第25卷第12期 电网技术 Vol 25No.12 2001年12月 Power System Technology Dec 2001 文章编号：1000-3673(2001)12-0034-04 开放式调度自动化系统的软件设计 谢忻，黄益庄，牟晓勇 (清华大学电机工程及应用电子技术系，北京100084) SOFIWARE DESIGN OF OPEN D ISPATCH AUTOMATON SYSTEM X IE X in,HUAN G Yi-zhuang,MU X iao-yong (T singhua U niversity,Beijing 100084,China) ABSTRACT:At present the technical foundation for next 储、组织以及与其他系统的接口都提出了更高的要 generation of dispatch autom ation system is laid down along 求。同时计算机、数据网络、数据库等技术的飞速发 w ith the development of all kind of Infomation 展，为将组件软件COM、Internet等技术应用到电 Technobgy Based on the analysis and summarizing of original system developed by the authors,a practicable 网调度自动化系统中提供了坚实的基础，另一方面， solutin for next generation of dispatch automation system 自1998年清华大学开发的第一套调度自动化系统 is put forward,i e,based on the service of COM (THDS-100)成功投运后，积累了两年多的运行和 component the development of distributed dispatch 维护经验，在此基础上笔者认真总结了该系统优缺 autom aton system is mplem ented In this paper the 点，同时吸收了一些国外成熟的调度自动化系统所 software design,the system functions and the architecture of software and hardware of the presented dispatch 应用的新技术、开发模式和经验，完善了THDS-100 automation system is presented in detail,especially,the 系统的功能，改进了系统软件的结构，同时增加了系 features such as the hiberarchy in software design,system 统调试和维护工具，使之成为新一代的电网调度自 basic services,the structure of system database and the 动化系统(THDS-200)。 m anm achine interface are described The COM based 本系统应用基于组件的思想和面向对象的编程 m ethod app lied in system softw are design is also presented 方法，构成了功能强大、人机界面智能化、开放式体 A pply ing thism ethod the efficiency of softw are developm ent and the reliability of softw are running are mproved and it 系结构的系统，并与Internet技术紧密相联。它具有 m akes the debugging and maintenance of softw are 完善的SCADA功能，适用于地级和县级的电力调 convenient 度自动化系统。 KEY WORDS dispatch autom ation;system basic service; distributed database;COM 1系统结构设计 摘要：现在各种信息技术的发展为新一代电网调度自动化系 整个系统的基本设计原则是：所有关键部件均 统的诞生作了技术准备，该文在分析和总结原有调度自动化 具有功能性冗余，在冗余部件之间可随时进行独立 系统的基础上，提出了一种切实可行的新一代调度自动化系 的故障恢复和任务再分配。某一个设备故障时，系统 统的实现方案，并用基于COM组件服务的方法实现了分布 能进行平稳的实时数据库切换，无须重新启动或引 式的调度自动化系统的开发。详细介绍了该电网调度自动化 导系统。 系统的设计思想、系统功能以及硬件和软件的结构，重点介 绍了系统软件设计中的层次结构、系统基础服务、数据库结 THDS-200是基于W indow NT平台上的监 构的设计和用户界面等部分技术特点，以及在软件设计中应 控、调度系统，除具有完善的SCADA功能外，还具 用的基于COM的方法。