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摘要:本文主要介绍了EMS高级应用软件的发展和EMS软件在揭阳电网的总体设计、软硬件配置和应用情况,指出了EMS高级应用软件的投入运行对揭阳电网的积极影响。
关键词:EMS网络拓扑 状态估计 调度员潮流 负荷预报
0、引言
近年来,揭阳电网规模的不断扩大,随着500kV榕江变电站的建立和无人值班站的迅速增加,揭阳电力系统结构和运行方式日趋复杂,为适应目前和今后电网建设的多种需求,迫切需要在电网运行管理上进行深层次的改革,建立起一套高效的、实用的、崭新的管理机制,使电网的管理更趋科学化,自动化。
揭阳供电局针对电网实际情况,对原自动化系统进行更新换代,经过多方深入调研,决定采用安全可靠、性能稳定、技术水平先进的烟台东方电子研制的DF8003系统,该系统集成了SCADA、PAS、DTS等多种应用,具有良好的开放性和可靠性,能够满足电网发展的需求。
1、EMS系统简介
能量管理系统(EMS)是一套为电力系统控制中心提供数据采集、监视、控制和优化,以及为电力市场提供交易计划安全分析服务的计算机软硬件系统的总称,其目的是用最小成本保证电网的供电安全性。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70年代基于专用机和专用操作系统的SCADA系统,第二代系统为80年代基于通用计算机和集中式的SCADMEMS系统,部分EMS应用软件开始进入实用化,第三代系统为90年代基于RISC/UNIX的开放分布式EMS系统(含SCADA应用),采用的是商用关系型数据库和先进的图形显示技术,EMS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。
DF8003系统是DF8000系列产品中,面向二十一世纪的电网调度自动化和电力市场技术支持系统的主站产品。它是烟台东方电子公司DF8000系列产品的基础上,充分汲取了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。
2、DF8003系统构成
2.1硬件构成
DF8003系统硬件由调度子系统、WEB子系统、人机交换子系统、网络系统子系统四部分的硬件设备共同组成。调度子系统主要硬件为:SCADA服务器、历史数据服务器、磁盘阵列、PAS服务器、数据采集服务器、PAS工作站等;WEB子系统主要硬件为:Web服务器、Web工作站等;人机交换子系统主要硬件为:调度集控工作站、报表unix工作站、维护工作站、负荷预测工作站、网络激光打印机等;网络系统子系统主要硬件为:主干交换机、防火墙、路由器、物理隔离等。图1是DF8003SCADA/EMS系统网络连接网。
DF8003系统采用功能分布式的系统设计和全分布的网络体系结构,主干网络用以太网的双网构成,采用RISC芯片的工作站,服务器分布于网络中,所有应用软件按功能分布在各台服务器和工作站上,分布的功能保证了系统的负荷均衡和网络负荷最小,系统采用合理的通信机制,能有效地使用网络和各单元的CPU,支持和管理网络中各个节点,实现数据共享,保证系统和网络的安全、可靠和高效。
DF8003系统采用功能模块化设计,可分为实时数据采集、SCADA应用、历史数据管理、集控、用户工作站、开发维护、PAS、WEB、报表等不同功能模块,各功能服务器均采用冗余配置,互为热备用,保证各应用的可靠性。
2.2软件构成
DF8003系统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。
如图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。
