第24卷第2期 电网技术 Vol 24No.2 2000年2月 Power System Technology Feb 1999 文章编号：1000-3673(2000)02-0061-03 21世纪东北电网调度自动化系统的建设 王芝茗，柳焯 (哈尔滨工业大学电力系，黑龙江省哈尔滨市150006) CONSTRUCTON OF D ISPATCHING AUTOMATON SYSTEM FOR NORTHEAST POW ER GRD OF CHINA IN 21st CENTURY WANG Zhim ing,L U Zhuo (Harbin Institute of Techno logy,Harbin 150001,China) ABSTRACT:This paper presents the new features of Energy 动化系统规模，投入更多更实用的应用。然而80年代 M anagem ent System (EM S)for power system in 21st centu- 曾经流行一时的集中的、封闭式的系统却暴露出诸 ry.A new ly built power control system is also expounded The new object-oriented power control system w ith open ar- 多弊端，使许多工作难以开展。主要表现为 chitecture can satisfy the requirements of competing w ith (1)系统性能差由于各种功能集中于一台主 the sm ilar foreign products,and w ith this new control sys- 机上，CPU负载过重，预见性差，容易出现瓶颈现 tem the history of mport EM S for large scale power system in a long perod can be tem inated 象。 KEY WORDS:EM S;SCADA;open system architecture; (2)系统可扩充性差由于大量采用了计算机 object-oriented 厂商和MS厂家的专有技术，集中式设计，使用户 摘要：介绍了东北电网为面向21世纪而建设的面向对象的、 新要求的增加及系统扩容难以实现。 开放式的能量管理系统及其一体化结构的应用软件和系统 (3)系统兼容性差缺乏标准接口，无法或难以 特点。具有自主版权、世界先进水平的BMS支持平台的开发 与用户已有的或新建的其它管理系统互联。 成功，结束了我国大电网调度自动化系统长期依赖进口的历 进入90年代以来，随着计算机技术的迅速发展， 史，在当今的国际形势下具有重要的现实意义和深远的历史 开放式系统概念出现，面向对象技术的应用，为我们 意义。 提供了在同一起点上与国外能量管理系统(MS) 关键词能量管理系统，数据采集监视系统，开放式系统结 厂商竞争的机遇。因此，借1992年东北电网调度自动 构，面向对象 化系统扩容升级的机会，东北电力集团公司与电力 中图分类号：TM734 文献标识码C 工业部电力科学研究院组成联合开发队 伍，并邀请美国ECC公司著名电网控制专家、 1引言 EEE电网控制开放系统结构工作组主席Mr Jay 东北电网调度自动化系统是80年代中期我国四 P.Britton作为本项目的技术顾问，经过近4年的努 大电网一起引进的。东北电力集团在引进的VAX/ 力，于1996年10月开发出一个面向对象的具有开放 11-785系统上开发了许多应用软件，例如与清华大 式系统结构的能量管理系统/配电管理系统(MS/ 学合作开发的状态估计、在线潮流、安全分析、最优 DMS)支撑平台，首次在东北电网开始试运行，并命 潮流、调度员模拟培训系统，与南自院合作开发的暂 名为CC-2000.1997年底，CC-2000正式运行。同时 态稳定性分析等，对我国能源管理系统(MS)技术 又与清华大学南自院、电科院联合开发了基于CC- 的发展以及在调度运行中发挥了重要作用。 2000支持平台的MS应用软件，包括自动发电控 随着电网的发展以及电力市场机制的逐步深 制AGC)等12个高级应用。1999年4月19日通过国 化，运行管理人员需要越来越准确的电力和电量信 家电力公司组织的正式验收。从此，具有中国自主版 息，越来越依赖于电网调度自动化系统。因此，必须 权、达到国外同类产品先进水平的一套从平台到能 在原有的调度自动化系统中根据生产需要，扩大自 量管理系统在中国诞生，真正结束了中国网省级调 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co..Ltd.All rights reserved
