運行方式多層協同計算系統設計

摘要：本文主要闡述了電力系統方式計算協同系統的功能設計以及特點和應用。

關鍵詞：電力系統 多層 協同系統 聯合計算

0 引言

隨著特高壓電網和跨區互聯電網的建設，電網規模不斷增大，電網特性呈現相互耦合特性，電網故障計算和系統分析工作正在由單地區、單人工作的獨立模式向多人聯合協同模式轉變。而當前，跨區聯網的運行方式分析工作是采取集中、聯合計算方式來進行，即從各相關調度中心抽調人員集中辦公，使用PSASP/BPA等電力系統分析程序的單機版軟件進行串行工作，既影響正常工作秩序，又導致工作成本高、效率低下。因而，急需研究和開發適合多用戶異地分散聯合計算的協同方式系統，全面提高電網仿真計算的工作效率。本文將計算機協同的概念引入到系統開發中，所研發的系統采用分布式架構，在web上運行，支持多人異地同時進行操作，實現了多人異地數據協同維護和運行方式協同計算。

1 電力系統方式計算協同工作系統功能設計

1.1 設計的主導思想 綜合考慮電力系統方式計算的業務需求，多層協同方式計算系統以“安全可靠、集中存儲、分散管理、協同計算、人機友好”作為系統實現的主導思想。在功能上劃分為“平臺支持系統”、“數據管理系統”、“協同管理系統”、“仿真分析系統”、“分布式計算系統”和“可視化系統”。

1.2 平臺支持系統 平臺支持系統構建了電力系統多層協同方式計算系統的運行環境，提供了多種系統管理手段，保證系統7×24小時連續穩定運行。

系統硬件包含：WEB服務器、應用服務器、在線接口服務器、數據庫服務器和并行計算機群。其中，在WEB服務器上構建了硬件防火墻，且WEB服務器、應用服務器、數據庫服務器均采用雙機熱備模式，大大加強了系統安全性和可靠性。

1.3 數據管理系統 數據管理負責基礎數據的管理和維護，包括電網方式部門的離線方式數據和自動化部門的在線數據。數據管理功能包含工程數據管理、數據校核比對、數據合并分割、在線數據接口、用戶和權限管理、數據版本管理、日志管理等模塊。①工程數據管理。本系統的數據按照工程進行組織，每一套數據相當于PSASP的一個工程，包括基礎數據、模型參數、潮流計算數據、暫穩計算數據等各種計算數據。授權用戶可以新建工程、刪除工程、修改工程數據。除了提供普通數據修改功能之外，還提供了基準值修正、典型參數導入、批量數據修改等高級功能。②用戶管理。用戶管理主要提供組織機構管理、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數據權限管理。數據權限是指用戶對基礎庫、模型參數以及各個計算作業的訪問權限，包括可讀、可寫、可計算等。④數據合并分割。本系統從加強電網數據管理和提高電網運行調度水平兩方面出發，提供了方式數據合并和分割功能。下級調度負責收集本地區電網相關各運行方式的離線數據，統一通過數據平臺提交至上級調度匯總和合并，形成可供離線計算分析的全網數據，而后可通過數據平臺分割出各個下級調度所需的局部電網數據。⑤在線數據接口。在線數據接口可連接和獲取用戶現有EMS和WAMS等在線系統的實時數據，并與離線數據進行整合。⑥數據校核比對。數據校核基于各電網設備參數范圍和相對關系的專家系統進行數據的合理性判別，包括電網元件基本參數校驗，數據比對提供工程內和工程間基礎數據、公用參數、潮流數據及暫穩數據的比較等。⑦數據上傳下載。本系統提供數據上傳功能，將原有方式數據上傳到協同系統中。同時也可以從協同系統下載數據至本地，并繼續使用原有離線軟件進行分析計算。⑧日志管理。日志系統記錄下系統運行和用戶操作所產生的所有行為，并按照某種規范寫入日志數據表中。維護人員可以使用日志系統所記錄的信息分析系統錯誤原因、用戶使用系統的情況，并有助于優化和改進系統。

