東方電子股份有限公司 李勝利 任軍
為適應(yīng)電力體制改革和建設(shè)智能電網(wǎng)的發(fā)展需要,確保省級(jí)電網(wǎng)和并網(wǎng)發(fā)電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行,依據(jù)國(guó)家電監(jiān)會(huì)相關(guān)工作方案的要求,需要建設(shè)全新的管理考核系統(tǒng)對(duì)電廠并網(wǎng)運(yùn)行及管理情況進(jìn)行考核。建立的管理考核系統(tǒng)不僅要解決當(dāng)前電廠考核的實(shí)際需求,更需要注重建立一個(gè)開(kāi)放的、可擴(kuò)展的管理考核系統(tǒng)平臺(tái),以滿足將來(lái)考核類型的擴(kuò)展和考核細(xì)則的完善。
本文遵循電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則和國(guó)家規(guī)范,利用人工智能原理、解決J2EE和構(gòu)件技術(shù)建設(shè)系統(tǒng),設(shè)計(jì)電廠運(yùn)行管理考核系統(tǒng)的功能模塊和業(yè)務(wù)流程、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等解決方案,解決系統(tǒng)性能及安全性和擴(kuò)展性等實(shí)際應(yīng)用中遇到的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了功能完善、適合應(yīng)用的電廠運(yùn)行管理考核系統(tǒng),能夠促進(jìn)電廠節(jié)能降耗和電網(wǎng)安全智能運(yùn)營(yíng),提高社會(huì)綜合經(jīng)濟(jì)效益。
電廠運(yùn)行管理考核系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求和實(shí)現(xiàn)功能主要包括:①注冊(cè)數(shù)據(jù)管理,管理電廠機(jī)組等系統(tǒng)注冊(cè)參數(shù);②考核流程管理,啟動(dòng)月度考核,監(jiān)視考核執(zhí)行情況;③考核參數(shù)設(shè)置,設(shè)置各電廠參與的考核類型、考核獎(jiǎng)懲電量比例和考核范圍;④免考核管理,設(shè)置電廠和機(jī)組免考核時(shí)間范圍和免考核原因;⑤電廠申報(bào),電廠申報(bào)各類注冊(cè)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)和考核爭(zhēng)議;⑥申報(bào)審批,審批各電廠的考核申報(bào)參數(shù);⑦運(yùn)行管理考核,執(zhí)行各項(xiàng)考核計(jì)算,分類統(tǒng)計(jì)考核結(jié)果;⑧考核補(bǔ)償,執(zhí)行各項(xiàng)考核補(bǔ)償計(jì)算,分類統(tǒng)計(jì)考核補(bǔ)償結(jié)果;⑨信息發(fā)布,向電廠發(fā)布各類注冊(cè)信息和考核信息;⑩綜合信息平臺(tái),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)接口從各系統(tǒng)獲取考核數(shù)據(jù),并提供報(bào)表、數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)訪問(wèn)、權(quán)限管理、日志服務(wù)和告警服務(wù)等公共底層支撐。
電廠運(yùn)行管理考核系統(tǒng)所考核的各種性能指標(biāo)均同時(shí)具備手工填報(bào)、確認(rèn)和自動(dòng)填報(bào)兩種模式。對(duì)于優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)、OMS、DSMIS等需要改造升級(jí)才能與管理考核系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)接口的考核內(nèi)容,暫時(shí)采用人工手動(dòng)填報(bào)的方式完成考核,待相關(guān)系統(tǒng)改造完成后,管理考核系統(tǒng)通過(guò)綜合信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)與這些系統(tǒng)的無(wú)縫連接,可在無(wú)需人工干預(yù)的條件下,自動(dòng)完成考核功能。
以月度為考核周期,電廠運(yùn)行管理考核系統(tǒng)首先設(shè)置各類考核參數(shù),并啟動(dòng)考核流程,同時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)接口服務(wù),從各個(gè)接口系統(tǒng)獲取用于考核的最新數(shù)據(jù)。管理考核系統(tǒng)將考核啟動(dòng)信息發(fā)送到OMS系統(tǒng),由OMS系統(tǒng)的流程管理自動(dòng)生成各個(gè)考核流程,提醒各部門開(kāi)展職責(zé)范圍內(nèi)的各項(xiàng)考核。
