運(yùn)行方式多層協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：本文主要闡述了電力系統(tǒng)方式計(jì)算協(xié)同系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)以及特點(diǎn)和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 多層 協(xié)同系統(tǒng) 聯(lián)合計(jì)算

0 引言

隨著特高壓電網(wǎng)和跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)的建設(shè)，電網(wǎng)規(guī)模不斷增大，電網(wǎng)特性呈現(xiàn)相互耦合特性，電網(wǎng)故障計(jì)算和系統(tǒng)分析工作正在由單地區(qū)、單人工作的獨(dú)立模式向多人聯(lián)合協(xié)同模式轉(zhuǎn)變。而當(dāng)前，跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行方式分析工作是采取集中、聯(lián)合計(jì)算方式來進(jìn)行，即從各相關(guān)調(diào)度中心抽調(diào)人員集中辦公，使用PSASP/BPA等電力系統(tǒng)分析程序的單機(jī)版軟件進(jìn)行串行工作，既影響正常工作秩序，又導(dǎo)致工作成本高、效率低下。因而，急需研究和開發(fā)適合多用戶異地分散聯(lián)合計(jì)算的協(xié)同方式系統(tǒng)，全面提高電網(wǎng)仿真計(jì)算的工作效率。本文將計(jì)算機(jī)協(xié)同的概念引入到系統(tǒng)開發(fā)中，所研發(fā)的系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，在web上運(yùn)行，支持多人異地同時進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)了多人異地?cái)?shù)據(jù)協(xié)同維護(hù)和運(yùn)行方式協(xié)同計(jì)算。

1 電力系統(tǒng)方式計(jì)算協(xié)同工作系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想 綜合考慮電力系統(tǒng)方式計(jì)算的業(yè)務(wù)需求，多層協(xié)同方式計(jì)算系統(tǒng)以“安全可靠、集中存儲、分散管理、協(xié)同計(jì)算、人機(jī)友好”作為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主導(dǎo)思想。在功能上劃分為“平臺支持系統(tǒng)”、“數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)”、“協(xié)同管理系統(tǒng)”、“仿真分析系統(tǒng)”、“分布式計(jì)算系統(tǒng)”和“可視化系統(tǒng)”。

1.2 平臺支持系統(tǒng) 平臺支持系統(tǒng)構(gòu)建了電力系統(tǒng)多層協(xié)同方式計(jì)算系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，提供了多種系統(tǒng)管理手段，保證系統(tǒng)7×24小時連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

系統(tǒng)硬件包含：WEB服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、在線接口服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和并行計(jì)算機(jī)群。其中，在WEB服務(wù)器上構(gòu)建了硬件防火墻，且WEB服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器均采用雙機(jī)熱備模式，大大加強(qiáng)了系統(tǒng)安全性和可靠性。

1.3 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)管理負(fù)責(zé)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)，包括電網(wǎng)方式部門的離線方式數(shù)據(jù)和自動化部門的在線數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)管理功能包含工程數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)校核比對、數(shù)據(jù)合并分割、在線數(shù)據(jù)接口、用戶和權(quán)限管理、數(shù)據(jù)版本管理、日志管理等模塊。①工程數(shù)據(jù)管理。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)按照工程進(jìn)行組織，每一套數(shù)據(jù)相當(dāng)于PSASP的一個工程，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、模型參數(shù)、潮流計(jì)算數(shù)據(jù)、暫穩(wěn)計(jì)算數(shù)據(jù)等各種計(jì)算數(shù)據(jù)。授權(quán)用戶可以新建工程、刪除工程、修改工程數(shù)據(jù)。除了提供普通數(shù)據(jù)修改功能之外，還提供了基準(zhǔn)值修正、典型參數(shù)導(dǎo)入、批量數(shù)據(jù)修改等高級功能。②用戶管理。用戶管理主要提供組織機(jī)構(gòu)管理、用戶賬號和密碼管理、角色管理、用戶登錄控制、用戶操作控制等功能。③數(shù)據(jù)權(quán)限管理。數(shù)據(jù)權(quán)限是指用戶對基礎(chǔ)庫、模型參數(shù)以及各個計(jì)算作業(yè)的訪問權(quán)限，包括可讀、可寫、可計(jì)算等。④數(shù)據(jù)合并分割。本系統(tǒng)從加強(qiáng)電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理和提高電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度水平兩方面出發(fā)，提供了方式數(shù)據(jù)合并和分割功能。下級調(diào)度負(fù)責(zé)收集本地區(qū)電網(wǎng)相關(guān)各運(yùn)行方式的離線數(shù)據(jù)，統(tǒng)一通過數(shù)據(jù)平臺提交至上級調(diào)度匯總和合并，形成可供離線計(jì)算分析的全網(wǎng)數(shù)據(jù)，而后可通過數(shù)據(jù)平臺分割出各個下級調(diào)度所需的局部電網(wǎng)數(shù)據(jù)。⑤在線數(shù)據(jù)接口。在線數(shù)據(jù)接口可連接和獲取用戶現(xiàn)有EMS和WAMS等在線系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)，并與離線數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。⑥數(shù)據(jù)校核比對。數(shù)據(jù)校核基于各電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)范圍和相對關(guān)系的專家系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的合理性判別，包括電網(wǎng)元件基本參數(shù)校驗(yàn)，數(shù)據(jù)比對提供工程內(nèi)和工程間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、公用參數(shù)、潮流數(shù)據(jù)及暫穩(wěn)數(shù)據(jù)的比較等。⑦數(shù)據(jù)上傳下載。本系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)上傳功能，將原有方式數(shù)據(jù)上傳到協(xié)同系統(tǒng)中。同時也可以從協(xié)同系統(tǒng)下載數(shù)據(jù)至本地，并繼續(xù)使用原有離線軟件進(jìn)行分析計(jì)算。⑧日志管理。日志系統(tǒng)記錄下系統(tǒng)運(yùn)行和用戶操作所產(chǎn)生的所有行為，并按照某種規(guī)范寫入日志數(shù)據(jù)表中。維護(hù)人員可以使用日志系統(tǒng)所記錄的信息分析系統(tǒng)錯誤原因、用戶使用系統(tǒng)的情況，并有助于優(yōu)化和改進(jìn)系統(tǒng)。