该方法的应用提高了软件开发效率 有数据采集、数据处理、报警监视、数据显示、数据存 和软件运行可靠性，同时方便了软件的调试和维护。 档、发电调度和控制等软件功能，数据库采用SQL 关键词：调度自动化，系统基础服务，分布式数据库，COM Server65,电网接线图和设备的状态图由所提供 中图分类号：M734 文献标识码：A 的专用软件生成，系统的前置机接收和存储实时数 据，并向服务器发送数据广播，服务器显示监控界 近年来，随着我国城网、农网改造的不断深入， 面，处理调度操作，转存历史数据库，进行数据分析。 对电网调度自动化系统的功能，软件结构，数据存 整个系统是一个分布式的体系结构，以满足可 C 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co..Ltd.All rights reserved
文章编号: 100023673 (2001) 1220034204 开放式调度自动化系统的软件设计 谢 忻, 黄益庄, 牟晓勇 (清华大学电机工程及应用电子技术系, 北京 100084) SOFTW ARE D ESIGN OF OPEN D ISPATCH AUTOM ATION SY STEM X IE X in, HUAN G Y i2zhuang, M U X iao2yong (T singhua U n iversity, Beijing 100084, Ch ina) ABSTRACT: A t p resent the technical foundation fo r next generation of dispatch autom ation system is laid dow n along w ith the developm ent of all k ind of Info rm ation T echno logy. Based on the analysis and summ arizing of o riginal system developed by the autho rs, a p racticable so lution fo r next generation of dispatch autom ation system is put fo rw ard, i. e. , based on the service of COM component the developm ent of distributed dispatch autom ation system is imp lem ented. In th is paper the softw are design, the system functions and the arch itecture of softw are and hardw are of the p resented dispatch autom ation system is p resented in detail, especially, the features such as the h iberarchy in softw are design, system basic services, the structure of system database and the m an2m ach ine interface are described. T he COM based m ethod app lied in system softw are design is also p resented. A pp lying th ism ethod the efficiency of softw are developm ent and the reliability of softw are running are imp roved and it m akes the debugging and m aintenance of softw are convenient. KEY WORD S: dispatch autom ation; system basic service; distributed database; COM 摘要: 现在各种信息技术的发展为新一代电网调度自动化系 统的诞生作了技术准备, 该文在分析和总结原有调度自动化 系统的基础上, 提出了一种切实可行的新一代调度自动化系 统的实现方案, 并用基于 COM 组件服务的方法实现了分布 式的调度自动化系统的开发。详细介绍了该电网调度自动化 系统的设计思想、系统功能以及硬件和软件的结构, 重点介 绍了系统软件设计中的层次结构、系统基础服务、数据库结 构的设计和用户界面等部分技术特点, 以及在软件设计中应 用的基于COM 的方法。