（电力系统及其自动化专业论文）电网可靠性在线分析系统实施方案研究.pdf

声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电网可靠性在线分析系统实施方案研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期问，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或 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。 学位论文作者签名：雌日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印，缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅：学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 华北电力大学工程硕十学位论文 1 1 研究背景及意义 第一章引言 随着电力体制改革的深入，电力市场的初步形成，结合实际情况，积极探索电力体 制改革新形式下加强可靠性管理的措施和方法，积极推广和应用概率性可靠性指标及评 价体系，发挥其对电力经济和安全的预警作用，已经越来越重要。目前的可靠性统计和 评价体系，缺少将电网作为一个系统的评价指标。电网的可靠性统计，是一个大课题， 也是一个难题，但又十分重要。 美加电力系统停电事故特别调查组在关于2 0 0 3 年8 月1 4 日美国一加拿大停电事 故起因和建议的最终报告中提出了“预防和减小未来停电事故影响”的4 6 项建议， 其中包括： ( 1 ) 使可靠性标准成为强制性标准，对不遵守该标准的行为进行处罚。 ( 2 ) 在管理决策制定的过程中，加入对“可靠性影响”的考虑。 ( 3 ) 建立独立的可靠性信息系统。 ( 4 ) 为事故后分析所需的数据建立收集和报告的标准。 ( 5 ) 在调度机构和可靠性协调机构评估并使用更好的实时工具。 这些指导性意见和建议，为研究工作指明了方向。 在电力系统实现厂、网分家等市场化改革后，输电公司更关心的是输电网本身在传 输电力和电量方面的可靠性问题。 电力系统是由各种电气元件组成的，因此电力系统的可靠性既与网络联接方式有 关，又与网络内电气元件的可靠性有关。对电力系统的可靠性进行评估和预测必须建立 在充分的元件可靠性统计基础上才能获得有价值的结果。 过去在电网规划和运行分析时，对电网可靠性采用的是离线计算方式，使用的是典 型统计数据。这种方式只能对电网可靠性进行一些粗略的分析评价。在实际系统中，由 于电气设备众多，分布地域广，制造质量水平参差不齐，历史数据量庞大，因此靠简单 的离线分析计算难以反应实际电力系统的真实可靠性状况。 电力系统可靠性分析的有效方法应是进行在线分析。即通过信息网络自动搜集电网 的历史的和当前的信息，自动按电网可靠性模型进行分析计算，从而得出反应本系统当 前和未来状态的可靠性水平。 采用在线方式进行电网可靠性分析，可以即时掌握和发布本系统的可靠性指标，发 现影响可靠性的薄弱环节，及时提出改进和提高可靠性水平的技术措施，因此电网可靠 性的在线分析将是电刚运行管理重要的新型技术手段之一。 华北电力大学：i ：程硕十学位论文 1 2 国内外研究动向 1 2 1 国外研究动向 目前国外在线可靠性统计评价和评估已进入起步阶段。北美n e c r c ( n o r t h a m e r i c a ne l e c t r i c a lr e l i a b i l i t yc o u n c i l ) 的在线可靠性评估系统对系统停电事故的特征、 系统停电评估和相应停电事件的处理措施进行研究，同时应用实时可靠性判据在线寻找 系统的薄弱d p 点。加拿大电气协会( c e a ) 开发了可靠性统计评价数据系统，有近十 家公司参与使用，提供可靠性统计和评估信息、自动生成日报表等，基本实现可靠性的 统计评价。美国c e r t s ( c o n s o r t i u mf o re l e c t r i cr e l i a b i l i t yt e c h n o l o g ys o l u t i o n s ) 是最早 系统性进行在线可靠性研究的单位之一，在1 9 9 9 年开始了为期5 年的在线可靠性研究， 2 0 0 4 年又将研究时间扩展到2 0 1 0 年。美国e p r i ( e l e c t r i cp o w e rr e s e a r c hi n s t i t u t e ) 拟 定了于2 0 0 4 及2 0 0 5 年启动的电网规划和运行项目研究计划，“事故在线分析和可靠性 的可视化监测”是其中一个主要课题。e p r i 给出的电力系统将来规划结构图( a r c h i t e c t u r e o ff u t u r ep l a n n i n g ) 中，概率随机潮流、发电和输电故障统计等功能己实现，而长期电 力市场模拟、概率可靠性分析( p r a ) 等是将来计划要实现的内容；将来运行结构图 ( a r c h i t e c t u r eo ff u t u r eo p e r a t i o n ) 中状态估计、约束最优调度等已实现，而市场模拟、 概率可靠性监控( p r o b a b i l i s t i cr e l i a b i l i t ym o n i t o r ) 等是将来计划要实现的内容。