文章编号: 100023673 (2000) 0220061203 21世纪东北电网调度自动化系统的建设 王芝茗, 柳 焯 (哈尔滨工业大学电力系, 黑龙江省 哈尔滨市 150006) CONSTRUCTION OF D ISPATCH ING AUTOM ATION SY STEM FOR NORTHEAST POW ER GR ID OF CH INA IN 21st CENTURY W AN G Zh i2m ing, L IU Zhuo (H arb in In stitu te of T echno logy, H arb in 150001, Ch ina) ABSTRACT: T h is paper p resents the new features of Energy M anagem ent System (EM S) fo r pow er system in 21st centu2 ry. A new ly built pow er contro l system is also expounded. T he new object2o riented pow er contro l system w ith open ar2 ch itecture can satisfy the requirem ents of competing w ith the sim ilar fo reign p roducts, and w ith th is new contro l sys2 tem the h isto ry of impo rt EM S fo r large scale pow er system in a long period can be term inated. KEY WORD S: EM S; SCADA ; open system arch itecture; object2o riented 摘要: 介绍了东北电网为面向21世纪而建设的面向对象的、 开放式的能量管理系统及其一体化结构的应用软件和系统 特点。具有自主版权、世界先进水平的 EM S 支持平台的开发 成功, 结束了我国大电网调度自动化系统长期依赖进口的历 史, 在当今的国际形势下具有重要的现实意义和深远的历史 意义。 关键词: 能量管理系统; 数据采集监视系统; 开放式系统结 构; 面向对象 中图分类号: TM 734 文献标识码: C 1 引言 东北电网调度自动化系统是80年代中期我国四 大电网一起引进的。东北电力集团在引进的VA Xö 112785系统上开发了许多应用软件, 例如与清华大 学合作开发的状态估计、在线潮流、安全分析、最优 潮流、调度员模拟培训系统, 与南自院合作开发的暂 态稳定性分析等, 对我国能源管理系统(EM S) 技术 的发展以及在调度运行中发挥了重要作用。 随着电网的发展以及电力市场机制的逐步深 化, 运行管理人员需要越来越准确的电力和电量信 息, 越来越依赖于电网调度自动化系统。因此, 必须 在原有的调度自动化系统中根据生产需要, 扩大自 动化系统规模, 投入更多更实用的应用。然而80年代 曾经流行一时的集中的、封闭式的系统却暴露出诸 多弊端, 使许多工作难以开展。主要表现为: (1) 系统性能差 由于各种功能集中于一台主 机上, CPU 负载过重, 预见性差, 容易出现瓶颈现 象。 (2) 系统可扩充性差 由于大量采用了计算机 厂商和 EM S 厂家的专有技术, 集中式设计, 使用户 新要求的增加及系统扩容难以实现。 (3) 系统兼容性差 缺乏标准接口, 无法或难以 与用户已有的或新建的其它管理系统互联。 进入90年代以来, 随着计算机技术的迅速发展, 开放式系统概念出现, 面向对象技术的应用, 为我们 提供了在同一起点上与国外能量管理系统 (EM S) 厂商竞争的机遇。因此, 借1992年东北电网调度自动 化系统扩容升级的机会, 东北电力集团公司与电力 工 业 部 电 力 科 学 研 究 院 组 成 联 合 开 发 队 伍 , 并邀请美国ECC 公司著名电网控制专家、 IEEE 电网控制开放系统结构工作组主席 M r. Jay P. B ritton 作为本项目的技术顾问, 经过近4年的努 力, 于1996年10月开发出一个面向对象的具有开放 式系统结构的能量管理系统ö配电管理系统(EM Sö DM S) 支撑平台, 首次在东北电网开始试运行, 并命 名为 CC22000。1997年底, CC22000正式运行。同时 又与清华大学、南自院、电科院联合开发了基于 CC2 2000支持平台的 EM S 应用软件, 包括自动发电控 制(A GC) 等12个高级应用。1999年4月19日通过国 家电力公司组织的正式验收。从此, 具有中国自主版 权、达到国外同类产品先进水平的一套从平台到能 量管理系统在中国诞生, 真正结束了中国网省级调 第24卷 第2期 2000年2月 电 网 技 术 Pow er System T echno logy V o l. 24 N o. 2 Feb. 1999 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
