扬州智能电网综合监控平台建设研究

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  摘 要:扬州智能电网综合监控平台在国内第一次实现了智能电网发、输、变、配、用、调各环节信息的统一、实时、全景展示,为电网运行监控、管理决策提供了可视化手段。项目突破传统专业系统的业务局限性,有效解决了过去各环节业务信息散落、全局性分析难的问题,通过贯穿智能电网各环节真实场景的模拟还原和真实数据的集成展现,结合互动操控方式,实现实时数据和管理数据集成共享,促进专业系统实用化水平提升,让管理、决策更直观、更智能、更方便。
  关键词:智能 电网 监控
  0 建设背景
  2010年底,国网公司智能[2010]1617号文《2011年智能电网项目建设意见》批准从2011年开始建设扬州经济技术开发区智能电网综合示范工程,目标是建成国际领先、具有综合示范作用的城市区域智能电网工程。
  传统的电网监控系统是通过图表、曲线、饼图等方式将电网运行中各种枯燥的数据形象的显示出来,更有效的利用操作人员视觉优势处理大量数据。现阶段配电自动化系统、生产管理系统PMS、能量管理系统EMS等业务系统中已经具有可视化的功能,并具有很好的使用效果。随着智能电网的建设和发展,需要多种业务系统完成对电网的监控,单一系统的信息已经无法对智能电网进行描述,只有对各系统的信息进行统一处理,才有可能对智能电网的状态进行描述、监控和分析。
  1 建設思路
  根据扬州智能电网综合示范工程建设情况及特点,结合各业务系统的建设与实际业务需求,项目建设总体思路为:
  1、对扬州经济技术开发区智能电网各环节、各系统进行全程、全景、全维度地展示,深度展现智能电网发、输、变、配的特征和内涵。
  2、利用信息交互总线集成各业务系统关键数据,综合应用各种多维展示技术,实现对电网运行态势的综合监控与分析。
  3、专业人员可以更全面、更准确地了解和掌握电网的运行状态、关联影响和未来变化趋势。
  2 主要技术研究
  2.1 智能电网多业务系统信息融合技术研究
  针对扬州经济开发区智能电网综合示范工程建设内容及特点,在综合梳理分析智能电网各环节业务流程和数据模型的基础上,利用跨越生产控制大区和管理信息大区的IEB信息交换总线获取配电自动化、能量管理系统等生产控制系统和停电管理、营销系统、生产管理系统、地理信息系统等管理信息系统中相关运行和管理信息,并在此基础上进行数据的深度挖掘、分析和综合展示。基于IEC61968/61970国际标准体系,克服现有集成技术在智能电网领域跨专业、跨物理网络、跨多业务系统的数据集成服务技术的不足,实现一种架构设计合理、数据高效传输、多业务协同服务、集约化数据交互的新型面向智能电网多业务数据集成技术的突破。
  项目重点对面向智能电网多业务数据集成技术进行了研究,主要包括两项内容:IEB与ESB总线信息融合技术及ETL数据分析整合技术。
  IEB与ESB总线信息融合技术是基于服务总线架构,从体系结构和实现机制上实现了多个安全区内业务系统间的互连互通,以面向服务体系SOA(Services Oriented Architecture)作为项目的整体结构体系。基于IEC61968/61970国际标准体系,以服务和消息为基本单元对不同业务系统的消息交互进行封装,建立服务提供端与消费端之间的服务协同,实现了穿越隔离装置的跨区信息交互,解决不对称部署的业务系统集成问题以及生产控制区和信息管理区总线消息规范不一致的问题。具备运行安全稳定、数据高效传输、集约化数据交互的特点,是一新型的面向智能电网多业务数据的集成技术。
  2.2 基于业务系统信息融合的电网综合可视化技术研究
  (1、)基于三维仿真的智能电网交互模拟展示技术
