（电力系统及其自动化专业论文）城市电网安全预警与保障决策支持系统.pdf

浙江人学硕二f ：学位论文 a b s t r a c t d u r i n gt h ep a s ty e a r s ，b l a c k o u t si nt h ep o w e rs y s t e mo c c u r r e do v e rt h ew o r l d t h es h o r t c o m i n g so fe m sw e r ee x p o s e dt ot h ed i s p a t c h i n gc e n t r e ，a n da l li n t e l l i g e n t s e c u r i t ye a r l yw a r n i n gs y s t e mi sr e q u i r e d t h es e c u r i t ye a r l yw a r n i n gs y s t e ms h o u l d o b s e r v et h er e a l t i m es t a t eo fp o w e rs y s t e m ，c a r r yo u tt h ea n a l y s i so fp o w e rs y s t e m s e c u r i t ya s s e s s m e n t ，f i n dt h eh i d d e nf a u l ta n ds e n dt h es e c u r i t ye a r l yw a r n i n gr e p o r t t ot h ed i s p a t c h e r , w h ow i l ld e c i d et h em e a s u r eo ff a u l td i s p o s a lt ok e e pt h es e c u r i t y o f p o w e r 鲥d i nt h i sp a p e r , t h es t r u c t u r eo fo n - l i n es e c u r i t ye a r l yw a r n i n ga n dd e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m ( e w d s s ) f o ru r b a np o w e rg r i da r ep r e s e n t e d i nt h eu r b a np o w e r 曲d ，t h ep r o b l e m o fa n g l es t a b i l i t yc a nb ei g n o r e d ，b u tt h et h e r m a ls t a b i l i t yp r o b l e m i so b v i o u s s o ，t h eo n 1 i n es e c u r i t ye a r l yw a r n i n ga n dd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mi s d i s c u s s e df r o ms e v e r a lp r o f e s s i o n a la s p e c t s u r b a n p o w e rg r i d sg e n e r a l l yu s e dl o o pp o w e rn e t w o r kd e s i g n e d ，r a d i a lr u n n i n g m o d e w h e nt h e r ew e r ef a u l t so rm a i n t e n a n c ei nu r b a np o w e rg r i d ，t h ep o w e rl o a d s w e r et r a n s f e r r e dt h r o u g hc l o s i n gl o o po p e r a t i o nt oa v o i db l a c k o u t so fc o n s u m e r s a n d i m p r o v et h er e l i a b i l i t yo fp o w e rs u p p l y a st h ep e r f o r m a n c e o ft h eg r i da f t e rc l o s i n g l o o pw a so p a q u et ot h ed i s p a t c h e ra n d t oj u d g et h ef e a s i b i l i t yo fc l o s i n gl o o pw a s d i 衢c u l t ，t h el o o pp o w e rf l o ww a ss o m e t i m e st o ol a r g e ，w h i c hw o u l dc a u s el i n e so r e q u i p m e n t so v e r l o a