调度大屏输电网潮流图自动生成_三_作业流程及系统开发

调度大屏输电网潮流图自动生成

(三)作业流程及系统开发

章坚民1

,谷　炜2

,占震滨2

,郭　峰2

,张自聪1

,王　云

1

(1.杭州电子科技大学,浙江省杭州市310018;2.浙江电力调度通信中心,浙江省杭州市310007)

摘要:首先提出了电网主设备生命周期中规划、基建、运行/改造、退役4个状态下的输电网潮流图

的4种形态即历史态、现行态、近期态和未来态。设定基于近期态或基于本生产年度的电网信息所自动生成的输电网潮流图为调度大屏使用,可提供一定时期内稳定的布局和走线图形,使调度人员保持了对大屏图形的熟悉程度,有利于调度人员的调度业务。为使潮流图自动生成系统成为智能调度管理自动化中必备的作业系统,提出了自动化程度高的集成方案及作业流程。针对潮流图的每种状态,定义了4种类型的图纸即地理接线图、布局图、布线图、实时图,后3类图纸按照供区或地区划分。讨论了系统功能及接口关键技术。与所述系列论文的前2篇一起提供了调度大屏输电网潮流图自动生成完整的解决方案。系统在浙江省调度中心已得到了实际应用,为实现智能调度自动化提供了条件。

关键词:生命周期;输电网;潮流图;调度大屏;图形自动生成;作业流程;系统集成;智能调度自动化

收稿日期:2009-09-12。

0　引言

调度大屏输电网潮流图是数据采集与监视控制(SCA DA )系统或能量管理系统(EMS )的核心应用展现。清晰、美观、均匀、潮流方向清楚、尽可能不出现线路交叉或过长等现象的潮流图将大大提高调度人员对电网运行情况的熟悉和认知水平,便于调度人员快速掌握电网拓扑结构特性和各种电网实时信息,并有效进行信息联想和溯源,以利于调度的快速准确判断和分析,提高调度效率。

输电网潮流图涉及的主要元件(变电站、线路等)的生命周期包括规划、基建、运行/改造、退役等4个状态,同时,EM S /SCADA 系统也随着电网工程的进展而变动。因此,由于调度大屏变动频繁,需要一个专门的图形自动制作及数据配置系统;为保持调度人员对调度大屏图形的熟悉程度,保持一定时期内图形中电网结构及变电站位置、线路布线基本不变也很重要;伴随着主设备的生命周期,输电网也呈现未来、近期、实际、历史等多种形态,需要形成相应的潮流图,为精细化电网规划、运行、调度提供决策依据。

因此,研制调度大屏输电网潮流图自动生成系统,首先要考虑与其他系统的充分集成,使其成为一个自动化程度高的专业系统,更重要的是形成有序

的图形生成作业流程,使“调度大屏输电网潮流图自动生成系统”或应用更为广泛的“输电网潮流图自动生成及发布系统”(以下简称潮流图自动生成系统)成为调度自动化乃至智能调度综合管理系统必备的作业系统。

文献[1-2]给出了调度大屏输电网潮流图自动布局、自动布线的核心算法,在此基础上,本文将讨论系统的关键设计理念、作业流程及与其他系统集成的关键技术。

1　输电网潮流图的特性

1.1　输电网潮流图主设备状态

电网主设备(输电网潮流图设计中特指变电站和线路)有以下4种状态:

1)运行/改造态:是指已投产并可正常运行的变电站和线路。改造态与运行态合并,是由于改造一般都会涉及到原来运行的变电站或线路。对于被改造的线路或扩建线路间隔均应有停役时间、改造预期投产和实际投产日期。检修态纳入运行态,由检修标志牌标识。

2)基建态:是指在建但未竣工投产的变电站和线路,有基建预期投产日期和实际投产日期。

3)规划态:是指经规划报告批准的变电站和线路,有规划投产日期。

4)报废或退役态:是指已批准且退役或报废的变电站或线路。

—

64—第34卷　第2期2010年1月25日Vo l .34　N o .2Jan .25,2010

输电网各种状态的主设备之间的关系如图1所示

。

图1　各种状态的变电站、线路及相互关系和状态机Fig .1　Relationship between substation and lines

in dif ferent states and state machine

规划态线路只能属于规划态或运行态(扩建)的变电站;基建态线路只能属于基建态或运行/改造态的变电站;运行态的线路只能属于运行态的变电站;报废/退役态的线路属于报废态的变电站。主设备的状态转移见图1,变电站及线路的状态机即其改变规则只能是规划转基建、基建转运行、运行转报废。1.2　输电网潮流图形态

