CN102215253A - 一种电力调度实时监控系统数据的分层交换与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电力调度实时监控系统数据的分层交换与控制方法。通过IEC61970标准的CIM/XML、CIM/E接口与其他电力子系统的模型进行处理合并，建立大电网的设备模型，实现了SCADA实时数据，WAMS数据，EMS高级应用数据，动态安全分析预警信息的各类应用数据的完美交互，完成了各系统间电力系统控制命令的顺利传递和执行。数据采集与交换功能支持多种通信协议、多应用、多类型，大容量的数据，满足各种传输场合的实时性要求，为其它应用分析系统提供全面的多尺度电网实时运行信息。采用紧密结合的方式实现应用集成，对各个子系统和应用进行监视与管理，保证各应用系统具有统一的接入接口和人机界面。

Description

一种电力调度实时监控系统数据的分层交换与控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种电力调度实时监控系统数据的分层交换与控制方法。

背景技术

目前电力调度在线运行的电力调度实时监控系统主站都是与实时运行的子站系统进行数据通信。在系统经过调试，数据能够正常通信并且验收通过之后，考虑到电力系统运行的安全和稳定，不允许进行各种运行方式的研究和在线控制。现有的探讨和研究都是基于离线的方式进行，缺乏针对性和可操作性，具有一定的局限性。另一方面，现有的SCADA系统接RTU子站，刷新周期秒级，而WAMS子系统接PMU子站，刷新周期毫秒级，高级应用状态估计计算刷新周期为分钟级。其它系统，如实时数字仿真平台，动态安全分析系统基于不同平台，不同应用，不同协议，不同密度的数据，没有进行集成，没有统一的可视化展现，大大降低了电力系统在稳态情况下的监控水平，在暂态下分析和处理故障、扰动的能力。

发明内容

本发明的目的是提供了一个有效手段，解决了目前实时运行的电力调度自动化系统不能与仿真平台实现拼接，多种通信协议、多种应用、多类型、多周期的海量数据没有集成在同一平台并统一进行可视化展现的问题。

本发明的系统以电力调度实时监控系统为综合集成平台，提供数据中心、人机界面、系统管理和交换枢纽功能，集成了电力系统实时仿真功能、EMS功能、电力系统动态安全评估、预警和决策功能、基于WAMS的电力系统监视、预警等一系列功能。结构图如图1所示。

电力调度实时监控系统提供的分层交换与控制的关键技术能够使应用软件或应用系统可以方便的连接到可插入式的应用集成总线，实现各个应用软件之间的互连。连接图如图2所示。

(1)应用程序采用CIS、CIM/XML、SQL以及专用API接口；

(2)在应用程序侧建立代理按事先的配置进行适配、数据格式的转换、以及中间件的选择；

(3)通过中间件和底层的通信与平台建立起连接，并进行数据的传输。

依据本发明的一种电力系统在线数据和离线数据的分层交换与远程控制方法，通过采用IEC61970标准，进行电网模型合并，实现各个应用之间以及系统与外部系统的数据交互、远程控制命令的顺利传递；采用统一的接口方式实现功能与数据对接，从而实现调度自动化系统的信息共享，电力系统各类应用数据的分层维护和一体化展现；

以分层处理方式处理包括安全监控和数据采集系统SCADA、能量管理系统EMS、广域监测系统WAMS的采集子系统、动态安全分析预警系统的各类不同类型，不同应用，不同精度，不同密度的数据；实现电力调度在线和离线系统间的遥测、遥信、遥调和遥控功能，达到了不同系统间远程控制命令的正确执行，上、下行数据的实时展示和统一维护；具体包括：

(1)对安全监控和数据采集系统SCADA及能量管理系统EMS的数据管理

数据交换接口提供基础支持平台与其它子系统之间的数据交换方法，包括文件传输、实时数据传输和人机接口三种基本服务；交换的数据包括实时数据和文件数据，采取事先通过配置界面进行定制的办法，预先规定数据平台与各子系统之间跨节点的数据访问；

利用DL 476-92“电力系统实时数据通信应用层协议”进行数据平台与各个子系统之间的数据报文的交换，采用制定的“动态数据平台数据交换功能技术说明”实现数据文件的交换；

采用数据文件或数据报文进行数据访问，采用事件触发或周期性的数据访问；

跨节点写入数据平台的数据访问的流程：

1)建立数据平台与子系统之间的链路及关联；

2)由子系统的私有数据库或数据结构中按事先定制的数据集合读出数据；

3)按定制的格式对数据进行打包；

4)利用“电力系统实时数据通信应用层协议”DL476-92将数据传送到数据平台的数据代理；

5)数据平台侧的数据代理对接收的数据报文或数据文件进行解析并按定制的数据映射关系将数据写入数据平台；

调度基础支持平台实时数字仿真平台之间处理的数据除常规功能、控制功能和网络拓扑着色等基本功能之外，还包括如下内容：

1)实时仿真系统与SCADA/EMS系统按DL 476-92“电力系统实时数据通信应用层协议”协议的规定上传遥信和遥测的数据，遥信遥测数据刷新周期为5秒；

2)SCADA/EMS系统与实时仿真系统按照IEC104协议对遥信量进行遥控选择，执行操作，并显示最终的状态；

SCADA/EMS系统按照IEC104协议对遥测点进行遥调设点操作，设定目标值并下发命令，实时仿真系统接收命令并按照目标值调节出力，SCADA系统显示调节后的最终结果；