d ，r e l a ya c t i o na n d b l a c k o u t so fc o n s u m e r s a f t e rc h i n a s2 2 0k v p o w e rg r i dd i v i s i o n ，c l o s i n gl o o po p e r a t i o nb e t w e e nd i f f e r e n tr e g i o n so fc e n t r a l p o w e rs u p p l yh a sp u z z l e dt h ea c t u a lo p e r a t i o no ft h ee l e c t r i c i t yp r o d u c t i o n ，a n dt h e p h e n o m e n o no fr e l a ya c t i o nd u et ol a r g el o o pp o w e rf l o wr e p e a t e d l ya p p e a r e di n m a n yc i t i e s s o ，a l lo n 1 i n el o o pp o w e rf l o wc a l c u l a t i o nm e t h o di sr e q u i r e d t o c a l c u l a t et h el o o pp o w e rf l o wi na d v a n c e ，a n dt h ed i s p a t c h e rc o u l db ei n s t r u c t e dt o h o l dt h eb e s tt i m eo fc l o s i n gl o o pt oe n s u r et h es a f e t yo fe q u i p m e n t sa n di m p r o v e t h er e l i a b i l i t yo fp o w e rs u p p l y c l o s i n gl o o po p e r a t i o na n dc a l c u l a t i o no fl o o pp o w e r f l o wa r es t u d i e di n t h i s p a p e r b a s e do nt h es t u d y , t h ef u n c t i o no f o n - l i n el o o pp o w e rf l o wc a l c u l a t i o n ( s t a t e e s t i m a t i o no na c t i v ep o w e r ) o ft h ee w d s sa r ed e s i g n e da n dr e a l i z e d s t a t e e s t i m a t i o no na c t i v ep o w e ri se s t a b l i s h e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c st l l a ti nu r b a np o w e r g r i dt h ea c t i v ep o w e r i sc l o s e l yr e l a t et op h a s e a n g l ea n df e e b l yr e l a t et ot h ev o l t a g e a m p l i t u d e a n dt h ep r e c i s i o no fa c t i v ep o w e rm e a s u r e m e n tw a sh i 出s o ，o n l yt h e a c t i v ep o w e ra n dp h a s em e a s u r e dv a l u ea r et a k e ni n t oa c c o u n ti nt h es t a t ee s t i m a t i o n s ot 1 1 i sa r i t h m e t i cc a l li m p r o v et h es p e e da n dp r e c i s i o no fs t a t ee s t i m a t i o n ，a n d m i n i m i z et h ed e p e n d e n c eo nt h eb a s i cd a t a l o o pp o w e rf l o wc a l c u l a t i o nf u n c t i o ni s r e a l i z e do ns t a t ee s t i m a t i o no na c t i v ep o w e r i tc a l lf a s tc a l c u l a t et h el o o pp o w e r f l o wa n ds u p p l yt h ea n a l y z e dr e s u l to fl o o pp