1.4 協(xié)同管理系統(tǒng) 協(xié)同管理負(fù)責(zé)所有協(xié)同工作的業(yè)務(wù)定義、管理和執(zhí)行等。運(yùn)行方式計(jì)算中涉及基于多人的數(shù)據(jù)管理協(xié)同和仿真計(jì)算協(xié)同任務(wù)。①數(shù)據(jù)協(xié)同。數(shù)據(jù)協(xié)同功能提供上下級調(diào)度方式數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和分級維護(hù)。②計(jì)算協(xié)同。計(jì)算協(xié)同基于對用戶和權(quán)限的控制、數(shù)據(jù)和計(jì)算的并發(fā)控制、以及即時通訊等工具和機(jī)制，實(shí)現(xiàn)異地多用戶聯(lián)合計(jì)算。協(xié)同用戶角色包括主持人和參與者等不同角色，主持人有權(quán)決定哪些用戶參與協(xié)同，并臨時調(diào)整各用戶協(xié)同工作時的權(quán)限。聯(lián)合計(jì)算允許多個用戶在同一套工程數(shù)據(jù)上工作，各個用戶的每次有效修改即時生效，并能為所有用戶觀察與共享；參與協(xié)同的用戶可以同時監(jiān)視潮流計(jì)算過程中產(chǎn)生的迭代信息、暫穩(wěn)即時曲線，并隨時查看計(jì)算結(jié)果，如同在本地計(jì)算的效果一樣。即時溝通工具提供文字、語音、視頻、遠(yuǎn)程桌面等通訊服務(wù)，方便協(xié)同工作的進(jìn)行。③協(xié)同業(yè)務(wù)的管理。協(xié)同業(yè)務(wù)的管理是將業(yè)務(wù)過程從應(yīng)用程序中抽取出來，按照工作流的方式固化到系統(tǒng)平臺上。所有單人或多人協(xié)同的業(yè)務(wù)均可以按照實(shí)際的工作流程通過協(xié)同管理來完成。因而，協(xié)同業(yè)務(wù)的管理要解決業(yè)務(wù)流程的定義、管理和執(zhí)行，自動協(xié)調(diào)各項(xiàng)工作任務(wù)的處理順序，并且提供與其他應(yīng)用的交互、與用戶之間的交互。

1.5 仿真分析系統(tǒng) 仿真分析負(fù)責(zé)所有具體的分析功能。仿真分析功能按分析的時間包含離線分析、計(jì)劃校核、在線預(yù)警和實(shí)時仿真等；按分析的內(nèi)容應(yīng)包括靜態(tài)潮流分析、靜態(tài)安全分析、可靠性風(fēng)險評估、短路電流分析、暫態(tài)穩(wěn)定分析、動態(tài)穩(wěn)定分析、電壓穩(wěn)定分析等。通過對電網(wǎng)離、在線數(shù)據(jù)的仿真分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的故障和安全隱患，為電網(wǎng)調(diào)度提供了有效的決策支持。