DF8003的系统软件和支撑软件包括:操作系统软件、编程语言和开发工具、系统管理、数据库管理、系统安全管理、人机界面管理、计算机网络管理等。系统支持平台遵循IEC61970标准,采用信息软总线技术,组件可使用面向对象技术或通过加封套的方法实现。支撑平台采用面向对象技术,支持分布式应用环境。
3、DF8003系统高级软件的应用
3.1网络拓扑
网络拓扑是网络分析软件的公共模块,既可以作为一个独立应用,也可以作为子进程用于其它各应用中。网络拓扑能处理任何接线方式,如单母线、双母线、双母线带旁路母线、环形开关接线、倍半开关接线、旁路刀闸等。
网络拓扑分析的主要功能特点:
a、完善的逻辑分析能力,对开关的任意状态能形成正确的母线模型。不仅处理开关状态,而且也处理网络中元件的状态信息、如线路、发电机等的人工切除状态。
b、可以分析处理电气岛(子系统)情况,并确定死岛、活岛状态。
c、确定单端开断的支路(线路或变压器)。
3.2状态估计
状态估计是能量管理系统中的核心应用,是其它高级应用软件的基础。其主要目的是维护一个完整而可靠的实时网络状态数据库,为其它网络分析应用提供实时运行方式数据,并为调度员提供实时网络监视画面。
状态估计根据SCADA实时遥信遥测数据进行分析计算,得到一个相对准确并且完整的运行方式,它能够计算出所有母线电压和所有负荷大小。同时对SCADA遥信遥测进行校验,提出可能不正常的遥测点,并将计算结果及量测质量标志反送给SCADA。其计算结果可被其他应用软件作为实时方式使用。
状态估计的主要功能特点:
a、可进行可观测性分析,确定网络中可观测部分和不可观测部分。
b、指出量测系统薄弱环节,指出关键量测及其位置。
c、开关状态辨识和坏数据检测。
d、变压器抽头估计。
e、指出功率不平衡的母线和支路。
f、估计整个电网的实时运行状态,包括各母线电压幅值及相角、线路和变压器的潮流、各母线负荷以及机组出力等。
g、对状态估计结果进行统计、分析,包括结果越限检查、量测误差分析等功能。
3.3调度员潮流
调度员潮流是电网分析应用软化最基本的应用之一,是电力系统运行分析和规划设计中最常用的工具。
通过调度员潮流软件,调度员可以用它研究当前电力系统可能出现的运行状态;运行方式人员可以用它来校核调度计划的安全性,也可以用它来分析近期运行方式的变化。
调度员潮流应用软件的特点是:
a、能方便灵活地进行潮流计算。计算数据可以从状态估计结果中取得实时运行方式数据,也可以从历史数据中取得。
b、调度员潮流应用软件提供方便的手段修改潮流数据。
c、可方便地修改各种元件的运行限值和费用参数。并进行网损计算。
d、可由多台发电机组成的发电机群联合分担不平衡功率。
e、可进行超高压输电线路开关一端跳开,另一端带电情况下的潮流计算,给出线路两端电压及充电功率。
f、潮流计算收敛性诊断。
3.4负荷预报
负荷预报是电力建设、调度的依据,对电力系统控制、运行和计划都十分重要,尤其在电力市场运行模式下,提前做好负荷预报,不断提高负荷预报的精度既能增强电力系统运行的安全性,又能改善电力系统运行的经济性。
a、负荷预报可自动运行,也可人工启动。并根据要求进行预报误差分析。
b、根据政策、气候、节假日、检修、特殊用电需求等考虑因素灵活修正负荷预报值。
c、对历史数据的保存管理,并对历史数据库的合理性进行检查。
d、负荷预报上报广东省中调。
4、DF8003系统高级软件的应用意义。
4.1实用性
针对地区电网特点和调度管理体制,配置符合揭阳地调特色的实用性功能软件,充分满足揭阳地区电网调度、运行要求。
易于使用和维护的标准图形用户界面,使调度员能快速熟练地掌握系统的各种功能,顺利完成电力系统的各项调度任务。
通过对状态估计结果的分析,提高了SCADA系统遥测精度,同时对于提高自动化维护人员技术水平有很大帮助。
4.2开放性