(2)对实时仿真系统的数据管理

全数字实时仿真系统利用平台中存储的电网模型和运行参数数据，将实时仿真数据发送给电力调度实时监控系统，实时监控系统与实时数字仿真平台间数据的分层交换与控制方法实时处理仿真数据并存储在实时数据库中，为各类应用的计算分析提供数据基础，全数字仿真子系统同电力调度实时监控系统之间采用基于TCP/IP协议的网络通讯方式；

实时仿真系统是数据来源，它产生两类数据：一是稳态量测数据；二是动态量测数据，数据的传送采用DL476-92规约，控制命令的传送采用IEC104规约；

电力调度实时监控系统除接收实时仿真系统的稳态量测数据外，同时接受调度控制命令的传送，主要包括对开关等设备的遥控命令和对变压器抽头的遥调命令；

电力调度实时监控系统通过WAMS采集子系统接收实时仿真系统的动态量测数据，同时接收电力调度实时监控系统对电网的控制措施，包括发电机出力调节，切负荷等。

(3)对广域监测系统WAMS的数据管理

WAMS系统由采集子系统、实时应用和高级应用子系统组成，电力调度实时监控的WAMS采集子系统利用数据分层交换方法完成接收、管理、存储源自仿真系统子站的实时测量数据，在处理后形成熟数据对外提供服务，并且能够对实时相量数据进行分析处理和存储归档；WAMS采集子系统利用通用协议IEC1344完成向WAMS高级应用系统的数据转发和交换，动态实时量测数据的刷新周期为20毫秒；

WAMS系统的实时应用包含对电力系统的运行状态进行实时监测、告警，包括电网的动态监测和低频振荡监测预警分析，满足方式人员、调度人员对区域电网运行状态的动态监测预警和分析的要求；

WAMS高级应用功能则在完成对区域电网动态稳定进行高精度、高速度、同步测量基础上，实现动态稳定预警和预决策，同时进行大电网运行性能优化及辅助进行动态稳定分析；

WAMS采集子系统的分层数据采集主要包括：

1)采集子站上传的实时数据，包括发电厂和变电站的三相电压、电流、频率、开关状态以及机组的功率、励磁电压、励磁电流和转速数据；

2)接收子站的相量信息、带时标的状态量和事件标识；

3)长期、可靠保存采集到的动态数据；

4)根据高级应用功能的要求，可自动或人工召唤和接收子站的动态数据及暂态记录离线文件；

5)提供给其它应用系统以灵活的接口，灵活组织和调整数据；

WAMS采集子系统的通信功能包括：系统与PMU子站的通信采用TCP协议，应用层协议符合《电力系统实时动态监测系统技术规范Q/GDW131-2006》；

WAMS采集子系统的动态数据处理功能包括：

数据采集与处理服务接收频率为25-100帧/秒的数据；系统提供高效的实时数据库和数据处理，确保动态监测数据的展示和应用分析功能的实现；

WAMS采集子系统采集的数据是快速连续的时标数据，所携带的时间在分析时至关重要，并且数据量非常巨大，系统在实时库中保存短时间的数据，用于实时分析和实时数据显示；

WAMS采集子系统的数据存储与管理功能包括：

WAMS采集子系统动态数据采集和存储的实时性和同步性要求很高，数据库支持高速海量数据存储和访问。

WAMS采集子系统的实时曲线和历史曲线的展示包括：

系统能够展示WAMS的实时曲线，正确反映当前状态下系统的运行状况，也可展示定制时间段内观测点的历史曲线；

电网运行状态实时监测软件基于电力系统同步相量测量装置PMU上传的实时数据，实现对广域电网的实时动态监测，对系统的运行方式、运行设备工作状态、系统运行状态参数的实时监测和报警，对关键指标以图表等形式反映变化情况；主要监测功能包括：系统功率、电压、频率等的静态越限、突变量越限和动态变化率越限的监视和告警；系统相对相角差的监视和预警；

(4)对动态安全分析预警系统的数据管理

动态安全分析预警系统所需的数据源包括电网模型和经过状态估计后的实时量测数据断面；电网模型是传送周期较长的离线数据，量测数据是周期为分钟级的实时数据，这两类数据由电力调度实时监控系统提供，分别通过CIM/XML文件和E格式协议实现数据发送；