  应用三维建模技术,真实还原扬州经济开发区智能电网综合示范工程各子项建设场景,加载各业务系统准实时数据,利用大屏幕显示单元载体构建人机交互系统,实现智能电网交互模拟展示。主要研究内容包括3D实时交互模式、多屏及大屏幕无缝拼接融合、3D系统准实时数据加载技术。
  (2、)基于二维/三维统一建模技术的智能电网集成展示技术
  电网智能运行可视化平台应用二维/三维统一建模技术,实现对电网运行状态信息的集成展示, 二维GIS应用共享平台基于Web Service方式,可以通过REST方式进行发布,并能够通过REST将共享服务提供给三维应用共享平台。三维模型库的采用资源目录共享方式。通过共享平台提供的元数据服务能够向第三方软件提供基于标准3D Max格式的三维模型数据的目录内容。在平台的授权控制下,第三方软件能够获取三维模型库中的模型数据。
  三维应用平台将三维应用进行服务封装,今后还可通过电子数据交换接口标准通过编程模式或者转换工具模式对不同平台格式的三维模型数据进行自动转换。目前支持的数据格式包括: WFS,WMS,GML,KML,Shp,SDE,Oracle,Excel以及3DMX,Sketch Up等。
  2.3 综合监控平台架构
  图1 智能电网综合监控平台架构示意图
  系统采用多层架构,有数据层(包括数据管理层)、业务逻辑层、表现层。系统安全体系贯穿于各个层之间。
  数据管理层通过对关系型数据库和空间数据库引擎的管理完成数据的组织、处理、优化和控制;业务逻辑层通过多个模块对业务数据完成查询、统计、分析等操作,具有可扩展性和灵活性;表现层基于多种模式,展现数据表现方式,并能够独立运行或嵌入其他应用系统。
  系统软件架构采用组件形式构成,组件之间通过标准接口定义相互访问。组件开发采用插件式框架,能够较方便地进行系统功能的扩展。
  界面层采用可定制方式。通过权限管理系统,对不同权限的用户进行系统功能和资源的分配,将不同的界面呈现给不同的用户。B/S体系应用界面采用JSP+Flex+ActiveX模式,以富客户端方式提供良好的用户体验。   3 项目建设内容及应用效果
  3.1 建设内容
  按照建设思路,项目研发了智能电网综合监控平台,利用3×8共24块70寸DLP显示大屏幕为载体,全面展示综合示范工程建设成果及各业务系统信息。综合监控平台分为三维互动体验系统和电网综合业务集成应用平台两大部分。
  三维互动体验系统包括宣传影片和交互模拟展示两部分场景,宣传影片约5分钟,定位为一部具有较高审美价值和情绪感染力的宣传片,侧重于充分展示扬州智能电网建设成果,体现智能电网对能源革命的促进、对政府产业的支撑以及对社会民生的服务。交互模拟系统设计为可交互的3D模拟平台,分为智能发电、智能输电、智能变电、智能配调、智能用电五大环节,虚拟再现扬州智能电网各环节建设场景,同时展示各子项(光伏并网发电及微网、输变电设备状态监测、智能变电站、智能配调、电动汽车充电站、智能园区、智能小区)的建设内容、技术原理、特色亮点。加载各业务系统准实时数据,利用大屏幕显示单元载体构建人机交互系统,实现智能电网交互模拟展示。通过丰富、生动的互动化操作,使观众了解智能电网建设实质和运行特点,并从而认识智能电网为社会经济发展、节能减排、民生建设服务的建设理念和实际效益。
  电网综合业务集成应用平台以四大业务为主线,利用跨越生产控制大区和管理信息大区的IEB信息交换总线,实时获取并集中梳理分析了配电自动化系统、地区调度自动化系统、电能质量监测控制系统、通信网管系统、电网GIS 平台系统、营销管理系统(含用电信息采集系统、95598 客户服务系统等)、PMS、ERP 等12 个系统的采集数据及信息,并结合各业务部门业务需求,以电网物理对象为本体,采用面向对象的分析方法,构建电网数据模型,设计了电网运行状态全景可视、停电管理全过程可视、能效服务全方位可视、新能源应用可视四大应用环节。将原先散落于各业务系统的关键数据和信息进行综合分析和集成展示,对数据信息进行了进一步的建模、渲染,最终通过多种可视化方式予以展现。