o w e rf l o wa n dt h ee a r l yw a r n i n ga n d d e c i s i o ns u p p o r ti n f o r m a t i o nt ot h ed i s p a t c h e r , w h oc a l lc h o o s et h eb e s tc l o s i n gl o o p i i k e y w o r d s ：o n l i n es e c u r i t ye a r l yw a r n i n ga n dd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mf o ru r b a n p ? w e r 鲫d ；s t a t i cs e c u r i t ya n a l y s i s ；a d e q u a c yo fv o l t a g er e g u l a t i o nc a p a b i l i t y ：o n l i n e r e l a ys e t t l n gc h e c k ；n e t w o r kr e c o n f i g u r a t i o n ；s t a t ee s t i m a t i o no na c t i v e p o w e r ； c a l c u l a t i o no fl o o pp o w e rf l o w 。 1 1 1 一 浙江大学硕上学位论文 第1 章绪论 1 1 安全预警系统研究背景 近几十年来，国内外电力系统由于安全稳定遭到破坏，曾发生多次大面积 停电事故。美国1 9 6 5 年东北包括纽约大停电事故，1 9 7 7 年7 月1 3 日纽约大停 电事故，法国1 9 7 8 年1 2 月1 9 同大停电事故，日本1 9 8 7 年7 月2 3 日东京电力 系统大停电事故，1 9 8 0 年7 月2 7 日中国安徽电网大面积停电事故。停电事故 的频繁发生引起了世界对调度自动化系统的重视。1 9 6 7 年电力系统安全运行框 架结构提出，调度控制中心从初期的系统监控和数据采集( s c a d a ) 发展为能量 管理系统( e m s ) 和配电管理系统( d m s ) 。然而2 0 0 3 年8 月1 4 同美加大停电再 次暴露出当前e m s 系统存在一定的缺陷n 。3 1 。电力系统迫切需要一个更加智能化 的调度自动化系统，即安全预警系统。该系统不仅要能实时跟踪电网的运行状 态，获得电网的实时信息资源，还应能完成对电网及设备进行安全评估，分析 和找出电网存在的安全隐患或识别电网紧急状态，对紧急状态或安全隐患向调 度员报警，并给出相应的事故解决方案，方便调度员及时采取相应的控制措施， 将安全隐患解决在萌芽状态。 1 2 国内外安全预警系统研究现状 目前国内外已经进行了许多安全预警系统相关的开发研究，并取得了一定 成果h 1 。美国电力系统在美加8 1 4 大停电事故后已经丌始研究针对美国电网 的安全预警系统的建设。欧共体实施的o m a s e s 项目的研究内容包括了在线d s a 和电压稳定分析( v s a ) 并取得了部分成果。国内江西省网、云南省网、江苏省网 也相继部署了电网安全预警系统n 2 1 5 1 。这些系统的开发研究从不同侧面分析和 完善了安全预警系统的功能，各有侧重点，为安全预警系统的研制开发提供了 宝贵经验。 现代电力系统静态安全分析技术基本成熟，但是对于复杂的区域性电网， 由于系统的模型准确性很难保证，同时需要求解大规模的微分方程，计算量大， 尚缺少有效的满足实时性要求的在线暂态安全分析技术和控制决策方法，因此 在线d s a n 7 嗡1 和电压稳定分析( v s a ) 一直是电力系统中的难题文献 2 6 介绍了 一种为电力系统暂态稳定提供量化结果的算法e e a c ，能清晰地反映运动稳定 一1 一 浙江大学硕士学位论文 性的机理，适用于求取任意参量极限值，发现并解释非线性系统的许多特有现 象，现主要应用于电力系统安全稳定的紧急控制中。文献 1 3 从整体上设计安 全预警系统的功能框架和体系结构，并阐述了每一项子功能系统的功能和研究 重点。文献 2 7 - 2 9 总结我国电力系统的运行经验，设计了自适应时空优化的停 电防御框架，论证了防御系统由相继事件演化为大停电灾难而应该具备的核心 功能，阐述了三道防线优化协调及恢复控制技术。这些研究的共同特点是针对 大区域电网，研究重点为电网的暂态安全稳定和紧急控制措施，侧重于关注电 网的功角稳定性，通过切机实现电网的紧急控制以避免电网暂态失稳。 1 3 城市电网安全预警与保障决策支持系统主要研究内容 城市电网以及城乡配电网是国家电网的重要组成部分，是整个电网的发展 基础及最终归宿。目前我国的城市电网结构仍较薄弱，地区电网的联系还不够 紧密，互供能力不足；电网抵御故障能力、供电可靠性有待提高，发生大面积 停电事故的可能性还是存在的。随着城市化进程的加快，城市规模不断扩大， 电力负荷需求急剧上升，也由于“厂网分开、竞价上网 的电力市场化改革， 电网将越来越接近极限运行，电网潮流的快速变化对电网的安全运行提出了更 高的要求；电气联系的加强，使得事故扰动范围扩大，如果运行监测系统功能 不健全，对电网事故缺乏足够的预见性和对策，很可能由于偶然性的单一事故 扩大为恶性的连锁反应事故。 