调度基础支持平台同动态安全分析预警系统、实时仿真系统通过数据交换子系统和中间层公共服务组成松耦合关系；调度基础支持平台将采集的实时仿真系统的实时数据送入能量管理系统EMS中，EMS系统利用当前的实时数据进行状态估计及潮流计算，计算结果以约定的周期，利用数据分层交换方法回写至调度基础支持平台并最终整理成E格式的文件供动态安全分析预警系统使用，动态安全分析预警系统经过分析处理，把最终的预警信息送回到基础支持平台的历史数据库中，由电力调度实时监控系统进行一体化的展示；

(5)对人机系统的数据展示

人机系统采用跨平台Java语言编写，可在任何主流操作系统上使用；

采用瘦客户及三层架构方式，客户端支持跨平台运行；

一体化人机图形系统按三层架构的原则搭建，包括：表示层即人机界面终端、中间层即人机系统中间层和ESB、数据存储层；人机接口系统是分布式全图形人机接口，为整个系统的各类应用提供方便、灵活的编辑、显示、操作手段和统一的感观；

支持国际标准的SVG格式图形文件导入导出，方便图形交换和图形信息共享；

各人机工作站通过人机代理访问人机中间层，然后再由人机中间层统一访问数据平台；

子系统将需要统一显示和交互的数据通过子系统端的数据代理和数据平台端的数据代理传送至动态数据平台，并实现对动态数据平台上的实时数据库及关系数据库的访问；各个子系统在电力调度实时监控系统上建立属于自己的数据库及视图；图形系统、数据库的一体化，有利于数据的共享和统一维护；各个子系统根据需要设计在平台人机系统上需要显示的界面和画面，并按统一制定的界面和画面风格进行制作。

本发明的有益效果是：

本发明作为大电网运行系统基础环节，为各应用子系统提供了良好的集成环境，实现了不同子系统和应用之间的实时数据交换，对各个子系统和应用的运行能够进行监视与管理；实现动态电网数据的实时采集与海量存储；完成了基于CIM/CIS和E语言的模型数据管理；实现了各个子系统、应用在用户端的人机界面的统一化、规范化，可视化展现。

本发明建立了实时数据库的体系结构、管理结构、存储结构，完善人机系统对过程数据的访问、显示接口，统一对实时库和历史库中的各种数据类型和数据结构进行访问的API接口。设计动态数据(WAMS)的存取方式，实现动态数据(WAMS)的海量存储。集成由总线管理的各个应用系统，提供可靠稳定的运行环境，开发各个应用。完成不同应用之间的动态调用、协同、共享和聚合调用。开发组件运行环境，实现组件的名录管理和定位管理，实现组件性能的监视和管理，实现组件故障态的诊断和故障恢复。建立断面数据和过程数据等多种数据类型相结合的实时/历史数据库管理系统，支持在线动态安全监控分析软件的要求。

建立公用的CIM数据库，实现ICE 61970 401、402、403、404、405、407标准所规定的组件服务接口。建立数据代理，实现数据服务器组件，实现数据访问的透明化，对向外提供的数据资源进行统一的名录管理，以便各个应用之间的数据交换；提供数据发布/数据订阅以及数据请求/数据应答的数据交换方式。人机系统以三层架构(数据层、中间处理层、表示层)为模式，提供统一的界面和画面的编辑和调用显示平台，研究通用图形交换技术，最大程度地实现数据可视化。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是依据本发明的总体结构示意图。

图2是依据本发明的电力调度实时监控系统与应用之间的关系图。

图3是调度实时监控系统、动态安全分析预警系统、实时仿真系统关系图。

图4是WAMS采集子系统的组成图。

图5示出了IEC61970系列服务功能模块的结构示意图。

图6示出了电力调度实时监控系统的人机系统结构图。

具体实施方式

1.SCADA/EMS系统数据处理

数据交换接口(通信接口)提供电力调度实时监控系统与其它子系统之间的数据交换方法，包括文件传输、实时数据传输和人机接口三种基本服务。交换的数据包括实时数据和文件数据等。

采取事先通过配置界面进行定制的办法，预先规定数据平台与各子系统之间跨节点的数据访问；

利用DL 476-92“电力系统实时数据通信应用层协议”进行数据平台与各个子系统之间的数据报文的交换，采用制定的“动态数据平台数据交换功能技术说明”实现数据文件的交换；

采用数据文件或数据报文进行数据访问，采用事件触发或周期性的数据访问；

跨节点写入数据平台的数据访问的流程：

1)建立数据平台与子系统之间的链路及关联；

2)由子系统的私有数据库或数据结构中按事先定制的数据集合读出数据；

3)按定制的格式对数据进行打包(数据报文或数据文件)；

4)利用DL476-92将数据传送到数据平台的数据代理；

5)数据平台侧的数据代理对接收的数据报文或数据文件进行解析并按定制的数据映射关系(索引表等)将数据写入数据平台。

跨节点读取数据平台的数据访问的流程：

1)建立数据平台与子系统之间的链路及关联；

2)由数据平台按事先定制的数据集合读出数据；

3)按定制的格式对数据进行打包(数据报文或数据文件)；

4)利用DL476-92将数据传送到指定的目的子系统的目的路径或数据代理；

5)子系统侧的数据代理对接收的数据报文或数据文件进行解析并按定制的数据映射关系(索引表等)将数据写入子系统的数据库或数据结构。

(1)数据交换触发管理

数据交换的触发，均是由数据发送端触发。

传输数据交换的管理线程(或进程)每秒对数据交换管理表进行扫描，若需要触发数据传输，则按对应的索引表和文件传输管理表调用相应的数据库访问程序读取数据或文件，并转交数据传输线程(或进程)向数据平台或子系统发送数据报文或数据文件。

