基于C/S架构的主网机组调度管理系统

深圳供电局有限公司 李 俊 林志贤 黄光磊

随着我国电力工业的发展规模逐渐扩大，电网运行机制越来越复杂，对电网运行调度提出了更广泛的要求，若操作不当则会危害电网的安全运行。为了避免因发生事故而引起连带效应，使调度人员能够全面及时地掌握系统的状态，从而解决电网运行所出现的各种问题，对主网机组的调度管理也提出了更高的要求。

智能电网是推动国家电网发展的重要途径，随着电力工业的不断升级也给主网机组调度提出了更大的挑战，如何高效利用主网数据，保证电网调度机构正常运行，是目前调度机构需要解决的问题，也是推动国家能源安全发展，优化能源结构的需求[1]。

统一调度是主网机组运行安全，保证电能质量及效益的重要方式，有效合理的调度管理能够在事故发生时，使调度员进行及时操作，防止事故进一步扩大，减少功率损耗，快速处理异常和事故。

调度机构调管的设备规模逐步扩大使调度人员的工作量急剧增多，影响调度机构的工作效率和供电安全，为此，研究基于C/S 架构的主网机组调度管理系统。在硬件设计上，构建C/S 机组调度管理框架，实现对主网机组的工程化管理；设计运动装置遥感电路，通过采样电阻变换电流电压。在软件设计上，基于C/S 架构建立控制电压平衡模块，维持负荷电压稳定运行。发电负荷分配与智能告警设置，辅助调度员实现调度优化操作。设置调度范围管理机组运行，实现主网机组的调度与管理。

经实验论证分析，本文系统的操作性能良好，符合系统运行需要，机组调度管理模块能够实时响应调度指令，本文系统具有实用性。

1 基于C/S 架构的主网机组调度管理系统硬件设计

1.1 构建C/S 机组调度管理框架

由于电网调度的工作环境主要在主站内，多个电网线路的数据内容在汇集后，需要将信息完成分类以此进行自然调度，基于C/S 架构设计主网机组的调度管理框架。此次框架选择JAVA 语言作为开发语言，利用其跨平台的优越性能，对不同机组进行数据请求处理，方便管理人员进行维护。数据库会选择MYSQL，作为储存库，主要是数据资源可以免费开放，能和JAVA 的融合度更高，将整个框架分为用户交互层、业务逻辑层和访问层三个级别，自然地把调度信息数据和应用逻辑进行分类，减少后期维护的工作量，主要结构示意图如下图1所示。

图1 系统C/S 架构机组调度框架

根据图中内容所示，在结构化组建调度框架后，对每个功能模块进行分析，使得机组的调度人员能够根据，不同用户的访问类型，进行相关信息的整合。其中在登录模块中调度人员进行身份判断，在完成授权后才能对数据进行处理，管理人员拥有访问权限才能对主网机组进行调度。在此基础上对调度的工作客户端进行环境设置，主要是由于主网调度模块较为简单，客户端选择一台笔记本即可。

1.2 设计运动装置遥感电路

本文系统硬件中，远动装置是重要的组成部分，通过遥测电路可以实时遥测电路电压、电度、主变等情况。遥测电路由主板单片机、多路选择开关、地址编译电路、缓冲器、转换器组成[2]。由CPU 控制底板的UR897采样保持电路，在功率采集模块中，对模拟量I1、U1采用交流采样，选用的电流互感器的电流、电压值分别为输入电流0～8A，输出电流0～60Ma，输入电压0～120V，输出电压在±6V。电流输入电流以A 相电流输入电路为例，具体如图2所示。可知：被测电流经过电流互感器EY 变换后进入交变电路，通过采样变阻进行变换，调试流程简便，选用锰铜线绕电阻为采样电阻，得到R11，R12，产生压降，R11=280Ω，R12=100Ω。

图2 遥测电路部分设计图

2 基于C/S 架构的主网机组调度管理系统软件设计

2.1 基于C/S 架构建立控制电压平衡模块

本文系统建立以客户端和服务器，以及数据库三方的C/S 架构，将三者进行分配与有机结合，在此架构基础上，数据库能够完成数据存储和管理，服务器主要具备应用层功能，前端功能主要由客户端负责，均衡重负载[3]。控制电压平衡在指定周期内完成闭环控制的全部过程，应对电压控制应达到上下级协同，对并联无功补偿设备和变压器进行调节，保证电网电压和无功功率的分布满足电网安全。主网机组运行发生故障跳闸时，应保证在系统特性和负荷特性共同作用下，维持负荷电压节点运行平衡的能力，要求电压满足Vxmin≤Vx≤Vxmax，式中，Vxmin、Vxmax分别表示第x 节点负荷电压的最大值和最小值。

具体在计算时可以用电压偏移指标来表示：Gv=(V0-Vx)/Vx×100%，式中，V0、Vx分别为节点的当前电压和额定电压。电压偏移大小反映了节点电压波动大小，通过偏移指标表示电压的稳定性。根据电压控制模块的实现逻辑，在系统架构内按照数据电源接口、数据接口进行层次分类，完善主网机组运行调度的风险管控体系构建，为管理人员提供计算数据支持，可以实时获取电网运行的历史数据。