各部門接到考核流程提醒后,登錄電廠運(yùn)行管理考核系統(tǒng),執(zhí)行各項(xiàng)考核,考核完成后自動(dòng)匯總到電廠運(yùn)行管理考核系統(tǒng)總體負(fù)責(zé)部門,由總體負(fù)責(zé)部分確認(rèn)通過(guò)后報(bào)送公司審批,并將審批通過(guò)的預(yù)考核結(jié)果發(fā)布給各個(gè)電廠。
電廠接到考核結(jié)果后,校驗(yàn)相關(guān)各項(xiàng)考核的正確性,如果考核有誤,提交考核爭(zhēng)議申請(qǐng)。如果考核無(wú)誤,則提交考核確認(rèn)信息。
根據(jù)電廠提交的爭(zhēng)議申請(qǐng),重新進(jìn)行考核計(jì)算,并將考核結(jié)果向各電廠發(fā)布,然后考核結(jié)果進(jìn)入結(jié)算。
運(yùn)行管理考核采用的算法模型與電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則關(guān)聯(lián)密切,本系統(tǒng)采用的模型主要包括:
1)日發(fā)電計(jì)劃曲線:發(fā)電計(jì)劃值按線性插值法確定:
式中, iP為96點(diǎn)計(jì)劃曲線上第i個(gè)15分鐘整點(diǎn)的發(fā)電出力; nP為96點(diǎn)計(jì)劃曲線上某15分鐘整點(diǎn)的發(fā)電出力,Pn+1為96點(diǎn)計(jì)劃曲線上下一15分鐘整點(diǎn)的發(fā)電出力,i取值為0~179。
2)電廠申報(bào)確認(rèn)后的日考核電量為:
式中,Q調(diào)峰為考核電量; maxP 為機(jī)組銘牌出力上限(兆瓦)為機(jī)組申報(bào)出力上限(兆瓦); minP為機(jī)組基本調(diào)峰能力下限(兆瓦)為機(jī)組申報(bào)出力下限(兆瓦)考核為1小時(shí);為基本調(diào)峰的考核系數(shù)。
3)并網(wǎng)發(fā)電廠月度結(jié)算費(fèi)用為:
為完成電廠并網(wǎng)運(yùn)行信息的集中管理和考核、電廠與省調(diào)的信息交換,系統(tǒng)采用100/1000M的雙以太網(wǎng)冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),主要節(jié)點(diǎn)為冗余配置,支持Internet/Intranet多層應(yīng)用架構(gòu)(Multi-tier Application Architecture)和瀏覽器/服務(wù)器(B/S)體系結(jié)構(gòu),同時(shí)配置VPN防火墻提高系統(tǒng)安全性。
電廠運(yùn)行管理考核系統(tǒng)建設(shè)在安全I(xiàn)II區(qū),從位于Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的SCADA/EMS、AGC、AVC、WAMS、綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)以及位于Ⅲ區(qū)的OMS和DSMIS等系統(tǒng)獲取各類考核數(shù)據(jù)。然后依據(jù)運(yùn)營(yíng)規(guī)則對(duì)各類考核內(nèi)容進(jìn)行分類加工。最后向省經(jīng)委、電監(jiān)會(huì)、電網(wǎng)公司各職能部門和各省調(diào)電廠公布考核和補(bǔ)償結(jié)果。
為減少不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換量,Ⅰ、Ⅱ區(qū)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)(如SCADA,EMS、AGC、AVC、WAMS和優(yōu)化調(diào)度等)應(yīng)在各自系統(tǒng)內(nèi)計(jì)算出考核和補(bǔ)償所需的有關(guān)性能指標(biāo),然后再將這些考核數(shù)據(jù)和補(bǔ)償指標(biāo)以及加工這些結(jié)果所必需的其他輔助信息通過(guò)位于Ⅱ區(qū)的綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)經(jīng)單向隔離裝置傳送至位于Ⅲ區(qū)的管理考核系統(tǒng)。
