智能电网调度技术支持系统介绍.ppt
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智能电网调度技术支持系统介绍.ppt
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智能电网调度技术支持系统介绍,国网电力科学研究院二一一年四月,1,2,2,系统总体结构,3,基础平台与基本应用研发成果,1,系统研制背景,2,3,统一坚强智能电网,建设以统一规划、统一标准、统一建设为原则,以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展,具有信息化、自动化、互动化特征的电网。
“统一”是前提,“坚强”是基础,“智能”是关键。
统一性、坚强网架、智能化的高度融合,决定了电网未来的发展方向。
3,4,阶段性建设目标,4,5,管理,基础,计划,业务,研发,电网调度计划安排精细化手段不足,系统建设管理粗放,不能适应发展要求,基础自动化薄弱,应用水平不高,一体化水平低,制约了系统的发展,研发技术力量分散,难以提升系统水平,现状与问题,5,6,“三华”特高压同步电网,对调度技术支持系统提出了挑战,大范围资源优化配置,大规模新能源接入,日益严峻的信息安全威胁,频发的自然灾害,需求背景,6,7,服务特高压大电网安全运行,数据传输网络化,运行监视全景化,安全评估动态化,源网协调最优化,调度决策精益化,运行控制自动化,智能电网调度技术支持系统,总体目标,7,8,数据传输网络化,运行监视全景化,安全评估动态化,能够通过专用的调度数据网络,实现电网运行信息和生产管理信息的快速、可靠传输以及系统的应急备用,为特高压大电网的安全稳定运行提供可靠的数据通信保障。
从时间、空间、业务等多个层面和多个维度,实现调度生产各环节的全景监视、智能告警,实现电网运行、分析结果的全面整合、数据共享和多角度可视化展示,使电网调度能够全面、快速、准确、直观地掌握电网的运行状况。
能够通过稳态、动态、暂态多角度在线安全分析评估,实现大电网运行的在线安全自动监测、告警、辅助决策和多维多层协调的主动安全防御。
8,9,通过对年度方式、月度检修、日前到实时计划编制与安全校核等核心业务的集中开展和规范化、流程化管理,实现调度决策的精益化、智能化和运行风险的预防预控。
能够在全网AGC、AVC、切机、解列、低频低压减负荷等控制策略统一协调优化的基础上,进行电网频率、电压、潮流、备用等的自动调整和控制,实现大电网的一体化分级协调控制。
能够适应大型可再生能源尤其是风电和太阳能发电的快速发展,实现包括常规电源和新能源的标准化并网、优化调度和灵活快速调控。
机网协调最优化,调度决策精细化,运行控制自动化,9,10,系统四大类应用,10,11,实现调度中心业务系统的横向整合,在线化,精细化,一体化,实用化,11,12,实现满足复杂约束条件的大规模、多目标、多时段、安全经济一体化的调度计划自动优化编制以及稳态、动态、暂态全方位安全稳定校核;通过年度运行方式分析计算、月度检修计划安排、日前到实时调度计划的安排与安全校核等,实现调度计划的精细化和电网运行风险的预防预控。
支撑国、网、省三级联动的调度计划及其安全校核。
从时间、空间、业务等多个维度,实现调度生产各环节的全景监视、智能告警,实现敏锐的全景化前瞻预警、自动的辅助决策和大电网的主动安全防御手段,实现在线跟踪、自动推理的智能告警;实现包括常规电源和新能源的标准化并网、优化调度和灵活调控;实现多级调度的一体化协调控制。
实现多级调度的上下联动和协调运作,形成分布式一体化的智能调度技术支持系统,有效支撑特高压大电网的一体化运行。
完善基础数据,提高对系统运行方式的在线化应用程度,提升次日调度计划编制和安全校核方面的在线应用和实用化水平。
系统运行稳定可靠,系统功能实用、好用。
