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探析電力調度自動化系統應用及發展

發布時間:2012-09-21 11:03所屬分類:電力瀏覽:1加入收藏

電力調度自動化系統是指直接為電網運行服務的數據采集與監控系統,包括在此系統運行的應用軟件,是為各級電力調度機構生產運行人員提供電力系統運

  摘要:電力調度自動化系統是指直接為電網運行服務的數據采集與監控系統,包括在此系統運行的應用軟件,是為各級電力調度機構生產運行人員提供電力系統運行信息、分析決策工具和控制手段的數據處理系統。本文闡述了電力調度自動化的目前所存在問題、電力系統調度運營所包含的內容、所要實現的目標以及電力系統自動化的組成和安全防護體系的解決方案。

  關鍵詞:電力系統;調度自動化;信息

  Abstract: electric power dispatching automation system is a direct power network operation service for the data acquisition and monitoring system, including in the operation of the system application software, is for electric power dispatching institutions at various levels production operation personnel to provide power system operation information, analysis and control of the means of decision making tool data processing system. This paper expounds the dispatching automation of electric power of the existing problems at present, power system scheduling operation contains content, to achieve the objectives and the composition of the automation of electric power systems and safety protection system solutions.

  Key words: electric power system; Dispatching automation; information

  中圖分類號:TM73 文獻標識碼:A 文章編號:

  0引言

  隨著我國經濟的快速發展,人民對電力的需求越來越高,電網在不斷發展和進步的同時,保證電力供應的安全有序進行,是電力調度自動化系統首要任務。電力調度自動化系統是電網運行服務的數據采集與監控的系統,是為各級電力調度機構生產運行人員提供電力系統運行的實時信息、分析決策工具和控制手段的數據處理系統。因此,保證電網安全和經濟可靠運行是電力調度自動化系統重要手段之一。

  1電力調度自動化面臨的主要問題

  1.1系統平臺差異

  為了適應這種發展速度,電力調度自動化系統也需要進一步更新,其中包括功能的擴展和平臺的更新。電力調度自動化系統是應用于計算機平臺上的自動化系統,系統采用分層分布式結構,計算機硬件平臺作為最底層的一個環節,對于系統的安全高效運行起著重要的作用。目前市場上有很多完善可靠的硬件平臺,比如HP、IBM、SUN、DELL,對于CISC架構的機器,通常采用Windows操作系統;對于RISC架構的小型機,它們又具有諸如IBM AIX、HP Tru64、HP UNIX、SUNSolaris等專用操作系統系統。近些年來,為了提高系統的可靠性、高效性及安全性,絕大部分用戶都采用基于RISC架構的小型機作為系統服務器首選硬件平臺;考慮到易用性,工作站多選用CISC架構的機器。如何屏蔽硬件平臺及操作系統差異,確保系統功能、界面一致性,也成為電力調度自動化系統發展面臨的最根本的問題。除了建設初期面臨的系統平臺差異問題,在系統運行過程中,硬件設備的停產、系統擴容、硬件平臺部分更換等情況下,同一套系統也將會面臨不同硬件平臺及操作系統問題。

  1.2電網模型變化頻繁

  電力工業的發展和國民經濟的發展是分不開得,為了更好的為國民經濟發展提供服務,電力工業還需要進行先期的一些投入。我國在電力建設方面一直非常重視,從兩網改造到一些國家重點電力工程建設無不體現出這一點。近些年來,我國經濟依舊保持十分良好的發展上升趨勢,電力建設速度也很好的滿足了經濟發展的需要,電網規模也在逐步有序的擴大,并且還有很多變電站、發電站正在建設或規劃過程中。作為電網監視控制系統的調度自動化系統,為了給電力調度人員準確無誤的反映電網運行狀態,就需要對調度自動化系統的電網模型進行及時補充。在最初的調度自動化系統中,要完成一個新變電站的建模需要以下幾個步驟:逐個設備單元畫圖、在數據庫中建立記錄、單元間聯接關系的確定、數據庫與圖形設備的關聯。由于是以一個電力設備為單位,所以對于一個龐大的變電站來說,要完成建模和數據庫錄入需要很長的時間,并且由于過程十分煩瑣,出現錯誤的幾率也非常大,也牽扯了運行維護人員過多的精力。

  1.3功能要求不斷增多

  目前看來,電力調度自動化系統是一個很廣泛的概念,最初所說的SCADA功能只是該系統的一個基本功能。由于具有先進的廠站采集設備及通信設備的支持,調度自動化系統目前可以基本上采集到我們所需的所有數據,這些數據經過系統處理之后存入數據庫。為了進一步利用這些數據,高級應用功能PAS(POWER APPLIECATION SYSTEM)被很快得以推廣和應用,PAS主要包括網絡拓撲、狀態估計、調度員潮流、負荷預測、短路電流計算、外網等值、電壓無功優化等模塊。