系統(tǒng)建設(shè)的階段性、復(fù)雜性及擴(kuò)展性客觀上要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分布式構(gòu)件技術(shù),系統(tǒng)功能由網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)的許多硬件和軟件共同協(xié)調(diào)完成,任何設(shè)備的替換和升級(jí)對(duì)依賴于其的應(yīng)用子系統(tǒng)是完全透明的,具有很好的靈活性和適應(yīng)性,可靈活滿足系統(tǒng)的維護(hù)、擴(kuò)容和升級(jí)要求。J2EE支持分布式構(gòu)件技術(shù),通過(guò)分析多模式系統(tǒng)的核心功能,借鑒基于J2EE開(kāi)發(fā)管理信息系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn),采用構(gòu)件耦合方法,合理進(jìn)行軟件重用。開(kāi)發(fā)的電廠運(yùn)行管理考核系統(tǒng)有效地靈活支持電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)模式。系統(tǒng)采用三層體系結(jié)構(gòu),如圖1所示。
展現(xiàn)層:實(shí)現(xiàn)通過(guò)安全認(rèn)證的用戶進(jìn)行信息交互,提供統(tǒng)一的內(nèi)容訪問(wèn)控制。根據(jù)系統(tǒng)賦予的不同權(quán)限實(shí)現(xiàn)各個(gè)考核業(yè)務(wù)應(yīng)用訪問(wèn),提供集成化的服務(wù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)申報(bào)、信息查詢和報(bào)表展示。
應(yīng)用服務(wù)層:是系統(tǒng)的核心組成部分,根據(jù)Web Server發(fā)送的請(qǐng)求進(jìn)行分時(shí)、分類部署構(gòu)件,調(diào)用JavaBean/EJB構(gòu)件、從Database Server請(qǐng)求數(shù)據(jù)。其包含的Web Server響應(yīng)用戶的各種請(qǐng)求,并將相應(yīng)的請(qǐng)示經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后送到應(yīng)用服務(wù)層的各應(yīng)用構(gòu)件進(jìn)行處理,得到處理結(jié)果后再將結(jié)果返回到用戶表現(xiàn)層。
數(shù)據(jù)層:存儲(chǔ)系統(tǒng)所有的數(shù)據(jù),可以分階段進(jìn)行數(shù)據(jù)備份以免因不可控因素丟失數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)用服務(wù)層進(jìn)行計(jì)算和處理時(shí)所需的數(shù)據(jù)請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)并返回結(jié)果,服務(wù)之間通過(guò)簡(jiǎn)單、精確定義的接口進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)整合和管理。
本文應(yīng)用J2EE技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用功能,實(shí)現(xiàn)構(gòu)件間相互調(diào)用和協(xié)調(diào)、通信和協(xié)作,有效保障事務(wù)邏輯和組件的重用性;基于構(gòu)件模型庫(kù)來(lái)規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)器構(gòu)件,提高系統(tǒng)重用性,減輕開(kāi)發(fā)工作量;利用WEB服務(wù)和安全服務(wù)技術(shù)提高系統(tǒng)的運(yùn)行性能和系統(tǒng)可靠性,保證系統(tǒng)性能和質(zhì)量。
J2EE提供了支持多層應(yīng)用的開(kāi)發(fā)技術(shù),如事務(wù)處理服務(wù)(JTS)和事務(wù)處理API(JTA),適合本系統(tǒng)要求的高效計(jì)算性能和數(shù)據(jù)分析能力。在實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)分析與考核等業(yè)務(wù)功能時(shí),經(jīng)常遇到嵌套式事務(wù),EJB規(guī)范的嵌套式事務(wù)模型可以允許操作單元中嵌入原子操作單元,被嵌入的操作單元可以發(fā)生回退,而不影響整個(gè)事務(wù)的執(zhí)行效果。
為完成各電廠運(yùn)行信息的集中管理、分析和執(zhí)行考核、以及電廠與電力調(diào)度中心的信息交換,系統(tǒng)采用事務(wù)JTA、命名與目錄服務(wù)JNDI、遠(yuǎn)程方法調(diào)用RMI、企業(yè)JavaBean/EJB、消息服務(wù)JMS等技術(shù),完全實(shí)現(xiàn)零客戶端的運(yùn)行方式。調(diào)度中心可得到電廠申報(bào)的檢修計(jì)劃、申報(bào)發(fā)電量和實(shí)時(shí)發(fā)電量等數(shù)據(jù),電廠也能訪問(wèn)調(diào)度中心發(fā)布的相關(guān)信息,實(shí)現(xiàn)電廠與調(diào)度中心的信息交互。