从前述资 料可以看出，加拿大已开始从事可靠性在线统计评价和评估的研究；从c s r t s h e 和 e p r i 资料可以看出，美国还未开发出概率可靠性统计和分析的相关分析系统，但已将 其列为将来发展的重点目标之一。 加拿大b ch y d r o 公司开发实施了含可靠性分析的综合数据系统建立了一个集成控 制室运行窗控制中心运行表报软件系统，其主要功能有： ( 1 ) 管理有关信息：缺陷、限值、非常规条件和其他系统条件。 ( 2 ) 与控制中心之间共享信息。 ( 3 ) 通过书面或电子邮件给现场人员或管理人员以直接提示。 ( 4 ) 自动形成日报告。 ( 5 ) 管理潮流和发电总加。 它的控制运行窗部分是一个客户应用，主要目的是： ( 1 ) 管理与电气系统状态有关的信息，而这些信息通过s c a d a 系统可很方便获 取。 ( 2 ) 确保分配员( 调度员) 直接获取与当前系统条件有关的信息。 ( 3 ) 删除进入控制中心的冗余信息。 ( 4 ) 减少调度员处理系统事件所花费的现场电话时间。 2 华北电力大学丁= 程硕士学位论文 ( 5 ) 确保缺陷数据立即进入，以便提供准确的、有意义的数据。 运行表报部分是一个基于w e b 的由控制中心在运行窗数据中获取报告和提示的应 用。其主要目的是： ( 1 ) 提供报告和统计分析。 ( 2 ) 管理报告分类，如日报、周报、月报、季报等。 ( 3 ) 管理书面和电子邮件提示。 ( 4 ) 提供w e b 功能。 ( 5 ) 为使用者提供便利。 ( 6 ) 提供管理报告功能。 1 2 2 国内研究动向 西安高压供电局开发了输变电设施可靠性数据生成系统。 其功能为： ( 1 ) 建立与集控站的实时通讯模块( 2 r a i n 一次) ； ( 2 ) 根据采集的遥信、遥测数据，建立针对遥信数据的逻辑判断规则，对伪数据 进行识别和校正； ( 3 ) 根据开关、刀闸的状态和对应时间，自动统计开关、刀闸运行和撤运时间段： ( 4 ) 统计相关线路、变压器运行和撤运时间段； ( 5 ) 根据统计数据，进行可靠性指标计算( 目前末实现) 。 1 2 3 国内外研究比较 国外已开始建立含电网可靠性的综合数据应用系统，而国内已开始针对设备( 开关、 刀闸等) 建立独立数据采集系统，为可靠性分析积累数据，但尚无全局性的，系统性的 在线可靠性分析系统。 1 3 本文的主要工作 针对当前国内外电网可靠性在线分析系统研究的动态，本文主要对以下几个方面进 行了分析研究： 1 对电网可靠性在线分析系统的基本概念进行整理归纳，并在当前通信技术所达到 的技术水平的前提下汇总可靠性评估指标、数据需求及电网可靠性在线分析系统需要达 到的功能目标； 2 设计电网可靠性在线分析系统软件的结构并介绍其所能达到的功能； 3 华北电力大学 | 程硕士学位论文 3 实现电网可靠性在线分析系统，其中包括软件平台的设计、数据处理技术、数据 通信以及系统所达到的技术指标的设计； 4 针对上述所作的工作，完成电网可靠性在线分析系统方案的实施及经济性估算； 5 结论与展望，归纳和总结全文的研究工作和主要结论，并提出下步研究目 标和方向。 4 华北电力大学丁稃硕十学位论文 2 1 基本概念 第二章电网可靠性在线分析系统理论分析 近年来，国民经济的快速发展带来了电力系统的快速发展，与此同时，电力用户对 电力系统可靠性提出了更高的要求。因此，对电力系统可靠性定量分析已成为电力系统 运行管理的迫切要求。掌握电力系统可靠性的统计信息，可实现对现有运行方式的可靠 性估计和对未来运行方式，以及规划方案的可靠性预测。 电网可靠性在线分析系统o r a s g ( o nl i n er e l i a b i l i t ya n a l y s i ss y s t e mo fg r i d ) 是用 电网过去与当前的信息，分析当前电网的可靠性，并对未来可靠性作出评估的实时信息 分析系统，它将为电网安全控制和管理提供新的技术手段。 电力系统可靠性( e l e c t r i cp o w e rs y s t e mr e l i a b i l i t y ) 定义为： 电力系统按可接受的质量标准和所需数量不问断地向电力用户提供电力和电能量 的能力的量度。 电力系统可靠性包括充裕性和安全性两个方面。 充裕性( a d e q u a c y ) ：电力系统稳态运行时，在系统元件额定容量，母线电压和系统 频率等的允许范围内，考虑系统中元件的计划停运以及合理的非计划停运条件下，向用 户提供全部所需的电力和电能量的能力。 安全性( s e c u r i t y ) ：电力系统在运行中承受例如短路或系统中元件意外退出运行等突 然扰动的能力。 2 2 可靠性指标及数据需求 电网可靠性在线分析系统对电网可靠性分析所依赖的数据或信息从类型上分，主要 有二类，即状态型数据和原因型数据。