但是目前城市电网一般采取的是n - 1 后系统稳定的安全稳定标准，一旦受 电通道的关键断面发生n - 2 故障，局部系统瓦解难以避免，若没有合理的应急 处理措施，恢复供电时间将相当漫长。随着城市现代化的进程，这种停电事故 将给城市的生活、经济带来越来越大的影响。同时，城市电网具有自己的特点， 在一些专业领域存在一些特殊的实际运行问题有待解决。因此，在主网加大科 技进步和资金投入的同时，在城市电网领域积极开展安全预警与保障决策支持 系统的研究工作，无疑会大大提高供电可靠性，保障城市电网的安全运行，减 少事故损失，确保现代化城市的正常运作。 城市电网安全预警与保障决策支持系统可提示系统安全运行状况，并提供 及时的事故预案处理措施，提前将长时间大面积停电的可能性及时消灭或者降 低到最小的程度；有利于运行人员正确及时处理事故，减少事故损失，保障城 一2 一 浙江大学硕十学位论文 市电网的安全运行，确保城市的正常运作。通过系统地研究城市电网安全预警 与保障决策支持系统，设计和实现城市电网安全预警与保障决策支持系统中的 各项子功能，可以监视电网运行状态，对电网进行全面的安全评估，找出系统 存在的安全隐患，报警并提出控制措施，建立起城市电网安全的保障系统。因 此，研究城市电网安全预警与保障决策支持系统及相关实际技术问题具有重要 的学术意义和应用背景。 城市电网安全预警与保障决策支持系统是针对城市电网的特点和存在的实 际问题设计的。在城市电网中，电源少且单机容量小，因此功角稳定不太严重。 但是，城市中用电负荷增加较快，电网建设相对落后，热稳定问题相对突出。 城市电网有着明显不同于省、网级电网的特征，这就决定了城市电网安全预警 与保障决策支持系统与网、省级电网安全预警系统有着不同的内涵。 浙江大学和福建省电力实验研究院联合开发的城市电网安全预警与保障决 策支持系统主要包含以下内容： ( 1 ) 分布式并行处理平台：实现服务的主备冗余及计算任务在各节点上的 分布式计算。 ( 2 ) s v g 图形浏览：编制s v g 图形浏览器，实现电网接线图及曲线的显示 功能，为网络拓扑分析的动态着色提供支持，利用s v g 图形实现人机交互界面 的可视化效果，增强人机交互界面的友好性。 ( 3 ) 综合信息平台：实现电力调度中心内各应用系统的信息交换，维护描 述电力系统结构和元件物理特性的网络数据( 如发电机、变压器、线路的阻抗 和其他特性参数) ，对外提供c i s 服务。 ( 4 ) 状态估计与拓扑错误辨识：根据电网的量测信息估计电网的实际运行 状态，利用采集的开关状态及遥测数据对可能存在的刀闸状态错误进行辨识， 给出正确的刀闸状态。 ( 5 ) 潮流计算：实现多种潮流计算方法( p q 分解法、极坐标牛顿拉夫逊 法、直角坐标牛顿拉夫逊法、最优乘子法) 。 ( 6 ) 静态安全校核( 预想故障分析) ：利用设备状态评估结果在线确定设 备的热稳定限额，在此基础上对主网n - i 故障及部分自定义多重故障进行安全 校核，对供电网根据自动装置的动作逻辑进行n 一1 + 1 安全校核，据此将系统运 一3 一 浙江大学硕士学位论文 行状态划分为紧急状态、预警状态及正常安全状态。 ( 7 ) 电网无功电压调节能力的充裕度校核：从a v c 系统获取设备闭锁信 息，在此基础上对电网无功电压调节能力的充裕度进行校核、预警。 ( 8 ) 短路电流计算与保护定值校核：通过对各种故障的自动扫描，以在线 方式对电网中保护的定值进行选择性、灵敏性等检测，找出保护中存在的安全 隐患，有效防止电网事故的发生。 ( 9 ) 超短期负荷预测及母线负荷预测：进行超短期负荷预测及母线负荷预 测，以此为基础构建预测态运行方式，在此基础上对预测态进行安全校核、预 警及辅助决策。 ( 1 0 ) 网络重构：搜索最优开环点，使负荷在各馈线间转移以达到合理分 配的目的。 ( 1 1 ) 在线合环潮流预测及合环预警辅助功能：采用叠加原理计算合环潮 流，并根据合环潮流计算结果进行电网安全检测，对存在安全隐患的合环点进 行报警并给出辅助决策。 ( 1 2 ) 实现可视化界面，如电压等高线等可视化效果，提高人机界面交互 的友好性。 ( 1 3 ) 辅助决策功能。正常状态辅助决策功能，以降低网损或负载均衡为 目标对供电网进行重构，给出多种重构方案及相应的安全、经济指标，辅助用 户进行科学决策。紧急状态报警及辅助决策功能，以消除设备过载为目标对供 电网进行重构，给出多种重构方案及相应的安全、经济指标，辅助用户进行科 学决策，并提供灵敏度等信息为用户在必要时选择切负荷手段提供依据。恢复 状态下的辅助决策功能，能够提供停电区域的最优恢复供电路径，辅助用户进 行科学决策。 1 4 本文的主要工作 城市电网安全预警与保障决策支持系统是一个庞大的系统，从最底层的信息 通信、支撑平台、数据管理，到基础的网络拓扑分析、状态估计、潮流计算，再 到更高层次的电力系统分析功能，每个环节都需要大量的理论分析和软件开发工 作。本文深入分析了城市电网安全预警与保障决策支持系统的体系结构和主要功 能。