(2)数据传输实施

子系统侧的数据传输方案

a)按DL 476-92“电力系统实时数据通信应用层协议”协议的规定的O型规程与数据平台之间进行数据通信；

b)作为TCP/IP数据通信的客户端，发出建立TCP连接的请求，并主动建立关联。

c)按读取类索引表规定的数据扫描周期读取数据库的数据；按数据的类型(遥测量、遥信量、累加量等)遵循DL 476-92协议形成相应的数据报文；发送数据报文，并等待确认应答；

d)接收数据平台的数据报文，发回应答报文；进行报文解析，将数据写入本子系统数据库

e)若进行数据文件的传输，则按DL 476-92“电力系统实时数据通信应用层协议”协议的规定的O型规程的数据文件类型为28，索引表号为“0”(传输文件名)，索引表号为“1”(传输文件体)。

调度基础支持平台侧的数据传输方案

a)作为TCP/IP数据通信的服务端，时刻等待建立TCP连接的请求，并等待建立关联的请求。

b)接收子系统发送的数据报文，发回应答报文；进行报文解析，将数据写入数据平台侧对应的数据库之中；

c)按读取类索引表规定的数据扫描周期读取EMS数据库的数据；按数据的类型(遥测量、遥信量、累加量等)遵循DL 476-92协议形成相应的数据报文；发送数据报文，并等待确认应答；

d)若进行数据文件的传输，则按DL 476-92“电力系统实时数据通信应用层协议”协议的规定的O型规程的数据文件类型为28，索引表号为“0”(传输文件名)，索引表号为“1”(传输文件体)。

(3)数据报文及数据文件处理

调度基础支持平台侧的报文及数据文件处理流程：

a)根据数据文件的内部数据格式进行文件的解析，并进行相应的处理；

b)根据数据报文的类型以及对应的索引表进行解析；

c)调用数据库访问例程将数据写入数据库。

子系统侧的报文及数据文件处理流程：

a)根据数据文件的内部数据格式进行文件的解析，并进行相应的处理；

b)根据数据报文的类型以及对应的索引表进行解析；

c)调用子系统的数据访问例程将数据写入相应的数据存储结构。

(4)数据访问例程的编制

调度基础支持平台侧的数据访问可以调用支持平台的实时数据库访问服务实现。

子系统侧数据访问例程应该根据模板由各个子系统根据其数据的存储的特点进行编制。

(5)数据处理

电力调度实时监控系统与实时数字仿真平台间数据的分层交换与控制方法处理的数据除常规功能(遥信、遥测、电度量)、控制功能(遥控、遥调、设点、脉冲)和网络拓扑着色等基本功能之外，还具备如下内容：

a)实时仿真系统与SCADA/EMS系统按DL 476-92“电力系统实时数据通信应用层协议”协议的规定上传遥信和遥测的数据，遥信遥测数据刷新周期为5秒。

b)SCADA/EMS系统与实时仿真系统按照IEC104协议对遥信量进行遥控选择，执行操作，并显示最终的状态。

c)SCADA/EMS系统按照IEC104协议对遥测点进行遥调设点操作，设定目标值并下发命令，实时仿真系统接收命令并按照目标值调节出力，SCADA系统显示调节后的最终结果。

2.实时数字仿真平台的应用集成

全数字仿真系统利用平台中存储的电网模型和运行参数等数据，将实时仿真数据发送给电力调度实时监控系统，通过实时监控系统与实时数字仿真平台之间数据的分层交换与控制技术处理实时仿真数据并存储与实时数据库中，为各类应用的计算分析提供数据基础。全数字仿真子系统同基础平台之间基于TCP/IP协议的网络通讯方式。

实时仿真系统是数据来源，它产生两类数据：一是稳态量测数据，以5秒左右的周期向平台发送；二是动态量测数据，以20毫秒的周期向平台发送，数据的传送采用DL476-92规约，控制命令的传送采用IEC104规约；

电力调度实时监控系统除接收实时仿真系统的稳态量测数据外，同时接受调度控制命令的传送，主要包括对开关等设备的遥控命令和对变压器抽头的遥调命令；

电力调度实时监控系统通过WAMS采集子系统接收实时仿真系统的动态量测数据，同时接收电力调度实时监控系统对电网的控制措施，包括发电机出力调节，切负荷等。

3.WAMS系统的集成

WAMS系统由采集子系统、实时应用和高级应用子系统组成，如图4所示。

采集子系统完成接收、管理、存储和转发源自仿真子站的实时测量数据，在处理后形成熟数据对外提供服务，并且能够对实时相量数据进行分析处理和存储归档等。

实时应用包含对电力系统的运行状态进行实时监测、告警，主要包括电网的动态监测和低频振荡监测预警分析等，满足方式人员、调度人员对区域电网运行状态的动态监测预警和分析的要求。