状态型数据反应了系统运行的结果，包括正常按 需要传送的功率，削减负荷及停电状态下的参数；而原因型数据，则是与上述状态型数 据具有因果关系的数据，有时这些数据并非真正的可测数据，而是一些事件发生的信息。 准确完整的可靠性在线分析系统应对这二类数据及信息进行完整的采集。 下面主要从可靠性指标体系出发分析这二类数据。 2 2 1 电网可靠性指标及数据分析 ( 1 ) 基本充裕性指标 缺电概率：l d l p 5 华北电力大学工程硕士学位论文 缺电时问期望：l o l e 缺电频率：l o l f 缺电持续时间：l o l l ) 上述几类指标从不同侧面反映了缺电这一事件的发生情况，其关联的数据及信息 为： 关联数据：时间，次数。 关联状态：缺电( 即不能满足负荷需求的情况) 。 ( 2 ) 缺电严重程度的充裕性指标 期望缺供电力：e d n s 期望缺供电量：e e n s 关联数据：功率，电度，时间。 关联状态：缺屯。 ( 3 ) 母线解列指标 期望削减次数 期望削减负荷 期望缺供电量 期望削减负荷持续时间 上述指标反映了以母线为考核点的可靠性指标，其关联的数据及状态与自 f 述类似， 主要包括不满足负荷用电的时间、次数、功率、电量等参数。 由前可见，电网充裕性分析所需数据及状态主要反映了电网满足负荷需求的情况， 这些数据及信息可从电网的s c a d a 系统获得。 2 2 2 电网安全性指标及数据分析 电网不能满足负荷需求的原因可能是发电不足、输电能力限制或电网事故等因素造 成的。电网可靠性分析应从不同角度分析造成不能满足用户需求的原因。 事实上，除了在高峰负荷是由于发电容量不足造成不能满足全部用户的用电需求之 外，正常运行的电力系统若出现供电不足，大多是由于系统内的电气设备不能正常使用 造成。因此应记录电气设备的运行状态，并与电网的运行状态进行关联分析。也即掌握 电网的可靠性与系统内部元件可靠性的相互依赖关系。 输电网内电气设备的运行与停电直接关系到系统可靠性。因此应采集能反应各电气 设备运行与停运有关的数据与信息。如：开关、刀闸的状态，保护动作状态、自动装置 动作状态、控制操作命令、调节操作命令、检测命令等。 6 华北电力大学工程硕十学位论文 2 2 3 电网可靠性在线分析数据的特殊性 由前可见，进行电网可靠性在线分析所需的数据大部分与s c a d a 系统搜集的数据 类似。但在下述几个方面有着很大的差别： ( 1 ) “缺电” 缺电是指电网不能满足用户需求的一种状态。“缺电”有可能是电源不足而造成的 计划性“缺电”，也可能是由于输电网设备失效或系统约束造成的技术性“缺电”。电网 可靠性分析主要关心后一种情况。 无论如何，“缺电”的概念是指未能满足用户预定的需求或变化的需求，因此对缺 电的识别必须知道负荷的需求，也即必须采集负荷预测曲线。 由于配电网络庞大而复杂，对缺电的判断主要考察输电网与配电网的分界点( 即供 电点d p 点) 。电网可靠性分析系统应根据电网的实际情况确定本系统的考核点。 由此可见，电网可靠性分析系统应在用户指定的考核点基础上，按搜集这些点的负 荷需求数据和实际潮流数据，才能对输电网指标作出评价。 ( 2 ) “停电” “停电”是反应电网安全性的重要因素。造成停电的原因可能来自运行控制命令、 检修命令、误操作命令、设备事故后保护动作、安全自动装置动作等因素。 由于不同原因造成的停电对系统可靠性影响不同，因此必须区别造成停电的不同原 因。这就要求采集或搜集各种命令源的数据或信息。 各种可能造成开关或刀闸动作的命令来源如下所示： 调度中心：运行控制命令，检修命令。 继电保护：开关跳闸、合闸。 低频减载等自动装置：开关跳闸、合闸。 远方切机、切负荷等安控装置：开关跳闸。 误操作、开关机构失效：开关跳、合闸。 ( 3 ) 部分数据或信息的人工确认 由于电力系统的复杂性，部分可靠性数据不能自动获取，还需要人工确认。例如当 电力系统故障时，继电保护装置可能正确动作切除故障，也可能出现误动作或拒绝动作。 目前在保护跳闸后还没有一套完善的自动分析方法及设备来准确地将事故原因、保护动 作行为自动分析并形成报告。通常的做法是根据故障录波图及现场勘验结果进行人工分 析。 因此可靠性所用的此类数据必须由人工置入，且滞后于事件的发生较长时问。 此外，检测或调试时的误操作，开关的“偷跳”等事件信息，也需要人工置入。 华北电力大学工程硕十学位论文 2 2 4 小结 综前所述，电网可靠性的在线分析需采集的数据如下： ( 1 )带时标的潮流数据 ( 2 ) 带时标的电量数据 ( 3 )带时标的开关变位记录 ( 4 ) 带时标的刀闸变位记录 ( 5 )带时标的保护及自动装置动作信息 ( 6 )带时标的遥控命令出口记录 ( 7 )人工置入本地手动操作记录 ( 8 )人工置入设备检修记录 ( 9 )人工置入设备停运及其它原因记录 由于上述各类数据和记录之间存在一定的因果关系，且在时间顺序上具有连贯性， 而这些数据进入时并无严格顺序，因此获得可用的可靠性数据的难点在于分析、整理上 述数据，获得准确的、时间连贯的、因果关系明确的数据链表。在后续的研究中，这是 整个可靠性在线分析的重点研究内容，关系到系统的成败。 