前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的基于電網調度的系統設計論文，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
一、文獻探討
1.1國外調度自動化系統的相關研究
在1965年紐約大停電事故中，由于自動化設備的缺陷，主要由于電網調度信息采集系統及人機聯系系統的不完善，造成了范圍從加拿大的多倫多地區到紐約州附近5個州的大片地區停電，時間長達13.5小時，使人們認識到電的重要性，認識到了電網調度自動化系統的重要性，從此大力加強電網調度自動化系統的建設。電網調度自動化系統包含工業控制技術、計算機及網絡技術、通信技術等。工業控制技術是自動化技術應用的一個方面，分開環控制系統和閉環控制系統兩種，在電網調度自動化中，這兩種控制技術同時采用。在子站內的自動化設備，多采用閉環控制的方式，如繼電保護設備;主站對子站的監控，現在采用開環控制方式[2]。在早先的主站系統中，采用中央主機模式，主機的負擔較重，現在在主站，采用以以太網為基礎網絡模式，適應了電網調度自動化多種應用的需要，擴展性好。在子站設備中，采用工業現場總線技術，在一條線路上既傳輸數據信號又提供電源，能夠適應了發電廠、變電站內的強電、強磁環境。在電網調度自動化中，監控中心和各子站之間的通信，最早采用的是電力載波及明線傳輸，隨著通信技術的發展，逐步采用微波、特高頻等通信手段。現在的系統中，以光纖環網作為主，以載波、微波為輔的通信手段，大大提高了數據傳輸的質量和速度。
1.2國內調度自動化系統的相關研究
電網調度自動化系統發展到今天已經是第四代了。最初是70年代基于專用計算機和專用操作系統的SCADA系統，然后是80年代基于通用計算機的EMS系統，進而發展到90年代基于RISC/UNIX的開放式分布式EMS/DMS系統（國家電力調度通信中心、福建、山東、西北、寧夏、湖北、湖南、安徽等單位引進的SCADA/EMS,電力科學研究院和東北電力集團公司合作開發的CC-2000系統,電力自動化研究院開發的RD-800系統、OPEN-2000系統、SD-6000系統等）,第三代系統已發展了十幾年。隨著計算機、數據網絡、數據庫等技術的飛速發展以及電力市場的要求,第四代電網調度自動化系統的基礎條件已經發展起來,該系統的主要特征是采用JAVA、因特網、面向對象等技術,綜合考慮電力市場環境中的安全運行及商業化運營的要求。在如今的調度自動化系統中，硬件配置越來越高，開放式的調度自動化系統越來越普遍；網絡技術應用的呼聲也越來越高，分布式潮流，分布式網絡分析等在應用研究之中；同時利用高速網方便地對無人值班變電站進行“遙視”以及上下級調度之間的可視電話和可視調度都是可實現的；調度人員對于基于圖形的快捷方便的調度的要求使調度自動化系統進一步發展[3]；面向對象技術以及數據庫技術也為調度自動化系統的發展提供了技術支撐；人工智能技術在一些分析軟件中的應用進一步擴展了調度自動化系統的功能；Internet技術將為調度自動化系統人機界面的完善做出很大的貢獻；電力市場的發展為調度自動化系統提出了新的要求；調度自動化系統和其它系統如何集成，以及SCADA/MIS/EMS等系統數據的共享問題如何改善，數據的冗余量如何減少的問題[4]；GPS技術在新一代調度自動化系統中的應用都是現在需要研究的課題。
二、方案設計
2.1系統整體結構設計