当变电站和线路按照4个状态设计后,可以自动生成以下4种具有实用价值的图纸:

1)现行态电网图:由目前投产运行/改造态(含各种停役原因)的变电站和线路组成。

2)未来态电网图:由未来某一时间包括基建态和规划态预期完成后,当前运行/改造态的变电站和线路共同组成。

3)历史态电网图:由历史上某一时期后才报废/退役的变电站和线路和当前运行态的变电站和线路共同组成。

4)近期态(本生产年度)电网图:主要作用是保持潮流图图形的相对稳定性。每年适当时候如在本生产年度基建、规划等计划报告确定后,进行潮流图的制作,对一些在本生产年度将投运的变电站及线路,进行预先空间、位置、走线的流白,随着设备投运后再进行显示。每年可以安排1次或2次此类图形重新制作。

以上4种图纸形态中,最重要的是未来态、近期态、历史态3种图纸。近期态的图纸随着基建、改造的完成,完全可以覆盖现行态的电网图,且能保持一

定时期内图形的相对稳定性,将作为调度大屏上屏

使用。1.3　区域图形划分

按供区和地区进行区域图形划分。输电网供区是以枢纽变电站(群)为中心的变电站及线路划分,供区间没有电气联络,或以一般不并列运行的空充线作为供区间的联络线;供区内部变电站之间存在密集的电能交换,而供区之间一般不存在电能交换。供区发生变化表明电网发生重大结构变化,必须按新的供区对电网重新布局布线。以供区划分的输电网潮流图是调度人员使用的主要图形;按地区划分的输电网潮流图,主要满足调度人员与地区管理调度机构协调使用。

2　系统构成及与其他系统的集成

调度大屏用输电网潮流图制作涉及的数据包括变电站、线路、断路器3类主设备的简要数据,即其设备命名(或编码)、名称及3类主设备间的连接关系或所属关系,还包括潮流图各状态量、潮流量在EM S /SCADA 系统的实时测量标签。其核心功能就是自动计算得到不同形态的图纸,输出一定格式的图纸给调度大屏显示系统进行加工后在大屏上展现,同时对外发布各种形态的图纸,供其他系统使用。

详细的系统集成方案如图2所示,图中有圆圈的直线连接的是数据接口

。

图2　输电网潮流图自动生成系统内部结构及

与其他系统的关系

Fig .2　Inner structure of transmission power f low

diagram auto matic generation system and

its relationship with other systems

—

65—·研制与开发·　章坚民,等　调度大屏输电网潮流图自动生成:(三)作业流程及系统开发

输电网潮流图自动生成系统需要从相应的管理信息系统(M IS)获取规划、基建、运行/改造、检修、退役等电网相关主设备的基本信息和状态;还需要从EMS/SCADA系统获取现行系统相关一次、二次系统以及一次与二次系统之间关系等信息。这些数据导入或刷新本系统的私有数据库。图形自动生成算法将计算获取4种形态的输电网潮流图纸。

近期态图纸不仅包含所有现行电网的一次、二次信息和主设备布局、布线等位置信息,也给近期将陆续投产的变电站、线路均预留了位置和走线,因此以此作为调度大屏现行系统的实时显示使用,将保持图纸一定时期内的稳定。当规划、基建、改造的变电站及线路投产,并且EMS/SCADA系统均配置完成后,只要激活相应的变电站及线路,并配置二次信息即可,新图纸制作工作量也因此大大减少。

如果电网规划、基建、运行/改造均建立了基于统一模型或设备信息的信息系统,则潮流图自动生成系统完全可以成为一个仅需要选择制图类型进行制图计算的系统。但是许多电力公司并没有建立覆盖电网设备生命全周期的M IS,尤其是规划、基建阶段。因此,需要建立电网主设备资料、关系及状态信息维护模块,根据电力公司适时发布的规划、基建等报告进行相关数据录入或状态更新。

