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基于数据仓库的一体化电力调度自动化系统

2013-05-21 11:24:35  |  人气:1754
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  引言
  
  近10年来,随着计算机、通信、数据网络、数据库等技术的飞速发展以及电力市场安全运行和商业化运营的需要,新一代电网调度自动化系统正逐步形成,系统需考虑电力市场环境中的安全运行及商业化运营的要求,将SCADA/EMS/DTS,继电保护、安全自动装置及智能稳措管理系统,电力市场系统,水调自动化系统,调度MIS和雷电定位系统等进行统一设计,实现数据与资源的高度共享。
  
  目前,电力调度自动化在硬软件平台及系统实现技术方面存在很大差别,给各应用之间的数据共享、软件互联带来困难。解决办法通常是:①跨部门收集各应用系统的数据;②根据需要开发点对点的接口。以上方法的缺点是系统内各子系统之间的关联复杂,缺乏一种标准的数据库访问接口,造成了大量的冗余数据,并因此造成了数据的不一致性,同时新建的系统虽然暂时避免成为“自动化系统的孤岛”,但是不会建立系统所需要的共享、高效的分布式数据平台。近年来,基于CORBA中间件技术、公用信息模型(CIM)等一体化设计的电力调度自动化系统的研究与开发引起了广泛关注,特别是IEC61970标准的不断完善,为一体化系统的开发提供了越来越强大的技术保障。在这个一体化系统中,SCADA/EMS、电力市场系统、调度员培训仿真系统(DTS)、报表生成系统、调度MIS、操作票管理系统等基于一个统一的中间件平台集成在一起。但是,一方面,一体化系统的研究和开发本身还有待完善;另一方面,各企业的既有应用模块与基于中间件模块的一体化技术规范存在很大的区别,难以融合。无论是出于资金、技术方面的考虑还是应用持续性方面的考虑,一体化系统的开发和应用都是一个渐进的过程。为了充分发挥既有应用模块的作用,又促使现有系统的改进或新建应用模块向一体化方向发展,本文基于调度自动化系统的现有应用、潜在应用及其相互关联的分析,提出了一种基于调度公用数据仓库的电力调度自动化系统的一体化设计模式。在当前5级调度体制下,每一级调度都有各自不同的特点。本文的分析基于省调系统。
  
  1电网调度监控系统
  
  在省调主站端,用于电网监控的主要部分为SCADA/EMS。省调SCADA负责省网220kV以上变电站、部分110kV变电站及省内电厂的数据采集、数据处理、事件顺序记录、事故追忆和反演、历史数据的管理及各类报表系统,并负责与网调主站系统、地调系统及其他相关系统的通信工作。
  
  省调EMS包括网络建模与拓扑分析(NMB)、状态估计(SE)、调度员潮流(DPF)、静态安全分析(SA)、短期负荷预测(SLF)、网损分析(NLS)、自动发电控制(AGC)、自动电压控制(AVC)等。其中NMB,SE,DPF,SA,SLF,NLS等模块主要根据电网的实时或历史数据进行计算并进行多方面的电网分析,而AVC,AGC则根据电网的实时运行状态进行电网的调压、调频与经济调度。
  
  省调的SCADA/EMS需要来自电厂、变电站和地区调度的多种数据。在厂站端,电网监控系统主要包括变电站综合自动化系统及水(火)电厂计算机监控系统,涉及的上行信息包括电压、电流、有功、无功等实时遥测量和断路器、刀闸等遥信量。电网功角是电力系统安全稳定运行的重要参数。随着GPS时钟同步技术的发展,电网功角实时测量的条件日趋成熟,将成为SCADA系统的测量内容。下行信息包括AVC,AGC等的控制信息。
  
  在地调主站端,地调的SCADA/PAS是电网监控系统的重要组成部分。目前地调与省调的通信内容包括地调转发部分变电站的实时数据及各地区的功率总加及关口信息。随着省地调调度员联合培训系统的实施,地调110kV变电站及部分110kV以下的变电站实时信息也将是地调向省调转发的重要信息。
  