由于严格的电力系统状态估计对实际电网网络参数和测量数据的质量依赖性 一4 一 浙江大学硕士学位论文 较高，一旦状态估计失败将导致整个预警系统中其他功能模块的预警结果和辅助 决策出错。调度员若根据错误的预警结果和辅助决策操作，将威胁到电网的安全 运行。考虑到在城市电网的实际运行中，有功功率的量测数据精度相对无功功率 较高、有功功率与电压相角关系密切而与电压幅值关系较弱的特点，采用有功状 态估计仅对电网母线相角进行估计，而电压测量值则直接作为准确值处理。有功 状态估计具有估计结果精度相对较高，收敛性非常好，对基础数据的依赖性相对 较低等优点。在有功状态估计基础上开发了在线合环潮流预测及合环预警辅助功 能。 主要工作如下： ( 1 ) 对城市电网安全预警与保障决策支持系统的整体框架和主要功能进行 分析，从整体上把握城市电网安全预警与保障决策支持系统的电网各参数数据的 传输与管理、主要功能模块的实现方法以及各功能模块间的相互协调关系。 ( 2 ) 参与系统可视化界面的开发工作，实现电网接线图及曲线的显示功能， 增强人机交互界面的友好性。 ( 3 ) 对城市电网的合环潮流问题进行了详细分析。研究了合环潮流稳态值 的计算方法；对合坏潮流的暂态过程进行了定性分析和软件仿真；研究了影响合 环潮流的主要因素；总结了合环潮流的控制措施。 ( 4 ) 实现了在线合环潮流预测与预警辅助功能，能够指导操作人员掌握最 佳合环时机。 一5 一 浙江大学硕_ l 学位论文 第2 章城市电网安全预警与保障决策支持系统整体框架 城市电网安全预警与保障决策支持系统是一个复杂的软件系统，涉及到电 力系统、计算机、数据库管理、信息通讯等多个专业领域的知识。该系统建立 在可靠的网络通信系统之上，采用分布式处理技术提高分析计算速度，从控制 中心e m s s c a d a 系统获取数据，对数据进行估计、辨识，计算网络潮流，对 电网进行安全评估，对存在安全隐患的电网薄弱处进行预警，并提供辅助决策 功能。 2 1 城市电网安全预警与保障决策支持系统体系结构 2 1 1 硬件体系 城市电网安全预警与保障决策支持系统除提供实时态、预测态等在线评估 模式外，还提供研究态支持运行方式或检修方式的离线评估，除面向调度员外， 还面向运行方式人员、继电保护维护人员及计划检修人员，为了能够更好地为 各专业人员服务，故部署在安全i i i 区以方便用户的接入。s c a d a e m s 系统位 于安全l 区，福州d t s 系统位于安全i i i 区，本系统在安全i i i 区配置 s c a d a e m s 系统镜像服务器，并通过镜像服务器读取电网模型及实时数据， 综合信息平台在接收到新的电网模型或s c a d a 实时数据时，更新所持有的电 网模型或实时数据。其硬件结构大致如图2 1 所示。 实时态预警服务器和预测态预警服务器是集群计算系统的协调机，大量重 复的计算任务由它们分配给计算服务器去计算，计算结果返回协调机汇总。实 时态预警服务器与预测态预警服务器采用双机热互备方式运行，即预测态预警 服务器作为实时态预警服务器的热备用机，而实时态预警服务器又作为预测态 预警服务器的热备用机。当两台预警服务器均正常运行时，实时态预警服务器 承担实时态预警任务，预测态预警服务器承担预测态预警任务；任一台预警机 故障时，则由另一台预警机承担全部的预警任务。同样，综合信息平台与设备 状态评估服务采用双机热互备方式运行。 一6 一 m7 i 上学l 一# 位论女 酲醚酲粒轻 幽2i 重要城l f _ 安全顾譬，保肺扶策点持系统堙4 l ：# i g j 2 1 2 软件体系 整个系统的层次如斟22 所示。系统j 分为六个层次，分别是： 第层为系统硬件层。并服务器和t 作鲥- 采用基jr i s c c i s c 芯片的各种 碗什构架工作站、服务器和微机，如c o m p a qa i ，p i i a 、s u n 、i b m 、i i p 搜 各炎p c 。 第一层为操作系统层。操作系统采片j 成熟的符仃固阿、工业标准的史时、多 用户、多任务纯w i n d o w sn t 40 2 0 0 0 x p , p o s i x i u n i x 或l i n u x 操作系统： 第三层为通川平台层。垴用平台可以看作b 层应用系统和底层不同硬什体 系、小州操作系统之问的个- lr f 件软件包，& 软件包有救地将上层应用和底 层系统隔离”，为r 层应用的设计和远行提供一种jf 发环境和逛 r r 台。 筇阻层足数槲支持层。主要包括分巾式并行处理及综合信息平台。分布式 并行处理半台基rc o r b a 捌范实现，通过胧务文体兀余、服务实体状态舱视 及仃血进程守护等机制保i e 了系统的高可靠性。，综合信息平台苯干i e c 6 1 9 7 0 的c i m 模型及c i s 接门构建，将所需的信息整台起柬，提供高教、町扩腱、n j 移植的数槲访问接u ，j 放彖统中的电州模犁、门动装嚣模型、保护模叱实 时数艄，a v c 设备闭锁信息及次接线罔等，使f 展脚用软件的“叫插即j ” 7 。一 一 浙江大学硕士学位论文 成为可能。 j 下常状态预警及辅助决策目紧急状态报警及辅助决策月 恢复状态辅助决策 系统状态监测 实时态 窒全里竺丝塑壁銎兰 预测态 国 研究态 安全预警及辅助决策豳安全预警及辅助决策 功能模块层 搿露瓣獭1 。