綜合信息平臺(tái)是建設(shè)管理考核系統(tǒng)的基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整合和集成業(yè)務(wù)信息,以企業(yè)應(yīng)用集成總線ESB方式提供數(shù)據(jù)模型,而無(wú)需進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)轉(zhuǎn)換;基于公共模式的集成數(shù)據(jù)模型有助于減少數(shù)據(jù)重復(fù),而且參與集成運(yùn)行的應(yīng)用可以同時(shí)知道數(shù)據(jù)變化。平臺(tái)提供靈活的模式定義工具,用戶可自定義一些特殊數(shù)據(jù)模式。分布式計(jì)算環(huán)境下的多層客戶/服務(wù)器模式、跨平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)透明通信框架的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了以軟總線集成,有效解決了SCADA/EMS、OMS等與管理考核系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)接口的難題。
圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
綜合信息平臺(tái)不同于所謂的“數(shù)據(jù)平臺(tái)”,數(shù)據(jù)平臺(tái)重點(diǎn)在于采用統(tǒng)一的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理,能提供規(guī)范的數(shù)據(jù)接口,簡(jiǎn)單的查詢統(tǒng)計(jì)工具。而綜合信息平臺(tái)的建立,除了要包含數(shù)據(jù)平臺(tái)的功能外,還要做到數(shù)據(jù)信息上的整合。從整體綜合規(guī)劃數(shù)據(jù)信息,結(jié)合業(yè)務(wù)需求,使用面向服務(wù)的方法建立信息模型、業(yè)務(wù)知識(shí)模型和服務(wù)模型,把數(shù)據(jù)和應(yīng)用結(jié)合到一起,方便地解決信息的交流問(wèn)題,完成信息發(fā)布、信息搜索、知識(shí)抽取和應(yīng)用集成。
為了保證運(yùn)算模型并行計(jì)算的性能效率,提高分析和決策模型運(yùn)算結(jié)果的可靠性,本系統(tǒng)建立構(gòu)件模型庫(kù),含有支撐構(gòu)件、內(nèi)核構(gòu)件、外殼構(gòu)件等三層功能構(gòu)件,從模型字典、數(shù)據(jù)接口和建模技術(shù)上提高系統(tǒng)性能。模型字典是構(gòu)件模型庫(kù)的技術(shù)核心,有效地組織和管理各種模型元數(shù)據(jù)和相關(guān)文件,包括的信息有:1)模型名、模型類型、適用條件、使用信息、相關(guān)模型;2)源程序文件、目標(biāo)文件、可執(zhí)行文件;3)函數(shù)編號(hào)、函數(shù)名、函數(shù)功能、函數(shù)類型、實(shí)際變量數(shù);4)變量序號(hào)、變量名、變量類型。模型字典用JNDI命名目錄服務(wù)實(shí)現(xiàn),遵循XML格式存放。
建模技術(shù)是模型庫(kù)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)問(wèn)題,用戶創(chuàng)建新模型時(shí),系統(tǒng)能提供生成模型體的基本框架和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口,用戶只需采用合適的編程語(yǔ)言(如Java),編寫(xiě)模型算法本身的代碼即可。應(yīng)用基于JDBC等標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,可以減少代碼的冗余;并且系統(tǒng)移植時(shí)只需改動(dòng)配置參數(shù)即可達(dá)到更新應(yīng)用數(shù)據(jù)源的目的,提高系統(tǒng)效率。
構(gòu)件模型庫(kù)采用構(gòu)件耦合法實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)上的部署,利用構(gòu)件之間相互協(xié)調(diào)、相互調(diào)用或者相互獨(dú)立運(yùn)行、協(xié)作并完成模塊化、系統(tǒng)化的應(yīng)用功能來(lái)設(shè)計(jì)和部署應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)方法。根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用中構(gòu)件相互之間的關(guān)系不同,實(shí)現(xiàn)緊耦合和松耦合,達(dá)到模型構(gòu)件的共享。圖2所示為構(gòu)件模型庫(kù)及其在企業(yè)應(yīng)用服務(wù)器中的部署模式,物理形式為.jar文件部署在相應(yīng)服務(wù)器上。