技术特点,12,13,实时监控与预警类应用是电网实时调度业务的技术支撑,主要实现电网运行监视全景化,安全分析、调整控制前瞻化和智能化,运行评价动态化。
从时间、空间、业务等多个层面和维度,实现电网运行的全方位实时监视、在线故障诊断和智能报警;实时跟踪、分析电网运行变化并进行闭环优化调整和控制;在线分析和评估电网运行风险,及时发布告警、预警信息并提出紧急控制、预防控制策略;在线分析评价电网运行的安全性、经济性、运行控制水平等。
实时监控与预警类应用,13,14,调度计划类应用,调度计划类应用是调度计划编制业务的技术支撑,主要完成多目标、多约束、多时段调度计划的自动编制、优化和分析评估。
提供多种智能决策工具和灵活调整手段,适应不同调度模式要求,实现从年度、月度、日前到日内、实时调度计划的有机衔接和持续动态优化;多目标、多约束、多时段调度计划自动编制和国、网、省三级调度计划的统一协调;可视化分析、评估和展示等。
实现电网运行安全性与经济性的协调统一。
14,15,安全校核类应用,安全校核类应用是调度计划和电网运行操作(临时操作、操作票)安全校核的技术支撑,主要完成多时段调度计划和电网运行操作的安全校核、稳定裕度评估,并提出调整建议。
运用静态安全、暂态稳定、动态稳定、电压稳定分析等多种安全稳定分析手段,适应不同要求,实现对检修计划、发电计划、电网运行操作等进行灵活、全面的安全校核,提出涉及静态安全和稳定问题的调整建议及电网重要断面的稳定裕度。
15,16,调度管理类应用,调度管理类应用是实现电网调度规范化、流程化和一体化管理的技术保障。
主要实现电网调度基础信息的统一维护和管理;主要生产业务的规范化、流程化管理;调度专业和并网电厂的综合管理;电网安全、运行、计划、二次设备等信息的综合分析评估和多视角展示与发布;调度机构内部综合管理等。
16,17,四类应用之间的数据逻辑关系,17,18,备用调度,备用调度,厂站,厂站,国调,省调,网调,国,省,网,生产控制大区,管理信息大区,实现各级调度的纵向贯通,调度数据网络,综合数据网络,分布式,自动化,一体化,信息化,互动化,智能电网调度技术支持系统,18,19,依靠公司科技项目启动研制2008年分布式一体化调度技术支持系统关键技术研究与平台开发2009年智能电网调度技术支持系统试点工程关键技术研究与开发依托智能电网的建设推动工程应用第一批智能电网项目试点;第二批智能电网项目试点;得到国家核高基重大科技专项的支持2010年列入国家核高基重大专项-国产基础软件应用示范项目,科技及试点项目支持,19,20,总体技术路线,大力推动调度技术进步注重提高实用化水平积极开展前瞻性研究,国网省调统一平台(D-5000)地县调统一标准,20,21,调度自动化技术的发展,1970,1980,1990,2000,2010,华北SD176,国调H80-E日立湖北ASEA,四大网VAX/VMS西屋、ESCA,国调、华中等RISC/UNIX西门子、ABB,国调、江苏等CC-2000A/OPEN-3000电科院、南自院,国产应用系统国产机、无OS,引进应用系统通用机、专用OS,引进应用系统通用机、开放OS,国产应用系统通用机、开放OS,四川、国调、华中等D5000国网公司统一开发,国产应用系统、数据库国产多核服务器、安全OS,引进应用系统专用机、专用OS,21,22,项目研究进程,2008年2月,冰灾期间启动新一代调度技术支持系统研究;2008年5月,汶川大地震后两院开发四川备调;2008年12月,四川备调现场验收(D5000-原型版)2009年7月,完成华中测试小系统验收,D5000-V1.0版发布;2009年12月,完成华中项目基本功能,进行系统性测试;2010年3月,完成华中项目专项和全面系统测试;2010年4月,完成D5000-V2.0版,基础平台和基本应用通过验收,华中工程投入试运行;2010年底,第一期试点工程全面投入试运行。
