应用软件作为电力市场技术 支持系统的有机组成部分将更多的承担电力市场交易的电网安全分析任务，从而改变了 传统e m s 的工作领域，要求对众多的e m s 应用软件的接口和分析技术进行重新设计， 即e m s 电力市场应用软件的统一设计，分别实施。电力市场交易与安全分析一体化的 设计为安全、经济的电力市场的开展提供了可靠的技术基础。 i n t e m e t 不但为远程维护提供了全新的手段，而且将传统的电网参数和实时s c a d a 的数据浏览扩展到a g c 功能、e m s 应用功能( 状态估计、安全分析、最优潮流等) 的 浏览，使得e m s 应用软件的实用化水平的提高得到了进一步的保证，延伸了e m s 系统 的对外窗口，进一步提高了e m s 系统的服务水平。同时，随着网络带宽的提高和网络 速度的加快，网上远程教育系统将会得到进一步的发展，i n t e m e t 将会提供更全面的信 息服务。 2 2 关于国电南瑞科技股份有限公司e m s 软件 o p e n 2 0 0 0 e 系统是面向二十一世纪的网省级电网调度自动化和电力市场技术支持 系统的主站产品，它是在国电南瑞科技股份有限公司s d 6 0 0 0 系列产品的基础上，充分 汲取了该公司二十年电力调度自动化系统主站产品服务、开发经验，严格按照大型系统 软件工程的开发规范和自上而下的系统设计思想生产的新一代面向电力市场的能量管 理系统，可以充分满足国内外大型用户能量管理系统、配电管理系统、电能量计量系统 和电力市场技术支持系统一体化应用支撑平台建设( e m s t m r ，r m s 一体化、 e m s 厂r m 啪m s 一体化) 和电力应用系统建设的需求。 o p e n - 2 0 0 0 e 图模一体化s c a d a e m s 系统是国电南瑞科技股份有限公司集二十几 年电网调度自动化开发经验，推出的新一代跨世纪的主站产品。图模一体化的设计思想 把过去单纯的实时监控提高到电力网整体高级运行管理监控的层次上来，更加适应电网 自动化技术的发展和需要。应用级多层开放性适于不同程度的拓展需求，这种开放性不 仅为开发厂家提供纵横向互连，功能扩展的能力，更重要的是把这种能力直接提供给客 户。该系统一经推出即受到广大用户的普遍欢迎，到目前为止已经拥有大中型地调、县 调用户近2 0 0 家。依托强大的人才和技术实力，o p e n 2 0 0 0 e 取得了优秀的市场业绩， 6 第二章e m s 系统简介 又以不断创新的机制，一直保持着领先的技术水平，而且已经迈出了走向国际市场的脚 步。 国电南瑞科技股份有限公司开发的e m s 软件最大的优点在于它的实时性。它利用 电网的各种实时信息，如实时量测值，以及开关刀闸的实时状态等，对电网的运行状态 进行分析，可以给调度员在进行各种操作时提供一种决策依据，及在操作前可以以实时 数据为依据进行模拟操作，对模拟操作后的结果进行分析，得出是否可以进行此类操作 的结论。并且可以向商业化运营人员提供全网的负荷分布情况和模拟各种方式下的电网 运行情况以及预测未来的负荷变化趋势，以便相应的制定最优的电网运行方式，对于提 高电网运行的经济性和保证电网的安全运行都有许多有利之处。但是由于它是建立在实 时系统之上的，因此对调度自动化系统的要求很高，不但增加了难度，而且不能作为普 通的研究工具离线使用。 s c a d a 系统的最大特点在于它的图模一体化，及将图形与数据库有机的结合在一 起，作图的时候可以通过对图形的映射直接生成数据库。这样的处理对于实时系统数据 库的建立是相当便利的。但是在此基础上应用e m s 软件时，一方面比较麻烦，它不但 要求所做的图形要完全正确，同时要求维护者在一些细节问题上的处理要有相当丰富的 经验，而且要求维护者对整个电网达到相当熟悉的程度。另一方面，由于e m s 软件与 s c a d a 系统的部分数据库不能完全共用，比如量测量和模拟量的区别就造成了在设置 遥测参数时，要以能使e m s 软件可以读取为标准，而且在从s c a d a 的量测量表向e m s 软件的量测量表进行映射时，对遥测量是相电压还是线电压，是a 相电流还是b 相电 流以及遥测量的代码是否正确等，都有许多的规定。