DF8003系统遵循国际标准,满足开放性要求,选用通用的或者标准化的软硬件产品,包括计算机产品、网络设备、操作系统、网络协议、商用数据库等均遵循国际标准和电力工业标准。采用开放式体系结构,提供开放式环境,能支持多种硬件平台,所有功能模块之间的接口标准统一,保证和其它系统互联。
系统具有良好的可扩展性,可以逐步建设、逐步扩充、逐步升级。系统功能可扩充,能不断增加新的功能模块,以满足电网监控与运行管理不断发展的要求。
4.3安全性
DF8003系统满足《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》(中华人民共和国国家经贸委第30号)对电网计算机监控系统和系统之间互联的安全要求。系统安全管理基于“三层四安全区”的调度中心二次系统安全防护体系。
系统具有高度的安全保障特性,能保证数据的安全、信息的安全和具备一定的保密措施,运行数据采用双机热备份,防止意外丢失。
系统与其它各信息处理系统之间是相对独立的关系,各系统之间可通过Web服务器进行互联或通信接口,禁止外部系统对调度自动化系统数据的直接调用。
4.4可靠性
DFS003系统的重要单元或重要部件采用冗余配置,保证整个系统功能的可用性不受单个故障的影响。系统的历史数据服务器、SCADA服务器、数据采集服务器等均采用冗余的双服务器配置方式,当一台发生故障,其功能自动由另外一台代替,保证系统的正常运行。即使有2台服务器均故障,也可以通过“1+N”将其功能转移至其它服务器上,从而保证系统的基本功能不受影响。
系统具有完善的实时数据库、历史数据库的备份和恢复方案,保证数据安全性。
5、结束语
DF8003系统是国内技术领先且较成熟的全新调度自动化系统,是适合揭阳地区电网特点和调度自动化发展要求的正确选择。它的投入使用,将更加理顺揭阳调度监控机制和提高调度计算机系统的运行要求。DF8003系统除具有常规的数据处理和监控功能外,还为调度员提供清晰的电力系统实时运行情况,并可随时掌握揭阳电网内几十座变电站和上百条线路的运行状态,进行负荷变化预测、电能交换潮流计算、静态安全分析等工作,帮助调度人员及时、准确、快速地处理事故,提高揭阳电网供电可靠性。
关键词:EMS网络拓扑 状态估计 调度员潮流 负荷预报
0、引言
近年来,揭阳电网规模的不断扩大,随着500kV榕江变电站的建立和无人值班站的迅速增加,揭阳电力系统结构和运行方式日趋复杂,为适应目前和今后电网建设的多种需求,迫切需要在电网运行管理上进行深层次的改革,建立起一套高效的、实用的、崭新的管理机制,使电网的管理更趋科学化,自动化。
揭阳供电局针对电网实际情况,对原自动化系统进行更新换代,经过多方深入调研,决定采用安全可靠、性能稳定、技术水平先进的烟台东方电子研制的DF8003系统,该系统集成了SCADA、PAS、DTS等多种应用,具有良好的开放性和可靠性,能够满足电网发展的需求。
1、EMS系统简介
能量管理系统(EMS)是一套为电力系统控制中心提供数据采集、监视、控制和优化,以及为电力市场提供交易计划安全分析服务的计算机软硬件系统的总称,其目的是用最小成本保证电网的供电安全性。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70年代基于专用机和专用操作系统的SCADA系统,第二代系统为80年代基于通用计算机和集中式的SCADMEMS系统,部分EMS应用软件开始进入实用化,第三代系统为90年代基于RISC/UNIX的开放分布式EMS系统(含SCADA应用),采用的是商用关系型数据库和先进的图形显示技术,EMS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。
DF8003系统是DF8000系列产品中,面向二十一世纪的电网调度自动化和电力市场技术支持系统的主站产品。它是烟台东方电子公司DF8000系列产品的基础上,充分汲取了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。