  电网调度监控部分的信息流程如图1所示。
  
  2继电保护与智能稳措
  
  在电力系统中,继电保护担当着断开故障元件(发电机、变压器、母线、线路等)的重任,智能稳措需要在系统故障时及时切除系统的不平衡出力或不平衡负荷,力争系统的稳定运行。近些年来,在调度主站端,电网继电保护及故障信息管理系统、智能稳措主站系统逐渐引起了重视。
  
  目前,电网继电保护及故障信息管理系统的主要功能是利用计算机技术和数据通信技术,收集厂站端的微机保护信息和故障录波信息,查询所管辖的变电站中各保护的状态、历史事件的记录数据及微机保护定值等运行信息,根据录波装置的数据分析线路故障的各种情况,包括故障距离、故障类型、故障时电流电压波形及谐波等。保护定值下传还未投入实际应用,但从技术上讲应不存在问题。电网中有些保护的定值与电网的运行方式密切相关。随着电网的发展和电力市场的需要,可控串联电容补偿等灵活交流输电技术(FACTS)将逐步得到应用,这将导致电网结构、电网运行方式及故障后故障元件参数的灵活变化,对继电保护提出更高要求,对继电保护定值提出自适应要求。因此,利用EMS数据及时分析电网的变化,在线计算保护定值,将是EMS数据的一个重要应用,是电网继电保护及故障管理系统的一项重要功能。
  
  由于负荷水平的增长、电网规模的扩大和对供电可靠性要求的提高,防止系统暂态稳定的破坏是当前电力系统中极为重要的任务之一。在电力市场的运作过程中,系统运行方式变得越来越复杂,且快速多变,要求有更加快速、准确、有效的稳定控制手段。这些新的变化和要求使传统的基于“离线计算、在线匹配”的就地型稳定控制装置越来越不适应电力系统发展的需要。根据从EMS获得的电网实时信息,在线生成zui优策略表并下传到各区域控制系统,也成为EMS数据的另一项非常重要的应用。
  
  继电保护与智能稳措的信息流程如图2所示。
  
  3电力市场系统
  
  自20世纪80年代末起,英国开始电力市场的实践。国内从90年代中期开始,清华大学、南瑞集团公司、中国电力科学研究院、东方电子信息产业股份有限公司等多家单位开始电力市场系统的研究工作,国家电力公司及有关网省局在山东、上海、浙江、辽宁、吉林、黑龙江6个电网进行了“厂网分开、竞价上网”的试点。2000年,6家单位的发电侧电力市场系统相继投运,与此同时,河南、湖南等省电力公司也开展了相关工作。综观上述电力市场系统,虽然其实现方式有所区别,但系统功能方面比较相似,大体包括如下几个方面:电能量计量计费系统、能量管理系统、发电报价系统、交易管理系统、合同管理系统、结算系统、即时信息系统和市场分析与预测系统。另外,当考虑配电侧电力市场时,配电公司及大用户数据申报系统也不可或缺。国家电力公司在《电力市场系统的功能要求》中给出了电力市场系统的信息流程。电力市场系统通过SCADA/EMS实现对电力系统的监测、调节与控制功能。
  
  4水调自动化系统
  
  水调自动化系统进行与水库运行有关的监视、预报、调度和管理。它基于水电站流域或其他相关系统的水文、气象和水库运行的历史及实时信息,进行在线水文预报、优化调度和水库综合管理,结合电网运行及机组的实时信息,依据相关数学模型,提供包括防洪和发电在内的综合调度决策方案,同时能自动控制水库闸门的开闭,并支持水电厂和电网的经济调度、水火电的联合调度,并在此基础上形成水电厂电力市场报价系统。
  