这势必造成了实际使用中的诸多不 便。这里需要说明的是，当作图时以量测量方式在图上标注遥测值，才能够通过映射生 成遥测数据库；而模拟量方式是从已作好的数据库中取出相应的遥测代码，从而将实时 遥测值显示在图形上。 2 3 关于e m s 系统的设计思想 根据电网能量管理系统实时性、分布式计算，以及与其它系统( 电力市场技术支持 系统、配电管理系统、电能量计量系统、m i s 系统) 互联的要求，e m s 系统的设计在 实现上采用基于扩展c o r b a 内核o r b 的开放分布式的设计思想，采用国际标准i e c 6 1 9 7 0c i m c i s ，面向电力市场进行了负荷预测系统、a g c 和e m s 应用软件( 调度员 潮流、最优潮流、暂态稳定性分析等) 功能的扩展，并基于i n t e m e t 实现了e m s 系统的 7 华南理工大学硕士学位论文 网上浏览和远程维护，为电力市场环境下的网省级e m s 用户和其它自动化系统提供了 一套先进的、开放的、可扩展的、稳定可靠的、面向对象的电力企业自动化系统支撑平 台和丰富的电网分析应用软件。 2 3 1 可扩展性和灵活性 e m s 系统包括了一套基于扩展c o r b a 内核o r b 技术的实时、开放分布式系统中 间件平台，该平台对底层操作系统和硬件平台进行了封装，对外提供与具体应用系统无 关的统一的开发和运行接口，该平台有效的利用了各种u n i x 操作系统的资源，增强了 u n i x 系统稳定高效的技术特点，使得应用程序建立在构件化的基础之上，便于新的应 用模块的扩展。同时，整个中间件平台采用模块化的分层设计结构，便于灵活的扩展新 的操作系统的功能。 2 3 2 标准化和互操作性 随着电网控制中心互连系统的增多，e m s 系统的标准化和互操作的要求逐渐提高， 特别是电力市场环境下，e m s 系统需要实时的支持电力市场交易的安全性分析。1 9 9 9 年1 2 月由i e c 颁布的6 1 9 7 0c i m ，c i s 国际标准，定义了e m s 、d m s 、p t m s 、t m r 、 r d s 等系统的公用的数据模型和标准的组件接口规范，该规范采用面向对象的关系模 型，为各个应用系统之间公用数据的存取和访问提供了统一的国际标准，从而为分布式 系统平台之上建立可互操作的应用软件模块奠定了基础。 2 3 3 先进性和实用性 随着电力市场的深入开展，传统的e m s 应用软件已经发生了重大的变化，如发电 计划已经为电力市场交易管理系统所代替，其影响波及到s c a d a 、自动发电控制 ( a g c ) 、负荷预测、调度员潮流、静态安全分析、最优潮流、电压无功优化等软件的 运行和编制。e m s 系统应用软件针对传统的电网能量管理系统和电力市场下的能量管 理系统而设计，使得电力市场下电网安全分析有了可靠及时的保证。同时根据e m s 应 用软件在电力市场环境下的重要作用，对e m s 系统应用软件的实用化进行了重点设计 和实现，为电力市场的离线和实时安全校核提供了可靠的保证。 2 3 4 安全性和可靠性 e m s 系统作为一种实时系统，其处理速度和可靠性高于其它非实时的系统，因此， 必须在硬件和软件的设计上提供全方位的安全保证。除了提供传统的双网、主要服务器 双机热备用、故障自动恢复、磁盘阵列、硬件防火墙外，从支撑平台的设计上提供了一 8 第二章e m s 系统简介 系列的安全保证，对重要的服务器进程进行一级守护，对数据库、w e b 系统的访问提供 了不同级别的权限管理，保证了e m s 系统实时、安全、可靠的运行。 2 4 本章小结 本章对e m s 系统的发展趋势，以及其中所应用的技术平台、网络信息模型、安全 性等进行了详细的介绍，并且对在惠州她调中使用的国电南瑞科技股份有限公司e m s 软件的设计思想、可扩展性、灵活性，互操作性、先进性及结合惠州实际应用进行了分 析。 9 华南理工大学硕士学位论文 第三章惠州电网e m s 系统基本构造 3 1e m s 系统整体结构 3 1 1 总体结构 如图3 - 1 所示，系统应采用分层构件化的结构。与传统结构相比，通过应用中间件， 屏蔽底层的操作，可以在异构平台上，真正实现分布式应用。 