2、DF8003系统构成
2.1硬件构成
DF8003系统硬件由调度子系统、WEB子系统、人机交换子系统、网络系统子系统四部分的硬件设备共同组成。调度子系统主要硬件为:SCADA服务器、历史数据服务器、磁盘阵列、PAS服务器、数据采集服务器、PAS工作站等;WEB子系统主要硬件为:Web服务器、Web工作站等;人机交换子系统主要硬件为:调度集控工作站、报表unix工作站、维护工作站、负荷预测工作站、网络激光打印机等;网络系统子系统主要硬件为:主干交换机、防火墙、路由器、物理隔离等。图1是DF8003SCADA/EMS系统网络连接网。
DF8003系统采用功能分布式的系统设计和全分布的网络体系结构,主干网络用以太网的双网构成,采用RISC芯片的工作站,服务器分布于网络中,所有应用软件按功能分布在各台服务器和工作站上,分布的功能保证了系统的负荷均衡和网络负荷最小,系统采用合理的通信机制,能有效地使用网络和各单元的CPU,支持和管理网络中各个节点,实现数据共享,保证系统和网络的安全、可靠和高效。
DF8003系统采用功能模块化设计,可分为实时数据采集、SCADA应用、历史数据管理、集控、用户工作站、开发维护、PAS、WEB、报表等不同功能模块,各功能服务器均采用冗余配置,互为热备用,保证各应用的可靠性。
2.2软件构成
DF8003系统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。
如图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。
DF8003的系统软件和支撑软件包括:操作系统软件、编程语言和开发工具、系统管理、数据库管理、系统安全管理、人机界面管理、计算机网络管理等。系统支持平台遵循IEC61970标准,采用信息软总线技术,组件可使用面向对象技术或通过加封套的方法实现。支撑平台采用面向对象技术,支持分布式应用环境。
3、DF8003系统高级软件的应用
3.1网络拓扑
网络拓扑是网络分析软件的公共模块,既可以作为一个独立应用,也可以作为子进程用于其它各应用中。网络拓扑能处理任何接线方式,如单母线、双母线、双母线带旁路母线、环形开关接线、倍半开关接线、旁路刀闸等。
网络拓扑分析的主要功能特点:
a、完善的逻辑分析能力,对开关的任意状态能形成正确的母线模型。不仅处理开关状态,而且也处理网络中元件的状态信息、如线路、发电机等的人工切除状态。
b、可以分析处理电气岛(子系统)情况,并确定死岛、活岛状态。
c、确定单端开断的支路(线路或变压器)。
3.2状态估计
状态估计是能量管理系统中的核心应用,是其它高级应用软件的基础。其主要目的是维护一个完整而可靠的实时网络状态数据库,为其它网络分析应用提供实时运行方式数据,并为调度员提供实时网络监视画面。
状态估计根据SCADA实时遥信遥测数据进行分析计算,得到一个相对准确并且完整的运行方式,它能够计算出所有母线电压和所有负荷大小。同时对SCADA遥信遥测进行校验,提出可能不正常的遥测点,并将计算结果及量测质量标志反送给SCADA。其计算结果可被其他应用软件作为实时方式使用。
状态估计的主要功能特点:
a、可进行可观测性分析,确定网络中可观测部分和不可观测部分。
b、指出量测系统薄弱环节,指出关键量测及其位置。
c、开关状态辨识和坏数据检测。
d、变压器抽头估计。
e、指出功率不平衡的母线和支路。
f、估计整个电网的实时运行状态,包括各母线电压幅值及相角、线路和变压器的潮流、各母线负荷以及机组出力等。
g、对状态估计结果进行统计、分析,包括结果越限检查、量测误差分析等功能。
3.3调度员潮流
调度员潮流是电网分析应用软化最基本的应用之一,是电力系统运行分析和规划设计中最常用的工具。