该方法的应用提高了软件开发效率 和软件运行可靠性, 同时方便了软件的调试和维护。 关键词: 调度自动化; 系统基础服务; 分布式数据库; COM 中图分类号: TM 734 文献标识码: A 近年来, 随着我国城网、农网改造的不断深入, 对电网调度自动化系统的功能, 软件结构, 数据存 储、组织以及与其他系统的接口都提出了更高的要 求。同时计算机、数据网络、数据库等技术的飞速发 展, 为将组件软件、COM、In ternet 等技术应用到电 网调度自动化系统中提供了坚实的基础; 另一方面, 自 1998 年清华大学开发的第一套调度自动化系统 (THD S- 100) 成功投运后, 积累了两年多的运行和 维护经验, 在此基础上笔者认真总结了该系统优缺 点, 同时吸收了一些国外成熟的调度自动化系统所 应用的新技术、开发模式和经验, 完善了 THD S2100 系统的功能, 改进了系统软件的结构, 同时增加了系 统调试和维护工具, 使之成为新一代的电网调度自 动化系统(THD S2200)。 本系统应用基于组件的思想和面向对象的编程 方法, 构成了功能强大、人机界面智能化、开放式体 系结构的系统, 并与 In ternet 技术紧密相联。它具有 完善的 SCADA 功能, 适用于地级和县级的电力调 度自动化系统。 1 系统结构设计 整个系统的基本设计原则是: 所有关键部件均 具有功能性冗余, 在冗余部件之间可随时进行独立 的故障恢复和任务再分配。某一个设备故障时, 系统 能进行平稳的实时数据库切换, 无须重新启动或引 导系统。 THD S2200 是基于W indow N T 平台上的监 控、调度系统, 除具有完善的 SCADA 功能外, 还具 有数据采集、数据处理、报警监视、数据显示、数据存 档、发电调度和控制等软件功能, 数据库采用 SQL Server 6. 5, 电网接线图和设备的状态图由所提供 的专用软件生成; 系统的前置机接收和存储实时数 据, 并向服务器发送数据广播; 服务器显示监控界 面, 处理调度操作, 转存历史数据库, 进行数据分析。 整个系统是一个分布式的体系结构, 以满足可 第 25 卷 第 12 期 2001 年 12 月 电 网 技 术 Pow er System T echno logy V o l. 25 N o. 12 D ec. 2001 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
第25卷第12期 电网技术 35 扩展性和升级能力为主要目标。THDS200系统的设 遥调、遥控)功能。前置机、服务器采用双机互为热备 计广泛地采用了当前实用的工业标准，提供了一套 用结构，保证系统具有很高的可靠性，应用处理计算 固定的、可移植的平台以确保系统的连续的升级，其 机是以一个节点联入计算机网络的。实时采集的数 扩展能力将是没有限制的。THDS-200系统所基于 据由前置机节点在网络上进行广播的方式将数据传 以下标准：COM、结构化存储、SQL结构查询语言、 递给应用计算机和用户工作站，应用计算机将这些 TCP/P传输控制协议网际协议和OSI开放式系 数据保存在磁盘上，并通知前置机节点。应用计算机 统通信协议等。THDS-200在系统内部采用TCP/ 维护一个全备份的实时数据库，提供高级应用软件 P标准，并具备TCP/P与OSI的通信网关。具有 数据和计算数据等等。在应用计算机上产生的数据 这种结构的分布式网络体系结构可进行无止境的系 通过网络向外广播，以更新相关的分布数据库。 统的扩展。为满足大量存储和调用信息的需要，系统 系统具有分布处理的开放式结构和分布式数据 提供了建立在SQL关系型数据库管理系统上的应 库，可采用交换运行程序和重新分配功能，来适应在 用数据库支持系统。 线重组系统和故障容错功能。 THDS-200系统采用的分布式系统结构具有以 系统借助于智能通信控制器和电力系统专用的 下优点： 调制解调器与各子站的RTU进行通信。 由于THDS-200系统的高度灵活性，对每个特 2 别的应用环境，系统都能给出一个高性能价格比的 软件结构设计的特点 配置。THDS-200系统可为重要的系统任务和应用 软件的操作环境是系统的基础，在设计和实施 程序分配可用的系统资源，可持续并行地执行这些 中笔者把提高可靠性、实用性、容错冗余环境和应用 任务，而与系统中其它节点的运行情况无关。 平台独立性视为最优先，同时把重点放在标准化方 THDS-200系统可在一个给定的配置下灵活分配计 面。例如：用户级任务的实现，动态共享程序库的使 算机的运行负荷，以达到优化运行的目的。分布式结 用，以及采用可定义参数来定义所有的可变数据项。 构的一个重要特点是计算机与所执行的软件相对独 整个系统的软件结构如图2所示。 立，以及具有运行程序间的控制和相互通信的能力。 如图1所示，系统是基于W indow s NT40 EMS DTS SCADA 设备 系统 系统 系统 管理 远程管理与监控 ServerW indow s9x平台的微机工作站的网络系 其 系统基础服务 统。