62 Power System Technology Vol 24No.2 度的MS长期依赖进口的历史。 通过多种接入方式进行调阅。 (5)多媒体技术 2东北电网面向21世纪MS系统特点 90年代计算机技术和多媒体技术的发展使计算 采用先进的计算机技术、网络技术及多媒体技 机和多媒体统一为不可分割的整体，多媒体计算机 术，结合DMS的专业特色，面向21世纪的MS应 突破了一般计算机只能处理字符和简单图形的限 具备如下特点： 制，而具有处理音频和视频信号的能力，并具有交互 (1)开放式系统结构 性。多媒体技术在MS中的应用具有广阔前景，传 用户对开放式系统的要求集中在应用软件的可 统的音响报警也由语音报警所取代。 移植性、系统的可互换性、适应未来发展和保护原有 (6)完整能量管理系统 的投资等方面。因此，要求MS实现标准化，既要 用于电网安全监控的计算机系统从初级的 采用计算机、软件、数据库以及用户交互方式的接口 SCADA系统发展到中级SCADAA GC系统，进一 标准，又要参照MS的专业标准。CC-2000在开发 步提高到包括网络安全分析、发电计划、发电控制、 过程中除了采用标准的计算机技术、网络技术，数据 调度员培训模拟、电能量及电费结算等在内的能量 库技术及多媒体技术外，最重要的是参考了国际电 管理系统。 工委员会EMS专业标准。如能量管理系统应用程 3一个全新的东北电网调度自动化系统 序编程接口标准(Energy M anagem ent System App lication Programm ing Interface Standard 东北电力集团公司与电力部电力科学研究院联 互方式控制中心通信规约标准(nter-control Cen- 合开发的CC-2000 MSDMS支撑平台，于1997年 ter Protocol Standard)。这些专业标准为MS提供 初在东北电网投运后，经过两年多的努力，目前已经 了开放系统结构的参考模型。 全部取代了VAX11-785系统，实现了包括SCA- (2)分布式系统 DA、AGC等12个应用软件在内的全套MS。 分布式系统配置灵活，整个系统可浓缩为一台 图1为东北电网自动化系统的物理模型。2台 主机，也可扩展成由多台主机组成的大型虚拟主机 Apha4000服务器作为SCADA服务器，2台Apha 环境，对未来系统扩容具有极强的抗负荷能力。东北 4000服务器作为MS服务器，1台Apha4000服务 电网调度自动化系统的实现过程正体现了这一点， 器作为历史数据及企业网服务器，2台Apha2100 第一期先由2台服务器、5台工作站组成基本 服务器作为计算机通信服务器，9台Apha工作站 SCADA系统，第二期增加2台服务器、3台工作站以 作为调度员工作站，它们由双以太网互联在一起。硬 组建MS。 件采用冗余配置，通过硬件层的互为备用提高了系 (3)商用数据库与实时数据库的统一 统的可靠性。 将功能丰富的数据库管理系统和面向对象实时 图2为整个分布式系统的软件结构。它是一个具 数据库合为统一的整体。数据定义、数据库字典等存 有开放式结构的参考模型，由事件总线、数据总线和 于数据库管理子系统中，而实时性需求较高的数据 应用大对象组成。图中阴影部分代表一个应用大对 则存放在驻于内存的面向对象的实时数据库中。同 象BOB),事件总线采用“匿名消息交换机制”，在该 时，实时数据库的数据断面被周期地存放在商业数 机制下，接收事件者无需知道事件的发送者，发送者 据库中，作为与外部联接的数据库接口。实时数据库 也不需知道事件的接收者，这是一种典型的“订阅/ 系统的数据分布方式支持主、备和镜像，提高了系统 发布”信息发布模式。这种机制便于新应用的“插入 的可靠性，同时支持异地存取。 (plug-in)”。不同应用通过数据总线共享数据。 (4)先进的图形显示技术 在这种开放式系统结构下，实现全部SCADA MS通过图形用户接口提供全图形窗口式工 功能，如数据采集与监控、拓扑着色等，同时于1998 作站环境，运行在分布式环境的单屏或多屏工作站 年底开始投入AGC功能。目前，东北电网的248个 上。用矢量表示的图形及字符可以实现无级缩放，画 厂站已经全部接入，包括4624个遥测量，6276个遥信 面可以分层、分段。随着信息发布与Web技术发展， 量，并有16台机组由AGC在线调节，CC-2000系统 图形界面提供基于Web技术的图形浏览器。用户可 己经完全取代了VAX/11-785系统。为了适应东北 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co..Ltd.All rights reserved