通过调度员潮流软件,调度员可以用它研究当前电力系统可能出现的运行状态;运行方式人员可以用它来校核调度计划的安全性,也可以用它来分析近期运行方式的变化。
调度员潮流应用软件的特点是:
a、能方便灵活地进行潮流计算。计算数据可以从状态估计结果中取得实时运行方式数据,也可以从历史数据中取得。
b、调度员潮流应用软件提供方便的手段修改潮流数据。
c、可方便地修改各种元件的运行限值和费用参数。并进行网损计算。
d、可由多台发电机组成的发电机群联合分担不平衡功率。
e、可进行超高压输电线路开关一端跳开,另一端带电情况下的潮流计算,给出线路两端电压及充电功率。
f、潮流计算收敛性诊断。
3.4负荷预报
负荷预报是电力建设、调度的依据,对电力系统控制、运行和计划都十分重要,尤其在电力市场运行模式下,提前做好负荷预报,不断提高负荷预报的精度既能增强电力系统运行的安全性,又能改善电力系统运行的经济性。
a、负荷预报可自动运行,也可人工启动。并根据要求进行预报误差分析。
b、根据政策、气候、节假日、检修、特殊用电需求等考虑因素灵活修正负荷预报值。
c、对历史数据的保存管理,并对历史数据库的合理性进行检查。
d、负荷预报上报广东省中调。
4、DF8003系统高级软件的应用意义。
4.1实用性
针对地区电网特点和调度管理体制,配置符合揭阳地调特色的实用性功能软件,充分满足揭阳地区电网调度、运行要求。
易于使用和维护的标准图形用户界面,使调度员能快速熟练地掌握系统的各种功能,顺利完成电力系统的各项调度任务。
通过对状态估计结果的分析,提高了SCADA系统遥测精度,同时对于提高自动化维护人员技术水平有很大帮助。
4.2开放性
DF8003系统遵循国际标准,满足开放性要求,选用通用的或者标准化的软硬件产品,包括计算机产品、网络设备、操作系统、网络协议、商用数据库等均遵循国际标准和电力工业标准。采用开放式体系结构,提供开放式环境,能支持多种硬件平台,所有功能模块之间的接口标准统一,保证和其它系统互联。
系统具有良好的可扩展性,可以逐步建设、逐步扩充、逐步升级。系统功能可扩充,能不断增加新的功能模块,以满足电网监控与运行管理不断发展的要求。
4.3安全性
DF8003系统满足《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》(中华人民共和国国家经贸委第30号)对电网计算机监控系统和系统之间互联的安全要求。系统安全管理基于“三层四安全区”的调度中心二次系统安全防护体系。
系统具有高度的安全保障特性,能保证数据的安全、信息的安全和具备一定的保密措施,运行数据采用双机热备份,防止意外丢失。
系统与其它各信息处理系统之间是相对独立的关系,各系统之间可通过Web服务器进行互联或通信接口,禁止外部系统对调度自动化系统数据的直接调用。
4.4可靠性
DFS003系统的重要单元或重要部件采用冗余配置,保证整个系统功能的可用性不受单个故障的影响。系统的历史数据服务器、SCADA服务器、数据采集服务器等均采用冗余的双服务器配置方式,当一台发生故障,其功能自动由另外一台代替,保证系统的正常运行。即使有2台服务器均故障,也可以通过“1+N”将其功能转移至其它服务器上,从而保证系统的基本功能不受影响。
系统具有完善的实时数据库、历史数据库的备份和恢复方案,保证数据安全性。
5、结束语
DF8003系统是国内技术领先且较成熟的全新调度自动化系统,是适合揭阳地区电网特点和调度自动化发展要求的正确选择。它的投入使用,将更加理顺揭阳调度监控机制和提高调度计算机系统的运行要求。DF8003系统除具有常规的数据处理和监控功能外,还为调度员提供清晰的电力系统实时运行情况,并可随时掌握揭阳电网内几十座变电站和上百条线路的运行状态,进行负荷变化预测、电能交换潮流计算、静态安全分析等工作,帮助调度人员及时、准确、快速地处理事故,提高揭阳电网供电可靠性。