本系統是一個通過計算機網絡技術、通信技術、工業自動化控制技術等對電力系統的發電、輸電、變電、配電和用電等過程進行監視、控制和管理的系統。它作為一個集成的信息系統，軟件在其中起著非常重要的作用，所以，應按照軟件工程的觀點分析和組織系統，即按照抽象和信息隱藏、模塊化和局部化的原則來設計和實現。電網調度自動化的主要功能模塊有安全監視(SCAAD)、自動發電控制(AGC)、網絡分析(NA)和計劃、調度員培訓模擬D(TS)及配電自動化(AD)等幾個部分。包括以上全部功能的系統稱為能量管理系統(EnergyManagementSystem)，簡稱MES。在電力系統中采取按電壓等級分級管理和調度的模式。我們研制的屬于地區電網調度自動化系統，具有的主要功能有安全監視(SCAAD)、網絡建模、網絡拓撲、狀態估計、調度員潮流、電壓無功優化和調度員培訓模擬(DTS)等，并非具備完整的EMS功能。本章主要討論電網調度自動化系統的系統結構、硬件組成、軟件功能模塊等[5]。
2.2系統功能設計
本系統由RTU或變電站監控系統和電網調度中心兩部分組成。各個變電站、發電廠內的RTU或監控系統負責收集當地電氣設備的各種電氣信息，如每條線路、變壓器的電流、電壓、功率和保護、位置信息等，并上傳至電網調度中心。電網調度中心將接收到的信息經過SCAAD系統處理，經調度人員判斷后下發各種控制命令，以實現對所轄整個電網的控制。站端RUT的組成及工作流程原來的老變電站都采用RTU的形式，隨著技術的發展，我們現在的新建變電站全部采用綜合自動化的形式采集現場信息。其它輔助設備有UPS電源、GPS時鐘等。根據完成功能的不同，變電站RTU或綜合自動化系統可分為信息收集和執行子系統、信息傳輸子系統、信息處理子系統和人機聯系子系統。
2.3實時系統的開發方法
信息收集和執行子系統的作用是收集各種反映電力系統運行狀態的實時信息，并根據運行需要將有關信息通過遠動裝置傳送到主站或調度中心。這些信息既包括反映系統運行狀態的各種電氣量，如頻率、電壓、功率等，也包括某些與系統運行有關的電氣量，如反映周圍環境的溫度、濕度等。這些信息既可以是由遠動裝置所在變電站直接收集的，也可以是來自下一級控制中心的有關信息。所傳送的既可以是直接采集的原始信息，也可以是經RUT加工處理過的信息。信息收集和執行子系統同時接收來自主站和上一級調度中心根據運行需要而發出的操作、調節和控制命令。并將該命令按一定規律轉發給相應裝置的操作或調節機構。由信息收集和執行子系統收集到的信息通過信息傳輸子系統傳送給主站或上級調度中心。信息處理子系統是整個監控系統的核心，它所完成的主要工作有狀態估計、運行狀態分析計算等。人機聯系子系統的作用是將經加工處理的信息通過各種信息輸出設備提供給運行人員，運行人員對控制設備進行操作或發出命令，來實現對電力系統的控制。電網調度中心從體系結構上來分析，主要有兩種:集中冗余式控制系統和分布式控制系統。我們采用的森式控制系統。集中冗余式控制系統雖然具有豐富的運行經驗，并且在實際生產中發揮了很大的作用，但由于集中冗余式控制系統所固有的特性，造成計算機負載較高、在故障時控制系統雙機切換對時間的要求嚴格、瓶頸效應隨著信息量的增加而逐步突出、系統擴展困難等缺點，因此它已逐步退出電網調度自動化系統，被分布式控制系統所取代。電網調度中心設備有CSADA處理系統、地調(配調)處理系統、電力系統高級應用系統、調度員培訓模擬系統、程序員工作站、數據記錄管理系統、通信處理工作站、下行切換柜、前置機、GPS時鐘等。此處GPS時鐘提供系統對時功能。
2.4實時數據倉庫的具體實現方案
在本系統中的數據種類較多，主要的數據有實時數據、歷史數據、未來數據和通道數據等。本章主要討論這些數據的特點、結構、組織和獲取等。
1實時數據
在本系統中最重要的數據是實時數據。實時數據是指能正確、及時地反映當時電力系統運行狀態和運行參數的數據。我們采用對數據區分優先級，優先級高的數據插入傳送以及改善通道質量，提高傳送速率等手段以滿足實時性的要求。
2歷史數據
歷史數據是反映了過去電力系統運行狀態和運行參數的數據。這些歷史數據是根據不同要求從實時數據中提取出來的。
3未來數據