可实现对多达256个子站的四遥（遥测、遥信、 故障监 数据库接口 用 通 进程管理 图形 视、检 利及恢 接 复 数据库系统 先打印机 操作系统 图2软件功能结构图 Fig 2 Software functions and structure 21系统基础服务 a 在整个系统结构中，最基本的和重要元素之一 是系统基础服务(system basic service,SBS)。这些 服务，无论对单机系统或网络系统，是所有程序交互 式计醇机 和通信协同控制的焦点。SBS是透明的、灵活的和可 移植的，它真正实现了处理机在分布式处理环境中 独立运行程序。处理机和系统之间的通信和协同的 基础和超级结构就是建立在这个基础之上的。系统 後载液 基础软件作为操作系统(OS)的外壳，提供服务和进 程管理。在系统中的每个节点上，按需求执行或者是 图1系统的硬件结构图 作为一个后台任务。 Fig I Hardware arch itecture of the system SBS的主要功能是为系统提供安全和可靠的机 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co..Ltd.All rights reserved
扩展性和升级能力为主要目标。THD S200 系统的设 计广泛地采用了当前实用的工业标准, 提供了一套 固定的、可移植的平台以确保系统的连续的升级, 其 扩展能力将是没有限制的。THD S2200 系统所基于 以下标准: COM、结构化存储、SQL 结构查询语言、 TCPöIP 传输控制协议ö网际协议和O S I 开放式系 统通信协议等。THD S2200 在系统内部采用 TCPö IP 标准, 并具备 TCPöIP 与O S I 的通信网关。具有 这种结构的分布式网络体系结构可进行无止境的系 统的扩展。为满足大量存储和调用信息的需要, 系统 提供了建立在 SQL 关系型数据库管理系统上的应 用数据库支持系统。 THD S2200 系统采用的分布式系统结构具有以 下优点: 由于 THD S2200 系统的高度灵活性, 对每个特 别的应用环境, 系统都能给出一个高性能价格比的 配置。THD S2200 系统可为重要的系统任务和应用 程序分配可用的系统资源, 可持续并行地执行这些 任 务, 而 与 系 统 中 其 它 节 点 的 运 行 情 况 无 关。 THD S2200 系统可在一个给定的配置下灵活分配计 算机的运行负荷, 以达到优化运行的目的。分布式结 构的一个重要特点是计算机与所执行的软件相对独 立, 以及具有运行程序间的控制和相互通信的能力。 如图 1 所示, 系统是基于W indow s N T 4. 0 ServeröW indow s 9x 平台的微机工作站的网络系 统。可实现对多达 256 个子站的四遥(遥测、遥信、 图 1 系统的硬件结构图 F ig. 1 Hardware arch itecture of the system 遥调、遥控) 功能。前置机、服务器采用双机互为热备 用结构, 保证系统具有很高的可靠性; 应用处理计算 机是以一个节点联入计算机网络的。实时采集的数 据由前置机节点在网络上进行广播的方式将数据传 递给应用计算机和用户工作站, 应用计算机将这些 数据保存在磁盘上, 并通知前置机节点。应用计算机 维护一个全备份的实时数据库, 提供高级应用软件 数据和计算数据等等。在应用计算机上产生的数据 通过网络向外广播, 以更新相关的分布数据库。 系统具有分布处理的开放式结构和分布式数据 库, 可采用交换运行程序和重新分配功能, 来适应在 线重组系统和故障容错功能。 系统借助于智能通信控制器和电力系统专用的 调制解调器与各子站的 R TU 进行通信。 2 软件结构设计的特点 软件的操作环境是系统的基础, 在设计和实施 中笔者把提高可靠性、实用性、容错冗余环境和应用 平台独立性视为最优先, 同时把重点放在标准化方 面。例如: 用户级任务的实现, 动态共享程序库的使 用, 以及采用可定义参数来定义所有的可变数据项。 整个系统的软件结构如图 2 所示。 图 2 软件功能结构图 F ig. 2 Sof tware function s and structure 2. 1 系统基础服务 在整个系统结构中, 最基本的和重要元素之一 是系统基础服务(system basic service, SBS)。这些 服务, 无论对单机系统或网络系统, 是所有程序交互 和通信协同控制的焦点。SBS 是透明的、灵活的和可 移植的, 它真正实现了处理机在分布式处理环境中 独立运行程序。处理机和系统之间的通信和协同的 基础和超级结构就是建立在这个基础之上的。系统 基础软件作为操作系统(O S) 的外壳, 提供服务和进 程管理。在系统中的每个节点上, 按需求执行或者是 作为一个后台任务。 SBS 的主要功能是为系统提供安全和可靠的机 第 25 卷 第 12 期 电 网 技 术 53 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