高级应用功能则在完成对区域电网动态稳定进行高精度、高速度、同步测量基础上，实现动态稳定预警和预决策，同时进行大电网运行性能优化及辅助进行动态稳定分析等。

●基本功能

6)采集子站上传的实时数据，包括发电厂和变电站的三相电压、电流、频率、开关状态以及机组的功率、励磁电压、励磁电流、转速数据等。

7)接收子站的相量信息、带时标的状态量和事件标识。

8)长期、可靠保存从并采集到的动态数据。

9)根据高级应用功能的要求，可自动或人工召唤和接收子站的动态数据及暂态记录等离线文件。

10)提供给其它应用系统以灵活的接口，可以灵活组织和调整数据。

●系统通信功能

系统与PMU子站的通信采用TCP协议，应用层协议符合《电力系统实时动态监测系统技术规范》(Q/GDW131-2006)。

●动态数据处理功能

数据采集与处理服务接收频率为25-100帧/秒的数据，因此对高速缓存区的一次操作必须在10ms内完成。系统能提供高效的实时数据库和数据处理，确保动态监测数据的展示和应用分析功能的实现。

WAMS系统采集的数据是快速连续的时标数据，所携带的时间在分析时至关重要，并且数据量非常巨大。系统在实时库中保存短时间的数据，用于实时分析和实时数据显示。

WAMS系统所需的数据源主要是电网模型、稳态(SCADA)实时量测数据和动态(PMU)实时量测数据。电网模型是传送周期较长的离线数据，稳态(SCADA)实时量测数据的周期为5秒左右，动态(PMU)实时量测数据的周期为20毫秒。

WAMS采集子系统存储海量数据，目前存储了三百多厂站，两万多点的WAMS数据，同时可快速浏览长过程历史数据，方便灵活观测历史曲线实时曲线。

●系统数据存储与管理功能

WAMS系统动态数据采集和存储的实时性和同步性要求很高，数据库支持高速海量数据存储和访问。

●WAMS实时曲线和历史曲线的展示

系统能够展示WAMS的实时曲线，正确反映当前状态下系统的运行状况。也可以展示定制时间段内观测点的历史曲线。

电网运行状态实时监测软件基于PMU上传的实时数据，实现对广域电网的实时动态监测，对系统的运行方式、运行设备工作状态、系统运行状态参数等实时监测和报警，对关键指标以图表等形式反映变化情况。主要监测功能包括：系统功率、电压、频率等的静态越限、突变量越限和动态变化率越限的监视和告警；系统相对相角差的监视和预警。

(1)系统运行常规量监测：实现系统运行常规量(功率、电压、频率等)的静态值和动态变化率监视，进行常规量静态值越限、突变量越限和动态变化率越限告警，并记录和显示越限值和越限时间。静态值越限启动条件包括越限门槛值和越限持续时间的组合。该功能同时提供相关量的地理接线图，同时能以曲线图的形式连续无间断显示功率、频率、电压的动态变化过程。

(2)系统相对相角监测：能在电网地理接线图上显示系统中任意PMU节点(包括发电机节点和母线节点)之间的电压相对相角或电势角，用以表示输电网络当前的传输能力和静态稳定裕度；监视电网重要联络线、重载潮流断面和长输送线路两端的相角差，并基于给定的限值实现越限预警。

根据电网中关键点的实时动态测量数据实现对电网的在线监视，在电网电压、相角、频率等出现异常和动态不稳定现象时进行报警。

提供功角量的各种显示功能：圆形图和曲线。圆形图可看到角度的变化，而曲线可看到角度变化的轨迹。

显示相角既可以采用相对相角也可以采用绝对相角，允许用户动态改变参考相角。

指定显示任意两机组之间的功角差，越限时报警。

显示联络线两端厂站母线的角度差，越限时报警。

4.动态安全分析预警系统应用集成

动态安全分析预警系统所需的数据源主要是电网模型和经过状态估计后的实时量测数据断面。电网模型是传送周期较长的离线数据，量测数据是周期为分钟级的实时数据。这两类数据由电力调度实时监控系统提供，分别通过CIM/XML文件和E格式协议实现数据发送。

调度电力调度实时监控系统同动态安全分析预警系统、实时仿真系统通过数据交换子系统和中间层公共服务组成了松耦合关系。三个系统的关系如图3调度实时监控系统、动态安全分析预警系统、实时仿真系统关系图所示。