爱燃荔翅l 霾凌自兹黪獬黝嬲缈嬲缀獭黝嬲缎黝黝缨戮獭黝鼢荔 ；猢 c i m 模型嗣s v g 图形翻c i s 服务塑进程守候翅服务实体状态监视塑 z 疆嚣珏譬x i 盔日目醯z 露+ z 8 荔# i 。孑了磊= r ? 籀箍嚣磊孺历蕊盈蕊磊露蕊嚣z 搿睁麟獭 m g 榭巍脚s m ! * 日护，慨 ， # z o 卅一静：h ，黝谢稿# 菇矗砀黝 综合信息平台 搦童荽萝行墼理平台 据支持层 基于c o r b a 的分布式软总线 圈 q t 丌发工具 圈 一一一。通用平台层 么隰塑暨婴：笺爱凌餮沥缓琵毖。筮缓翅琵溺滋翠笾滋盈塑翌要砑琵覆墨溺 l 一一y 烈p o w u 一u n i x 盟一兰唑一j 操作系统层 硬件层 图2 2 系统层次图 第五层是功能模块层。该层是本系统的主体，利用数据支持层提供的标准 化数据访问接口，采用c s 模式获取所需的信息，进行相应的分析功能。功能 模块层支持实时态、预测态及研究态三种分析模式，并采用模块化设计框架， 提高系统的可扩展性和灵活性。 第六层是决策支持层。决策支持层事实上是功能模块层分析结果的展现， 采取c s 及b s 模式获取实时及预测信息，根据电网的当前状态及变化趋势， 实时给调度员及生产管理人员提供预警或告警信号，并给出相应的建议措施， 辅助运行人员及生产管理人员做出决策。 预警服务及客户端界面均采用标准c + + 语言实现；网络通讯基于c o r b a 一8 一 浙江大学硕- l 学位论文 规范的c + + 语言映射实现，以进一步保证系统的高效性。w e b 服务采用j a v a 语言、j s p 及h t m l 技术实现。 2 2 城市电网安全预警与保障决策支持系统的支撑软件平台 2 2 1 分布式并行处理平台 分布式并行处理平台为整个系统提供了分布式运行环境，为系统的稳定高 效提供可靠保障。 分布式并行处理平台采用开放标准c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 作为平台的基础架构。c o r b a 是由o m g 组织制订的一 种标准的面向对象应用程序体系规范，是对象管理组织( o m g ) 为解决分布式 处理环境( d c e ) e p ，异构系统的互连而提出的一种解决方案；o m g 组织是一个 国际性的非盈利组织，其职责是为应用开发提供一个公共框架，制订工业指南 和对象管理规范，加快对象技术的发展。采用c o r b a 作为平台的基础的优点 是：应用丌发与编程语言无关；服务位置对使用者透明。分布式并行处理平台 基于c o r b a 规范设计，支持异构系统的开发，支持双机乃至多机配置，通过 服务实体的冗余及服务实体状态监视等机制实现了主备服务之间的无缝切换， 充分保证了系统的可靠性。 分布式并行处理平台还提供了节点进程监视与守护功能，当拟守护进程由 于某种原因退出时，分布式并行处理平台将自动检测到进程退出事件，并自动 重启该进程，从而进一步提高了系统的总体可靠性。 2 2 2 综合信息平台 对于决策支持系统来说，决策成功与否的关键是大量、全面、准确的一手 数据，因此构建城市电网安全预警与保障决策支持系统，首先要解决信息获取 问题。建设一个整合现有各个系统的信息，同时，又能方便的对信息进行管理 和使用的综合信息平台，是十分必要的。 综合信息平台主要实现电力调度中心内各应用系统的信息交换，维护描述 电力系统结构和元件物理特性的网络数据( 如发电机、变压器、线路的阻抗和 其他特性参数) ，对外提供c i s 服务。 一9 一 * 人半顺f 。学位论| 综台信息平台基f 蜒成总线的蕞略柬建没，建立个使i u 力企业运行环境 中的应用町“即插驯目”的框架。综合信息平台采用c i m 作为集成总线r 数据 交换的公共模式：而对f 那磐末在c i m 中定义、相对于电力企业是特殊的交换 数据，本系统提供了强大的儿数据服务功能，能够进行灵活的特殊模式定义， 谴用户可自定义一蝗扩展的c i m 数据模式。这样集成 综合信息平台的应用对 总线f 的数据有致的理解。综合信息平台构建在c o r b a 平台之j ，干4 用 c o r b a 以接口为核心的“黑辅”重用、提供了分柿式计算环境r 的多屡客，| ， 服务器模型跨甲台、跨网络的透叫通信框架的特点，实现了电力企业应用信息 以软插件形式插入软总线宴现集成运行。同时，针对电力静 存在着应用系 统之m 松连接的需求，调度公用数据、i f 台通过底屡的消息收发机制实现了应用 之0 q 的松耦台。鉴十x m i 。具有良好的u r 扩展性、”放性、简中性及可互操怍 性，在w e b 应用领域数据标准中处f 主流地位，州此综介信息、f 台r 的消息采 崩x m l 编码，实现r 橙耦台模式r 应用系统之n j 的数槲交换。 综信息平台士要由儿数掘服务、数拭| i 镜像臌务、c i m x m ，导入导出、 s v g 导入导山、c i s 服务等模块组成。综合信电、r 白的软件框架如图23 所示。 r _ 1r f j 幽幽幽 m 镕h h 目 溺 ! ! ! 型! ! 竺 一圈园_ 圈曩囵 i m * 86 88 h23 综台 。