3　作业流程设计

浙江调度大屏的图形显示系统将输入的符合一定规则的可缩放矢量图形(SVG)格式的电网潮流图加工成专用图片形式。同时,变电站或线路新建、改造竣工后,EM S/SCADA系统将首先进行其电网资源的修改、SCADA配置,工作结束后,可以输出电网资源及SCA DA二次信息的公共信息模型(CIM)与数据。因此,本系统的运行流程如下:

1)通过EMS/SCADA系统获取电网资源CIM,在本系统私有数据库上建立现行电网的相关数据;根据与EMS/SCADA系统完全一致即现行态的数据制作电网的现行态图形。

2)当年度规划及基建报告被批准后,在本系统录入新建变电站和线路的资料;数据库中的变电站和线路均有规划、基建、运行/改造、退役等4个状态,并有相应预期投运与实际投运日期字段。根据变电站及线路的状态、预期投运和实际投运日期,可以按照给定日期,绘制出截至该日期的过去、未来的电网图形。

3)每年按照设定的日期,一般是本生产年度规划及基建报告确定后,进行1次或多次截至本生产年度结束日期的电网单线图的布局生成计算。生成的目前未投运但在本生产年度内预期投运的变电站及线路,将预先占据布局位置和线路走线,但在变电站或线路未正式竣工前,潮流图将不显示这些变电站及线路。

4)一旦变电站、线路或EM S/SCADA系统发生变化,将从EM S/SCADA系统中导出CIM/XM L 格式的电网全模型与数据,导入到本系统;经与本系统数据库进行对比,改变变电站、线路属性。当本系统数据与导入的XM L数据不一致时,将提供数据校核,确保本系统的数据库数据正确,在此基础上,进行潮流图的重新布线计算。此时,一些规划或基建态变电站或线路将转为运行态,在生成的潮流图中显示出来。

5)在系统布局布线计算后的数据基础上,自动生成的基于本生产年度即近期态电网信息且符合调度大屏显示系统规格要求的SVG格式文本,并将其传输到调度大屏系统相应的磁盘文件目录下;调度大屏显示系统将该文件进行加工,自动生成其显示用的图形文件,并刷新大屏。至此,一次大屏潮流图形更新流程结束。

本系统自动生成发布历史态、现行态、近期态、未来态的电网单线图或潮流图,可满足不同专业的应用需要。

附录A图A1给出了本系统的启动条件和作业流程:

1)系统建立。从EMS导出电网静态、动态数据,建立与电网一致的图形。

2)供区/地区调整。修改变电站的供区/地区属性,重新建立与系统一致的图形。

3)年度规划/基建/改造报告完成。增加未来新增变电站/线路记录,修改现有变电站/线路的状态属性,建立基于电网现状的未来指定年月的电网布局。

4)规划/基建/改造态的变电站/线路转为运行态或变电站、线路退役,以及EM S/SCADA系统完成相应工作。从EMS导出增量或变动的一次、二次数据,建立与电网一致的图形。

5)供区/变电站/线路命名变动。直接在图纸上进行一次系统命名相关属性的更新。

6)EMS/SCADA测量系统变动。从EM S/ SCADA系统中导出相关二次测量,对图纸中二次系统相关属性进行更新。

4　系统功能设计

系统功能如图3所示。

—

66

—

2010,34(2)　

图3　系统功能

Fig.3　System functions

系统主要包括以下功能。

1)图纸分类与查询

针对每个潮流图形态,图纸可进一步划分为4类,即电网地理接线示意图、调度大屏用布局图、布线图、实时数据图,并按不同类型图纸定义,如附录A表A1所示。

2)图纸生成

图纸生成按照附录A表A1图纸类型总表划分为:①现行态图,即数据库中投运时间大于系统投运时间的厂站、线路组成的电网;②近期(当年)态图,要求输入近期的截止日期,则所有投运时间非空,或投运时间为空但基建、规划投产时间小于输入日期的厂站、线路组成的电网;③未来态图,要求输入未来的截止日期,则所有投运时间非空,或者计划竣工时间非空且小于输入日期的厂站、线路组成的电网;

