基于C/S架構的主網機組調度管理系統

深圳供電局有限公司 李 俊 林志賢 黃光磊

隨著我國電力工業的發展規模逐漸擴大，電網運行機制越來越復雜，對電網運行調度提出了更廣泛的要求，若操作不當則會危害電網的安全運行。為了避免因發生事故而引起連帶效應，使調度人員能夠全面及時地掌握系統的狀態，從而解決電網運行所出現的各種問題，對主網機組的調度管理也提出了更高的要求。

智能電網是推動國家電網發展的重要途徑，隨著電力工業的不斷升級也給主網機組調度提出了更大的挑戰，如何高效利用主網數據，保證電網調度機構正常運行，是目前調度機構需要解決的問題，也是推動國家能源安全發展，優化能源結構的需求[1]。

統一調度是主網機組運行安全，保證電能質量及效益的重要方式，有效合理的調度管理能夠在事故發生時，使調度員進行及時操作，防止事故進一步擴大，減少功率損耗，快速處理異常和事故。

調度機構調管的設備規模逐步擴大使調度人員的工作量急劇增多，影響調度機構的工作效率和供電安全，為此，研究基于C/S 架構的主網機組調度管理系統。在硬件設計上，構建C/S 機組調度管理框架，實現對主網機組的工程化管理；設計運動裝置遙感電路，通過采樣電阻變換電流電壓。在軟件設計上，基于C/S 架構建立控制電壓平衡模塊，維持負荷電壓穩定運行。發電負荷分配與智能告警設置，輔助調度員實現調度優化操作。設置調度范圍管理機組運行，實現主網機組的調度與管理。

經實驗論證分析，本文系統的操作性能良好，符合系統運行需要，機組調度管理模塊能夠實時響應調度指令，本文系統具有實用性。

1 基于C/S 架構的主網機組調度管理系統硬件設計

1.1 構建C/S 機組調度管理框架

由于電網調度的工作環境主要在主站內，多個電網線路的數據內容在匯集后，需要將信息完成分類以此進行自然調度，基于C/S 架構設計主網機組的調度管理框架。此次框架選擇JAVA 語言作為開發語言，利用其跨平臺的優越性能，對不同機組進行數據請求處理，方便管理人員進行維護。數據庫會選擇MYSQL，作為儲存庫，主要是數據資源可以免費開放，能和JAVA 的融合度更高，將整個框架分為用戶交互層、業務邏輯層和訪問層三個級別，自然地把調度信息數據和應用邏輯進行分類，減少后期維護的工作量，主要結構示意圖如下圖1所示。

圖1 系統C/S 架構機組調度框架

根據圖中內容所示，在結構化組建調度框架后，對每個功能模塊進行分析，使得機組的調度人員能夠根據，不同用戶的訪問類型，進行相關信息的整合。其中在登錄模塊中調度人員進行身份判斷，在完成授權后才能對數據進行處理，管理人員擁有訪問權限才能對主網機組進行調度。在此基礎上對調度的工作客戶端進行環境設置，主要是由于主網調度模塊較為簡單，客戶端選擇一臺筆記本即可。

1.2 設計運動裝置遙感電路

本文系統硬件中，遠動裝置是重要的組成部分，通過遙測電路可以實時遙測電路電壓、電度、主變等情況。遙測電路由主板單片機、多路選擇開關、地址編譯電路、緩沖器、轉換器組成[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。可知：被測電流經過電流互感器EY 變換后進入交變電路，通過采樣變阻進行變換，調試流程簡便，選用錳銅線繞電阻為采樣電阻，得到R11，R12，產生壓降，R11=280Ω，R12=100Ω。

圖2 遙測電路部分設計圖

2 基于C/S 架構的主網機組調度管理系統軟件設計

2.1 基于C/S 架構建立控制電壓平衡模塊

本文系統建立以客戶端和服務器，以及數據庫三方的C/S 架構，將三者進行分配與有機結合，在此架構基礎上，數據庫能夠完成數據存儲和管理，服務器主要具備應用層功能，前端功能主要由客戶端負責，均衡重負載[3]。控制電壓平衡在指定周期內完成閉環控制的全部過程，應對電壓控制應達到上下級協同，對并聯無功補償設備和變壓器進行調節，保證電網電壓和無功功率的分布滿足電網安全。主網機組運行發生故障跳閘時，應保證在系統特性和負荷特性共同作用下，維持負荷電壓節點運行平衡的能力，要求電壓滿足Vxmin≤Vx≤Vxmax，式中，Vxmin、Vxmax分別表示第x 節點負荷電壓的最大值和最小值。

具體在計算時可以用電壓偏移指標來表示：Gv=(V0-Vx)/Vx×100%，式中，V0、Vx分別為節點的當前電壓和額定電壓。電壓偏移大小反映了節點電壓波動大小，通過偏移指標表示電壓的穩定性。根據電壓控制模塊的實現邏輯，在系統架構內按照數據電源接口、數據接口進行層次分類，完善主網機組運行調度的風險管控體系構建，為管理人員提供計算數據支持，可以實時獲取電網運行的歷史數據。