  3.2 应用效果
  根据扬州经济技术开发区智能电网综合示范工程建设内容和扬州供电公司现有业务系统建设应用情况及业务需求,设计了电网运行状态全景可监控、停电管理全过程可监控、能效服务全过程可监控、新能源应用可监控四大应用主题。
  电网运行状态全景可视构建基于GIS地理信息背景的扬州主网110kV及以上电网架构图形及配电网网络分布(如图2),展示电网潮流信息和線路、母线、变压器、开关等设备运行状态及设备信息,以声光电可视化形式进行异常运行状态的告警提示。
  图2 扬州电网运行监测系统
  停电管理全过程可视综合展示扬州市区各类停电事件总体情况,能够对所有停电业务进行全过程闭环监视,显示停电的原因及具体信息,可以定位展示某一停电事件区域,并能够提供针对停电事件的综合统计分析。
  能效服务全方位可视展示开发区配电网10kV线路、低压线路线损数据,配电网电能质量监测数据,分析配电网能效情况;对智能园区整体用能情况进行监视和分析,并对以智能园区企业的用能情况分析和优化用电策略进行展示,以便更好地提供用电能效服务。
  新能源应用可视展示光伏发电系统光伏发电总量、储能系统充电电流、储能系统充电百分比、上网电量,微网系统并离网状态等当前运行状态信息;基于地理信息,展现电动汽车充电设施的分布,展示电动汽车充电设施监控信息。
  4 平台创新点
  平台克服了现有数据集成技术在智能电网领域跨专业、跨物理网络、跨多业务系统的数据集成服务技术的不足,提供了一种架构设计合理、数据高效传输、多业务协同服务、集约化数据交互的新型面向智能电网多业务数据集成技术。
  平台实现智能电网各业务系统信息集成共享,实现智能电网全面可视化监测有重要意义,为后期其他智能电网综合建设工程提供示范引领作用。主要有以下几个方面的创新:
  1、国内首次研发了集电网整体运行状态综合监控、供电企业经营情况分析监控、客户优质服务支撑,以及各业务系统交互模拟操作和智能电网成果宣传于一体的智能电网综合可视化应用平台。
  2、项目采用的智能电网多业务系统信息集成应用技术克服了现有数据集成技术在智能电网领域跨专业、跨物理网络、跨多业务系统的数据集成服务技术的不足,提供了一种架构设计合理、数据高效传输、多业务协同服务、集约化数据交互的新型面向智能电网多业务数据集成技术。
  3、以更加智能、丰富的电网可视化监测、告警和分析方式,帮助生产运行和管理人员更加全面、直观、有效地掌握电网实时运行态势,为智能电网的综合运行监视和运行管理决策提供了智能辅助支撑。
  5 小结
  扬州智能电网综合监控平台在国内第一次实现了智能电网发、输、变、配、用、调各环节信息的统一、实时、全景展示,为电网运行、管理决策提供了可视化手段,2013年3月通过国网公司验收。
  项目突破传统专业系统的业务局限性,有效解决了过去各环节业务信息散落、全局性分析难的问题,通过贯穿智能电网发电、输电、变电、配电、用电、调度各环节真实场景的模拟还原和真实数据的集成展现,结合互动操控方式,实现实时数据和管理数据集成共享,促进专业系统实用化水平提升,让管理、决策更直观、更智能、更方便。
  项目共申请专利2个,发表论文2篇。项目为智能电网运行监控作出了积极探索,在实时数据和管理业务的融合方面作出了积极尝试,实现了智能电网可视化方面的创新和超越, 被国家电网公司评为信息化支撑智能电网优秀案例。
  作者简介
  王开圣(1974-),男,江苏姜堰人,高级工程师,从事信息系统建设及管理工作。
  徐静(1979 -),女,江苏江都人,副高级工程师,从事营销智能用电及稽查信息管理工作。
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