基于C/S架構(gòu)的主網(wǎng)機(jī)組調(diào)度管理系統(tǒng)

深圳供電局有限公司 李 俊 林志賢 黃光磊

隨著我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展規(guī)模逐漸擴(kuò)大，電網(wǎng)運(yùn)行機(jī)制越來越復(fù)雜，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度提出了更廣泛的要求，若操作不當(dāng)則會(huì)危害電網(wǎng)的安全運(yùn)行。為了避免因發(fā)生事故而引起連帶效應(yīng)，使調(diào)度人員能夠全面及時(shí)地掌握系統(tǒng)的狀態(tài)，從而解決電網(wǎng)運(yùn)行所出現(xiàn)的各種問題，對(duì)主網(wǎng)機(jī)組的調(diào)度管理也提出了更高的要求。

智能電網(wǎng)是推動(dòng)國(guó)家電網(wǎng)發(fā)展的重要途徑，隨著電力工業(yè)的不斷升級(jí)也給主網(wǎng)機(jī)組調(diào)度提出了更大的挑戰(zhàn)，如何高效利用主網(wǎng)數(shù)據(jù)，保證電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行，是目前調(diào)度機(jī)構(gòu)需要解決的問題，也是推動(dòng)國(guó)家能源安全發(fā)展，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的需求[1]。

統(tǒng)一調(diào)度是主網(wǎng)機(jī)組運(yùn)行安全，保證電能質(zhì)量及效益的重要方式，有效合理的調(diào)度管理能夠在事故發(fā)生時(shí)，使調(diào)度員進(jìn)行及時(shí)操作，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大，減少功率損耗，快速處理異常和事故。

調(diào)度機(jī)構(gòu)調(diào)管的設(shè)備規(guī)模逐步擴(kuò)大使調(diào)度人員的工作量急劇增多，影響調(diào)度機(jī)構(gòu)的工作效率和供電安全，為此，研究基于C/S 架構(gòu)的主網(wǎng)機(jī)組調(diào)度管理系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)上，構(gòu)建C/S 機(jī)組調(diào)度管理框架，實(shí)現(xiàn)對(duì)主網(wǎng)機(jī)組的工程化管理；設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)裝置遙感電路，通過采樣電阻變換電流電壓。在軟件設(shè)計(jì)上，基于C/S 架構(gòu)建立控制電壓平衡模塊，維持負(fù)荷電壓穩(wěn)定運(yùn)行。發(fā)電負(fù)荷分配與智能告警設(shè)置，輔助調(diào)度員實(shí)現(xiàn)調(diào)度優(yōu)化操作。設(shè)置調(diào)度范圍管理機(jī)組運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)主網(wǎng)機(jī)組的調(diào)度與管理。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)論證分析，本文系統(tǒng)的操作性能良好，符合系統(tǒng)運(yùn)行需要，機(jī)組調(diào)度管理模塊能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)調(diào)度指令，本文系統(tǒng)具有實(shí)用性。

1 基于C/S 架構(gòu)的主網(wǎng)機(jī)組調(diào)度管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 構(gòu)建C/S 機(jī)組調(diào)度管理框架

由于電網(wǎng)調(diào)度的工作環(huán)境主要在主站內(nèi)，多個(gè)電網(wǎng)線路的數(shù)據(jù)內(nèi)容在匯集后，需要將信息完成分類以此進(jìn)行自然調(diào)度，基于C/S 架構(gòu)設(shè)計(jì)主網(wǎng)機(jī)組的調(diào)度管理框架。此次框架選擇JAVA 語(yǔ)言作為開發(fā)語(yǔ)言，利用其跨平臺(tái)的優(yōu)越性能，對(duì)不同機(jī)組進(jìn)行數(shù)據(jù)請(qǐng)求處理，方便管理人員進(jìn)行維護(hù)。數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)選擇MYSQL，作為儲(chǔ)存庫(kù)，主要是數(shù)據(jù)資源可以免費(fèi)開放，能和JAVA 的融合度更高，將整個(gè)框架分為用戶交互層、業(yè)務(wù)邏輯層和訪問層三個(gè)級(jí)別，自然地把調(diào)度信息數(shù)據(jù)和應(yīng)用邏輯進(jìn)行分類，減少后期維護(hù)的工作量，主要結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)C/S 架構(gòu)機(jī)組調(diào)度框架