与传统系统相比，o p e n 一2 0 0 0 e 系统增加了c o r b a 中间件层，c o r b a 中间件是 一种通信中间件，屏蔽了底层的操作系统和硬件的差异性，可以真正建立在异构平台上， 实现分布式应用。o p e n 2 0 0 0 e 与传统系统的总体结构区别如图3 1 所示 应用软件 支撑平台 t c p i p 操作系统 硬件 应用软件 支撑平台 _ 一 c d r b a 中间件 t c p t p 操作系统 硬件 ( a ) 传统结构( b ) o p e n - 2 0 0 0 系统结构 图3 - 1o p e n 2 0 0 0 系统与传统系统总体结构的比较 3 1 2 支撑平台 如图3 2 所示，系统的支撑平台采用多层结构，主要包括数据库管理、网络管理和 图形管理。图中的分布式管理层是以应用中间件实现的软总线。 l o 第三章惠州电网e m s 系统基本构造 应用软件 支撑平台 应用中间件 t c p i p 操作系统 硬件 图3 - 2 系统的总体结构 图3 3 系统的支撑平台 o p e n 2 0 0 0 e 的支撑平台是多层结构，如图3 3 所示 图中各层说明如下： ( 1 ) 硬件层包括a l p h a 、s u n 、h p 、i b m 等各种硬件设备 ( 2 ) 操作系统层包括d i g i t a lu n i x 、s u ns o l a r i s 、i b ma i x 、h p u x 、l i n u x 和各 种w i n d o w s 操作系统。 ( 3 ) 分布式管理层是以c o r b a 为框架的软件信息总线，包括完成通信的核心 o r b 以及相关的服务等，屏蔽了底层硬件和操作系统的差异。 ( 4 ) 数据库层包括实时数据库和商用数据库。商用数据库用来存放非实时和偶然 访问的数据。实时数据库依托底层的分布式管理层构成分布式实时数据库，保证了实时 数据的同步。 华南理工大学硕士学位论文 ( 5 ) 应用层包括应用软件和应用服务，应用软件指包括s c a d a 、网络分析、d t s 和集控等电力系统应用软件，应用服务指为应用软件提供显示、管理等工具的服务，包 括图模库一体化图形管理，报表、曲线、报警等显示工具，系统管理和安全管理等。 3 1 3 数据库结构 如图3 3 所示，包括实时数据库和商用数据库。图中的c d a ( c o m m o n d a t a a c c e s s ) 是非实时的c i s 接口，用于对c i m 的非实时访问；导入导出接口直接面向c i m 结构， 用于整个系统网络模型的导入导出，实现系统之间的互操作；实时c i s 结合具体应用， 按照i e c 6 1 9 7 0 组件接口规范实现；私有接口提供直接高效的访问功能。 应用层 o s 莲d l bl 耋言i 实c i 时si 詈翟i c 。a 关系l 层次l面向对象 实时数据库f 商用数据库 图3 4 系统的数据库结构 o p e n 2 0 0 0 e 的实时数据库具有同一数据库实体对应关系、层次和面向对象三种数 据模型的特性。关系型面向用户，用户对实时数据库的浏览和操作用关系库中的二维表， 简单、方便和可靠：用层次型面向原有系统的应用软件；而对大部分应用软件和应用服 务则用面向对象的模型，直接映射c i m ，数据库层的结构如下图所示。图中，g d a 是一 种非实时的c i s 接口，用于对c i m 的非实时访问和偶然的数据同步。h s d a 是一种实时 的c i s 接口；导入导出接口直接面向c i m 结构，用于整个系统网络模型的导入导 出，如以c i m x m l 的格式可进行系统的互操作；私有接口为对内存地址直接进行操作 的快速访问接口或高效的a p i 函数访问接口；实时数据库支持o d b c 和s q l 等标准数 据库访问方式。 3 1 4 应用软件结构 包括应用软件和应用服务。典型的应用软件结构如图3 - 4 所示。 第三章惠州电网e m s 系统基本构造 图 模拟培训 形 报 网络分析优化控制 表 s c a d a 数据库层 应用中间件 图3 5 系统的应用软件结构 o p e n - 2 0 0 0