④历史态图形,则是现行态图形的历史记录。

进行选择、显示,若已经生成SVG,则直接调用进行显示;若没有生成,则按照数据库重新生成。

3)数据管理

数据管理主要提供相关电力系统资源的数据增加、修改、删除等操作,包括地区、供区、变电站(含电厂)、线路、断路器、实时信息配置维护等。

4)系统管理

系统管理包括操作员及权限分配设置、操作日志查询等。

由于篇幅限制,其他功能不一一叙述。

5　系统集成及数据接口

5.1　目标SVG模板

浙江调度大屏显示采用基于CIM/SVG的图形模板[3],在此基础上加工成相应图片,以适应大屏显示系统并提高图形响应速度。因此,在大屏上应用本系统能够自动生成符合该SVG模板的XM L/ SVG图形。

5.2　EMS/SCADA系统CIM及数据导出

目前由浙江省调的EMS/SCADA系统可以导出CIM/XM L全模型[3-5],包括电网一次设备和二次系统,以及一次与二次的关系。

文档对象模型(DCM)分析器和XM L简单应用程序接口(SAX)可用于解读XM L,但均存在明显的缺点[4]。采用Java平台的dom4j来实现对XM L文件的解析,从CIM/XM L模型中提取相关数据。图4所示为该接口的实现流程

。

图4　C IM及数据导入流程

Fig.4　Import flow of CIM and its data

由于潮流图只需要变电站、线路、线路断路器等主设备以及连接关系和对应测量量,而全模型中所有设备和测量量通过设备端口号及拓扑信息相关联。CIM及数据的导出有以下特点:

1)主设备关联寻找:线路有2个端口号,具有所连接的变电站资源码;通过线路端口号,找到它的节点资源号,再找到该节点对应的刀闸;通过该刀闸的另一个端口号,找到刀闸的节点资源,再找到该节点对应的断路器。

2)图上显示的状态量、测量量、计算量标签寻找:测量数据定义在设备端口上,在CIM中以命名(cim:https://www.360docs.net/doc/f19383492.html,)进行区别,因此要么预先可确定CIM的命名规则,否则将相关设备端口的测量量全部导入到本系统的私有数据库再进行列表选择。

3)与本系统数据不一致时的处理:在每次读出EM S/SCADA系统的CIM/XM L文档并解释后,先写入目标列,与本系统已有的数据进行对比,对出现的不一致的差异数据项要进行确认。

5.3　其他

由于目前无电网规划、基建的数据,因此通过本系统的维护界面进行数据录入或状态修改。

6　结语

本文提出了输电网潮流图的4种图纸形态及定义,并阐述了调度大屏输电网潮流图自动生成系统的功能、作业流程、接口等设计,与文献[1-2]组成了完整的解决方案。系统生成的图形基于SVG格式,可直接调用,与实时系统接口后,也可实现图形化电网实时展现[6]。系统在浙江省调度中心已得到了实际应用,达到了预期的效果(如附录A图A2所示),为以后实现智能调度自动化提供了条件。

附录见本刊网络版(http://w w w.aeps-info.

—

67

—

·研制与开发·　章坚民,等　调度大屏输电网潮流图自动生成:(三)作业流程及系统开发

com/aeps/ch/index.aspx)。

参考文献

[1]章坚民,王云,谷炜,等.调度大屏输电网潮流图自动生成:(一)

自动布局.电力系统自动化,2009,33(24):43-48.

ZHANG Jianmin,W ANG Yu n,GU W ei,et al.Au tomatic generation of transmis sion netw ork sing le-line pow er flow diagram for dispatching large screen display:Part on e automatic layout.Automation of Electric Pow er Systems, 2009,33(24):43-48.

[2]章坚民,张自聪,郭锋,等.调度大屏输电网潮流图自动生成:

(二)自动布线.电力系统自动化,2010,34(1):36-40.

ZHANG Jianmin,ZH ANG Zicong,GUO Feng,et al.

Automatic generation of transmission netw ork single-line power flow diagram for dispatching large s creen display:Part tw o automatic routing.Autom ation of E lectric Pow er Systems, 2010,34(1):36-40.