上述数据第( 1 卜_ ( 6 ) 项可直接从调度s c a d a e m s 系统中获取，第( 7 卜- ( 9 ) 项则不能 从远动系统采集，需根据不同电网实际情况从s c a d a 或m i s 系统中获取。 2 3 通信技术的发展 信息技术的发展为实现电网可靠性在线分析提供了可能。电网可靠性在线分析需要 实时掌握网络结构信息、系统运行状态参数、电气元件历史的和当前的运行状态等信息， 如此庞大繁杂的数据与信息能否采集和传输是实现在线分析的关键。而现代电力系统已 具备满足这种要求的能力。 在我国电力系统中，通过近十多年的努力，发电厂、变电站基础自动化已全面实现， 保护、自动装置等二次设备也广泛采用了微机型的数字化设备，电网可靠性分析的许多 可用信息源已完成了数字化改造。 其次，电力系统厂、站和调度中心已可以通过远动专用通道，国家电力数据网 ( s p n e t ) 和公共以太网传输数据，光纤通信网络已延伸到重要的厂、站和各级电力调 度部门，保护监控设备通信的国家标准已建立，智能设备的互通互联的标准有望得以建 立。所有这些都为实现可靠性在线分析传输数据提供了有利条件。 由此可见，目前研究、实施电网可靠性在线分析系统的条件已基本具备。 8 华北电力大学一j i j 鼍硕士学位论文 2 4 系统的功能目标 ( 1 )以输电系统的可靠性分析为目标； ( 2 ) 建立可靠性综合数据库，为在线和离线可靠性分析提供数据； ( 3 )元件可靠性统计； ( 4 )电网可靠性统计；， ( 5 )按完善的指标体系进行可靠性评价； ( 6 )按完善的指标体系进行可靠性评估。 2 5 实施电网可靠性在线分析的关键技术问题 电网可靠性在线分析系统主要包括两个部分，即电网可靠性在线分析软件包和数据 信息平台。前者主要是通过对电网可靠性有关的数据和信息的分析、整理、计算，实现 对电网可靠性指标的实时统计、发布以及预测和评估；后者主要将分布在电网各个地方 的数据和信息进行采集、汇总、构建电网可靠性数据信息平台，供电网可靠性在线分析 软件包使用。构建电网可靠性在线分析数据信息平台，是实现电网可靠性在线分析的关 键。 ( 1 ) 数据需求分析与数据提取 电网可靠性分析建立在大量的历史数据和实时数据基础上，但它需要的数据不是调 度s c a d a e m s 数据的简单移植。需要研究电网可靠性在线分析系统的数据需求及如 何面对各类信息系统进行数据挑选，需开发专门的数据过滤和提取软件。 ( 2 ) 数据通信技术 目前电力系统存在着各类信息子系统。这些系统间的物理连接较为容易，但要实现 真正的信息共享却有较大困难。其关键问题在于前几年在进行自动化和信息化的改造过 程中，通信规约的标准化相对滞后，因此要研究以最简洁有效的方法实现和有关信息子 系统的接口。 ( 3 ) 数据库技术 目前电力系统已广泛使用几种商用数据库。可选择适合电网可靠性在线分析的数据 库。由于数据量的不断积累可能导致的存储困难和检索变慢，必须研究数据的压缩存储 等先进的数据管理技术。 ( 4 ) 数据关联分析 由于数据可能来自不同的子系统，必须建立起这些数据之问的逻辑关系才能为可靠 性分析所用。 ( 5 ) 可视化管理 9 华北电力大学工程硕士学位论文 网络拓扑结构是可靠性分析的重要依据。利用图形技术实现可靠性分析的可视化管 理与网络拓扑分析相结合将是建立高性能电网可靠性在线分析系统的必要手段。 1 0 华北电力大学i = 程硕十学位论文 第三章电网可靠性在线分析系统软件设计 3 10 r a s g 的结构 电力系统在电网结构上相互连接，在管理体系上却是纵向结构。因此电网可靠性分 析系统宜采用分层分布式结构。即按管理层次要求设置各级可靠性分析管理子系统，按 电网整体可靠性分析要求建立纵向和横向的数据传输通道。例如省级电网公司对2 2 0 k v 及以上电网进行直接调度管理，需收集2 2 0 k v 及以上电网的各类数据。而2 2 0 k v 变电 站却由各地级电网公司管理，且这些变电站内还有众多1 1 0 k v 及以下电压等级的电气 设备，在各地级电网公司有必要设置可靠性管理子系统。由此可见，电网可靠性分析系 统是由若干个子系统组成的分布式系统。 3 1 1 系统层次结构 各电网公司设置一可靠性管理工作站( o r a s g ) 于各自的m i s 网内，负责从各电 网公司的调度s c a d a 及m i s 等系统中收集相关的信息进行分析处理，然后将不同的数 据格式形成统一的标准数据库格式，通过公网节点或电力专用数据网上报上一级电网公 司( 也可由上一级电网公司通过正浏览方式获取下一级电网公司的数据) ，这样层层上 报汇总，最后上报国家电网公司。 华北电力大学： 程硕士学位论文 调度s c - k d a q s l i o r a s g 系统公网或电力 ： ： ：专用数据网 3 1 2 系统数据结构 图3 - 1 可靠性在线分析系统层次结构圈 系统整体分为源数据层，数据接口层，中心数据层、图形接口层和可靠性功能层。 如图3 2 所示。 源数据层包括各节点的调度自动化系统数据、能量管理系统数据、保护管理系统数 据等所有与可靠性系统管理有关的子系统数据库。这些子系统包含有系统参数和运行数 据。作为配电系统规划工作的输入数据( 如负荷的测量数据) ，其采集、传输和业务处理 部分由于与本系统功能目标无关没有纳入本系统层次结构。