22,23,组织中国电科院和国网电科院及相关单位成立120多人的联合开发组,下设17个工作组,建立国调、中国电科院和国网电科院3个开发环境。
自2008年10月开始,进行了长达18个月的集中开发、测试,形成日联系、周会议和月总结的制度,建立软件版本管理和缺陷管理制度,每周工作6天,每天工作早、中、晚三个单元;成立公司省级及以上调度机构76人参加的6个功能测试组,分别负责各模块的功能规范完善和功能测试工作,建立国调、华北、华东、华中4个测试小系统用5个月的时间完成实际工程运行环境的测试;依托华中试点工程,进行6个月的现场开发、全面测试和实时运行。
自2009年11月以来在实时数据环境下运行,分别组织两次大规模的测试大纲修改和全面测试。
实施了集约化的开发和测试,23,24,电网应用软件(中国电科院、国网电科院、清华等)D5000平台(中国电科院、国网电科院)关系数据库(达梦、金仓、东软、51所)安全操作系统(凝思、麒麟、中标软、红旗)服务器(曙光、联想、浪潮、华为、宝德等)网络设备(华为、华三、中兴、迈普等)时间同步(北斗二代:
华综、国恒智等)地理信息系统GIS(国网电科院、中国测绘科学院、洛斯达等)时间序列数据库(国网电科院、四方公司),组织国内软件和设备厂家联合攻关,24,25,建立了代码质量保证体系,采用专业工具强化软件版本和缺陷管理,组内自测,组内互测,专业代码审查,网省专项测试,测试系统验证,系统验收测试,D5000质量保证全过程测试体系,25,26,根据公司建设统一坚强智能电网工作的总体部署,国调中心组织力量积极开展了智能电网调度环节、发电环节和通信平台相关技术研究和试点项目的前期准备工作。
深化智能电网相关基础性研究,大力推进风电运行控制技术研究,强化技术支持系统实用化工作,组织开展智能电网调度技术支持系统的研究和开发,编制建设统一坚强智能电网相关研究报告,前期工作总体情况,26,27,2008年2月启动广域全景分布式一体化电网调度技术支持系统建设框架2009年8月智能电网调度技术支持系统基础平台和四类应用功能总计75个规范初稿编制完成并通过审查2009年10月智能电网调度技术支持系统建设框架(2009年版)(国家电网调【2009】1162号)发布2009年10月省级及以上智能电网调度技术支持系统总体设计(试行)(调自【2009】319号)发布2009年12月智能电网调度试点项目建设总体方案(调综【2009】400号)发布2010年5月地区智能电网调度技术支持系统应用功能规范作为企标发布,前期进展标准化工作,27,28,基础平台研发,应用功能研发,2009年3月“三华”网调分别牵头实时监控与预警、安全校核、调度计划和调度管理四类应用的试点建设和功能规范的起草,应用功能开始研发。
2008年12月初,正式成立了系统基础平台和基本应用联合开发组。
经过近两年的开发,已完成D-50002.0版的开发和试运行。
2010年4月22日基础平台和基本应用通过了国家国网公司组织的验收,达到国际领先水平,并在华中网调投入试运行。
前期进展系统研发,28,29,2,系统总体结构,3,基础平台与基本应用研发成果,1,系统研制背景,29,30,实时监控预警应用,调度计划应用,安全校核应用,调度管理应用,基础平台,(消息总线、服务总线、实时数据库、关系数据库、模型维护、可视化等),华中试点基本应用,华北试点,华东试点,已经验收范围,基本应用:
前置处理、稳态监控、自动发电控制、状态估计,智能调度技术支持系统总体结构,30,31,系统硬件典型配置结构示意图,31,32,系统推荐配置方案(一区),32,33,层次结构,国产实时数据库,国产关系数据库,国产安全操作系统,OS,库图,消息,智能告警处理电网运行分析自动电压控制电网动态监视,调度员潮流静态安全分析实时调度计划可用输电能力,在线扰动识别稳定分析预警调度辅助决策稳定裕度评估,应用功能,服务,母线负荷预测检修计划发电计划考核与结算水电调度,基础信息管理综合分析评估调度流程卫星云图雷电监测,国产计算机服务器,网络,数据采集,电网监控,消息总线,国产网络设备,计算机,服务总线,实时图形,安全标签、数字证书、横向隔离、纵向认证,安全,AGC,状态估计,公共服务,系统管理,基本管理,工作流,33,34,2023/8/16,34,实时数据库,关系数据库,时序实时库,时序历史库,安全操作系统,实时数据通信总线,消息邮件总线,简单服务总线,动态消息总线,系统管理,安全防护,基于SOA的一体化基础平台,可视化人机界面,34,35,35,完善纵深安全防护体系,二次系统防护策略:
安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证,+,纵深安全防护,POSIX标准接口,GJB安全标准接口,实时控制类应用,调度计划类应用,调度管理类应用,分布式一体化平台D5000安全模块及国产数据库证书和标签管理,认证及加密服务,安全监控和审计,国产多核服务器曙光、联想、浪潮、华为、宝德,国产操作系统、安全内核凝思、麒麟、红旗、中标软,登录注册身份认证关键业务加密签名,安全应用系统,安全支撑平台,安全操作系统,安全硬件设备(安全芯片),+,+,+,纵深安全防护,内部安全标签,调度系统安全标签,35,36,支持三华电网一体化运行,36,37,华中直调厂站,华中6省市,华东直调厂站,华东5省市,华北直调厂站,华北6省市,国调直调厂站,东北西北网调,将各增加19条链路实现数据采集互备,目前采集220KV以上厂站2677座,遥信75601,遥测83209,有力支撑三华实时调度和在线稳定预警,三华电网一体化数据采集,37,38,预期效果,38,39,预期效果,39,40,2,系统总体结构,3,基础平台与基本应用研发成果,1,系统研制背景,40,41,研发内容,系统管理关系数据库管理模型管理实时数据库管理时间序列实时库服务总线消息总线公共服务,人机界面GIS安全防护数据采集与交换电网运行稳态监控AGC状态估计,41,42,系统管理,多机应用状态管理机制支持服务器与工作站多网段配置,42,43,进程管理,支持应用进程的静态和动态注册,支持画面操作及报警,网络管理,与操作系统厂商深度合作,采用多网卡绑定技术,实时性好、负载均衡,切换时间快1S提供网卡故障、切换、流量异常报警,日志管理,与操作系统厂商深度合作,采用syslog机制,实现本地日志管理和网络日志服务器统一管理,时钟管理,采用GPS和北斗双信号源冗余配置服务器内采用NTP网络对时,系统管理
(2),43,44,系统管理(3),支持应用主备状态切换,支持任意节点上应用起停,网卡信息可自动增加,节点状态监视,网络状态监视,应用状态监视,44,45,45,45,性能优化,安全可靠,历史维护,与关系库厂商深度合作,实现了对大于1440个字段表的支持,满足系统按照一分钟间隔存储历史采样的需要。
支持历史数据采样定义及存储的同步一体化维护。
模型维护,对关系库进行封装,可以支持多种国产关系库,实现了模型结构维护和模型数据维护对具体商用库的透明。
与关系库厂商深度合作,实现了主备数据同步和故障切换功能。
与数据库连接异常时写入本地磁盘,数据库故障恢复后,信息自动写入,保证数据不丢失。
与关系库厂商深度合作,采用数组绑定优化技术,实现20万个数据点的分钟级存储,写入时间2S。
关系数据库管理,45,46,电网模型离线维护,46,电网模型离线维护机制和实时运行系统的耦合度低对模型进行静态、动态验证保证了模型数据正确性,提高系统安全性和可靠性,通过模型拼接程序产生的批量模型,修改关系数据库,验证?
修改运行系统相关应用的实时库,流程结束,修改关系库和测试实时库,在关系库中进行模型静态验证,通过?
回退?