息i + 的轼f t 枢* ( i ) 儿数艟| ：雅务 儿数# l 服务提供的通用数据接且何足够的通用性，能够描述f “力系统所 1 0 一 浙江大学硕士学位论文 需的所有的数据。元数据服务屏蔽了不同数据库的访问细节，对外提供统一的 编程接口，实现数据的透明访问；不需要知道数据的存放位黄，存放格式以及 原始的访问接口，只需指出要访问的数据以及数据要满足的条件就能完成数据 访问；它对不同数据库( 包括实时数据库) 的数据模型可以实现向统一数据模 型的转换，从而提供统一的模型数据。 ( 2 ) 模型导入导出服务 电力企业各个二次系统差别各异，各系统间只具备部分数据交换能力，系统 中的电网模型和图形均不能交换和共享。由于缺乏准确的全局电网模型，导致 系统外部网络不可监测，各系统的应用功能的分析的真实性、一致性和准确性 受到影响，导致局部较大的计算误差，甚至可能得到不同的结果，限制了统一 调度能力的提高。因此必须基于统一标准在线建立全网模型，实现准确的在线 计算，并为实现动态行为在线分析打下基础。 ( 3 ) 标准接口服务 为了方便将来开发新应用，综合信息平台需向外提供标准的接口服务，本 方案实现的综合信息平台将提供遵循i e c 标准的接口，包括g d a 、h s d a 等。 第三方用户可使用这些标准接口灵活地开发新应用，或者使用这些服务进行消 息传递，实现r p c 形式的数据交换。 采用c o r b a 实现g d a 、h s d a 服务器，c o r b a 的使用允许应用构件在 可执行级上互操作。 通用数据访问接口( g d a ) 是用于访问基于c i m 组织的公共数据所需的 a p i 服务。客户在只需要掌握c i m 标准的格式下，就可以访问由另一个构件或 系统维护的数据，而无需知道数据的逻辑和物理存储模式。 ( 4 ) s v g 导入导出 许多应用不仅需要电网模型、参数、数据信息，还需要图形信息，以简化 开发工作，并使企业内的图形尽量一致。本平台图形交换中的协议是可伸缩矢 量图( s v g ) 的一个子集，交换的格式是x m l 。域目标( 即图形中的对象) 的模 型为i e c 6 1 9 7 0 6 1 9 6 8 。 s v g 图形导出工具的功能为将图形视图转化为基于i e c 6 1 9 7 0 6 1 9 6 8 的 s v g 文件。生成的s v g 图形作为图片嵌在网页中，通过j a v a s c r i p t 脚本语言实 浙江大学硕士学位论文 现交互，并通过j a v a 实现的标准接口服务的客户端来刷新图上的实时数据。 s v g 图形转换的设计以图形为中心，有从图元到i e c 6 1 9 7 0 6 1 9 6 8 对象的 引用。s v g 图形的展现是预警系统主界面的最重要部分，本系统基于q t 工具 包，采用c + + 语言成功开发了s v g 图形浏览器，实现了图形的浏览、平移、 缩放、保存、打印等功能。 2 2 3 与s c a d a e m s 系统等信息系统的接口方式 重要城市电网安全预警与保障决策支持系统需要从s c a d a e m s 系统获取 电网模型、实时数据和a v c 设备闭锁信息，从设备状态评估系统获取设备状态 评估结果，从d t s 系统获取保护配置及保护定值等数据，因此涉及到综合信息 平台与多个系统的数据交流。在城市电网安全预警与保障决策支持系统中，其 数据流程如图2 4 所示。为满足电力系统各类应用对数据实时性的要求，分别 采用了不同的数据访问接口。 息采集模块 t 山二0 五。孟k 五岱盔 毡刚模型 实时数据 设备状态 保护配胃 f r k _ 人机界面 落 保护配置 保护定值 d t s 系统 电网模型 实时数据 设备状态 保护配置 簪露p 二- b _ 啉 三方应用软件 图2 4 重要城市电网安全预警0 保障决策支持系统的数据流程图 各系统间的数据访问接口方式如图2 5 所示： 一1 2 一 世 黼 塑 毒决 浙江大学硕：l 二学位论文 图2 5 重要城市电网安全预警与保障决策支持系统的数据访问 2 3 城市电网安全预警与保障决策支持系统的总体流程 城市电网安全预警与保障决策支持系统提供实时态、预测态及研究态三种 分析态功能，从不同侧面对电网进行安全分析、预警和辅助决策。 2 3 1 实时态安全预警与辅助决策服务 实时态通过对电网当前运行状态的分析，实时监视电网的安全运行状态， 并根据电网的当前状态，启动相应的功能子系统进行相应的报警、预警及辅助 决策功能。实时态属在线评估模式，以较短的周期在线实时运行( 1 分钟周期) 。 实时态的程序流程如下图2 6 所示。从综合信息平台获取电网模型及实时 信息，通过网络拓扑分析、状态估计与不良数据辨识建立起电网的实时状态。 由于状态估计对电网基础数据依赖性较高，而电力系统中不良数据的存在可能 会造成状态估计失败。一旦状态估计失败时，系统将自动启动对基础数据的依 赖性相对较低的有功状态估计，近似估计电网的运行状态，以保障系统的正常 运行。 潮流计算、合环潮流计算、理论线损统计、母线负荷预测模型维护、电压 调节能力充裕度校核、保护定值校核，以及静态安全校核与辅助决策等功能模 块间相互独立，可以将相应的计算任务分布在不同的节点实现并行计算。 