根據(jù)圖中內(nèi)容所示，在結(jié)構(gòu)化組建調(diào)度框架后，對(duì)每個(gè)功能模塊進(jìn)行分析，使得機(jī)組的調(diào)度人員能夠根據(jù)，不同用戶的訪問類型，進(jìn)行相關(guān)信息的整合。其中在登錄模塊中調(diào)度人員進(jìn)行身份判斷，在完成授權(quán)后才能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，管理人員擁有訪問權(quán)限才能對(duì)主網(wǎng)機(jī)組進(jìn)行調(diào)度。在此基礎(chǔ)上對(duì)調(diào)度的工作客戶端進(jìn)行環(huán)境設(shè)置，主要是由于主網(wǎng)調(diào)度模塊較為簡(jiǎn)單，客戶端選擇一臺(tái)筆記本即可。

1.2 設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)裝置遙感電路

本文系統(tǒng)硬件中，遠(yuǎn)動(dòng)裝置是重要的組成部分，通過遙測(cè)電路可以實(shí)時(shí)遙測(cè)電路電壓、電度、主變等情況。遙測(cè)電路由主板單片機(jī)、多路選擇開關(guān)、地址編譯電路、緩沖器、轉(zhuǎn)換器組成[2]。由CPU 控制底板的UR897采樣保持電路，在功率采集模塊中，對(duì)模擬量I1、U1采用交流采樣，選用的電流互感器的電流、電壓值分別為輸入電流0～8A，輸出電流0～60Ma，輸入電壓0～120V，輸出電壓在±6V。電流輸入電流以A 相電流輸入電路為例，具體如圖2所示?？芍罕粶y(cè)電流經(jīng)過電流互感器EY 變換后進(jìn)入交變電路，通過采樣變阻進(jìn)行變換，調(diào)試流程簡(jiǎn)便，選用錳銅線繞電阻為采樣電阻，得到R11，R12，產(chǎn)生壓降，R11=280Ω，R12=100Ω。

圖2 遙測(cè)電路部分設(shè)計(jì)圖

2 基于C/S 架構(gòu)的主網(wǎng)機(jī)組調(diào)度管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 基于C/S 架構(gòu)建立控制電壓平衡模塊

本文系統(tǒng)建立以客戶端和服務(wù)器，以及數(shù)據(jù)庫(kù)三方的C/S 架構(gòu)，將三者進(jìn)行分配與有機(jī)結(jié)合，在此架構(gòu)基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)庫(kù)能夠完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理，服務(wù)器主要具備應(yīng)用層功能，前端功能主要由客戶端負(fù)責(zé)，均衡重負(fù)載[3]?？刂齐妷浩胶庠谥付ㄖ芷趦?nèi)完成閉環(huán)控制的全部過程，應(yīng)對(duì)電壓控制應(yīng)達(dá)到上下級(jí)協(xié)同，對(duì)并聯(lián)無功補(bǔ)償設(shè)備和變壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證電網(wǎng)電壓和無功功率的分布滿足電網(wǎng)安全。主網(wǎng)機(jī)組運(yùn)行發(fā)生故障跳閘時(shí)，應(yīng)保證在系統(tǒng)特性和負(fù)荷特性共同作用下，維持負(fù)荷電壓節(jié)點(diǎn)運(yùn)行平衡的能力，要求電壓滿足Vxmin≤Vx≤Vxmax，式中，Vxmin、Vxmax分別表示第x 節(jié)點(diǎn)負(fù)荷電壓的最大值和最小值。

具體在計(jì)算時(shí)可以用電壓偏移指標(biāo)來表示：Gv=(V0-Vx)/Vx×100%，式中，V0、Vx分別為節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前電壓和額定電壓。電壓偏移大小反映了節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)大小，通過偏移指標(biāo)表示電壓的穩(wěn)定性。根據(jù)電壓控制模塊的實(shí)現(xiàn)邏輯，在系統(tǒng)架構(gòu)內(nèi)按照數(shù)據(jù)電源接口、數(shù)據(jù)接口進(jìn)行層次分類，完善主網(wǎng)機(jī)組運(yùn)行調(diào)度的風(fēng)險(xiǎn)管控體系構(gòu)建，為管理人員提供計(jì)算數(shù)據(jù)支持，可以實(shí)時(shí)獲取電網(wǎng)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)。