修正未通过验证的模型,各类模型验证规则,将模型启用到运行系统相关应用实时库,将关系库和测试态实时库回退到修改前,通过各种编辑工具人工产生的模型,在测试实时库中进行模型动态验证,状态估计拓扑分析,是,否,是,否,是,否,46,47,47,电网模型拼接,采用CIM/E描述电网全模型和工程增量模型,实现了历史、当前、未来模型管理,从CIM/E自动生成数据库、厂站画面、通信索引表。
已实现三华220kV以上电网模型的“源端维护、全局共享”。
47,48,48,实时数据库,实时库设计原则:
基于CIM、面向设备、简化关系、重在效率。
D5000实时数据库规范:
数据表(类)53个,API32个。
48,49,实时数据库
(2),实时库索引机制和算法优化按索引查询效率要提高23个数量级,实现了实时库远程调阅机制,为纵向贯通提供支撑,实时库直接定位技术实时库访问效率将达100万次/秒以上,49,50,实时数据库维护界面DBI(3),统一维护各类应用实时数据库支持远程调阅功能方便用户维护前置转发厂点号,50,51,时间序列实时库,WAMS时间序列实时库支持跨操作系统平台;支持多线程二次开发接口;提供专用工具对数据库进行配置、管理。
WAMS时间序列实时库采用固定时间长度、数据等间隔、下标直接定位机制满足海量动态信息数据的存储、检索要求,事件处理性能达到每秒五百万级。
51,52,简单服务总线(SSB),服务代理,服务代理,服务提供者,简单服务S,服务请求者,动态消息M,粗粒度、松耦合、无状态、效率高,适合实时环境和行业集成。
52,53,建立服务提供者、服务消费者、服务管理中心的整体服务架构。
建立基于面向服务的总体架构,提供服务的注册、请求/应答、订阅/发布、服务的退出原语。
服务原语,基本服务及公共服务,基本服务:
资源定位服务、文件服务、实时数据库服务、关系数据库服务、事件转发服务。
公共服务:
画面、报警、权限、简单邮件、工作流等,应用服务:
状态估计、调度员潮流、安全分析与预警等,应用服务封装,服务总线
(2),53,54,用于实现对远程服务的访问,远程代理,支持客户端的并发访问1000个终端,并发处理,减少实时数据访问的频度,提升性能指标,实时数据缓存处理,与安全标签一体化设计,保证应用服务安全,安全认证,服务总线(3),54,55,55,消息体,消息头,统一定义:
几十类服务,几百个事件,预留扩展。
typedefstructShortlen;/长度Shortseq;/序号Shortservice;/服务Shortevent;/事件MessageHeader;,通用消息头,维护工具:
服务维护事件维护动态注册动态预定,消息总线,消息注册:
messageRegister()发送消息:
messageSend()接收消息:
messageReceive()订阅消息:
messageSubscribe(),消息原语:
ANS.1ANS.O,面向数据,面向对象,编码方式:
55,56,动态管理共享内存应用进程动态注册,为应用进程动态、独立的分配共享内存区域,管理高效。
提供接口原语,应用进程不依赖配置信息,动态加入消息总线,灵活方便。
利用udp组播技术,在系统内的各节点间实现消息传输,提供报文重传机制,保证报文的实时、有效传递。
udp组播技术重传机制,松耦合支持多态,与系统平台中其他功能模块独立、不存在耦合关系消息按域、态和事件频道属性管理,不同态之间的消息独立。
优化设计性能提升,性能提高10倍节点内事件传输达到800M/s节点间事件传输达到170M/s,消息总线
(2),56,57,通过研究分析IEC61850、TASE.2、IEC104、D476-92等通信协议以及抽象通信服务接口,采用面向对象技术和自描述技术,研究开发具有自描述功能的消息报文格式及传输机制(M协议),在信息源侧可自由定义数据类(class)和属性(attribute),可自由定义数据索引表(indextable),在确保实时性的前提下,满足应用开放和互操作要求,将本地局域通信和广域通信有机结合,可以覆盖多种应用层通信协议,能够很好适应未来技术发展。