未來數據亦稱規劃數據或預報數據，他是描述未來某戶時刻或某_運行式的電力系統的數據。我們以歷史數據為基礎，通過負荷預測技術而獲得的。
4人工置入數據
人工置入數據是由操作者本人輸入的數據，用以彌補實時數據，歷史數據和未來數據的不足，或糾正其認為不當的數據。
三、研究結果與分析
3.1多協議通信協議棧的實現
本系統中電網調度中心和子站設備通過載波、微波、電纜、光纖等通信介質來傳輸和交換數據，數據可分為上行和下行兩部分。上行數據是指子站向電網調度中心發送的實時信息，下行數據是指調度中心向子站發送的控制、調節命令。在電網調度自動化系統中主要采用兩種基本的通信規約，循環式遠動規約和問答式遠動規約。循環式遠動規約適合于點對點的遠動通道結構(即星型結構)及以循環字節同步方式傳送遠動信息的遠動設備與系統。它在地區電網調度自動化系統中被廣泛采用。問答式遠動規約規定了電網數據采集和監視控制系統(SCAAD)中主站和子站(遠動終端)之間以問答方式進行數據傳輸。它適用于網絡拓撲結構為點對點、多個點對點、多點共線、多點環形和多點星形網絡配置的遠動系統中。循環式遠動規約本規約采用可變幀長度、多種幀類別循環傳送，變位遙信優先傳送，重要遙測量更新循環時間較短，區分循環量、隨機量和插入量采用不同形式傳送信息，以滿足電網調度安全監控系統對遠動信息實時性和可靠性的要求。規定主站與子站間進行以下信息的傳送:a.遙信;b.遙測;c.事件順序記錄(SOE);d.電能脈沖計數值;e.遙控命令;f.設定命令;g.升降命令;h對時;i.廣播命令;j復歸命令;k子站工作狀態。信息按其重要性有不同的優先級和循環時間，以便實現國家標準《地區電網數據采集與監控系統通用技術條件》和《遠動終端通用技術條件》所規定的要求和指標。幀結構，其中，同步字按通道傳送順序分為3組EB90H，即1110、1011、1001,0000，在控制字中，有控制字節、幀類別、信息字數、源站址、目的站址、校驗碼等字節。1EC87-5-101規約IEC87-5-101規約是針對工EC870一5基本標準中的FTI.2異步式字節傳輸幀格式，對物理層、鏈路層、應用層、用戶進程作具體的規定和定義。它規定了SACAD系統中主站和子站之間以問答方式進行數據傳輸的幀格式、鏈路層的傳輸規則、服務原語、應用數據結構、應用數據編碼、應用功能和報文格式。它適用于網絡拓撲結構為點對點、多個點對點、對點共線、多點環形和對點星形網絡配置的遠動系統中。通道可以是雙工或半雙工。其服務原語如下:REQ:請求原語(REQUESTPRIMITIVE)由用戶發出在鏈路層啟動一次傳輸過程。ON:確認原語(CONFIMRPRIMITIVE)由鏈路層發出以結束原已啟動的傳輸過程。IND:指示原語(工NDICATIONPRIMITIVE)由鏈路層向用戶發出通知，希望傳輸數據給服務用戶，或者觸發某些服務用戶進程RESP:響應原語(RESPONDPRIM工TIVE)由用戶發出，以數據響應來完成一個己啟動的傳輸過程。典型的服務原語的內容為:參數、條件和用戶數據。服務原語的內容如下:—用戶數據—否定/肯定認可或響應原語—數據流控制—訪問控制—重傳次數—鏈路層狀態(重新啟動條件)—傳輸服務原語(功能碼如SEND/CONFIRM)。
3.2分布式數據處理