度的 EM S 长期依赖进口的历史。 2 东北电网面向21世纪 EM S 系统特点 采用先进的计算机技术、网络技术及多媒体技 术, 结合 EM S 的专业特色, 面向21世纪的 EM S 应 具备如下特点: (1) 开放式系统结构 用户对开放式系统的要求集中在应用软件的可 移植性、系统的可互换性、适应未来发展和保护原有 的投资等方面。因此, 要求 EM S 实现标准化, 既要 采用计算机、软件、数据库以及用户交互方式的接口 标准, 又要参照 EM S 的专业标准。CC22000在开发 过程中除了采用标准的计算机技术、网络技术, 数据 库技术及多媒体技术外, 最重要的是参考了国际电 工委员会 EM S 专业标准。如能量管理系统应用程 序 编 程 接 口 标 准 ( EnergyM anagem en t System A pp lication P rogramm ing In terface Standard ) 和 交 互方式控制中心通信规约标准 ( In ter2con tro l Cen2 ter P ro toco l Standard)。这些专业标准为 EM S 提供 了开放系统结构的参考模型。 (2) 分布式系统 分布式系统配置灵活, 整个系统可浓缩为一台 主机, 也可扩展成由多台主机组成的大型虚拟主机 环境, 对未来系统扩容具有极强的抗负荷能力。东北 电网调度自动化系统的实现过程正体现了这一点, 第 一 期 先 由 2 台 服 务 器、5 台 工 作 站 组 成 基 本 SCADA 系统, 第二期增加2台服务器、3台工作站以 组建 EM S。 (3) 商用数据库与实时数据库的统一 将功能丰富的数据库管理系统和面向对象实时 数据库合为统一的整体。数据定义、数据库字典等存 于数据库管理子系统中, 而实时性需求较高的数据 则存放在驻于内存的面向对象的实时数据库中。同 时, 实时数据库的数据断面被周期地存放在商业数 据库中, 作为与外部联接的数据库接口。实时数据库 系统的数据分布方式支持主、备和镜像, 提高了系统 的可靠性, 同时支持异地存取。 (4) 先进的图形显示技术 EM S 通过图形用户接口提供全图形窗口式工 作站环境, 运行在分布式环境的单屏或多屏工作站 上。用矢量表示的图形及字符可以实现无级缩放, 画 面可以分层、分段。随着信息发布与W eb 技术发展, 图形界面提供基于W eb 技术的图形浏览器。用户可 通过多种接入方式进行调阅。 (5) 多媒体技术 90年代计算机技术和多媒体技术的发展使计算 机和多媒体统一为不可分割的整体, 多媒体计算机 突破了一般计算机只能处理字符和简单图形的限 制, 而具有处理音频和视频信号的能力, 并具有交互 性。多媒体技术在 EM S 中的应用具有广阔前景, 传 统的音响报警也由语音报警所取代。 (6) 完整能量管理系统 用于电网安全监控的计算机系统从初级的 SCADA 系统发展到中级 SCADA öA GC 系统, 进一 步提高到包括网络安全分析、发电计划、发电控制、 调度员培训模拟、电能量及电费结算等在内的能量 管理系统。 3 一个全新的东北电网调度自动化系统 东北电力集团公司与电力部电力科学研究院联 合开发的 CC22000 EM SöDM S 支撑平台, 于1997年 初在东北电网投运后, 经过两年多的努力, 目前已经 全部取代了 VA Xö112785系统, 实现了包括 SCA 2 DA、A GC 等12个应用软件在内的全套 EM S。 图1为东北电网自动化系统的物理模型。2台 A lpha 4000服务器作为 SCADA 服务器, 2台A lpha 4000服务器作为 EM S 服务器, 1台A lpha 4000服务 器作为历史数据及企业网服务器, 2台A lpha 2100 服务器作为计算机通信服务器, 9台A lpha 工作站 作为调度员工作站, 它们由双以太网互联在一起。硬 件采用冗余配置, 通过硬件层的互为备用提高了系 统的可靠性。 图2为整个分布式系统的软件结构。