1.6 分布式計(jì)算系統(tǒng) 分布式計(jì)算系統(tǒng)提供了對大批計(jì)算作業(yè)的快速響應(yīng)功能，對于用戶提交一大批潮流、暫穩(wěn)、小干擾計(jì)算作業(yè)，可以提交到分布式計(jì)算平臺上，由一組計(jì)算節(jié)點(diǎn)并發(fā)計(jì)算批量的任務(wù)，從而減少用戶的等待時間。

分布式計(jì)算系統(tǒng)由調(diào)度服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、計(jì)算節(jié)點(diǎn)機(jī)群以及網(wǎng)絡(luò)連接用交換機(jī)組成。調(diào)度服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)發(fā)和任務(wù)調(diào)度。歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)計(jì)算結(jié)果處理和數(shù)據(jù)文件存儲。計(jì)算節(jié)點(diǎn)是運(yùn)行仿真分析軟件的計(jì)算機(jī)，多臺計(jì)算節(jié)點(diǎn)通過高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)形成一個計(jì)算機(jī)群。

1.7 可視化系統(tǒng) 可視化系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果的可視化圖形顯示，采用動態(tài)圖符、圖數(shù)一體、拓?fù)渥詣由傻燃夹g(shù)實(shí)現(xiàn)了地理接線圖靜態(tài)/動態(tài)顯示、暫穩(wěn)曲線綜合分析顯示（曲線閱覽室）、短路超標(biāo)預(yù)警、動態(tài)穩(wěn)定模式同調(diào)機(jī)群顯示等內(nèi)容，界面風(fēng)格美觀大方，以簡潔明確的方式提醒用戶所需要關(guān)心的數(shù)據(jù)或者結(jié)果，提升用戶對系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)和結(jié)果的把握能力，增強(qiáng)系統(tǒng)與用戶的交互水平。

2 系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)可與傳統(tǒng)單機(jī)版計(jì)算軟件PSASP、BPA等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出和無縫集成，支持用戶傳統(tǒng)工作習(xí)慣和應(yīng)用工具，充分保護(hù)用戶已有工作成果的延續(xù)性。

系統(tǒng)提供在線和離線數(shù)據(jù)的整合，為方式人員方便地獲取在線數(shù)據(jù)提供了有效途徑。該系統(tǒng)還提供上下級調(diào)度間離線電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)的整合。

系統(tǒng)填補(bǔ)了電力系統(tǒng)運(yùn)行方式協(xié)同計(jì)算領(lǐng)域的空白，對于提高電力系統(tǒng)調(diào)度方式的工作效率、管理水平和應(yīng)用水平，具有重要意義。

3 工程應(yīng)用

按照功能設(shè)計(jì)要求，開發(fā)了平臺支持系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、協(xié)同管理系統(tǒng)、仿真分析系統(tǒng)、在線數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)、分布式計(jì)算系統(tǒng)以及可視化系統(tǒng)，并成功在某省級電力調(diào)度通信中心投入試運(yùn)行。

系統(tǒng)以電網(wǎng)的EMS在線或中長期離線數(shù)據(jù)、方式計(jì)算中所使用的元件動態(tài)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)數(shù)據(jù)集中存儲，分層、異地維護(hù)，解決了多級多用戶并發(fā)操作的沖突問題，提升和完善了系統(tǒng)在多用戶數(shù)據(jù)管理和任務(wù)計(jì)算方面的能力；應(yīng)用并行分布式快速仿真計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨作業(yè)、跨計(jì)算類型的并行計(jì)算，大幅減少用戶等待時間；充分發(fā)揮協(xié)同系統(tǒng)計(jì)算平臺性能，顯著提升工作效率，實(shí)現(xiàn)協(xié)同系統(tǒng)功能的實(shí)用化；調(diào)度運(yùn)行人員能夠進(jìn)行異地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)、協(xié)同調(diào)整方式、可視化互動，保證了調(diào)度計(jì)算數(shù)據(jù)安全可靠，極大地提高了對電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析計(jì)算的支持能力。通過整合電力企業(yè)的資源和應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)中心、EMS在線數(shù)據(jù)、調(diào)度運(yùn)行方式數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)等電網(wǎng)數(shù)據(jù)的一源共享，保證電網(wǎng)計(jì)算數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確和統(tǒng)一。實(shí)現(xiàn)了省地兩級電網(wǎng)運(yùn)行方式一體化協(xié)同計(jì)算和分析。

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