2.2 发电负荷分配与智能告警设置

为了保证本文系统的可靠运行，满足本文系统的用电供电的需求，进行发电调度分配，本文电力负荷分配综合考虑到主网机组的开停机约束以及发电能力约束条件，从而达到节约能耗，保持一定的经济效益的目的，本文采用微增率法进行电力负荷分配，在确定主网机组的运行方式后按照供电微增率制定发电计划，其机组出力的上下限约束为Pi,tmin≤Pi,t≤Pi,tmax。式中i 为机组数，t 为一个计划周期内的时段数，Pi,t为第i 台机组在 时段的出力，Pi,tmin和Pi,tmax分别为机组出力的最小值和最大值。

机组出力的上升和下降速度约束为，式中 和为机组出力的最大下降速度限值和最大上升速度限值，基于多约束的优化，在整个计划周期进行负荷分配的优化，首先获取各机组能耗的最高点和最低点的数据，以及各机组负荷的最大功率和最小功率的数据，进行各机组发电功率及负荷功率残差的计算。通过本文主网运行监控的告警信息，进行告警信息分类，对机组故障跳闸、电压越线等信息进行智能推理，实现本文系统的在线故障诊断和智能告警，以直观形象的方式展示分析结果，给调度员及时准确的额告警提示，从而辅助调度员进行调度优化操作和故障处理。

2.3 划定调度范围管理机组运行

结合短期内测量的电压负荷水平，对实时读取的主网机组数据进行调度操作，判断影响电网运行的风险因素，设置可以调度的范围进行机组运行期间的有序管理。调度操作的每一个过程，都需要进行预期的结果分析，以评估校验当前调度范围中是否存在潜在风险，保证工作人员能够全面掌握调度指令后，进行更加合适的进行风险管控。主网调度负责调度管理本地区范围内的主网机组，设置调度范围，10kV 配套的继电保护及自动化设备的调度范围在一般情况下与上一次机组调度范围相同。

管理机组出力受限，设置最大出力不能大于机组额定出量，最低不能小于最低技术出力。支持调度端审核机组出力受限申请，以及新增机组限制变更记录，将机组限制信息发送至系统[4]。在实行调度阶段，对当前主网运行方式下产生的监测数据进行整合，考虑同类型机组设备的作用，利用在线静态分析方式对可能出现的故障，进行风险扫描，设置预期风险紧急控制模型，在合理调度范围内抑制运行风险的趋势变化，避免大面积的断电事故产生[5]。

当机组停运后，根据机组停运原因，排查机组停运原因，记录实际停运时间，以及事故影响情况，当机组因故障跳闸或开闸停机，则还需记录机组甩出力信息，此时设备状态管理模块中生成或更新机组装填，所有更新保留历史记录，自动归档机组停运管理流程。

3 实验论证分析

3.1 实验说明

为验证此次设计的管理系统，能够在主网机组中进行调度，具有实际应用意义，采用实验测试的方式进行论证。由于本文系统采取的是C/S 架构模式，能够在客户端和服务端实现网络通信交互的方式，因此用黑盒测试方法对本文系统及其功能模块进行测试，为了本文系统运行的稳定性，对本文所用的计算机硬件和软件支持进行以下设置，具体本文测试的运行环境配置如下。硬件配置：CPUP41.6GHZ、内存2.00G DDR RAM、硬盘80G 7200RPM；软件配置：操作系统Windows Server 2010、数据库SQL Sever 2000。由此可知本文实验所搭建的测试环境，调度人员在登录主界面，输入正确的用户名及密码后即可登录成功，开始测试实验。

3.2 实验过程及结果分析

首先从服务端登录，进行管理员身份验证，赋予机组调度管理人员不同的使用权限，便于客户端运行或自动识别调度管理范围。首先针对本文研究的主网机组调度管理系统进行性能测试，选取QTP性能测试软件完成测试，其特性、测试项、测定值分别如下：数据库连接时间/服务端连接/0.15s，客户端响应时间/最大响应时间/0.3s，更新处理时间/最大更新时间/0.6s，容量/并发数/稳定区间为500，负载/600个用户负载/系统稳定，300个并发用户操作/系统稳定。

由此可知，本文系统能够对测试操作给予及时地响应，响应时间均在1秒内，满足系统性能需求。在确保系统性能良好，运行稳定的情况下，对本文系统的机组调度管理模块进行测试，从服务端发送调度管理指令（图3）。机组调度管理模块包括机组运行状态的监测与检修等功能，经测试，该模块能够实时响应所有调度指令，并能达到远程执行外部程序的目的，说明本文系统的调度管理功能具有良好的效果。

图3 机组调度管理界面

4 结语

本文基于C/S 架构，设计了主网机组调度管理系统，实现了控制电压平衡和机组运行管理与调度，取得了一定的研究成果。同时由于实践条件的限制，本文研究还存在着诸多不足，有待于日后进一步深入探讨，如为调度中心提供更加清晰的可视化技术，提供清晰的图形化分析结果，并在日后考虑通过成熟的配套软件和系统集成平台实现一体化。