它是一个具 有开放式结构的参考模型, 由事件总线、数据总线和 应用大对象组成。图中阴影部分代表一个应用大对 象(BOB) , 事件总线采用“匿名消息交换机制”, 在该 机制下, 接收事件者无需知道事件的发送者, 发送者 也不需知道事件的接收者, 这是一种典型的“订阅ö 发布”信息发布模式。这种机制便于新应用的“插入 (p lug2in) ”。不同应用通过数据总线共享数据。 在这种开放式系统结构下, 实现全部 SCADA 功能, 如数据采集与监控、拓扑着色等, 同时于1998 年底开始投入A GC 功能。目前, 东北电网的248个 厂站已经全部接入, 包括4624个遥测量, 6276个遥信 量, 并有16台机组由A GC 在线调节, CC22000系统 已经完全取代了VA Xö112785系统。为了适应东北 26 Pow er System T echno logy V o l. 24 N o. 2 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
第23卷第2期 电网技术 63 电力集团企业改革的需要，还开发了联络线交换功 明了CC-2000支持平台对用户、开发人员和应用的 率考核系统，已投入使用。 高度开放性。这套集国内主要MS开发厂家之大 成的新MS于1999年4月19日通过了国家电力公 司组织的现场验收，与CC-2000支持平台一起组成 了一个具有中国自主版权、具有国际先进水平的全 套的EMS系统。 在现场远动运行管理人员的配合下，东北电网 的遥测与遥信量基本达到了运行MS的要求，状 态估计的有功残差在5MW左右、无功残差在 SCADA EMS History and 6Mvar左右、电压残差在001左右。自动化管理人 Server Server Web Server 员利用状态估计检查SCADA信息，大大提高了信 MIS 息的准确性。调度运行人员使用负荷预报、调度员潮 流、安全分析和安全约束调度等软件进行网络静态 Wcb浏览工作 安全分析，使用电压稳定性分析软件和暂态稳定性 图1东北电网调度自动化系统配置 分析软件进行电网稳定性分析，利用调度员模拟培 Fig 1 Configura tion of dispa tch automation system for Northeast Power System of Chna 训系统培训调度员、进行电网事故演习，新MS已 在监视、分析和控制电网运行中发挥着重要作用。 5结论 事件总线(Event Bus) 从开发、投运CC-2000支持平台，AGC投入运 电统 PS Man MMI 行，新MS软件现场验收，直到VAX11-785系统 BOB BOB BOB H●B 退役，东北电网本着面向21世纪，建设一流的电网， 数据总线(Data Access Bus) 培养一流的人才的精神，艰苦奋斗了5年多，取得了 丰硕的成果。一方面，CC-2000结束了我国大区电网 调度自动化系统长期依赖进口的历史，被评为电力 图2CC-2000的开放系统结构模型 部科技进步一等奖。同时，也为东北电网建设了一 Fig 2 Architecture model of open system for CC-2000 个能满足21世纪要求的新MS系统。而开发过程 中成长起来的一大批青年科技骨干，正是企业迎接 4具有一体化结构的MS应用软件 21世纪知识经济时代挑战的关键。面对电网体制的 在CC-2000 SCADA系统投入运行后，东北电 改革，作为商业化运营的主要技术支持系统，东北电 力集团公司、电力部电力科学研究院、清华大学、电 网CC-2000系统必将在商业化运营中发挥更大的作 力自动化研究院、科东公司又开发了“基于CC-2000 用。 支持平台的MS高级应用软件”。这支由产、学、研 6 参考文献 等单位组成的联合队伍，在过去VAX/11-785系统 中曾研制过类似的MS应用软件，有开发新MS 1周全仁，等电网分析与发电计划M)长沙：湖南科学技术出版 的宝贵经验。在一体化设计时，大家一致认为应摒弃 社，1996 原先的“外挂式”的MS,本着MS和SCADA数 2 Britton J P.An open,object-based model as basis of architecture for distrbuted control centers[J]T-PW RS Nov 1992 据结构和画面一体化的思想以及面向实用的原则， 基于开放式、面向对象的CC-2000系统开发了能在 收稿日期1999-07-26：改回日期1999-10-19。 日常调度运行工作中实际应用的MS应用软件， 作者简介： 如网络分析、调度员培训模拟、发电计划、发电控制 王芝茗(1956-)，教授级高工，东北电网调度通信中心副主任，从 事电网调度运行管理及M$应用研究工作，现攻读哈尔滨工业大 等子系统。MS采用一体化系统设计，实现了管理 学电力系统及自动化专业博士学位。 统一、数据库统一、界面统一。MS的开发和集成证 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co..Ltd.All rights reserved