●数据输出

输出说明：CC-2000A系统与动态安全评估及预警系统进行数据交换，输出潮流断面E格式的数据文件。

数据格式说明：E格式文件

数据源：CC-2000A系统实时数据

实时性说明：每5秒钟更新一次断面数据

●数据输入

数据来源说明：CC-2000A调度基础平台接收预警系统的安全稳定分析、辅助决策、稳定裕度等计算结果。

数据格式说明：E格式文件

存放方式：CC-2000A系统实时和历史数据库

实时性说明：可定制周期读取

5.信息共享

遵循IEC61970标准，可以使得电网调度自动化系统中的软件能够像硬件一样即插即用，彻底解决各系统或应用之间的接口问题，使得各游离状态的系统或应用能集成到一个统一的相对紧密的系统中，并最大限度地降低成本，用户的原有系统能继续运行，新的应用软件能即插即用，第三方软件能方便接入，最大程度地保护用户资源。因此，IEC61970是调度自动化系统集成、异构和互操作的基础性标准。

电力调度实时监控系统系统全面支持IEC61970标准，支持IEC61970标准主要体现在两个方面：对电力系统的描述采用CIM模型；对外提供基于IEC61970标准的CIS组件接口。

IEC61970系列服务功能模块体现在以下两方面内容：CIS组件系列接口服务、模型合并应用。数据库存储实体、正、反向校验模块、CIM适配器、接口服务程序为CIS组件接口服务基本组成；模型文件解析工具、模型文件校验工具、模型的导入和导出、模型合并模块实现了基于CIM/XML模型文件的模型合并应用。图6为IEC61970系列服务功能模块实现的一个全集描述。

本系统采用IEC61970标准实现调度自动化系统的信息共享。通过电网模型交换、图形交换、实时数据交换、电网模型合并、图形合并，实现了电力系统模型、图形数据的“分级维护，全局共享”的功能，大大减少了模型和图形维护的工作量，同时提高了系统的可维护性、可用性、数据的准确性。在整体方案的制定、模型的版本管理、模型边界处理、提高模型合并效率等方面形成一套完整的解决方案。主要特点如下：

1)采用CIM模型描述电力系统；

2)提供了基于IEC61970标准的系列接口；

3)基于CIM/XML模型文件和SVG图形文件，开发了图、模型合并应用功能，不同系统的图形文件以SVG格式进行交换，达到图形共享的目的；

4)采用CIM/XML文件方式进行数据交换及模型合并；

5)支持E格式文件存储和文件交换。

6.人机系统

人机系统采用跨平台Java语言编写，可以在任何主流操作系统上使用。

采用瘦客户及三层架构方式，客户端支持跨平台运行。

不同的应用系统共享同一套系统图形，并且可以对不同应用分别建立不同级别的网络模型，方便系统维护。

采用基于模板的图模库维护方式，大大提高效率和正确性。采用简单的拖拽方式，可以方便地实现设备由库到图的转换。

支持国际标准的SVG格式图形文件导入导出，方便图形交换和图形信息共享。

一体化和高效的可视化图形展示技术，支持历史数据的可视化展示。

强大而灵活的曲线定制和显示功能，支持年、月、日、小时、分钟、秒的各种采样频率的数据以及实时库、关系库数据。

强大而灵活的表格、报表定制和显示功能，支持各种实时库、关系库数据。

提供各个子系统报警信息分类显示和事故推画面配置工具的功能。

强大而灵活的WAMS即时和历史曲线和WAMS历史数据的召唤功能。

各个子系统在电力调度实时监控系统上建立属于自己的数据库及视图。

各个子系统将需要统一显示和交互的数据通过子系统端的数据代理和数据平台端的数据代理传送至动态数据平台，并实现对动态数据平台上的实时数据库及关系数据库的访问。

各个子系统根据需要设计在平台人机系统上需要显示的界面和画面，并按统一制定的界面和画面风格进行制作。

各人机工作站通过人机代理访问人机中间层，然后再由人机中间层统一访问数据平台。

4)人机系统对子系统的集成方式

完全由平台的人机子系统实现，各个应用子系统将需要显示的数据和画面交换至数据平台上。此方式为主要手段。此方法的优点是人机界面唯一，界面风格一致，减少应用程序、人机工作站个数。用户常用的界面和画面均能一体化显示和操作。

由平台的人机子系统控制各个应用子系统的人机界面的启动和停止，调用接口统一。此方式为辅助手段。因为各个应用子系统的人机界面中会有专业性较强的界面或画面，如果完全由平台的人机子系统实现会有困难。

人机接口系统是分布式全图形人机接口，为整个系统的各类应用(包括SCADA、EMS、WAMS以及其它软件)提供方便、灵活的编辑、显示、操作手段和统一的感观。采用面向对象技术进一步丰富和增强了画面的管理和显示功能。所有的人机界面交互式操作通过工作站进行，向用户提供多种灵活、可选的画面调用方式，通过鼠标的点按操作能完成绝大部分操作。如图7所示。

人机界面风格一致，界面美观、实用。各个子系统的人机界面接口的一体化、规范化，电力系统可视化的多样化。

各个子系统图形系统、数据库的一体化，有利于数据的共享和统一维护。图形也可通过国际标准SVG的接口进行交换。

一体化人机图形系统按三层架构的原则搭建，即：表示层(即人机界面终端)、中间层(人机系统中间层和ESB)、数据存储层(EMS数据库、WAMS数据库、故障信息系统数据库、其它私有数据库)。