ORACLE數據庫用戶自行安裝ORACLE。建議使用OARCLES.0.5.以上版本，程序是在該版下測試過。先在ORACLE數據庫中建數據庫空間(在此定為SQLSCAAD)，根據提供的腳本建數據表。運行BSCadaforOARCLE.exe程序。數據轉換設置:在“數據轉換設置”TAB頁中設置:A:系統路徑:該路徑為CSADA的運行全路徑名。B:數據源:OELDB數據提供程序，目前可選范圍只有三種，對ORACEL可選選第一種或第三種配置OLEDBProviderforODBCDriverOLEDBProviderforSQLServerOLEDBProviderforOracleC:輸入數據源/服務器名稱，如果OELDB數據源為ODCB數據源則輸入ODCBDNS名稱，如果OELDB數據源為ORACEL則輸入ORACLE的服務名稱。D:輸入數據庫名稱。(根據數據庫空間在此可定為SQLSCAAD)E:輸入數據庫登錄的用戶名和密碼。F:點擊“設置應用生效”按鈕，使上述設置生效。然后開始更新廠站索引表:在以下情況下需更新廠站索引表，a.第一次運行數據轉換程序;b.從未更新過廠站索引表;c.每次修改SCADA廠站點信息后。轉換實時數據:實時數據可以定時(周期在1-30秒可調)或者人為地手動轉換一次。轉換歷史數據:歷史數據可以定時(周期為5分鐘)或者人為地手動轉換某一時間段的歷史數據。歷史數據分歷史采樣數據(采樣周期為5分鐘)和當天的統計數據。轉換報警記錄:在SCADA系統中報警數據存于ACCESS數據庫中，位于SCAAD系統目錄下的ACCESS子目錄，以月為單位存放。轉換到SQLServer7.0(DB2)中時，為了統計方便，報警數據按年為單位存放。轉換過程中的問題:當廠站索引表正在轉換過程當中，更新索引表按鈕將變成無效，直到轉換結束。同理，當實時數據庫正在轉換過程中(無論手動還是自動)，手動轉換按鈕將變成無效，直到轉換結束，當歷史庫數據正在轉換過程中(無論手動還是自動)，手動轉換按鈕將變成無效，直到轉換結束。當上述轉換正在進行中時，狀態欄將會有相應的文字指示。
3.3人機界面設計及系統集成
采用100M/1000M雙以太網。服務器采用ES25服務器，工作站為DS15，分別用于實時數據采集、歷史數據處理和應用軟件。操作系統采用工業標準的UNIX操作系統，歷史數據庫采用大型商用關系ORACLE數據庫管理系統。SCADA系統采用開放式、分布式體系結構。數據采集服務器和數據通信服務器可隨時將實時數據送給SCADA服務器（或將SCADA功能分布到數據采集服務器和數據通信服務器），SCADA服務器處理后的實時數據采用組廣播方式同步有關服務器和工作站，應用、歷史數據管理等服務器采用客戶/服務器方式。高級應用軟件是在面向對象的支撐平臺上開發完成的，與SCADA一起構成了一體化的系統。具有以下主要特點：1、軟件系統充分利用了豐富的軟件資源和各種服務，采用一體化、系統化設計，實現了數據統一和界面統一。人機界面系統，統一風格設計，其中和實時系統有關的畫面，如：廠站圖和全網潮流圖，采用和SCADA系統完全一致的畫面集，為調度員實時對比和分析數據提供了非常方便的手段。統一的界面符合調度人員的使用習慣，不必花費更多的時間學習，所有操作基本上都在廠站或系統圖上點擊實現，簡單方便。結合調度生產實際的需要，各軟件提供了方式靈活多樣的輸出方式，數據文件、表格畫面、單線圖、曲線等形式的輸出結果均可以快速打印輸出，較好地滿足了調度生產的實際需要。軟件提供了與現場實際相一致的系統圖和廠站圖，潮流結果可以快速地在圖上顯示出來，直觀、高效，實用性強。軟件數據流設計合理，整套軟件的數據維護、畫面維護集中在一個數據庫、一個畫面集上完成，保證了各功能軟件數據模型的一致性和完整性，也是軟件的維護工作量減到最低限度。各模塊軟件算法先進，輸出結果及精度滿足了實用要求。電網能量管理系統應用軟件主要包括如下幾個軟件模塊：網絡拓撲、狀態估計、調度員潮流、負荷預測、短路電流計算等模塊。應用軟件能夠達到實用，在電網調度運行中發揮應有的作用，專業技術人員掌握系統的維護和開發至關重要。任何應用軟件系統都不可能完全適用于實際的應用要求。軟件能否在實際應用中根據用戶實際要求不斷修改完善，是軟件系統能否真正實用化的關鍵之一。而這些修改與調試工作主要依靠應用軟件的運行維護技術人員來實現.