  5调度员培训仿真系统
  
  调度员培训仿真系统(DTS)运用计算机技术,通过建立实际电力系统的数学模型,再现各种调度操作和故障后的系统工况,并将这些信息送到电力系统控制中心的模型内,为调度员提供一个逼真的培训环境,以达到既不影响实际电力系统的运行,又使调度员达到身临其境的实战演练的目的。目前,世界各国电力系统中调度员培训模拟系统正在日益成为提高电网运行水平及事故处理能力的有力工具。
  
  随着DTS的日益普及和计算机技术突飞猛进的发展,DTS的内涵及使用领域不断扩大,目前,DTS不仅用于调度员的培训、提高调度员的水平,而且要作为电网运行支持人员和决策人员的研究工具,如运行方式人员通过DTS制定合理的运行方式,研究电网的特殊运行方式,对规划中的电网进行研究分析,继电保护人员通过DTS进行合理的继电保护整定配置和反事故措施的研究、利用远程通信进行省地调联合培训和反事故演习等。
  
  培训系统教案制作的原始数据来自于EMS的实时或历史数据。在省地调联合培训时,需要来自地调转发的110kV及以下电压等级的实时数据,同时需要远程通道进行地调DTS与省调DTS的信息交换。
  
  6雷电定位系统
  
  雷电定位系统通过对现场的雷电采集装置的采集信号进行过滤处理,将雷电流大小、雷电极性、雷击次数、雷击发生的时间等上传调度中心,协助调度的故障分析与故障定位。与调度自动化系统的其他应用具有相对的数据独立性。
  
  7调度MIS
  
  调度MIS至今还没有一个统一的说法,但有一点我们应该可以肯定:服务于电力系统的实时调度应该是调度MIS的重要任务。因此,它应该是建立于调度自动化系统前述应用之上,并充分利用各种应用所产生的信息,向电力公司的ERP,MIS及GIS等系统提供数据信息。
  
  8电力调度数据仓库及电力调度自动化系统的一体化设计
  
  调度主站端的应用系统包括SCADA/EMS、继电保护管理系统、智能稳措主站系统、水调自动化系统、调度员培训仿真系统、电力市场系统、调度MIS、雷电定位系统等。除雷电定位系统外,其余几个部分均共享电网的运行数据。各应用之间的数据关联如图3所示。基于这种,如果我们设计一个调度数据仓库,则可得到如图4所示的数据流程,即电力调度自动化系统的一体化设计流程。
  
  图4中的调度数据仓库具有如下特点:①调度数据仓库具有简单的SCADA功能、状态估计功能、实时和历史数据的存储功能,一方面分离了原SCADA/EMS,DTS的部分功能,另一方面成为调度自动化系统各主要应用之间的纽带;②存储调度自动化系统各主要应用的公用数据,包括电网运行的实时数据、历史数据,电网设备数据及其他公用数据;③为外部应用提供方便、标准的访问接口;④访问速度应满足各种应用在时间方面的要求等。
  
  基于数据仓库的一体化系统具有如下优点:①数据仓库中集中存放电网运行参数、设备参数及其他公用数据,减少了数据的冗余;②调度自动化系统各应用程序重点处理各自的应用功能和私有数据,系统设计更符合面向对象的设计思想;⑧各应用系统具有相对的独立性,无论在新的应用子系统的建设还是旧的应用子系统的更新过程中,与其他应用的关联性相对较小,能较好地满足调度自动化系统渐进式更新改造的需要;④调度自动化系统只经调度数据仓库获取基层厂站数据,通过调度MIS外送调度的有关信息,使人口、出口简化,系统数据流程简单清晰,方便了调度自动化系统的安全防护。
  
  9结语
  
  本文以省调系统为例,较全面地分析了电力调度自动化系统现有应用及潜在应用的内在,提出了基于调度数据仓库的电力调度自动化系统的一体化设计模式,该模式对电力调度综合自动化系统的一体化设计,对现有调度自动化系统的一体化改进,对电力调度数据网络、电力调度公用数据仓库、电力调度MIS等的建设都具有非常重要的意义。

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