一1 3 一 浙江大学硕十学位论文 i 综合信息平台 l l 网施扑 j i 状态估计与不良数据辨识 图2 6 实时态安全预警与辅助决策服务流程图 一1 4 一 浙江大学硕士学位论文 紧急状态的辅助决策以降低最大支路负载率为目标，通过网络重构加以实 现。如果通过网络重构仍不能消除支路潮流过载，则提供最大支路负载率对各 节点切负荷的灵敏度，辅助调度员在必要的时候选择切负荷点及切负荷量。 恢复状态辅助决策首先搜索任一可能的恢复供电路径实现对停电区域的恢 复供电，而后以降低最大支路负载率为目标通过网络重构搜索最优恢复供电路 径。系统提供多种可能恢复供电方案，并给出相应的技术、经济指标，辅助调 度员选择合理的恢复供电方案。 预警状态辅助决策以降低最大支路负载率为目标通过网络重构搜索多种可 能的负荷转供方案，并给出相应的技术、经济指标，辅助调度员选择合理的转 供方案。 正常安全状态辅助决策则以降低电网有功损耗为目标进行网络重构，并给 出相应的技术、经济指标，辅助运行方式人员合理安排运行方式。 2 3 2 预测态安全预警与辅助决策服务 预测念利用实时状态估计维护的母线负荷预测模型，通过超短期负荷预测 及母线负荷预测确定一定时间之后的负荷分布情况，并在此基础上进行安全分 析，对1 5 分钟后可能出现的不安全状况进行预警，并结合设备状念进行预防控 制决策。预测态属在线评估模式，以一定的周期在线连续运行。 预测态安全预警与辅助决策服务的程序流程如下图2 7 所示。超短期负荷 预测及母线负荷预测的精度决定了预测态安全预警及预防控制决策可信度。预 测态的安全预警和预防控制决策针对即将出现的运行状态中可能存在的安全隐 患进行分析处理，由于该运行状态尚未实际出现，即使存在安全隐患也有一定 的时问进行处理，因此在预警等级的划分上可参照实时念降低一个等级处理。 合环潮流计算、理论线损统计、母线负荷预测模型维护、保护定值校核等功能 不在预测态中运行。静态安全校核与辅助决策模块也不考虑恢复状态，支路潮 流越限降格为预警状态。 一1 5 浙江大学硕j ：学位论文 图2 7 预测态安全预警与辅助决策服务流科图 2 3 3 研究态安全预警与辅助决策服务 城市电网安全预警与保障决策支持系统以在线评估模式为主，但同时提供 离线分析模式。研究念利用实际电网模型，截取实时断面、或加载历史断面， 一1 6 一 浙江大学硕士学位论文 或加载研究方式并进行调整实现对研究场景的设定，分析电网存在的问题及隐 患，给出预警及控制策略，对电网的特殊或检修运行方式进行研究，也可对制 定的运行方式进行安全校核，同时能够保存方式用于培训和后续研究。 研究态安全预警与辅助决策服务由用户手工触发执行，其功能与实时态完 全一样，只是实时态的数据来源于实时数据，而研究态的数据则可能来源于实 时数据、或历史数据，或过去保存的运行方式，并允许用户对初始运行方式及 潮流进行调整。此外，研究念还支持调度预案的编辑及模拟执行功能。 2 4 小结 本章对城市电网安全预警与保障决策支持系统的整体框架进行了分析，主 要内容概括如下： ( 1 ) 城市电网安全预警与保障决策支持系统的硬件体系采用集群计算系 统和双机互热备用运行方式。软件体系对各个软件通讯层所完成的系统功能进 行细致划分和分析。 ( 2 ) 城市电网安全预警与保障决策支持系统的支撑平台包括分布式并行 处理平台、综合信息平台。分布式并行处理平台为整个系统提供了分布式运行 环境。综合信息平台则主要实现电力调度中心内各应用系统的信息交换，系统 结构与网络数据的维护和对外c i s 服务。与s c a d a e m s 系统等信息系统的接 口分别采用了标准接口方式。s v g 图形浏览器实现了图形的浏览、平移、缩放、 保存、打印等功能。 ( 3 ) 城市电网安全预警与保障决策支持系统提供实时态、预测态及研究 态三种分析态功能。实时态通过对电网当前运行状态的分析，实时监视电网当 前的安全运行状态，启动相应的功能子系统进行相应的报警、预警及辅助决策 功能。预测态则利用实时状态估计维护的母线负荷预测模型，通过超短期负荷 预测及母线负荷预测，对1 5 分钟后可能出现的不安全状况进行预警。研究态属 于离线分析模式，可以设定研究场景，电网的特殊或检修运行方式进行研究。 一1 7 一 浙江大学硕t 学位论文 第3 章城市电网安全预警与保障决策支持系统主要功能 城市电网安全预警与保障决策支持系统是针对城市电网设计开发的软件系 统，针对城市电网存在的特殊实际问题，从设备管理、电网调度、运行方式及 继电保护等多个专业角度实现了城市电网的实时综合安全预警和在线辅助决 策。系统提供了网络动态拓扑着色、状态估计与不良数据辨识、潮流计算、合 环潮流计算、静态安全校核( 预想事故分析) 、短路电流计算、继电保护定值校 核、理论线损计算、超短期负荷预测、母线负荷预测等功能，对电网当前及1 5 分钟后的运行状况进行分析，对可能出现的安全隐患给出预警；提供了自动装 置的动作仿真、调度预案的编辑、模拟执行及网络重构等功能，为电网的事故 处理、运行方式安排提供决策支持。下面介绍城市电网安全预警与保障决策支 持系统的主要功能。 3 1 状态估计与不良数据辨识 状态估计是是整个网络分析应用软件的基础，其目的是根据量测系统的冗 余度来提高数据精度，排除错误信息，估计出电网的实际运行状态。 实用中一般