1.4 協同管理系統 協同管理負責所有協同工作的業務定義、管理和執行等。運行方式計算中涉及基于多人的數據管理協同和仿真計算協同任務。①數據協同。數據協同功能提供上下級調度方式數據的統一管理和分級維護。②計算協同。計算協同基于對用戶和權限的控制、數據和計算的并發控制、以及即時通訊等工具和機制，實現異地多用戶聯合計算。協同用戶角色包括主持人和參與者等不同角色，主持人有權決定哪些用戶參與協同，并臨時調整各用戶協同工作時的權限。聯合計算允許多個用戶在同一套工程數據上工作，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；參與協同的用戶可以同時監視潮流計算過程中產生的迭代信息、暫穩即時曲線，并隨時查看計算結果，如同在本地計算的效果一樣。即時溝通工具提供文字、語音、視頻、遠程桌面等通訊服務，方便協同工作的進行。③協同業務的管理。協同業務的管理是將業務過程從應用程序中抽取出來，按照工作流的方式固化到系統平臺上。所有單人或多人協同的業務均可以按照實際的工作流程通過協同管理來完成。因而，協同業務的管理要解決業務流程的定義、管理和執行，自動協調各項工作任務的處理順序，并且提供與其他應用的交互、與用戶之間的交互。

1.5 仿真分析系統 仿真分析負責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、計劃校核、在線預警和實時仿真等；按分析的內容應包括靜態潮流分析、靜態安全分析、可靠性風險評估、短路電流分析、暫態穩定分析、動態穩定分析、電壓穩定分析等。通過對電網離、在線數據的仿真分析，能夠及時發現電網運行的故障和安全隱患，為電網調度提供了有效的決策支持。

1.6 分布式計算系統 分布式計算系統提供了對大批計算作業的快速響應功能，對于用戶提交一大批潮流、暫穩、小干擾計算作業，可以提交到分布式計算平臺上，由一組計算節點并發計算批量的任務，從而減少用戶的等待時間。

分布式計算系統由調度服務器、歷史數據服務器、計算節點機群以及網絡連接用交換機組成。調度服務器負責數據通信轉發和任務調度。歷史數據服務器負責計算結果處理和數據文件存儲。計算節點是運行仿真分析軟件的計算機，多臺計算節點通過高速網絡互聯形成一個計算機群。

1.7 可視化系統 可視化系統提供了基礎數據和計算結果的可視化圖形顯示，采用動態圖符、圖數一體、拓撲自動生成等技術實現了地理接線圖靜態/動態顯示、暫穩曲線綜合分析顯示（曲線閱覽室）、短路超標預警、動態穩定模式同調機群顯示等內容，界面風格美觀大方，以簡潔明確的方式提醒用戶所需要關心的數據或者結果，提升用戶對系統總體數據和結果的把握能力，增強系統與用戶的交互水平。

2 系統特點

系統可與傳統單機版計算軟件PSASP、BPA等實現數據導入導出和無縫集成，支持用戶傳統工作習慣和應用工具，充分保護用戶已有工作成果的延續性。

系統提供在線和離線數據的整合，為方式人員方便地獲取在線數據提供了有效途徑。該系統還提供上下級調度間離線電網模型數據的整合。

系統填補了電力系統運行方式協同計算領域的空白，對于提高電力系統調度方式的工作效率、管理水平和應用水平，具有重要意義。

3 工程應用

按照功能設計要求，開發了平臺支持系統、數據管理系統、協同管理系統、仿真分析系統、在線數據接入系統、分布式計算系統以及可視化系統，并成功在某省級電力調度通信中心投入試運行。

系統以電網的EMS在線或中長期離線數據、方式計算中所使用的元件動態數據為基礎數據源，實現了電網數據集中存儲，分層、異地維護，解決了多級多用戶并發操作的沖突問題，提升和完善了系統在多用戶數據管理和任務計算方面的能力；應用并行分布式快速仿真計算技術，實現跨作業、跨計算類型的并行計算，大幅減少用戶等待時間；充分發揮協同系統計算平臺性能，顯著提升工作效率，實現協同系統功能的實用化；調度運行人員能夠進行異地基礎數據維護、協同調整方式、可視化互動，保證了調度計算數據安全可靠，極大地提高了對電網安全穩定分析計算的支持能力。通過整合電力企業的資源和應用系統，實現電網模型數據中心、EMS在線數據、調度運行方式數據、規劃數據等電網數據的一源共享，保證電網計算數據完整、準確和統一。實現了省地兩級電網運行方式一體化協同計算和分析。

參考文獻：

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