  除了PAS功能之外,目前在一些網、省調,還有一些大型地調應用了一套新的系統———調度員培訓模擬系統(簡稱DTS)。該系統也是一個計算機系統,它按被仿真的實際電力系統的數學模型,模擬各種調度操作和故障后的系統工況,并將這些信息送到電力系統控制中心的模型內,為調度員提供一個逼真的培訓環境,以達到既不影響實際電力系統的運行而又培訓調度運行人員的目的。除了PAS和DTS功能外,電力系統對集控功能的需求也越來越多。SCADA、集控、PAS、DTS其實是面對著一個相同電網,只是調度自動化系統不同運行狀態的體現,我們分別稱之為“實時態、研究態、培訓態”。既然是面對著一個相同的電網,就必須保證其電網模擬及數據庫的一致性。而目前這些功能的實現多是基于各個獨立的數據庫之上,也就是說要單獨進行建模填庫。在這種情況下,很難保證模型和數據庫的完全一致,這必將影響到功能實現的效果。同時,面對不同的功能應用,人機界面的統一也至關重要。

  1.4信息孤島問題

  調度自動化系統作為一套數據監控系統,它不是一個孤立的系統,為了避免出現“信息孤島”,調度自動化系統需要和眾多其它系統互聯,不同產品之間采用什么接口方式高效聯接是目前系統不可避免的問題。另外對于不同級別、不同區域的調度自動化系統,也不是孤立運行的,他們彼此之間需要進行一些資源的共享。而現在市場上能提供調度自動化系統產品的廠家非常多,有國內的,也有部分國外知名廠商,不同廠家的產品在系統體系結構、數據庫結構等各方面存在差異,這使得不同系統之間的信息交換受到很大限制。

  2、電力系統調度自動化的內容及實現的目標

  2.1.電力系統調度的任務

  電力系統的調度就是對電力系統中所有的設備及其運行狀態進行監控和調節,是一個指揮者。目前電力調度涵蓋的范圍較大,有自動化系統、繼電保護等等。電力系統調度的任務主要是:盡設備最大能力滿足負荷需要,使整個電網安全可靠連續供電,保證電能質量,經濟合理利用能源,保證發電、供電、用電各方合法利益。

  2.2電網調度自動化的組成及功能

  電網調度自動化系統,其基本結構包括控制中心主站系統、廠站端(RTU)和信息通道三大部分。根據功能的不同,可以將此系統劃分為信息采集和執行子系統、信息傳輸子系統信息處理子系統和人機聯系子系統。信息采集和執行子系統的基本功能是在各發電廠、變電所采集各種表征電力系統運行狀態的實時信息,此外還負責接收和執行上級調度控制中心發出的操作、調度或控制命令。信息傳輸子系統為信息采集和執行子系統與調度控制中心提供了信息交換的橋梁,其核心是數據通道,它經調制解調器與RTU及主站前置機相連。信息理子系統是整個調度自動化系統的核心,以計算機為主要組成部分。該子系統包含大量直接面向電網調度、運行人員的計算機應用軟件,完成從采集到信息的各種處理及分析計算,乃至實現對電力設備的自動控制與操作。人機聯系子系統將傳輸到調度控制中心的各類信息進行加工處理,通過各種顯示設備、打印設備和其他輸出設備,為調度人員提供完整實用的電力系統實時信息。調度人員發出的遙控、遙調指令也通過此系統輸入,傳送給執行機構。

  2.3.電力系統調度自動化的應用現狀

  目前我國投運的系統主要有 CC-2000、DF-8003、OPEN-3000、D5000。這些系統都采用 RISC工作站和國際公認的標準:操作系統接口用POSIX,數據庫接口用 SQL 結構化訪問語言,人機界面用OSF/MOYIF、X-WINDOWS,網絡通信用TCP/IP、X.25。實踐應用表明這些系統基本功能均達到國內外同類系統的水平,且各有特點。

  2.3.1.CC-2000 系統

  采用開放式系統結構設計及面向對象的技術,利用事件驅動和封裝的思想為應用軟件提供透明的接口。采用面向對象技術,并引進了一個大對象的概念,以適應封裝性、繼承性以及事件驅動的要求。支撐系統專用性和通用性的有機結合,既適應電力系統的需要,又兼顧其他行業實時應用的要求。按照軟件工程的規律進行開發,實現軟件工程產品化。技術鑒定認為,按照開放式系統設計和采用面向對象等技術,都屬于國際先進或領先范疇。現結合東北電網,由電科院、電自院、清華大學、東北電力集團公司、北京科東公司在統一協調下,共同在CC-2000支持系統平臺上開發電網應用軟件,從而實現完整的EMS系統。

  2.3.2.DF-8003 系統

  DF-8003 系統于 2002 年 10 月投運,2003年4 月 COPLAT/SCADA 部分 SAT,2003 年 7 月SCADA 省局整體驗收測試,2003 年 12 月 PAS/DTS,配網 SCADA SAT 通過。該系統的人機界面定制工具提供前置,SCADA,NAS,AGD,DTS,TMR,DMS等應用界面的定制,界面風格統一,應用切換方便。友好的類Windows風格的交互式操作界面大大方便了用戶的使用,便于維護。另外調度員工作站采用了Iinux,既節省了資金,又方便了調度員的使用。Windows 系統主要安裝在維護機上,用于報表、遠程撥號維護等作用,使用方便。