面向动态对象的自描述消息协议M,57,58,资源定位服务,服务的注册、监视、管理及负载均衡,实现文件创建、修改、查询、同步功能,文件服务,实时数据库访问服务关系数据库访问服务,数据服务,动态数据刷新服务、并发处理、缓存管理,画面服务,公共服务,58,59,59,公共服务告警服务,综合告警服务,告警源,告警历史纪录,稳态监控告警,安全分析告警,稳定分析告警,低频振荡告警,保护动作信号,SOE,厂站事故信号,故障录波数据,故障测距数据,通信链路告警,计算机设备告警,安全防护告警,华北试点,告警方式处理,59,60,公共服务权限服务,方便完备的权限功能管理,丰富灵活的特殊属性管理,体现三权分立、相互制约思想的角色管理,用户的所属功能管理,用户的所属特殊属性管理,用户的所属角色管理,强化了权限管理的配置功能引入了三权分立机制提供可灵活配置的多级多角色权限管理,60,61,61,/例1:
厂站图描述,一体化的图形存储及浏览技术,图形文件交换,远方图形浏览,G语言源于SVG又远高于SVG便于自动生成画面,61,62,62,基于间隔模板的模型自动生成图形,自动关联间隔模板自动布局母线、间隔和出线间隔内设备自动消隐间隔内设备拓扑自动维护,模型导入,生成xml中间文件,数据库,生成间隔模板,图形自动布局,间隔模板实例化,自动生成拓扑,自动关联设备库,62,63,远程调阅,全面支持远程调阅,实现纵向贯通的图形展现与交互,63,64,可视化,应用控制面板与画面动态交互,线路潮流跑动、线路饼图、电压云图、变压器负载、发电机出力3D展示方式,64,65,多主题窗口,65,66,安全防护,针对电力专用规约的选择性加密算法加密速度经测试最高可达800Mbps新研制成功的FPGA硬件加密卡,预期单卡吞吐量可达300Mbps,双卡并行预期可达600Mbps,加密隧道,厂站,加密隧道,安全网关,加密装置,加密隧道,安全网关,防窃听,防篡改,身份认证+访问控制,0011110100100010,66,67,策略表由系统根据排列原理自动生成或由用户制定,多机并列运行,数据采集与交换,67,68,数据采集与交换链路监视、切换、多源数据管理、源码分析,68,69,电网运行稳态监控,全面丰富,完备的基本功能,丰富的工程经验测点、设备、断面、电网全方位多层次监视,安全可靠,细致严密的权限控制齐全的操作日志与告警记录应用无缝切换,智能高效,以面向设备对象和网络模型为核心设计理念拓扑分析、智能计算、智能监视,免(少)维护,方便灵活,模块化设计、参数化配置自编程计算技术,69,70,电网运行稳态监控,70,71,测点,自编程计算问题量测辨识多种量测替代,设备状态监视故障跳闸监视,断面建模运行方式识别分区分类监视,网络拓扑备用监视指标分析,设备,断面,电网,测点,设备,断面,电网,电网运行稳态监控,72,事件记录、反演、分析频率、电压、断面、母线运行分析,电网运行稳态监控事故及运行指标分析,73,AGC,最新规范支持,基于智能电网功能规范设计开发遵循电网联络线功率控制技术规范功能要求,运行稳定可靠,技术优势领先,一体化平台开发,丰富的人机展现,“模型维护”和“实时运行”任务的分离“核心控制”与“考核管理”逻辑的分离,继承多年工程实践及算法研究,继续丰富和提升功能多区域、多目标控制功能,可在线调整机组的控制目标提供完善的发电机组分组、优先级排序及协调控制策略,充分利用D-5000平台提供的各项服务及接口优化代码设计、降低资源占用丰富的性能统计,灵活存储、重算及查询,清晰的布局分类,按照调度和自动化不同的业务需求整合按照数据流向设计画面关联,操作灵活模型维护和在线运行提供了极为丰富的告警及提示信息,73,74,AGC,74,75,AGC,按调度和自动化分类整合,多目标、分组及优先级设置的在线灵活调整,针对区域和机组,可快速查看和设置其详细信息,丰富的在线提示信息,协助运行人员分析,可视化技术的引入,控制策略的动态展现,模型维护的校核,提供详细的验证信息,保障安全,75,76,多区域状态估计事件触发及服务封装细化考核指标,状态估计,76,77,77,系统整体通过了24倍正常负荷的极限测试;安全加密模块吞吐量可达800Mb/s,接近千兆线速;服务总线支持超过1000个客户端的连接访问;数据采集单任务支持1000条链路的并发连接实时库按关键字读取效率可达到50万次/秒以上,按名称读取的效率达到17万次/秒以上;告警服务每秒钟可处理6000个以上的电网事件;历史数据采样支持超过20万个量测数据的分钟级的周期存储,耗时小
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