电力调度实时监控系统分层交换与控制方法实现实时在线系统与厂站、其它调度中心和其它外部系统之间各类数据的采集和交换。

采集和处理的数据类型包括稳态数据和同步动态相量数据，并对这些数据进行统一处理和存储，为其它应用分析系统提供全面的多尺度电网实时运行信息。支持多种通信协议、多种应用、多类型的数据采集和交换，满足各种传输场合的实时性要求。

在完全不影响在线系统正常运行的前提之下，将实时在线的SCADA/EMS运行系统模型与离线的仿真系统的模型进行了完美拼接，建立了一套完整的数据采集，控制及展示系统。采集和控制跨接了不同的平台，不同的应用，多层数据的展现集成在了统一的平台。给电力调度和分析人员提供了研究分析在线系统的统一平台和有效途径，具有很强的操作性和针对性，明显提高了工作效率，降低了劳动强度，提高了管理水平。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (6)

1.一种电力调度实时监控系统数据的分层交换与控制方法，其特征在于：

通过采用IEC61970标准，进行电网模型合并，实现各个应用之间以及系统与外部系统的数据交互、远程控制命令的顺利传递；采用统一的接口方式实现功能与数据对接，从而实现调度自动化系统的信息共享，电力系统各类应用数据的分层维护和一体化展现；

以分层处理方式处理包括安全监控和数据采集系统SCADA、能量管理系统EMS、广域监测系统WAMS的采集子系统、动态安全分析预警系统的各类不同类型，不同应用，不同精度，不同密度的数据；实现电力调度在线和离线系统间的遥测、遥信、遥调和遥控功能，达到了不同系统间远程控制命令的正确执行，上、下行数据的实时展示和统一维护；具体包括以下部分：

(1)对安全监控和数据采集系统SCADA及能量管理系统EMS的数据管理

(2)对实时仿真系统的数据管理；

(3)对广域监测系统WAMS的数据管理；

(4)对动态安全分析预警系统的数据管理；；

(5)人机系统的数据展示。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述(1)对安全监控和数据采集系统SCADA及能量管理系统EMS的数据管理包括：

利用DL 476-92“电力系统实时数据通信应用层协议”进行数据平台与各个子系统之间的数据报文的交换，采用制定的“动态数据平台数据交换功能技术说明”实现数据文件的交换；

数据交换接口提供基础支持平台与其它子系统之间的数据交换方法，包括文件传输、实时数据传输和人机接口三种基本服务；

交换的数据包括实时数据和文件数据，采取事先通过配置界面进行定制的办法，预先规定数据平台与各子系统之间跨节点的数据访问；

采用数据文件或数据报文进行数据访问，采用事件触发或周期性的数据访问；

数据交换的触发，均是由数据发送端触发。

传输数据交换的管理线程或进程每秒对数据交换管理表进行扫描，若需要触发数据传输，则按对应的索引表和文件传输管理表调用相应的数据库访问程序读取数据或文件，并转交数据传输线程或进程向数据平台或子系统发送数据报文或数据文件。

处理的数据除常规的遥信、遥测和电度量功能，遥控、遥调、设点和脉冲控制功能，以及网络拓扑着色的基本功能之外，还具备如下内容：

1)实时仿真系统与SCADA/EMS系统按DL 476-92“电力系统实时数据通信应用层协议”协议的规定上传遥信和遥测的数据，遥信遥测数据刷新周期为5秒。

2)SCADA/EMS系统与实时仿真系统按照IEC104协议对遥信量进行遥控选择，执行操作，并显示最终的状态。

3)SCADA/EMS系统按照IEC104协议对遥测点进行遥调设点操作，设定目标值并下发命令，实时仿真系统接收命令并按照目标值调节出力，SCADA/EMS系统显示调节后的最终结果。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述(2)对实时仿真系统的数据管理包括：

实时数字仿真系统利用平台中存储的电网模型和获得的电力系统特定断面的在线数据和离线运行方式数据运行参数数据，将实时仿真数据发送给电力调度实时监控系统，实时监控系统与实时数字仿真平台间数据的分层交换与控制方法实时处理仿真数据并存储在实时数据库中，为各类应用的计算分析提供数据基础，全数字仿真子系统同电力调度实时监控系统之间采用基于TCP/IP协议的网络通讯方式；

实时仿真系统是数据来源，它产生两类数据：一是稳态量测数据；二是动态量测数据，数据的传送采用DL476-92规约，控制命令的传送采用IEC104规约；

电力调度实时监控系统除接收实时仿真系统的稳态量测数据外，同时接受调度控制命令的传送，主要包括对开关等设备的遥控命令和对变压器抽头的遥调命令；

电力调度实时监控系统通过WAMS采集子系统接收实时仿真系统的动态量测数据，同时接收电力调度实时监控系统对电网的控制措施，包括发电机出力调节，切负荷等。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述(3)对广域监测系统WAMS的数据管理包括：