  2.3.3.OPEN-3000 系統

  OPEN-3000系統是江蘇省立項的重大科技項目,是由國電南瑞科技股份有限公司開發的新一代EMS系統。在對IEC 61970標準進行充分研究的基礎上設計了一個符合標準要求的系統集成框架和遵循標準的實時信息系統平臺,所提供的系統管理、商用數據庫、實時數據庫、人機界面、權限、告警、多上下文支持、CASE管理等全面的服務為應用功能的實現提供了強大的技術支持,并且能夠單獨或同時支持EMS、DMS、WAMS與公共信息平臺等應用系統,使系統在開放性、可靠性、方便性等方面有了顯著的提高。同時,OPEN-3000系統在各應用設計上也都針對以往的難點進行了技術攻關,前置數據采集、SCADA、AGC、PAS、DTS等子系統都在應用功能、軟件性能、操作方便性等方面均有大幅度的突破。

  2.3.4.D5000 系統

  國家電網為適應特高壓電網運行的客觀需要,落實國家電網公司“四化”的工作要求,全面提升調度機構駕馭大電網的能力,國調中心在公司系統內組織開展廣域全景分布式一體化電網調度技術支持系統的研制工作。作為整個系統的基礎平臺,D-5000是整個系統研制的核心和重點,其開發由國調中心統一組織,各網省調 參加,中國電科院和國網電科院共同承擔。

  D-5000平臺采用先進的軟件開發技術,具有標準、開放、可靠、安全和適應性強等特點,直接承載著實時監控與預警(新EMS)、調度計劃 (OPS)、安全校核(SCS)和調度管理(OMS)四大應用平臺,對提高電網的調度運行水平、加快調度機構的標準化建設和提高調度業務精益化的管理具有 重要而深遠的意義。

  3、如何建立調度自動化系統的安全防護體系

  數據網絡是支持調度自動化系統的重要技術平臺,要求數據網絡安全可靠,實時性要求在秒級或數秒級,其中發電報價系統、市場信息發布等電力市場信息系統由于需要與公網連接,因而還要求做加密及隔離處理。近年來,調度自動化系統的內涵有了較快的延伸,由原來單一的EMS系統擴展為EMS、DMS、TMS、廠站自動化、水調自動化、雷電監視、故障錄波遠傳、功角遙測、電力市場技術支持系統和調度生產管理系統等。

  3.1調度自動化系統的安全防護體系要制定安全防護策略。

  應用系統的安全策略位于安全防范的最高一級,是決定系統的安全要素。從大的方面講,安全策略決定了一個系統要達到的安全級別及可以付出的代價;從小的方面講,安全策略的具體規則用于說明哪些行為是允許的,哪些行為是禁止的。系統是否安全,很大程度上依賴于最初設計時制定的安全策略,因為今后的安全措施,都圍繞這一策略來選擇和使用,如果在安全策略上出了問題,將會給今后的應用系統帶來安全隱患,從而使將來的安全建設處于十分被動的局面。因此考慮調度自動化系統的安全,應首先根據系統對安全性、可靠性、實時性、保密性等方面的不同特殊要求,按照國家有關部門的規定,從應用系統的各個層面出發,制定完善的安全防護策略。

  3.2調度自動化系統的安全防護體系要確立信息系統的安全分層理論

  一個信息系統的安全主要包含五個層面,即物理安全、網絡安全、系統安全、應用安全、人員管理。物理安全主要包含主機硬件和物理線路的安全問題,如自然災害、硬件故障、盜用、偷竊等,由于此類隱患而導致重要數據、口令及帳號丟失,稱為物理安全。網絡安全是指網絡層面的安全。由于聯網計算機能被網上任何一臺主機攻擊,而網絡安全措施不到位導致的安全問題。系統安全是指主機操作系統層面的安全。包括系統存取授權設置、帳號口令設置、安全管理設置等安全問題,如未授權存取、越權使用、泄密、用戶拒絕系統管理、損害系統的完整性等。應用安全是指主機系統上應用軟件層面的安全。

  4結論

  電力調度自動化系統是監控電網運行的實時系統,具有很高的實時性、安全性和可靠性。電力系統的迅猛發展需要完善、先進和實用的電網調度自動化系統來保證。隨著計算機技術、通信技術的發展以及電力系統控制技術的不斷進步,相信在不遠的將來,電力系統調度自動化將會取得飛速的發展。以這些科學技術的進步為依托,能更好地維持供需平衡,保證良好的電能質量。

  參考文獻

  [1]黨曉強.劉俊勇.電力系統調度自動化的基本內容[J].電氣時代,2005.

  [2]章健.電力系統調度自動化系統現狀研究與發展[N].北京電力高等專科學校學報(自然科學版),2010.

  [3]陳媛.淺談電力系統調度運行[J].現代企業文化,2009.


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