电力集团企业改革的需要, 还开发了联络线交换功 率考核系统, 已投入使用。 图1 东北电网调度自动化系统配置 F ig. 1 Conf iguration of dispatch automation system for Northeast Power System of Ch ina 图2 CC-2000的开放系统结构模型 F ig. 2 Arch itecture m odel of open system for CC-2000 4 具有一体化结构的 EM S 应用软件 在 CC22000 SCADA 系统投入运行后, 东北电 力集团公司、电力部电力科学研究院、清华大学、电 力自动化研究院、科东公司又开发了“基于 CC22000 支持平台的 EM S 高级应用软件”。这支由产、学、研 等单位组成的联合队伍, 在过去VA Xö112785系统 中曾研制过类似的 EM S 应用软件, 有开发新 EM S 的宝贵经验。在一体化设计时, 大家一致认为应摒弃 原先的“外挂式”的 EM S, 本着 EM S 和 SCADA 数 据结构和画面一体化的思想以及面向实用的原则, 基于开放式、面向对象的 CC22000系统开发了能在 日常调度运行工作中实际应用的 EM S 应用软件, 如网络分析、调度员培训模拟、发电计划、发电控制 等子系统。EM S 采用一体化系统设计, 实现了管理 统一、数据库统一、界面统一。EM S 的开发和集成证 明了 CC22000支持平台对用户、开发人员和应用的 高度开放性。这套集国内主要 EM S 开发厂家之大 成的新 EM S 于1999年4月19日通过了国家电力公 司组织的现场验收, 与 CC22000支持平台一起组成 了一个具有中国自主版权、具有国际先进水平的全 套的 EM S 系统。 在现场远动运行管理人员的配合下, 东北电网 的遥测与遥信量基本达到了运行 EM S 的要求, 状 态 估计的有功残差在5MW 左右、无功残差在 6M var 左右、电压残差在0. 01左右。自动化管理人 员利用状态估计检查 SCADA 信息, 大大提高了信 息的准确性。调度运行人员使用负荷预报、调度员潮 流、安全分析和安全约束调度等软件进行网络静态 安全分析, 使用电压稳定性分析软件和暂态稳定性 分析软件进行电网稳定性分析, 利用调度员模拟培 训系统培训调度员、进行电网事故演习, 新 EM S 已 在监视、分析和控制电网运行中发挥着重要作用。 5 结论 从开发、投运 CC22000支持平台, A GC 投入运 行, 新 EM S 软件现场验收, 直到VA Xö112785系统 退役, 东北电网本着面向21世纪, 建设一流的电网, 培养一流的人才的精神, 艰苦奋斗了5年多, 取得了 丰硕的成果。一方面, CC22000结束了我国大区电网 调度自动化系统长期依赖进口的历史, 被评为电力 部科技进步一等奖。同时, 也为东北电网建设了一 个能满足21世纪要求的新 EM S 系统。而开发过程 中成长起来的一大批青年科技骨干, 正是企业迎接 21世纪知识经济时代挑战的关键。面对电网体制的 改革, 作为商业化运营的主要技术支持系统, 东北电 网CC22000系统必将在商业化运营中发挥更大的作 用。 6 参考文献 1 周全仁, 等. 电网分析与发电计划[M ]. 长沙: 湖南科学技术出版 社, 1996. 2 B ritton J P. A n open, object2based model as basis of arch itecture fo r distributed contro l centers[J ]. T2PW RS N ov 1992. 收稿日期: 1999207226; 改回日期: 1999210219。 作者简介: 王芝茗(19562) , 教授级高工, 东北电网调度通信中心副主任, 从 事电网调度运行管理及 EM S 应用研究工作, 现攻读哈尔滨工业大 学电力系统及自动化专业博士学位。 第23卷 第2期 电 网 技 术 36 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved