（电气工程专业论文）ems系统在梅钢电力调度的实践与研究.pdf

东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 研究生签名：速曼盗日期： 摘要 摘要 梅钢公司全厂能源管理系统，即e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ( 以下简称e m s ) ，实现 能源系统分散的数据采集和控制、集中的管理调度和能源供需平衡，以及生产所需能源预 测，为在生产全过程中实现较好的节能、降耗和环保的目标创造条件。本文针对梅钢电网 乜3 1 调度运行的特点，论述了调度运行管理系统的研制过程和所涉及到的各种技术，与宝信 共同研究了一套基于调度运行管理系统，使调度运行管理标准化、规范化、科学化，最大 限度的提高调度部门的工作效率和管理水平，同时，有利于全局共享信息资源，有利于科 学决策，并为电网的安全、稳定运行提供可靠的保证乜2 1 。 本文在较全面阐述了e m s 的基本思想、体系结构、s c a d a 系统和软硬件系统功能的基 础上，对梅钢电力调度e m s 系统进行了总体设计和实施，包括s c a d a 系统、网络系统、 e m s 与其它系统的通讯接口、中心控制室、系统安全，并以铁东1 1 0 k v 变电所为例详细说 明了s c a d a 系统的功能和实现。论文最后分析了梅钢电力调度e m s 系统运行存在的问 题，并提出了相关的建议，以提高e m s 系统在大型企业电力调度的效益。 关键词 ：e m s 原理；总体设计；系统实现；s c a d a 系统 a b s t i t a c t a b s t r a c t e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e mo f m e i s h a ni r o na n ds t e e lc o m p a n yp l a n t w i d e e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ，n a m e l y ，e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m( h e r e i n a f t e r r e f e r r e dt oa se m s ) h a sr e a l i z e d f u n c t i o n so fd e c e n t r a l i z e de n e r g ys y s t e m s d a t aa c q u i s i t i o na n dc o n t r 0 1 ，c e n t r a l i z e dm a n a g e m e n ts c h e d u l i n ga n de n e r g y s u p p l y d e m a n db a l a n c i n g ， a sw e l la st h ee n e r g yn e e d e df o r t h ep r o d u c t i o n f o r e c a s t i n gf o r t h ee n t i r ep r o c e s s o fp r o d u c t i o nt oa c h i e v eb e t t e re n e r g y e f f i c i e n c y ，e n e r g ya n d e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n t oc r e a t et h ec o n d i t i o n so f t h et a r g e t i nt h i s p a p e rb y t h ec h a r a c t e r i s t i c so fm e is t e e le 1 e c t r i cp o w e r c o n t r o la n d o p e r a t i o n ，d i s p a t c h i n go p e r a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m a n dt h e p r o c e s si n v o l v e di nav a r i e t yo ft e c h n o l o g i e sa r ed i s c u s s e d ao p e r a t i o na n d m a n a g e m e n ts y s t e mf o r t h es t a n d a r d i z i n ga n ds c i e n t i z i n g i sj o i n t l yd e v e l o p e d w i t hb a o s i g h tc o dt oi m p r o v ee f f i c i e n c ya n dm a n a g e m e n tl e v e l t h i ss y s t e mi s c o n d u c i v et os h a r i n go fi n f o r m a t i o nr e s o u r c e s ， i sc o n d u c i v et os c i e n t i f i c d e c i s i o n m a k i n g ， a n de n s u r e sr e li a b l eo p e r a t i o no fp o w e rs y s t e m s t h ef u l lt e x ti sd i v i d e di n t os i xc h a p t e r s t h ef i r s tc h a p t e ri sa n i n s t r u c t i o n ， s u m m e du pt h es t e e l m e is t a t u so fp o w e rs y s t e mm a n a g e m e n t ， c o m b i n e dw i t hs t e e l 一m e ie m si m p l e m e n t a t i o np r o j e c t s ，w h i c he x p l a i n st h e s t u d y i n gs i g n i f i c a n c eo fe m s i nc h a p t e ri ie m ss y s t e mf o rp o w e rd i s p a t c h i n g p r i n c i p l ea n dd i s p a t c h i n g d a t a f l o wa r e a n a l y z e d ， af r a m e w o r ko fp o w e r d i s p a t c h i n ge m sf u n c t i o n s i sp u tf o r w a r d c h a p t e ri i ii n t r o d u c e dt h eo v e r a l l p o w e rd i s p a t c h i n ge m sm e i s t e e ls y s t e m si n c l u d i n gd e s i g n ， o p e r a t i o nm o d eo f a n a l y s i s ，s y s t e mh a r d w a r e ， s o f t w a r ea n dd e v e l o p m e n tt 0 0 1 s ， n e t w o r k ， d a t a b a s e i n t e r f a c ed e s i g na n ds c h e d u l i n g 。fw 。r k i n t r 。d u c e da n dg i v i n g a ne x a m p l e i n c h a p t e rv t h e e m sp r o p o s a l s f o r w a r d c h a p t e rv i s u m m a r i z e s a n da p p li c a t i o no f 1 e s s o n s1 e a r n e da r eb r o u g h t c 。n c l u s i 。na n dt h ep r 。s p e c t 。f t h ef u t u r e 3 2 4 1 1 【k e yw o r d s 】： p r i n c i p l e s 。fe m s ， g e n e r a ld e s i g n ，i m p l e m e n t a t i o n 。fe m s s c a d as y s t e m 1 】【 2 1 3 本文的主要研究目的和研究内容2 1 4 本章小结3 第二章电力调度e m s 系统原理分析4 2 1 电力调度e m s 的发展4 2 2 电力调度e m s 的基本思想9 2 2 1 可扩展性和灵活性的思想9 2 2 2 标准化和互操作性的思想1 0 2 2 3 先进性和实用性的思想1 0 2 2 4 安全性和可靠性的思想10 2 3e m s 的计算机体系结构l o 2 3 1e m s 计算机体系统结构的发展1l 2 3 2 开放式系统的特点1 3 2 4 电力调度e m s 数据库1 4 2 4 1 数据平台的设计原则1 4 2 4 2 数据平台的作用：l 6 2 4 3e m s 数据库1 6 2 5 跚s 的人机交互。2 0 2 6s c a d a 系统。2 2 2 6 1s c a d a 硬件系统2 2 2 6 2 数据收集2 3 2 6 3 监视与事件处理2 4 2 6 4 控制功能2 4 2 6 5 具有时间标志的数据2 5 2 6 6 故障数据收集与记录2 5 2 6 7 报告和计算2 5 2 7 e m s 应用功能模块2 5 2 7 1 电力系统负荷预测2 5 东南大学工程硕士学位论文 2 7 2 实时网络状态分析2 6 2 7 3 调度工程师潮流2 7 2 7 4 网络安全分析软件2 7 2 7 5 调度员培训模拟2 8 第三章梅钢电力调控e m s 系统。3 1 3 1 梅钢电力调度e 骼系统设计原则。3 l 3 2 系统方案设计3 2 3 2 1 概述3 2 3 2 2s c a d a 系统3 3 3 2 3 网络系统设计3 5 3 2 4e m s 与其他系统的通信接口一4 0 3 2 5 计算机软件配置清单4 2 3 3 软硬件技术特性4 3 3 3 1i b mx 2 5 5 服务器4 3 3 3 2 数据库系统4 4 3 3 3 数据库服务器操作系统：4 6 3 3 4 开发工具：4 7 3 3 5x c o m 通信中间件。4 8 3 3 6g i ss u p e r m a p 4 9 3 3 7c a t a l y s t3 7 5 0 4 9 3 4 管理中心控制室5 0 3 4 1 概述。5 0 3 4 2 管理中心系统划分5 l 3 4 3 管理中心平面布置图：5 l 3 5 系统安全措施5 3 3 5 1 防病毒系统5 3 3 5 2 防非法侵入5 4 3 5 3 授权管理5 8 3 5 4 e m s 系统备份5 9 3 5 5 应用设计的其他安全措施6 2 3 6 本章总结6 2 第四章梅钢e m s 系统功能的实现与研究6 4 4 1 梅钢跚s 概述6 4 4 2 梅钢e m s 系统目标6 4 4 3 梅钢酬s 设计考虑6 5 4 4 梅钢e m s 系统控制对象。6 5 4 5 梅钢e m s 系统硬件构成6 8 4 6 梅钢e m s 系统软件构成。6 9 4 7 梅钢e m s 系统功能分担7 2 4 8 梅钢e m s 与电力s c a d a 的接口7 4 4 9 铁东1 1 0 k v 子系统7 5 4 9 1 概述7 5 4 9 2 监视项目7 5 4 9 3 操作和控制7 6 4 9 4 信号接口7 6 4 9 5c r t 画面统一规定7 6 4 9 6 报警画面设定及显示7 9 4 9 7 趋势画面显示及分析8 2 4 9 8 报表、数据归档功能8 4 4 9 9 系统工具8 5 4 1 0 本章总结8 6 第五章浅谈实施e m s 的教训和应用8 7 5 1 引言8 7 5 2e m s 项目失败的原因8 7 5 2 1 企业方面的原因8 7 5 2 2 实施单位的原因9 0 5 3 对我国企业应用e m s 系统的建议。9 0 5 4 本章小结。9 2 第六章结论与展望。9 3 6 1总结9 3 6 2 展望9 3 参考文献9 4 致谢。9 7 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 随着钢铁生产大型化和市场竞争的日益激烈，传统的能源管理模式已经不能适应生 产实际的客观需要，必须引入一个新的能源管理模式进行管理，以适应梅山生产发展和市 场的变化。 根据梅山目前3 0 0 万吨的规模以及5 0 0 万吨的规划，新的能源管理系统必须具备对 全厂能源设施包括能源的生产、能源的供需分配以及能源的使用进行全系统的实时的能源 监测控制和管理，藉此达到能源的牛产和使用的有效平衡，达到能源的有效利用和节能的 目的，进而提高在线能源管理的水平。 能源管理总体水平的提高，e m s 系统是一个重要的手段，但仅有e m s 系统是不够 的，在建成e m s 系统的同时还必须赋予系统新的管理理念、必要的管理的规章制度、保证 系统正常运行的一整套的服务机构与e m s 系统相辅相成、协同运作，才能充分发挥e m s 系 统的功能。 e m s 系统所有功能的发挥都依赖于信号的正确性，没有准确的信号，e m s 系统的功 能就不可能正常发挥。特别是计量信号的准确性尤为重要，如果计量信号不正确，就不可 能作出准确的计量结算，为使计量信号达到准确，在建设e m s 系统的同时，还必须对存在 各种各样问题的计量信号进行改造和完善。 e m s 系统的建设和投运并不意味着e m s 系统的结束，e m s 系统无论从系统的管理模 式到系统的规模和结构，必须随着梅山生产的发展和能源系统的变化不断加以完善和提 高。 对于能源系统的工程建设如何实施以及规划，根据梅山自身的具体情况，设置e m s 以后应实现电力、动力、水道三大能源主体部分的集中监视、集中控制和集中管理，首先 做到变电所无人值守。对于部分一时尚不具备集中控制的部分和对象应该分步实施，而 e m s 建设应遵循如下原则进行实施： 东南大学工程硕士学位论文 统一规划、分步实施原则 具备条件的优先实施原则 不具备条件的力争创造条件实施原则 能源中心e m s 系统必须最大限度有利于节能、省人、环保和管理现代化原则 能源中心e m s 系统必须充分考虑对发展、长远和整体有利的原则 能源中心e m s 系统必须充分考虑适用、先进、稳定、安全、长效的原则 能源中心e m s 系统必须充分考虑良好的维护性和扩展性原则 现有能源系统的改造尽可能不影响生产原则 1 2 梅钢电力系统的管理现状 梅钢能环部主要管理电力主干系统6 个变电所。即：2 2 0 k v l o k v 总降变电所， 1 1 0 k v 6 k v 炼钢变电所、1 1 0 k v 6 k v 烧结变电所、1 1 0 k v 3 5 k v 6 k v 铁东变电所、 1 1 0 k v 6 k v 铁西变电所、3 5 k v 6 k v 江边变电所以及1 3 个配电站。6 个变电所及1 3 个配电 站，现均为有人值守。2 0 0 3 年1 2 月建成投产的烧结变，设备装备水平较先进、可靠性较 高，其它5 个变电所建成投产时间较早( 其中最早的铁东、铁西变电所建于上世纪6 0 年 代末) ，设备装备水平低、可靠性差。近年来虽经多次改造，继电保护设备已更新改造为 较先进的多功能保护及控制装置，并建成了电站自动化控制系统，但一次设备如：高压开 关、刀闸、母线等未进行改造，大多采用少油开关、手动操作的刀闸( 部分有电动操作机 构，但由于可靠性差，未使用过) 口5 1 。 1 3 本文的主要研究目的和研究内容 梅钢公司全厂能源管理系统，即e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ( 以下简称e m s ) ， 实现能源系统分散的数据采集和控制、集中的管理调度和能源供需平衡，以及生产所需能 源预测，为在生产全过程中实现较好的节能、降耗和环保的目标创造条件。由于梅钢能源 管理系统的分步建成，作为全厂性的综合管理系统的e m s 必须采用一次规划，分步实施的 方式，按全厂先变电所后其他能源系统纳入集中管理、调度来考虑e m s 总体规模和处理能 第一章绪论 力。 本文的主要工作如下： 1 )较全面阐述了e m s 的e m s 的基本思想、体系结构、s c a d a 系统和软硬件系 统功能等。为梅钢电力调度e m s 系统的设计和实施打下了基础。 2 )对梅钢电力调度e m s 系统进行了总体设计，包括s c a d a 系统、网络系统、 e m s 与其它系统的通讯接口、中心控制室、系统安全等。 3 )对梅钢电力调度e m s 系统进行了实施，并以铁东1 1 0 k v 变电所为例详细说 明了该子系统的功能和实现。 4 )分析了梅钢电力调度e m s 系统运行存在的问题，并提出了相关的建议以提 高 e m s 系统在大型企业电力调度的效益。 全文共分六章。第一章为绪论，总结了梅钢电力系统的管理现状，结合梅钢e m s 项目 的实施，从而引出了对e m s 的研究的意义。第二章为电力调度e m s 系统原理分析，阐述电 力调度e m s 数据流分析，提出了电力调度e m s 功能框架。第三章总体介绍梅钢电力调度 e m s 系统，总体设计、运行模式分析、系统硬件、软件和开发工具、网络方法、数据库设 计等。第四章为e m s 系统功能的实现，对系统界面设计和调度运行工作介绍并举例。第五 章，浅谈e m s 的教训和应用建议。第六章对所做工作进行总结，并对未来做了展望。 1 4 本章小结 本章首先总结了梅钢电力系统的管理现状，结合梅钢e m s 项目的的实施，从而引出 了对e m s 的研究。接下来本章讨论了本文的研究目的和研究意义、概括了本课题的主要研 究内容和所要完成的任务，并在此基础上给了本论文的组织结构。 东南大学工程硕士学位论文 第二章电力调度e m s 系统原理分析 2 1 电力调度e m s 的发展 能源管理系统技术的发展示过程见图2 1 。它的发展主要基于下面两项技术： 计算技术； 应用软件技术。 3 0 年代电力系统虽已建立了调度中心，但调度员面对的是一个死的系统模拟盘，仅 依靠电话与发电厂和变电站相联系，调度员无法及时而全面地知道电网上的变化，尤其是 在事故的情况下调度员只能凭经验摸索着处理。 最懒状槲负茼舰 理论 理论 d s m 1 9 6 5 销穆扶睁妊一1 9 7 7 年是国刺啷1 9 8 3 单腆 9o 年代 s c ad a ems ，d 亭电宝己全哆析哇址玉l 黜哇c 懒 l9 4 0 l9 5 0 1 9 6 0 l9 7 0 l9 8 019 9 0 图2 1 计算技术与应用软件推动e m s 发展 4 第二章电力调度e m s 系统原理分析 4 0 年代出现的数据收集与监视系统( s c a d a ) 将电网上各厂站的数据集中显示到电力 系统模拟盘上，使整个电力系统运行状态一目了然地展现在调度员面前，它还能将开关变 化和数值越限及时报告给调度员，大大减轻了调度员监视电力系统运行状态的负担，增强 了调度员对电力系统的感知能力，这是一次重大的技术进步。 5 0 年代出现的自动发电控制( a g c ) 包括了负荷频率控制( l f c ) 和经济调度( e d c ) 两大部分，将调度员从最频繁的操作中解放出来，增强了他们控制电力系统的能力，这又 是一次重大的技术进步。 早期在线分析主要是解决网损修正问题，但6 0 年代中期的几次大的系统瓦解事故将 安全分析提上了日程。负荷预测乜副、发电计划和预想故障分析为调度员提供了辅助决策工 具，增强了他们对电力系统分析与判断的能力，这是一次更深刻的技术进步。 自动化技术在6 0 年代到7 0 年代经历了一次重要的变由模拟技术转向数字技术。 整个数据收集过程，包括远方终端( r t u ) 、通道和电厂控制器逐步由模拟型发展成数字 型，在调度中心用数字计算机代替模拟计算机之后，数据收集、自动发电控制和网络分析 等功能均由数字计算机完成。因此，在7 0 年代中期，出现了能源管理系统。 计算技术的进展表现在硬件和软件两个方面。 电力系统计算与控制用计算机由每秒千次的速度开始，至今已发展到每秒上亿次的速 度，提高了大约5 个数量级；内存容量提高了8 9 个数量级；电力系统由开始的双机系统 发展至多机系统，计算机的数量大约提高了一个数量级，能源管理系统功能的扩展分担在 越来越多的计算机上，而每台计算机的功能却越来越简化。 随着计算机硬件的简化和多机的应用，软件的复杂性和工作量也按数量级急剧增长。 公用软件的发展集中表现在数据库、人机会话( 删i ) 和通信技术几个方面。数据库技术 的发展使数据能为更多的应用软件服务，能源管理系统的公共数据系统使各应用软件成为 东南大学工程硕士学位论文 “有源之水 。人机会话技术由初期以打字机为主改为以显示器( c r t ) 为主，而显示器 又由黑白走向彩色，由字符型走向全图形，响应速度越来越快、画面编辑越来越方便，表 现能力越来越强。9 0 年代发展的窗口( w i n d o w s ) 、平滑移动( p a n ) 、自由放大或缩小 ( z o o m ) 以及三维图形等技术大大方便了调度员使用能源管理系统，使他们能在调度室的 屏幕上形象而直观地观察和控制电力系统，从而缩短了他们与电力系统之间的距离。 应用软件的进展决定于电力系统的需要性和可能性。 6 0 年代中期纽约大停电提出了在线安全分析的急迫性，大大促进了能源管理系统的 诞生；8 0 年代某些电力系统出现了电压崩溃事故，吸引了各国大批专家研究这一问题； 9 0 年代世界各国走向电力市场，电网管理由垄断走向开放( o p e n a c c e s s ) ，而能源管理 系统正在经历着这一技术变化改造旧的功能和增加新的功能。 能源管理系统( e m s ) 实现的功能除了必要性之外还决定于可能性，这种可能性一方 面来自于计算机技术的发展，另一方面来自于电力系统模型与算法的发展。7 0 8 0 年代是 电力系统分析与控制理论发展最迅速的年代，在这段时间内完成了由经典电工理论向现代 控制理论的飞跃。能源管理系统高级应用软件集中反映了高科技特点，其中用到预测理 论、优化理论、稳定性理论和可靠性理论，直到近期出现的智能技术。在当前计算机水平 的条件下，电力系统静态分析技术已趋成熟，而最优潮流、暂态分析和人工智能等则期望 更快的计算机，也有待于对电力系统本身规律更深刻的认识。 应该指出的是能源管理系统应用软件的出现带动了电力系统专业的知识结构的更新。 例如6 0 年代毕业的大学生，他们在学校没有学过矩阵、概率、预测和优化等数学知识， 仅有极少数的专家通过艰苦的自学才获得了这些知识；而对于8 0 年代的毕业生( 特别是 研究生) 来说，这些已经是课堂上必学的知识了。应该承认，我国能源管理系统的认识和 实践长期停留在数据收集水平，与技术人员的知识结构有密切的关系。 6 第二章电力调度e m s 系统原理分析 电力系统元件和局部自动化是由下而上发展的，即先厂站而后调度中心：然而系统 ( 综合) 自动化却是由上而下发展的，即沿着大区调度中心省级调度中心地区级 调度中心县级调度中心方向发展。针对发电和输电部门的能源管理系统技术自然向配 电部门发展。对数据收集、网络分析和负荷控制( l c ) 三大自动化项目的管理，在8 0 年 代中期形成了配电管理系统。随后又扩展了自动地图设备管理( a m f m ) 和投诉电话 ( t r o u b l e c a 儿) 等功能。另外，用户侧管理( d s m ) 属于负荷自我管理，其原理是用户躲 避峰荷用电，但分时电价( t o u ) 应由配电管理系统( d m s ) 提供。 图2 2 能源管理系统与其它计算机系统的联接 如图2 2 所示，能源管理系统不仅促进了配电管理系统的产生，而且还进一步与其相 联系，从中获取负荷管理和电压控制等信息，以利于事故处理；能源管理系统还应与发电 厂效率系统( g e m ，见图1 1 ) 相联系，从中取得发电效率信息，用以监督发电厂上网电 价和结算电费；能源管理系统还将与电力公司管理信息系统( m i s ) 相联接，从中取得许 多经营信息用于计算电价，以取得更大范围的效益心。 东南大学工程硕士学位论文 能源管理系统包含的硬件和软件越来越丰富，这就出现了一个标准化的问题，即要求 各部分开放，以利于相互联接。 调度中心的计算机初期选用专用控制型计算机，后来全部采用通用计算机；开始配置 的计算机是无软件的裸机，需专门设计控制程序，后来采取了通用操作系统( o s ) ，专门 开发数据库和画面编译系统，即形成专门的能源管理系统支持平台，如今除了实时数据库 之外整个支持系统采用了越来越多的通用商业软件；应用软件的数据库、画面和程序均容 易开放，而具体数据接口一时尚难统一，各大应用软件公司均希望将自己产品定为标准。 随着电力系统规模的不断扩大，电网管理自动化水平的不断提高， e m s 已从传统的 s c a d a 实用化提高到电网能量管理系统的负荷预测、状态估计等电力应用软件的实用化。 特别是近年来，新建的电网能量管理系统以最小的投资跟上迅速发展的计算机软硬件水平 更新换代的步伐，适应企业自动化系统建设的需要，同时能够满足不同时期建设、不同厂 商开发的各个应用系统之间的系统互连、信息共享的需要。 近年来，随着计算机通信技术、网络技术、数据库技术、面向对象技术、i n t e r n e t 技术以及软件标准化技术的飞速发展，电网调度自动化系统作为电力生产、输送、分配、 消费一体化监视、控制的系统，其更高的开放性、可移植性、可扩展性以及可靠性要求有 了技术上的保证。 为使e m s 应用软件之间的交互正确无误，需要对交换的数据信息达成一致，即提供标 准的元数据级的模型和标准应用程序接口( a p i s ) ，各个e m s 应用内部可以有各自的信息 描述，但只要在应用程序( 或构件) 接口语义级上基于公共的信息模型，不同厂商开发的 应用程序或不同系统的应用软件间就可以以同样的方式( 如x m l ) 访问公共数据，实现正 确的信息交换。公用信息模型的采用将使e m s 真正走向开放和标准化，使企业的自动化系 统一体化平台的建设有了共同遵循的国际标准。 第二章电力调度e m s 系统原理分析 随着计算机技术和安全的发展，可视化的在线监控软件已经成为调度员和电力市场交 易员的迫切需求，可视化技术的应用，可以将传统的用数字、表格等方式表达的离线信 息，转换为通过先进的图形技术、显示技术表达的图形信息，例如电压稳定的可视化技 术、负荷预测的可视化技术，能够更加满足运行人员监视、控制的需要。 i n t e r n e t 不但为远程维护提供了全新的手段，而且将传统的电网参数和实时s c a d a 的数据浏览扩展到、e m s 应用功能的浏览，使得e m s 应用软件的实用化水平的提高得到了 进一步的保证，延伸了e m s 系统的对外窗口，进一步提高了e m s 系统的服务水平。同时， 随着网络带宽的提高和网络速度的加快，网上远程教育系统将会得到进一步的发展， i n t e r n e t 将会提供更全面的信息服务。 2 2 电力调度e m s 的基本思想 电力调度e m s 系统，是在s c a d a 系统的功能之上，在对电网的实时遥测和遥信信息采 集处理的基础上，提供对电网进行分析的高级应用软件。它的核心思想是：根据电网能量 管理系统实时性、分布式计算，以及与其它系统( 电力市场技术支持系统、配电管理系 统、电能量计量系统、m i s 系统) 互联的要求，e m s 系统的设计在实现上采用基于扩展 c o r b a 内核0 r b 的开放分布式的设计思想，采用国际标准i e c6 1 9 7 0c i m c i s ，面向电力 市场进行了负荷预测系统、a g c 和e m s 应用软件( 调度员潮流、最优潮流、暂态稳定性分 析等) 功能的扩展，并基于i n t e r n e t 实现了e m s 系统的网上浏览和远程维护，为电力市 场环境下的e m s 用户和其它自动化系统提供了一套先进的、开放的、可扩展的、稳定可靠 的、面向对象的电力企业自动化系统支撑平台和丰富的电网分析应用软件。 2 2 1 可扩展性和灵活性的思想 e m s 系统包括了一套基于扩展c o r b a 内核0 r b 技术的实时、开放分布式系统中间件平 台，该平台对底层操作系统和硬件平台进行了封装，对外提供与具体应用系统无关的统一 的开发和运行接口，同时，整个中 新的操作系统的功能。 2 2 2 标准化和互操作性的思想 随着电网控制中心瓦连系统的 1 9 9 9 年1 2 月由i e c 颁布的6 1 9 7 0 作的应用软件模块奠定了基础。 2 2 3 先进性和实用性的思想 随着电力市场的深入开展，传 已经为电力市场交易管理系统所代替，其影响波及到s c a d a 、自动发电控制( a g c ) 、负 荷预测、调度员潮流、静态安全分析、最优潮流、电压无功优化等软件的运行和编制。 e m s 系统应用软件针对传统的电网能量管理系统和电力市场下的能量管理系统而设计，使 得电力市场下电网安全分析有了可靠及时的保证。同时根据e m s 应用软件在电力市场环境 下的重要作用，对e m s 系统应用软件的实用化进行了重点设计和实现，为电力市场的离线 和实时安全校核提供了可靠的保证。 2 2 4 安全性和可靠性的思想 e m s 系统作为一种实时系统，其处理速度和可靠性高于其它非实时的系统，因此，必 须在硬件和软件的设计上提供全方位的安全保证。除了提供传统的双网、主要服务器双机 热备用、故障自动恢复、磁盘阵列、硬件防火墙外，从支撑平台的设计上提供了一系列的 安全保证，对重要的服务器进程进行一级守护，对数据库、w e b 系统的访问提供了不同级 别的权限管理，保证了e m s 系统实时、安全、可靠的运行 2 3e m s 的计算机体系结构 e m s 是以计算机为基础的电力系统自动化系统，e m s 的发展对计算机的要求越来越 高，而计算机的迅速发展又促使e m s 不断达到新的水平。 1 0 第二章电力调度e m s 系统原理分析 2 3 1e m s 计算机体系统结构的发展 e m s 对计算机的需求主要表现在三个方面： 人机会话能力( 删i ) ； 复杂运算能力( 高级应用软件) ； 通讯能力( 内部和外部) 。 人机会话负载最重的情况出现在电力系统扰动期间，3 0 、6 0 秒内就可能收到几百条告 警信息，紧接着频繁的调用画面以处理故障。随着分布系统和开放系统的出现，计算机的 内部和外部通讯量急剧上升。 e m s 对计算机的要求是可靠性、速度、容量和可扩充性，硬件体系结构沿着集中式一 一分布式开放式的道路发展。 ( 1 ) 集中式计算机体系结构 集中式硬件体系结构的特点是：所有处理任务由2 台( 或多台) 计算机纵向分担，实 施方案分为： 双主机配置； 前置机配置； 多机配置。 8 0 年代后期华北、东北、华中和华东几个大电网引进的s c a d a e m s 如图2 3 所示， 属于配有前置机的双机系统，较为灵活。在一台前置机和一台主机故障的情况下，仍能保 证一台主机和一台前置机可以连接起来维持正常数据收集( s c a d a ) 工作。这里把复杂的 数据收集和规约转换工作交给了前置机，从而降低了主机负载。 东南大学工程硕士学位论文 图2 3 带前置机的双机系列 ( 2 ) 分布式计算机体系结构 采用前置机或多机配置将不同的任务分配给不同的处理机去执行，导致分布式计算机 系统的出现。分布式结构采用通讯系统将多处理机连接在一起，各处理机分担e m s 不同的 功能，并共享输入输出( i o ) 处理器及外部设备。分布式结构的操作系统( 0 s ) 是针对 整个计算机系统设计的。由此可见，分布式结构丰要表现在硬件和任务的分布特点上，管 理软件仍然具有集中的特点。 9 0 年代初国家调度通讯中心引进的西门子s c a d a e m s 系统属于分布式结构。 ( 3 ) 开放式计算机系统结构 开放式计算机体系结构是在分布式计算机结构的基础上发展起来的，其差别在于逐步 实现软件上的独立，是e m s 技术当前发展的方向。 图2 4 画出了一个开放式e m s 体系结构的例子，这是美国1 9 9 3 年投运的一套e m s ， 是由双网连接起来的6 个子系统组成的开放系统： 存储子系统 采用2 台工作站配以大容量外存，作为文件服务器使用。 s c a d a 子系统 调度室供调度员使用。 ( r t u ) 的调制解调器 的连接功能，进行相互通讯。 画面的开发和维护工作。 1 台故障可由其它2 台接替。 多台监视器组成，它们安装在 li 通讯 | l j i i 子系统| j i 子系统l 。d a ll _ u 子系统l 开发l ；歪结l l 早蚕缔 删i r | | z 薹纰ll l 一”。i 。l 一9l 图2 4 开放式体系结构 2 3 2 开放式系统的特点 图2 2 介绍的开放式系统的特点是： ( 1 ) 工作站为基本单元 东南大学工程硕士学位论文 计算机性能价格比优越，系统可以灵活组成。 ( 2 ) 冗余配置 各子系统性能要求不一致，高级应用软件要求最高，各子系统配置冗余度也不相同。 ( 3 ) 严格遵守工业标准 系统中严格并尽可能多的采用工业标准，使系统具有选取多家商品化硬件和软件产品 的能力。 目前普遍采用的标准有：i e e e 的关于操作系统( o s ) 的p o s i x ，关于显示处理和图形 用户接口的事实标准m i t x w i n d 0 w s 和0 s f m o t i f ，a n s i 的语言标准，局部网的t c p i p 标准等。 ( 4 ) 使用外壳技术( s h e l l ) 将专用软件与操作系统相隔离。外壳技术在应用软件上 加一个外壳软件层，这是一个符合p o s i x 标准的插头，可以插到符合该标准的各种插座 ( 操作系统) 之上。 ( 5 ) 采用商用数据库 商用关系型数据库具有s q l 访问数据库的标准，因此新的e m s 采用商品化关系型数据 库越来越多，这使e m s 与其它信息系统连接变得容易。 ( 6 ) 硬件可以采用多家的产品 这是开放系统最基本的要求，硬件层次上容易实现开放性。 ( 7 ) 实现网络互连 系统内部采用l a n 互连，并可以与其它信息系统相连。 2 4 电力调度e m s 数据库 2 4 1 数据平台的设计原则 第二章电力调度e m s 系统原理分析 1 以建立数据平台为准则，辩识用户需求。在开发过程中用户会提出许多需求，开发 者不能仅仅忙于实现这些具体的功能，而要以便于别数据、建立数据平台为目的分析和有 选择地实现这些功能。否则，不仅会使系统开发工作落入模拟原有的工作方式的路子上 去，使建立数据平台的计划落空，而且会使开发者陷入忙乱之中不能自拔。 2 数据结构完整。以为用户处理数据便捷为原则，深入了解实际工作中数据的各种隐 蔽属性，设计数据结构。 3 规范设备编码。调度e m s 所涉及到的大量大量变电站、线路命名有着严格的命名规 则。运行设备种类、型号众多，但分类编制后，同类设备参数又有相似性。在处理这样大 量相似数据时，合理的数据编码可以简化后期应用程序开发的难度。 4 保存原始数据。生产过程中产生的数据是原始数据，比如，设备管理中设备的基本 情况数据。这些