3.4、EMS新技術和發展趨勢
隨著計算機領域計算機硬件技術、通信技術、數據庫技術、Intemet技術的發展，以及電力企業電力市場化進程的不斷加快,作為適應電力企業新的業務(電力市場)和一體化建設(EMS／TMR／TMS或EMS／TMR／DMS)需求的EMS系統支撐平臺和EMS應用軟件必然采用如下新的技術：
3.4.1、CORBA中間件平臺技術
CORBA技術作為對象管理組織(OMG)推出的軟件系統開發標準，自九十年代初提出第一版以來，作為解決分布式異構環境下應用系統互連和互操作的標準目前已經被眾多的廠家和用戶所接受，并成為新一代EMS系統應用軟件互操作和與其它系統進行透明操作和數據共享的軟件平臺標準。由于CORBA獨立于網絡協議、獨立于編程語言、獨立于軟硬件平臺，因而成為目前最有生命力的跨平臺技術。特別是OMG組織1998年公布了CORBA2.3版之后，CORBA技術日臻完善。目前CORBA3.0版本已經推出并應用于眾多的中間件產品中。遵循CORBA標準開發的EMS中間件平臺，能夠更容易滿足企業自動化系統一體化應用集成的需要。
3.4.2、公用信息模型(CIM)
為使EMS應用軟件之間的交互正確無誤，需要對交換的數據信息達成一致，即提供標準的元數據級的模型和標準應用程序接口(APIs)。國際電工委員會近十年逐漸完善了能量管理系統的應用程序接口標準和模型定義工作，并號召EMS生產廠家積極采用(兼容)該標準。在IEC61970的CIM部分給出了電力對象的確切定義和域描述。CIM定義為提供用于電、水、氣工業的生產、傳輸、分配、市場和零售系統相互操作和應用的標準對象。在電力行業，CIM定義了電力工業標準對象模型，用于電力系統的數據工程、規劃、管理、運行和商務等應用的開發和集成，它提供了描述電力對象及其關系的標準。CCAPI的CIM部分提交給IEC形成了IEC61970的三個部分。在IEC61970中，CIM用統一建模語言(UMD描述，對象用公共類、屬性及對象間的關系來描述，對象之間的靜態關系有：聚集、歸一化和關聯。為方便起見，CIM被劃分為許多子系統或包，包括：核心包、拓撲包、電網包、保護包、量測包、負荷模型包、發電包、域包、能量計劃包、備用包、資產包和SCADA包等。各個EMS應用內部可以有各自的信息描述，但只要在應用程序(或構件)接口語義級上基于公共的信息模型，不同廠商開發的應用程序或不同系統的應用軟件間就可以以同樣的方式(如XML)訪問公共數據，實現正確的信息交換。公用信息模型的采用將使EMS真正走向開放和標準化，使企業的自動化系統一體化平臺的建設有了共同遵循的國際標準。
3.4.3、可視化技術
隨著計算機技術和電網安全分析技術的發展，可視化的在線監控軟件已經成為調度員和電力市場交易員的迫切需求，可視化技術的應用，可以將傳統的用數字、表格等方式表達的離線信息，轉換為通過先進的圖形技術、顯示技術表達的圖形信息，例如潮流的可視化技術、電壓穩定的可視化技術、暫態穩定安全域的可視化技術、負荷預測的可視化技術、電力市場電量競價計劃的可視化安全分析技術等，將電力系統的潮流、電壓穩定域、不穩定區域和暫態穩定域用形象直觀的可視圖形表達，能夠更加滿足運行人員監視、控制的需要。
3.4.4、電力市場交易與安全分析一體化的技術
隨著電力市場的發展，EMS作為電力市場技術支持系統的一個有機組成部分，除了承擔傳統的電網數據采集、監視和控制任務外，其EMS應用軟件作為電力市場技術支持系統的有機組成部分將更多的承擔電力市場交易的電網安全分析任務,從而改變了傳統EMS的工作領域，要求對眾多的EMS應用軟件的接口和分析技術進行重新設計，即EMS／電力市場應用軟件的統一設計，分別實施。電力市場交易與安全分析一體化的設計為安全、經濟的電力市場的開展提供了可靠的技術基礎。
3.4.5、Internet信息服務技術
Internet不但為遠程維護提供了全新的手段，而且將傳統的電網參數和實時SCADA的數據瀏覽擴展到AGC功能、EMS應用功能(狀態估計、安全分析、最優潮流等)的瀏覽，使得EMS應用軟件的實用化水平的提高得到了進一步的保證，延伸了EMS系統的對外窗口，進一步提高了EMS系統的服務水平。同時，隨著網絡帶寬的提高和網絡速度的加快，網上遠程教育系統將會得到進一步的發展，Internet將會提供更全面的信息服務。