准实时数据平台在调度业务处理中的应用研究

2022-09-11

从调度自动化建设的长远发展来看, 要形成相互一致的业务基础信息系统和有效运行的信息层次化体系, 必然需要将原来分别建设的各个业务应用系统平滑地整合在一起, 使得各个业务系统间能够顺畅地传递信息, 形成一个有机的整体, 在整个系统范围内实现信息的高度共享。

要实现众多调度业务应用系统之间的平滑整合, 需要综合考虑各个调度业务应用系统信息的特点、二次系统安全防护要求, 以及数据交换的频度和密度等。考察各个调度业务应用系统, 可以发现这样一个特点, 即生产类应用系统 (如SCADA、电能量采集与计费系统) 的数据比较类似, 而且一般通过物理隔离装置与调度管理信息系统 (OMS) 进行数据交换, 因此在信息整合上可以考虑首先从生产控制区开始, 将信息类似的SCADA、电能量采集与计费系统、继电保护与故障信息管理系统首先集成起来, 然后逐步集成位于安全III区的OMS系统、基于GIS的配网管理系统、营销系统等, 以及在未来集成新建的配网自动化系统等。

1 系统架构

准实时数据平台的建设目的即是实现调度侧业务数据的整合, 它不仅需要在横向上与管理信息区的应用系统进行信息交换, 而且需要在纵向上与上下级生产控制区的应用系统实现信息共享。因此准实时数据平台分为内平台和外平台, 分别位于安全控制区和管理信息区。内平台和外平台之间通过物理隔离装置进行隔离。内平台通过正向物理隔离装置将内平台所集成系统的模型、数据、图形发送到外平台上, 提供给外平台上的应用系统使用;外平台通过反向物理隔离装置将外平台上所集成系统的模型、数据发送到内平台上供内平台上的应用系统使用。内外平台之间需要进行模型、数据、图形等信息的同步, 以维护内外平台上信息的一致性。

2 准实时数据平台的标准服务

准实时数据平台对外提供的标准服务包括: (1) 模型服务:准实时数据平台上需要集成的应用系统包括:主网EMS系统、配网SCADA系统、继电保护及故障管理信息系统、计量自动化系统、生产管理系统等。准实时数据平台在集成这些应用系统时, 首先需要对这些应用可提供的数据类型及数据内容进行分析, 并进行合理的建模。对于主网EMS系统, 需要共享的信息为主网的电网模型逻辑设备信息、设备之间的拓扑连接关系、主网运行的量测信息等;对于配网SCADA, 需要共享的信息则为配网模型中的逻辑设备、设备之间的拓扑连接关系、配网中的采集信息等;对于继电保护及故障管理信息系统, 需要共享的信息为保护装置信息、保护装置的采集信息、故障录波信息等;对于计量自动化系统, 需要共享的信息是该系统所采集的电网关口电量、配变监测数据、负控装置采集的数据以及集抄数据等。而对于生产管理系统, 需要共享的信息为物理设备的资产信息。准实时数据平台遵循IEC 61970/61968/61850 CIM (公共信息模型) 对主网EMS、继电保护与故障管理信息系统、配网SCADA、计量自动化系统、生产管理信息系统中所涉及的对象进行建模, 对外提供CIM XML格式的标准模型, 包括全模型、拆分模型和增量模型。对于一些尚未遵循IEC 61970/61968/61850的应用系统, 则通过模型映射的方式将这些应用系统的模型从私有格式转换为CIM格式, 并导出为CIM XML格式。在提供模型服务时不可忽视的一个问题是, 来自众多应用系统的信息如何关联。为解决这个问题, 广州供电局特规定了基于统一的设备功能位置编码来对设备进行唯一标识, 从而将各个系统的信息关联起来。 (2) 图形服务:准实时数据平台对外提供SVG (可缩放矢量图形) 格式的图形, 图形对象通过metadata元素与领域对象关联。采用SVG格式作为准实时数据平台上的图形交换标准, 可实现企业内一处作图、多处共享的目的。 (3) 数据服务:准实时数据平台基于CORBA对外提供了以CIM模式访问公共数据及交换数据的组件服务, 即IEC 61970第四部分定义的通用数据访问 (GDA) /高速数据访问 (HSDA) 服务/时序数据访问 (TSDA) 服务/通用事件和订阅 (GES) 服务。标准的接口服务避免了系统之间私有的接口协议, 第三方应用系统只需要通过标准的数据访问接口即可访问准实时数据平台上的电网模型、实时运行状态和历史运行状态, 以及电网中的报警和事项信息。

3 历史数据存储

准实时数据平台所集成的一个重要系统——SCADA, 其实时信息的利用受到极大的重视;而其历史记录却远远还未发挥其应有的强大作用。以往SCADA历史记录的应用受限于历史数据存取的效率, 使用关系数据库中存储周期往往是采样周期的几十倍, 仅仅在发生事项时才按采样周期保存。而随着时间序列数据库在电力系统中应用的普及, 基于时间序列数据库的历史数据分析应用也将迅速展开。