2.2 發(fā)電負(fù)荷分配與智能告警設(shè)置

為了保證本文系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，滿足本文系統(tǒng)的用電供電的需求，進(jìn)行發(fā)電調(diào)度分配，本文電力負(fù)荷分配綜合考慮到主網(wǎng)機(jī)組的開停機(jī)約束以及發(fā)電能力約束條件，從而達(dá)到節(jié)約能耗，保持一定的經(jīng)濟(jì)效益的目的，本文采用微增率法進(jìn)行電力負(fù)荷分配，在確定主網(wǎng)機(jī)組的運(yùn)行方式后按照供電微增率制定發(fā)電計(jì)劃，其機(jī)組出力的上下限約束為Pi,tmin≤Pi,t≤Pi,tmax。式中i 為機(jī)組數(shù)，t 為一個(gè)計(jì)劃周期內(nèi)的時(shí)段數(shù)，Pi,t為第i 臺(tái)機(jī)組在 時(shí)段的出力，Pi,tmin和Pi,tmax分別為機(jī)組出力的最小值和最大值。

機(jī)組出力的上升和下降速度約束為，式中 和為機(jī)組出力的最大下降速度限值和最大上升速度限值，基于多約束的優(yōu)化，在整個(gè)計(jì)劃周期進(jìn)行負(fù)荷分配的優(yōu)化，首先獲取各機(jī)組能耗的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以及各機(jī)組負(fù)荷的最大功率和最小功率的數(shù)據(jù)，進(jìn)行各機(jī)組發(fā)電功率及負(fù)荷功率殘差的計(jì)算。通過本文主網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控的告警信息，進(jìn)行告警信息分類，對(duì)機(jī)組故障跳閘、電壓越線等信息進(jìn)行智能推理，實(shí)現(xiàn)本文系統(tǒng)的在線故障診斷和智能告警，以直觀形象的方式展示分析結(jié)果，給調(diào)度員及時(shí)準(zhǔn)確的額告警提示，從而輔助調(diào)度員進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化操作和故障處理。

2.3 劃定調(diào)度范圍管理機(jī)組運(yùn)行

結(jié)合短期內(nèi)測(cè)量的電壓負(fù)荷水平，對(duì)實(shí)時(shí)讀取的主網(wǎng)機(jī)組數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度操作，判斷影響電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)因素，設(shè)置可以調(diào)度的范圍進(jìn)行機(jī)組運(yùn)行期間的有序管理。調(diào)度操作的每一個(gè)過程，都需要進(jìn)行預(yù)期的結(jié)果分析，以評(píng)估校驗(yàn)當(dāng)前調(diào)度范圍中是否存在潛在風(fēng)險(xiǎn)，保證工作人員能夠全面掌握調(diào)度指令后，進(jìn)行更加合適的進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控。主網(wǎng)調(diào)度負(fù)責(zé)調(diào)度管理本地區(qū)范圍內(nèi)的主網(wǎng)機(jī)組，設(shè)置調(diào)度范圍，10kV 配套的繼電保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備的調(diào)度范圍在一般情況下與上一次機(jī)組調(diào)度范圍相同。

管理機(jī)組出力受限，設(shè)置最大出力不能大于機(jī)組額定出量，最低不能小于最低技術(shù)出力。支持調(diào)度端審核機(jī)組出力受限申請(qǐng)，以及新增機(jī)組限制變更記錄，將機(jī)組限制信息發(fā)送至系統(tǒng)[4]。在實(shí)行調(diào)度階段，對(duì)當(dāng)前主網(wǎng)運(yùn)行方式下產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，考慮同類型機(jī)組設(shè)備的作用，利用在線靜態(tài)分析方式對(duì)可能出現(xiàn)的故障，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)掃描，設(shè)置預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)緊急控制模型，在合理調(diào)度范圍內(nèi)抑制運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的趨勢(shì)變化，避免大面積的斷電事故產(chǎn)生[5]。