同时由于这些系统数据具备 不同的实时性、安全性要求特点，因此必须认真加以分析，采取合适的数据抽取、转换 和访问认证策略来综合利用。 数据接口层负责将从各种源数据层抽取的数据转换成统一格式的x m l 文件，方便 了中心数据层的数据抽取和转换。x m l 结构和语法规范、层次简单、处理效率高，能 够支持与多种数据库的数据格式转换。 中心数据层负责将抽取数据转换层中x m l 格式文件的数据，按照标准数据格式和 数据模型( 参考i e c6 1 9 7 0 和i e c 6 1 9 6 8 国际标准) 要求，集中存储需要的有关过去、 现有和将来的可靠性数据信息，并采用数据中i 日j 件或虚拟数据通道技术形成统的可靠 性系统数掘视图。中心数据层格式可选择采用关系数据库方式或x m l 方式，为进一步 1 2 田电 省阿地调 县调 华北电力人学1 ：程硕士学位论文 进行可靠性数据分析计算打下基础。 调度自动化 能量管理系保护管理系 其他系统数据一 系统数据一统数据一统数据一 粼戥 x m l 文本文件一 数据接口层 通用信息模型c n 巾 中翻目曝扈 上 图形系统币台p 图形接口虏 可靠性分析、计算工具 可靠性功i 雒 图3 - 2 基于图形平台的可靠性分析系统总体结构图 图形接口层负责采用地理接线图、一次接线图等图形接口方式，将中心数据层所提 供的数据与图形元素结合起来，为可靠性系统用户提供友好的交互方式，并提供可靠性 工程辅助设计功能，能够输出标准工程设计图纸，支持多种图纸格式。由于可靠性数据 来源很多，数据量很大，因此图形接口的工作对于降低用户工作量和提高系统友好性具 有突出作用。图形平台层应系统要求可以选择支持矢量图形接口、g i s 图形接口等主流 图形接口方式，能够生成和管理数字化地图及其相关数据，能够提供有关街道、城乡规 划、配电设备和负荷分布的图形和文本数据，也可图形显示规划设计结果。 可靠性分析、计算工具提供可靠性数据的统计报表管理，并将结果进行打印等方式 输出。 华北电力大学1 ：程硕+ 学位论文 3 1 3 几种子系统结构 ( 1 ) 单机系统 组成方式：由单机组成，通过网络与历史数据库连接，并通过一个专门数据通讯服 务器与m i s - 次系统相联。 功能：建立一个小型的可靠性数据库，完成基本的数据收集和统计功能。 l a n 镜像数据服务器 遁讯服 可簟性系统管理机 务器 图3 - 3 单机系统结构 ( 2 ) 局域系统 组成方式：采用客户服务器的方式，通过网络与s c a d a e m s 历史数据库连接，并 经综合数据通讯服务器与m i s - - 次设备通讯，或与已有的数据仓库连接。建立基于 w e b 的、可扩展的可靠性评估系统。 功能：构建一个开放的可靠性数据库，完成一个省调或网调的可靠性数据收集、统 计、评价和评估功能：基于w e b ，相关的职能部门通过给定的权限，可以浏览、修 改和添加在线评估系统；适合地级电网公司使用。 1 4 华北电力人学1 ：程硕士学位论文 镜像数据服务器 擎嚣雾 孟萎驴缋 可靠垤茜酥虹聊蛄 ：l ( 3 ) 广域系统 组成方式：在各地级调度中心建立了基于采用客户服务器的在线可靠性评估系统的 基础上，基于广域网，在一个中心调度所建立统一的大型可靠性数据库，形成一个 全网的在线可靠性评估系统。 功能：适合省调中心、网调或国调中心使用。 3 1 4 物理连接图 w a n 图3 - 5 广域系统结构 华北电力大学工程硕士学位论文 3 1 5 小结 图3 _ 6 物理联接图 通过上述结构的介绍，总结其结构特点如下： ( 1 ) 统一模式，分层分级 各级电网公司按统一标准、统一模式建立可靠性信息系统的数据采集、数据传输、 数据分析体系，可保证方法的正确性、数据的准确性，最终实现分析结果的可信性。 采用分层分级方式，既适应基础数据分散的客观现实，又满足各级电网公司分析评 价自身电网可靠性状况的需求。 ( 2 ) 采用专网与公共网络传输相结合的数据传输方式，结构简单，高效町靠 各电网公司的局域m i s 网一般均与公共互联网相连，可靠性统计管理信息不要求很 高的实时性，采用公共互联网传送，具有结构简单，费用低廉的特点。 华北电力大学工程硕士学位论文 3 2 0 r a s g 的功能 大电网可靠性评估包括两个方面：一方面是给定电网的可靠性定量评估，另一方面 为建立反映电网运行性能的指标体系。可靠性定量评估需要输入数据，计算工具( 程序) 和提供可靠性指标如下： ( 1 ) 输入数据包括两个部分：系统数据( 发电计划安排，电网结构和负荷数据) 和设 备故障数据( 系统元件的故障概率，频率和修复时间) ； ( 2 ) 编制的计算程序应当满足可靠性离线和在线评估的要求。也应能进行充裕性和安 全性的评估； ( 3 ) 可靠性评估提供一组可靠性指标。大电网可靠性指标包括：负荷削减概率 p l c ( p r o b a b i l i t y o fl o a dc u r t a i l m e n t s ) 期望负荷削减频率e f l c ( e x p e c t e d f r e q u e n c yo fl o a dc u r t a i l m e n t s ) ，期望负荷削减持续时间e d l c ( e x p e c t e dd u r a t i o n o fl o a dc u r t a i l m e n t s ) ，期望缺供电量e e n s ( e x p e c t e de n e r g yn o ts u p p l i e d ) ，以及期 望损失费用e d c ( e x p e c t e dd a m a g ec o s 0 。