支撐構(gòu)件層提供系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)功能的底層定義及實(shí)現(xiàn),如數(shù)據(jù)庫(kù)連接緩沖池構(gòu)件、報(bào)表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換構(gòu)件、數(shù)據(jù)通訊構(gòu)件、圖形報(bào)表(趨勢(shì)圖、棒圖、餅圖等)生成構(gòu)件等。內(nèi)核構(gòu)件層實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能,主要包括兩部分構(gòu)件,一部分是事務(wù)處理構(gòu)件、安全定義構(gòu)件、錯(cuò)誤處理構(gòu)件、協(xié)調(diào)構(gòu)件等;一部分是算法構(gòu)件,如線性插值法、考核電量法、費(fèi)用結(jié)算法等算法構(gòu)件。外殼構(gòu)件層主要用于與用戶的交互功能及業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn),包括界面操作構(gòu)件、業(yè)務(wù)邏輯構(gòu)件、報(bào)表生成構(gòu)件、報(bào)表操作構(gòu)件。對(duì)不同用戶,只需通過(guò)安全服務(wù)和目錄服務(wù),就可透明實(shí)現(xiàn)對(duì)模型構(gòu)件的訪問(wèn)。
圖2 構(gòu)件模型庫(kù)及其部署模式
為增強(qiáng)應(yīng)用效果,系統(tǒng)將動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)報(bào)表和圖形分析技術(shù)相結(jié)合,提供包括棒圖、餅圖、折線圖等各種圖表,使數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析信息以美觀、直觀的方式展示,提高系統(tǒng)應(yīng)用水平。系統(tǒng)提供的動(dòng)態(tài)報(bào)表可以滿足用戶復(fù)雜Web報(bào)表需求,輕松實(shí)現(xiàn)企業(yè)分散數(shù)據(jù)信息集成,以個(gè)性化的Web報(bào)表進(jìn)行展現(xiàn),方便用戶和業(yè)務(wù)人員進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)與分析。進(jìn)行業(yè)務(wù)分析過(guò)程中,將機(jī)組上下限出力、實(shí)際發(fā)電量和申報(bào)發(fā)電量以多條曲線同畫(huà)面顯示,能直觀地分析偏差走勢(shì),支持調(diào)度決策。
管理考核過(guò)程中,各種數(shù)據(jù)直接關(guān)系到運(yùn)營(yíng)成員的經(jīng)濟(jì)利益,需要提供安全的系統(tǒng)應(yīng)用。J2EE組件容器支持基于SSL協(xié)議加密傳輸,具有身份認(rèn)證、資源訪問(wèn)控制等安全機(jī)制,適合電力市場(chǎng)權(quán)限和安全管理;J2EE支持持久性消息服務(wù)和事務(wù)管理,能夠保證考核數(shù)據(jù)的完整性和一致性,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。?duì)于系統(tǒng)應(yīng)用級(jí)的安全性,提供用戶和角色雙重權(quán)限進(jìn)行用戶權(quán)限驗(yàn)證,各成員交換符合接口規(guī)范的、安全加密的數(shù)據(jù)文件,提高系統(tǒng)可靠性。
本文所述技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電廠運(yùn)行管理考核系統(tǒng),能夠靈活實(shí)現(xiàn)與多個(gè)相關(guān)系統(tǒng)的信息接口,消除信息化“孤島”和支持企業(yè)應(yīng)用集成,實(shí)現(xiàn)管控一體化建設(shè);采用符合J2EE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的三層架構(gòu)體系,提高系統(tǒng)重用性和擴(kuò)展性,降低開(kāi)發(fā)和維護(hù)費(fèi)用;適應(yīng)各種異構(gòu)和互操作系統(tǒng)改造需要,業(yè)務(wù)功能可隨電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)模式和規(guī)則的完善而隨時(shí)擴(kuò)展與升級(jí),促進(jìn)電廠節(jié)能降耗和智能電網(wǎng)安全運(yùn)營(yíng),提升社會(huì)綜合效益。
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