广州供电局的准实时数据平台采用PI数据库保存SCADA和电能量采集系统的历史数据。SCADA系统、电能量采集系统等应用系统的数据将存储入PI数据库;而且为了减少测点的维护工作, 对新增的测点自动生成PI中的测点名称, 并通过PISDK在PI中建立相应测点, 通过PI数据库提供高速的历史数据访问。利用PI数据库可快速取回长时间段内的历史数据, 准实时数据平台可开展与历史分析相关的应用, 如历史趋势的查询、关于历史的统计, 甚至是电网运行历史的回放等。

4 采用AJAX技术的WEB展示

结合准实时数据平台上的SVG图形, 采用Ajax WEB应用模型可实现通用技术的WEB浏览, 实现信息发布。WEB展示所采用的EXT框架提供了丰富的界面渲染组件, 完全达到了桌面程序的功能及界面的丰富性及交互性能。

准实时数据平台上的数据展示除了常用的接线图方式外, 数据挖掘类信息展示主要是通过表格、曲线这两种组件来完成。准实时数据平台通过这些组件的灵活组合, 可以非常方便、丰富地展示准实时数据平台上的信息, 所实现的主要功能可以分为:模型浏览、SVG图形浏览、实时/历史数据浏览, 以及集成的各应用模块的浏览。具体包括了: (1) 基于SVG实现接线图、潮流图的展示, 包括在SVG接线图上刷新实时数据、查询设备参数, 查询设备关联的所有量测、点击量测显示其历史曲线等。 (2) 历史曲线完全通过SVG进行绘制, 可选择进行不同的同期对比, 如上周同期比、上月同期比、去年同期比等;同时会针对该量测进行各种统计值的展示, 包括本日最大、最小及发生时刻, 本周最大、最小及发生时刻, 本月最大、最小及发生时刻, 本年最大、最小及发生时刻 (如图2所示) 。 (3) 历史曲线浏览还具有曲线派生功能, 使用者可选择任意个量测并根据某个自定义公式生成一条新的曲线。 (4) 为实现广州电网从500kV到380V的全景浏览, WEB展示部分将与其他应用系统的WEB展示部分进行集成, 可以从主网调阅主网生产信息, 从主网进入配网延布图并进行相应设备及计量信息的查看, 以及从配网SVG图形上进行与用户相关的营销信息等。

对于准实时数据平台来说, 所需要展示的信息不仅仅是电网实时监控相关的。准实时数平台更需要展示的是面向调度业务的综合分析信息, 如重载设备统计 (如图3所示) 、主变的N-1校核、变压器油温监视等。重载设备统计可以对重要断面、各电压等级的主变及线路进行负载率的日统计、周统计及月统计, 还可以以自定义方式对临时断面、电厂出力等进行监视和统计。变压器油温监视则是对广州供电局内的变压器油温变化以及油温与负荷、环温之间的变化进行监测, 进行变压器油温越限监测, 以及进行变压器油温历史统计功能。以曲线、图表等方式显示主变高、中、低各侧的电流、主变的负载率以及油温的历史曲线, 使用人员可以根据自己感兴趣的内容选择以单窗口或多窗口方式显示这些数据。

此外, 对于调度常用的一些报表, 如某个变电站的主变、母联、线路、电容器、馈线等设备的负荷日报表等, 准实时数据平台可根据预定义的报表模板以及模板中设定的结果集过滤条件、数据结果的显示格式, 利用PI数据库的历史数据快速存取特性, 使用者可以从WEB上即时生成所需要的报表, 同时可将报表导出为EXCEL格式以方便上报和打印。

5 结语

随着准实时数据平台建设的推进, 各个应用系统之间“信息孤岛”的态势将被消除, 面向调度中心的各项业务也将得益于准实时数据平台的建设成果而更为顺畅地展开。

摘要：广州供电局调度自动化建设已经历了一个较长的历史积累过程, 逐步形成了对电网进行监控分析的SCADA/EMS、保护故障信息管理系统、电能量采集系统等。各个异构应用系统在信息上呈现“孤岛”态势。“信息孤岛”的存在将无法实现实时的信息存取和对业务流程的透视, 使企业运营成本提高和效益下降, 并使系统的维护费用、时间增长。因此需要通过准实时数据平台的建设将SCADA/EMS、电能量采集系统、保护故障信息管理系统等系统进行信息集成, 全面改善因“信息孤岛”的存在而出现的以上缺点, 为调度业务的舒畅进行奠定技术基础。

关键词：电力调度,准时数据平台,模型服务,图形服务,标准接口服务,信息展示服务