WAMS系统由采集子系统、实时应用和高级应用子系统组成，电力调度实时监控的WAMS采集子系统利用数据分层交换方法完成接收、管理、存储源自仿真系统子站的实时测量数据，在处理后形成熟数据对外提供服务，并且能够对实时相量数据进行分析处理和存储归档；WAMS采集子系统利用通用协议IEC1344完成向WAMS高级应用系统的数据转发和交换，动态实时量测数据的刷新周期为20毫秒；

WAMS系统的实时应用包含对电力系统的运行状态进行实时监测、告警，包括电网的动态监测和低频振荡监测预警分析，满足方式人员、调度人员对区域电网运行状态的动态监测预警和分析的要求；

WAMS高级应用功能则在完成对区域电网动态稳定进行高精度、高速度、同步测量基础上，实现动态稳定预警和预决策，同时进行大电网运行性能优化及辅助进行动态稳定分析；

WAMS采集子系统的分层数据采集主要包括：

1)采集子站上传的实时数据，包括发电厂和变电站的三相电压、电流、频率、开关状态以及机组的功率、励磁电压、励磁电流和转速数据；

2)接收子站的相量信息、带时标的状态量和事件标识；

3)长期、可靠保存采集到的动态数据；

4)根据高级应用功能的要求，可自动或人工召唤和接收子站的动态数据及暂态记录离线文件；

5)提供给其它应用系统以灵活的接口，灵活组织和调整数据；

WAMS采集子系统的通信功能包括：系统与PMU子站的通信采用TCP协议，应用层协议符合《电力系统实时动态监测系统技术规范Q/GDW131-2006》；

WAMS采集子系统的动态数据处理功能包括：

数据采集与处理服务接收频率为25-100帧/秒的数据；系统提供高效的实时数据库和数据处理，确保动态监测数据的展示和应用分析功能的实现；

WAMS采集子系统采集的数据是快速连续的时标数据，所携带的时间在分析时至关重要，并且数据量非常巨大，系统在实时库中保存短时间的数据，用于实时分析和实时数据显示；

WAMS采集子系统动态数据采集和存储的实时性和同步性要求很高，数据库支持高速海量数据存储和访问。

系统能够展示WAMS的实时曲线，正确反映当前状态下系统的运行状况，也可展示定制时间段内观测点的历史曲线；

电网运行状态实时监测软件基于电力系统同步相量测量装置PMU上传的实时数据，实现对广域电网的实时动态监测，对系统的运行方式、运行设备工作状态、系统运行状态参数的实时监测和报警，对关键指标以图表等形式反映变化情况；主要监测功能包括：系统功率、电压、频率等的静态越限、突变量越限和动态变化率越限的监视和告警；系统相对相角差的监视和预警；

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述(4)对动态安全分析预警系统的数据管理包括：

动态安全分析预警系统所需的数据源包括电网模型和经过状态估计后的实时量测数据断面；电网模型是传送周期较长的离线数据，量测数据是周期为分钟级的实时数据，这两类数据由电力调度实时监控系统提供，分别通过CIM/XML文件和E格式协议实现数据发送；

调度基础支持平台同动态安全分析预警系统、实时仿真系统通过数据交换子系统和中间层公共服务组成松耦合关系；调度基础支持平台将采集的实时仿真系统的实时数据送入能量管理系统EMS中，EMS系统利用当前的实时数据进行状态估计及潮流计算，计算结果以约定的周期，利用数据分层交换方法回写至调度基础支持平台并最终整理成E格式的文件供动态安全分析预警系统使用，动态安全分析预警系统经过分析处理，把最终的预警信息送回到基础支持平台的历史数据库中，由电力调度实时监控系统进行一体化的展示；

6.如权利要求1-5所述的数据管理方法，其特征在于：

所述(5)对人机系统的数据展示：

人机系统采用跨平台Java语言编写，可在任何主流操作系统上使用；

采用瘦客户及三层架构方式，客户端支持跨平台运行；

一体化人机图形系统按三层架构的原则搭建，包括：表示层即人机界面终端、中间层即人机系统中间层和ESB、数据存储层；人机接口系统是分布式全图形人机接口，为整个系统的各类应用提供方便、灵活的编辑、显示、操作手段和统一的感观；

支持国际标准的SVG格式图形文件导入导出，方便图形交换和图形信息共享；

各人机工作站通过人机代理访问人机中间层，然后再由人机中间层统一访问数据平台；

子系统将需要统一显示和交互的数据通过子系统端的数据代理和数据平台端的数据代理传送至动态数据平台，并实现对动态数据平台上的实时数据库及关系数据库的访问；各个子系统在电力调度实时监控系统上建立属于自己的数据库及视图；图形系统、数据库的一体化，有利于数据的共享和统一维护；各个子系统根据需要设计在平台人机系统上需要显示的界面和画面，并按统一制定的界面和画面风格进行制作。

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