當(dāng)機(jī)組停運(yùn)后，根據(jù)機(jī)組停運(yùn)原因，排查機(jī)組停運(yùn)原因，記錄實(shí)際停運(yùn)時(shí)間，以及事故影響情況，當(dāng)機(jī)組因故障跳閘或開閘停機(jī)，則還需記錄機(jī)組甩出力信息，此時(shí)設(shè)備狀態(tài)管理模塊中生成或更新機(jī)組裝填，所有更新保留歷史記錄，自動(dòng)歸檔機(jī)組停運(yùn)管理流程。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

3.1 實(shí)驗(yàn)說明

為驗(yàn)證此次設(shè)計(jì)的管理系統(tǒng)，能夠在主網(wǎng)機(jī)組中進(jìn)行調(diào)度，具有實(shí)際應(yīng)用意義，采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方式進(jìn)行論證。由于本文系統(tǒng)采取的是C/S 架構(gòu)模式，能夠在客戶端和服務(wù)端實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信交互的方式，因此用黑盒測(cè)試方法對(duì)本文系統(tǒng)及其功能模塊進(jìn)行測(cè)試，為了本文系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，對(duì)本文所用的計(jì)算機(jī)硬件和軟件支持進(jìn)行以下設(shè)置，具體本文測(cè)試的運(yùn)行環(huán)境配置如下。硬件配置：CPUP41.6GHZ、內(nèi)存2.00G DDR RAM、硬盤80G 7200RPM；軟件配置：操作系統(tǒng)Windows Server 2010、數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Sever 2000。由此可知本文實(shí)驗(yàn)所搭建的測(cè)試環(huán)境，調(diào)度人員在登錄主界面，輸入正確的用戶名及密碼后即可登錄成功，開始測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

3.2 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析

首先從服務(wù)端登錄，進(jìn)行管理員身份驗(yàn)證，賦予機(jī)組調(diào)度管理人員不同的使用權(quán)限，便于客戶端運(yùn)行或自動(dòng)識(shí)別調(diào)度管理范圍。首先針對(duì)本文研究的主網(wǎng)機(jī)組調(diào)度管理系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試，選取QTP性能測(cè)試軟件完成測(cè)試，其特性、測(cè)試項(xiàng)、測(cè)定值分別如下：數(shù)據(jù)庫(kù)連接時(shí)間/服務(wù)端連接/0.15s，客戶端響應(yīng)時(shí)間/最大響應(yīng)時(shí)間/0.3s，更新處理時(shí)間/最大更新時(shí)間/0.6s，容量/并發(fā)數(shù)/穩(wěn)定區(qū)間為500，負(fù)載/600個(gè)用戶負(fù)載/系統(tǒng)穩(wěn)定，300個(gè)并發(fā)用戶操作/系統(tǒng)穩(wěn)定。

由此可知，本文系統(tǒng)能夠?qū)y(cè)試操作給予及時(shí)地響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間均在1秒內(nèi)，滿足系統(tǒng)性能需求。在確保系統(tǒng)性能良好，運(yùn)行穩(wěn)定的情況下，對(duì)本文系統(tǒng)的機(jī)組調(diào)度管理模塊進(jìn)行測(cè)試，從服務(wù)端發(fā)送調(diào)度管理指令（圖3）。機(jī)組調(diào)度管理模塊包括機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與檢修等功能，經(jīng)測(cè)試，該模塊能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)所有調(diào)度指令，并能達(dá)到遠(yuǎn)程執(zhí)行外部程序的目的，說明本文系統(tǒng)的調(diào)度管理功能具有良好的效果。

圖3 機(jī)組調(diào)度管理界面

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于C/S 架構(gòu)，設(shè)計(jì)了主網(wǎng)機(jī)組調(diào)度管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了控制電壓平衡和機(jī)組運(yùn)行管理與調(diào)度，取得了一定的研究成果。同時(shí)由于實(shí)踐條件的限制，本文研究還存在著諸多不足，有待于日后進(jìn)一步深入探討，如為調(diào)度中心提供更加清晰的可視化技術(shù)，提供清晰的圖形化分析結(jié)果，并在日后考慮通過成熟的配套軟件和系統(tǒng)集成平臺(tái)實(shí)現(xiàn)一體化。