2.2 發電負荷分配與智能告警設置

為了保證本文系統的可靠運行，滿足本文系統的用電供電的需求，進行發電調度分配，本文電力負荷分配綜合考慮到主網機組的開停機約束以及發電能力約束條件，從而達到節約能耗，保持一定的經濟效益的目的，本文采用微增率法進行電力負荷分配，在確定主網機組的運行方式后按照供電微增率制定發電計劃，其機組出力的上下限約束為Pi,tmin≤Pi,t≤Pi,tmax。式中i 為機組數，t 為一個計劃周期內的時段數，Pi,t為第i 臺機組在 時段的出力，Pi,tmin和Pi,tmax分別為機組出力的最小值和最大值。

機組出力的上升和下降速度約束為，式中 和為機組出力的最大下降速度限值和最大上升速度限值，基于多約束的優化，在整個計劃周期進行負荷分配的優化，首先獲取各機組能耗的最高點和最低點的數據，以及各機組負荷的最大功率和最小功率的數據，進行各機組發電功率及負荷功率殘差的計算。通過本文主網運行監控的告警信息，進行告警信息分類，對機組故障跳閘、電壓越線等信息進行智能推理，實現本文系統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果，給調度員及時準確的額告警提示，從而輔助調度員進行調度優化操作和故障處理。

2.3 劃定調度范圍管理機組運行

結合短期內測量的電壓負荷水平，對實時讀取的主網機組數據進行調度操作，判斷影響電網運行的風險因素，設置可以調度的范圍進行機組運行期間的有序管理。調度操作的每一個過程，都需要進行預期的結果分析，以評估校驗當前調度范圍中是否存在潛在風險，保證工作人員能夠全面掌握調度指令后，進行更加合適的進行風險管控。主網調度負責調度管理本地區范圍內的主網機組，設置調度范圍，10kV 配套的繼電保護及自動化設備的調度范圍在一般情況下與上一次機組調度范圍相同。

管理機組出力受限，設置最大出力不能大于機組額定出量，最低不能小于最低技術出力。支持調度端審核機組出力受限申請，以及新增機組限制變更記錄，將機組限制信息發送至系統[4]。在實行調度階段，對當前主網運行方式下產生的監測數據進行整合，考慮同類型機組設備的作用，利用在線靜態分析方式對可能出現的故障，進行風險掃描，設置預期風險緊急控制模型，在合理調度范圍內抑制運行風險的趨勢變化，避免大面積的斷電事故產生[5]。

當機組停運后，根據機組停運原因，排查機組停運原因，記錄實際停運時間，以及事故影響情況，當機組因故障跳閘或開閘停機，則還需記錄機組甩出力信息，此時設備狀態管理模塊中生成或更新機組裝填，所有更新保留歷史記錄，自動歸檔機組停運管理流程。

3 實驗論證分析

3.1 實驗說明

為驗證此次設計的管理系統，能夠在主網機組中進行調度，具有實際應用意義，采用實驗測試的方式進行論證。由于本文系統采取的是C/S 架構模式，能夠在客戶端和服務端實現網絡通信交互的方式，因此用黑盒測試方法對本文系統及其功能模塊進行測試，為了本文系統運行的穩定性，對本文所用的計算機硬件和軟件支持進行以下設置，具體本文測試的運行環境配置如下。硬件配置：CPUP41.6GHZ、內存2.00G DDR RAM、硬盤80G 7200RPM；軟件配置：操作系統Windows Server 2010、數據庫SQL Sever 2000。由此可知本文實驗所搭建的測試環境，調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，開始測試實驗。

3.2 實驗過程及結果分析

首先從服務端登錄，進行管理員身份驗證，賦予機組調度管理人員不同的使用權限，便于客戶端運行或自動識別調度管理范圍。首先針對本文研究的主網機組調度管理系統進行性能測試，選取QTP性能測試軟件完成測試，其特性、測試項、測定值分別如下：數據庫連接時間/服務端連接/0.15s，客戶端響應時間/最大響應時間/0.3s，更新處理時間/最大更新時間/0.6s，容量/并發數/穩定區間為500，負載/600個用戶負載/系統穩定，300個并發用戶操作/系統穩定。

由此可知，本文系統能夠對測試操作給予及時地響應，響應時間均在1秒內，滿足系統性能需求。在確保系統性能良好，運行穩定的情況下，對本文系統的機組調度管理模塊進行測試，從服務端發送調度管理指令（圖3）。機組調度管理模塊包括機組運行狀態的監測與檢修等功能，經測試，該模塊能夠實時響應所有調度指令，并能達到遠程執行外部程序的目的，說明本文系統的調度管理功能具有良好的效果。

圖3 機組調度管理界面

4 結語

本文基于C/S 架構，設計了主網機組調度管理系統，實現了控制電壓平衡和機組運行管理與調度，取得了一定的研究成果。同時由于實踐條件的限制，本文研究還存在著諸多不足，有待于日后進一步深入探討，如為調度中心提供更加清晰的可視化技術，提供清晰的圖形化分析結果，并在日后考慮通過成熟的配套軟件和系統集成平臺實現一體化。