为了不同规模系统的比较，使用某些 规格化指标：电网最大负荷等效缺电力指标b p i i ( b u l k p o w e r i n t e r r u p t i o n i n d e x ) ， 电网最大负荷等效电量削减指标b p e c i ( b u l kp o w e re n e r g yc u r t a i l m e n ti n d e x ) ，电 网平均电力削减指标b p a c i ( b u l kp o w e r a v e r a g ec u r t a i l m e n ti n d e x ) ，电网最大负荷 等效电力削减指标m b p c i ( m o d i f i e db u l kp o w e rc u r t a i l m e n ti n d e x ) ，以及严重度指 标s l ( s e v e r i t yi n d e x ) ： ( 4 ) 可靠性评估可以并且应当适用于以下领域： 系统风险评估 概率规划 运行方式比较 可靠性为中心的维修 资产管理 投资决策 另外，对于数据处理部分的功能，可总结如下： ( 1 ) 建立反映电网性能的指标体系需要配置一个数据库( 系统) 。这个数据库应当具 有以下功能： 收集以下数据：停电事件，设备清单，负荷曲线，变电站和系统的单线图，以 及负荷预测数据； 预处理数据； 分析和校核用于计算指标的停运数据； 报告。 华北电力大学t 稃硕十学位论文 ( 2 ) 数据库系统提供两类指标： 能够反映设备性能，并可用于可靠性评估的设备失效指标； 用于反映电网性能和有助于识别电网薄弱环节的供电点指标。 ( 3 ) 数据收集需要建立停运数据在线收集系统，并且应能与现有数据库系统交换信 息，例如设备规范数据的m i s 系统，取得负荷曲线数据的测量和收费系统，以及 获取在线单线图和负荷预测数据的e m s s c a 】d a 系统等。 ( 4 ) 数据预处理功能。这是为了去除不良数据以保证数据质量的功能模块，可用某种 统计模型来实现这一功能。 ( 5 ) 分析和校核数据的功能是处理不可能由数据库或程序自动进行的工作，并且必须 由用户通过计算机屏幕的人机界面来进行。 ( 6 ) 为了能从原始数据计算这些指标，必须建立适用于给定公司电网的一系列模型。 这些模型至少应包括：设备模型，供电点模型，负荷( 曲线) 模型，以及指标计 算模型。建立模型的关键在于清楚理解可用原始数据状况和输出指标对其要求之 间的关系。一般来说，应当包括以下因素的考虑： 设备模型应当包括，且不限于：设备标识，分类标识，设备型号，位景，电压 等级，业主，运行停运数据，线路长度，线路和终端之间的联接等等。 供电点模型应当包括，且不限于：供电点标识，供电点与设备，馈线间的连接逻 辑关系，供电点和负荷曲线问的映射关系，变电站和供电点问的映射关系，供 电点电压级别，以及供电点的类型等等。 负荷曲线模型应按负荷类型分类( 例如大用户，配电用户) 。负荷曲线必须与供 电点对应。如果负荷曲线不能满足这一要求，则必须考虑合理的近似模拟技术。 根据指标计算公式建立指标计算模型。关键是弄清楚数据和公式中各量之间的 关系。 与指标计算相关的另一个重要问题是清楚理解指标的定义，用于反映电网运 行性能的供电点主要指标有：系统平均停电频率指标s a i f i ( s y s t e ma v e r a g e i n t e r r u p t i o nf r e q u e n c yi n d e x ) ，系统平均停电持续时间指标s a l d i ( s y s t e ma v e r a g e i n t e r r u p t i o n d u r a t i o ni n d e x ) 系统平均修复时间指标s a r l ( s y s t e ma v e r a g e r e s t o r a t i o ni n d e x ) ，以及供电点不可靠度指标d p u l ( d e l i v e r yp o i n tu n r e l i a b i l i t y i n d e x ) 。应当注意：这些指标与配电系统使用的名称相同，但他们却有完全不同的 意义，具体公式见附录。 主要的设备指标是：故障频率，修复时间，以及不可靠度。还可以根据需要定 义更多的指标。 ( 7 ) 报表子系统应当足够灵活地制定各种报表格式。例如： 设备指标应当能够按来源，位置，原因，电压，型号，故障模式类型，以及时 期等来分类。 】8 华北电力人学工程硕士学位论文 供电点指标应当能够按来源，位置，原因，电压，以及时期等来分类。 上述全部分类均按公司规定。例如，原因可以分为缺陷设备，恶劣气候，系统 操作，人员失误，外部问题等。每一类还可以进一步细分。