[3]李亚平,姚建国,黄海峰,等.S VG技术在电网调度自动化系统

中的应用.电力系统自动化,2005,29(23):80-82.

LI Yaping,YAO Jianguo,H UANG Haifeng,et al.Application of S VG in dispatching au tom ation sys tem of pow er netw ork.

Automation of E lectric Pow er Sy stems,2005,29(23):80-82.

[4]董越,孙宏斌,吴文传,等.EM S中公共信息模型导入/导出技

术.电力系统自动化,2002,26(3):10-14.

DONG Yu e,S UN Hongbin,W U Wenchuan,et al.Import/ export tech nique based on comm on information m odel(CIM)in EM S.Automation of E lectric Pow er S ystem s,2002,26(3): 10-14.

[5]邵立冬,吴文传,张伯明,等.基于CIM的EM S/DM S图形支撑

平台的设计和实现.电力系统自动化,2003,27(20):11-15.

S H AO Lidong,W U W enchuan,ZHANG Boming,et al.A

C IM-based interactive g raphics sys tem for EM S/DM S.

Autom ation of Electric Power System s,2003,27(20):11-15.

[6]章坚民,盛继光,金乃正,等.电网故障信息系统中可伸缩向量图

形系统的设计与实现.电网技术,2007,31(19):74-78.

ZH ANG Jianmin,S HENG Jiguang,JIN Naiz hen g,et al.

Design and im plem entation of SVG graphic sys tem in pow er g rid fault information sy stem.Pow er S ystem Technology,2007, 31(19):74-78.

章坚民(1962—),男,通信作者,教授,主要研究方向:电力自动化与信息化系统建模。E-mail:zhang jm@https://www.360docs.net/doc/f19383492.html, 谷　炜(1976—),男,工程师,主要研究方向:电网调度运行与管理。

占震滨(1975—),男,硕士,工程师,主要研究方向:电网调度自动化管理。

Automatic Generation of Transmission Network Single-line Power Flow Diagram for

Dispatching Large Screen Display

Part Three　Work Flow and System Development

Z H AN G J ianmin1,GU Wei2,Z H AN Z henbin2,GUO Feng2,Z H A N G Z icong1,WA N G Y un1

(1.H ang zho u Dianzi Univ ersity,H ang zho u310018,China;

2.Zhejia ng Pow er Dispa tching and Co mmunication Center,H ang zhou310007,China)

A bstract:Fo ur states of tr ansmissio n netwo rk single-line pow er flow diag ram,such as historic,pre sent,near future,future, are put fo rw ard in acco rdance w ith four sta te s in life cycle:planning,constructio n,ope ratio n/refurbishment a nd retirement o f main equipments in electric pow er g rid.T he automa tic g ener ated transmissio n ne tw o rk sing le-line powe r flow diagr am based on informa tion of pow er g rid in nea r f uture state o r covering present annual business plan,is recommended fo r real dispa tching lar ge screen use,w hich can prov ide a steady st ruc ture o f po we r g rid lay out and routing in cer tain period,which is in favo r o f keeping o f familia r with lar ge screen diagr am for dispatche rs and helping their dispatching business.I n o rder to prov ide a necessa ry o pe rating sy stem fo r intelligent dispatch auto mation system,an integr ation scheme and an o per ation procedure,with a g reat deg ree o f automation,are a lso sug gested.F our ty pes o f diag ram for each states of pow er flow diag ram,a re defined such as:geo g raphic info rmation based connection,lay out,routing and real-time integ rated,in which the la tte r three item s will ag ain be divided acco rding to its pre-lay out depending o n supply area o r district.T he system functio ns and key techniques of data impor t interface are also discussed.T his paper with references[1-2]pro vides a to tal so lutio n fo r auto matic g ener ation o f transmission ne two rk sing le-line po we r flow diagr am for dispatching larg e screen display.T he system has bee n applied to Z hejiang pow er dispatching center and prov ides co nditio ns fo r achieving intellig ent dispatch automa tion.

Key words:life cycle;t ransmissio n netw or k;po we r flo w diag ram;dispatching larg e scr een;auto matic genera tion of diag ram; operatio n pr ocedure;sy stem integ ratio n;intellige nt dispatching

—

68

—

2010,34(2)