设备型号可以按主 要元件分类，每一类主要元件又可细分为子元件。 ( 8 ) 建立可靠性数据管理系统的软件组成至少应包括：数据收集软件( 例如 e t l - e x t r a c t ，传送和加载) ，数据储存和分析软件( 例如0 鼬牝l e ) ，计算软件( 例 如c + + 或) ，屏幕设计软件( 例如c o g n o s ) 等。应当根据总体构思来选择 软件。数据管理系统的结构设计是十分关键的问题。 1 9 华北电力大学f ：稃硕十学位论文 第四章电网可靠性在线分析系统实现 4 1 0 r a s g 软件平台 4 1 1 软件平台设计原则及方法 可靠性分析系统软件平台是为可靠性分析服务的综合软件集成环境，承担的任务主 要有数据采集、存储管理、图形、报表、人机交互、数据通信、计算支持等功能，因而 其性能直接影响到整个系统功能的实现。 可靠性分析系统拟基于w i n d o w sn t 、2 k l k p 操作系统( 向后兼容) ，数据库系统采 用大型的关系型数据库管理系统o r a c l e 数据库管理系统，开发工具采用面向对象的 m s v c + + 6 0 ，报表系统采用自主开发的类似e x c e l 方式的报表制作平台。 主要设计原则如下： ( 1 ) 先进性 系统采用先进的w i n d o w sn t 2 k x x p 操作系统和面向对象的程序设计方法，可具有 良好的通用性和可移植性。 ( 2 ) 数据仓库管理技术 系统具有的多用户数据仓库管理能力，更多的分区方式，更强的与o l a p 工具的交 互能力，以及在各级o r a c l e 数据库间快速和便捷的数据移动机制。 系统将可靠性分析计算软件与数据管理系统一体化实现，以电力系统模型构造数据 库，同时生成管理系统数据库和高级应用参数库，并提供智能化图形系统，通过接线图 直接建立电网拓扑模型。操作界面也融为一体，通过切换不同数据源，实现各种功能。 ( 3 ) 遵循开放性、分布式原则的系统体系结构 系统不仅要做到计算机平台级，即操作系统、用户界面和网络通信等的开放，而且 还进一步遵循数据库、应用程序及现场保护自动装置与通信装置接口及规约的开放标 准，以利于接入不同厂家产品的数据，保护用户投资，提高系统可维护性，也为将来系 统扩充和发展保留充分的余地。 系统采用分布式结构，相比于集中式系统有以下优点： 系统配置灵活，可以分步投资，系统扩容不影响系统性能。 采用数据与功能就近分布的原则，减少网络上的数据流量。 系统具有更高的可靠性，多机充分冗余。 通过功能的合理分布，使系统中的各功能结点负载平衡，减少集中式系统带来 的主机负担过重的问题。 华北电力大学【：程硕士学位论文 ( 4 ) 强大的通信支持能力 完善的通信规约是数据采集的基本保障，应开发和购买目前电力系统内所使用的远 动和保护自动装置的规约。统计表明需配置的规约有近二十种。 对数据采集的方式，既可适应集中式的数据采集方式，也支持分散数据采集方式， 还支持广域网采集各种不同管理系统数据的方式。 ( 5 ) 可扩性好 图库一体化操作，通过图形可以直接完成系统需求的数据库、图形、报表等系统数 据的建立。 ( 6 ) 安全性好 系统提供完整的安全性管理，由i n t e m e t 级的软硬件安全性管理、各级系统的通讯 软件安全性管理以及系统各级模块间的用户使用权限管理，不同等级的用户可定义不同 的功能子集，并可拥有不同的主控配置。 系统具有登录、注销的概念，在一体化系统中又引入“角色”的概念，控制不同用 户的操作权限。 ( 7 ) 完善的开放性数据库管理系统 采用o r a c l e 专用的标准数据库接口技术，使系统独立于各种商用数据库，很方便地 与各级管理系统建立互联，并提供各种手段，保证历史数据的完整性。 数据库完全开放，系统自动包容用户自定义的各种库，提供用户二次开发的能力。 ( 8 ) 图库一体化设计 采用多平面、多层次的图形系统，具有漫游、变焦、导游等功能，并将地理概念引 入图形系统，使图形能反映地理信息，并可直观的通过图形界面查询各种可靠性分析结 果。 图形与拓扑结构相结合，拓扑结构是根据用户的图形自动分析而形成，不增加用户 的负担。在拓扑结构的基础上，可提供许多更复杂的功能，如动态着色等功能。 ( 9 ) 面向对象的接口模块系统 采用模块化和智能化模件组成，安装方便、灵活，替代大量主机负荷，大大提高信 息处理能力。且不依赖数据采集工作站的硬件接口及软件平台，系统升级方便，可扩性 好。 提供多窗口、全图形人机界面，操作方便直观，调试手段灵活，所有参数及系统配 置全部在线完成。 ( 1 0 ) 功能强大的报表系统 该系统采用e x e c l 专用性制表系统作为载体，满足e x e c l 专用性制表系统基本 的功能，同时具有本系统的计算、在表项中可插入文字、数据项、表达式、文件、画面 或位图等。提供计算引擎进行表面数据项的计算，作到图文合一，所见即所得。 2 1 华北电力大学i ：程硕士学位论文 4 1 2 系统软件 所有的系统软件均采用符合国际标准、商业化的、市场上可以单独选购到且直接来 自计算机厂家的未经修改的最新版本。 ( 1 ) 操作系统 采用m i c o s o f l 公司的w i n d o w sn 2 x p 操作系统，它相对其他操作系统来说 具有以下优点： w i n d o w sn i x 2 k l x p 是一个跨平台的操作系统，可采用工作站与p c 机相结合的 异构型系统，取得最佳的性能价格比，同时又保护了用户的软件投资。 安全性好。达美国政府认可的c 2 级别。 w i n d o w sm 呛l 四操作系统集成了计算机软、硬件技术的最新发展方向，具 有丰富的第三方软、硬件支持，用户在主机及外设选型时有充分的选择余地， 系统的备品备件也易于取得，各种新设备接入方便，汉化功能强大。 w i n d o w s n t l 2 k l x i 具有易学、易于维护的特点，提供良好的二次丌发平台。 w i n d o w sn t 、- 2 k l x i 具有强大的网络功能，支持客户朋民务器通信方式和流行的 多种通信协议。方便的实现i n t c m e t 。 ( 2 ) 程序语言 采用面向对象的通用的编程语言( m s v c + + 6 0 及其以上版本) ，该编程语言作为工 控系统通用的程序设计工具，具有实时性强、扩展性强等特点。 ( 3 ) 数据库系统 数据库系统采用大型的面向对象的开放性关系型数据库系统( o r a c l e l o 0 版本的数 据库) ；系统访问采用o r a c l e 专用的标准数据库接口，它的主要特点如下： a 、w e b 信息管理 o r a c l e w e b d b 是一个用于建立、部署和灵活监视w e b 数据库应用和内容驱动的w e b 站点的解决方案。通过组合直观的h t m l 界面和健壮的、基于浏览器方式的完整h t m l 工具集，它允许用户轻松、快捷地开发w e b 数据库应用。o r a c l e w e b d b 是一种最快、 最容易的访问具有w e b 功能的o r a c l e 数据库的方式。 o r a c l ew e b d b 是一个工具集，其中包括建立动态w e b 应用和内容驱动的w e b 站点 的所有必备工具。使用o r a c l ew e b d b 开发的应用和w e b 站点完全包含在o r a c l e 数据库 之中。这里，不再需要在每一台机器上安装软件，不再需要使用f r p 来远程管理文件， 不再需要在每一次开发人员补救错误，并需要更新所部署的系统时，制定复杂的部署方 案。o r a c l ew e b d b 真正满足了i n t e r n e t 的挑战，真正实现了快速的应用开发和简化的应 用部署。 b 、j a v a 应用 华北电力大学工程硕士学位论文 o r a c l e 将j a v av m 引入到数据库之中，从而实现了在服务器上存储和执行j a v a 代 码的能力。 o r a c l ed a t as e r v e r 中的j a v av m 允许开发人员在数据库中编写、存放和执行j a v a 代码，允许用j a v a 来创建存储过程、函数和触发器。这在另方面也大大降低了对数据 库编程技术的要求。这一点恰好不同于c 、o r a c l ec a l li n t e r f a c e 、p l s q l t m 和其他语言。 s o l i 是一种基于j a v a 的嵌入式s q l 语言。客户或服务器j a v a 代码可以轻易地嵌 入s q l ，实现与关系数据库的通信。客户方s q l i 语句中的j a v a 代码通过一个j a v a 预 编译，从而生成基于j d b c 的j a v a 可执行程序。服务器方j a v a 代码则可通过自身接口 直接访问数据库。s o l j 在关系数据库和j a v a 之间提供了一个强大易用的接口。 o r a c l e 同时还提供对e n t e r p r i s ej a v ab e a n s 的支持，并支持基于c o r b a 通信标准 i i o p 的通信能力。分布式j a v a 对象可以通过自身c o r b a 协议直接与o r a c l e d a t a s e r v e r 中的j a v a 对象实现连接。 c 、高端数据仓库技术和o u p ： 多用户数据仓库管理能力，更多的分区方式，更强的与o l a p ( o n l i n ea n a l y t i c a l p r o c e s s i n g ) 工具的交互能力，以及在o r a c l e 数据库间快速和便捷的数据移动机制。 日益增多的o l t p 应用需求受益于众多新的特性，这些新特性提高了可用性、可伸 缩性、性能和可管理能力。 自动的备用数据库让管理员可以终止重复同志文件的应用，以便对备用数据库执行 查询，生成报告，从而节省主要系统上的资源。 通过一个稳健的、基于规则的发布订阅模型改进了先进的查询技术，使得消息可以 自动转发给已注册的客户端。应用可以使用规则来订阅一个查询队列，确定它们所”感 兴趣的”队列消息是什么。利用业务事件框架，可以创建通过订阅消息实现无缝通信的 集成应用。新的事件触发器如今可允许数据库事件，例如数据库启动或用户登录，激活 一个触发器，从而执行一次操作。 内部实例通信提供了一种新的机制，从而大大提高了实例间读操作的性能。 增