36 Power Systen Techno logy Vol 25No 12 制。这种机制由一系列服务和子系统组成，以下是系 型和数据量来组织。 统提供的部分功能 (2)应用数据库：应用数据库采用关系型结构 (1)系统通信服务(system comm unication 来存储数据以用于实现能量统计这样的功能。其数 serv ice,SCS):它在管理系统中任何处理器执行程 据来源于实时数据库，包括实时采集的数据和实时 序之间传送信息。 应用的数据。 (2)程序调度：提供调度和实施控制服务，使处 (3)历史数据库：历史数据库以时间层面记录 理机能独立运行，以及处理机在程序之间透明地交 和保持实时数据库中的数据并连续地记录这些数据 互访问。提供对一个特定进程的控制调度服务，包括 的变化。这类数据按用户定义来收集记录。应用程 调用进程。一个程序可以调度另一个程序的执行，而 序通过实时访问程序来调用它们。 无须知道该程序的位置。程序位置是透明的，它具有 (4)时段数据库：这个数据库是在线实时数据 唯一的程序名，而它的活动性，则是由SCS和程序 库的映象。该数据库仅反映在共享内存中的某些点 调度来决定的。 数据记录。访问这个数据库采用“数据再现”的形式， (3)故障监视、检测及恢复服务，包括数据库的 即调度员决定数据库的类型（源数据）和时间范围。 数据，和其他关键系统数据的安全性。监视系统中关 相应的数据则可通过正常数据库访问程序重现，用 键的硬件和软件部件。系统的关键性硬件都是双备 于观察和分析。此外，该数据库的内容可以被随后变 份，用以把主要的O总线故障与终端设备隔离。 化的数据更新，这些变化数据来自历史数据库，提供 分布式故障切换系统可以检测出暂时性或永久性故 在被选定的时段内实时数据按时序变化的过程。 障。系统设计使它能平稳有效地运行，使故障引起的 物理数据库中的这几个部分在时间轴上的关系 中断减为最低，进行适当的恢复过程，以保证系统的 如图3所示。 无故障运行。 应用数据库 (4)提供广播和管理系统中计算机的标准时 逻组判断、计算 实时数据库 历史数据库 间。 22应用数据库子系统 当前时刻 年前 时闻轴 对于电力控制中心日益重要的功能是：存储和 时段数据库 管理系统运行数据供能量统计、工程研究、企业管理 图3物理数据库关系图 和决策、以及常规报表使用。系统采用应用数据库系 Fig 3 The relation n system da tabase 统来满足这些要求。以一个功能强大的关系型数据 222 应用数据库系统特点 库管理系统作为该子系统的核心，支持软件在本系 (1)数据库采用客户服务器基本结构。这里的 统的外围形成用于实时控制系统的功能齐全的数据 客户是用户界面或应用程序。 库和报表系统。 (2)数据按树结构存储，可定义索引来提高数 221应用数据库系统组成 据访问效率，在一个数表中可定义多重索引。 电力控制中心日益重要的功能是：存储和管理 (3)可以创建和利用数据视窗(View)来访问 系统运行数据，以供能量统计、工程研究、企业管理 相关的数据（例如：某个设备的所有数据），这些数据 和决策、以及常规报表使用。系统采用应用数据库系 可能是数表中的一部分，也可能同时在多个数表中。 统来满足这些要求。以一个功能强大的关系型数据 (4)数据库表的访问由综合安全系统来控制， 库管理系统作为该子系统的核心，支持软件在本系 数据可以通过访问类型来查看（例如选择、插入、更 统的外围形成用于实时控制系统的功能齐全的数据 新、删除)，数据库安全性访问可以控制到多个数表 库和报表系统。 和部分数表中的数据。 物理数据库系统用于用户和实时应用软件对数 (⑤)支持基于交互式和用户控制下的交互式 据的操作。这一数据库由以下部分组成： (例如提交和回返)数据库访问，数据库访问可采用 (1)高性能（实时）数据库：这一数据库由精心 单步请求自动提交，也可采用在提交命令下的多步 组织的经过优化的数据结构组成，用以实现系统的 请求。 运行，这种数据结构根据用户访问的频率、访问的类 (6)为了在计算机故障下确认数据处理的正确 C 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co..Ltd.All rights reserved
制。这种机制由一系列服务和子系统组成, 以下是系 统提供的部分功能: ( 1) 系 统 通 信 服 务 ( system comm un ication service, SCS): 它在管理系统中任何处理器执行程 序之间传送信息。 (2) 程序调度: 提供调度和实施控制服务, 使处 理机能独立运行, 以及处理机在程序之间透明地交 互访问。提供对一个特定进程的控制调度服务, 包括 调用进程。一个程序可以调度另一个程序的执行, 而 无须知道该程序的位置。程序位置是透明的, 它具有 唯一的程序名, 而它的活动性, 则是由 SCS 和程序 调度来决定的。 (3) 故障监视、检测及恢复服务, 包括数据库的 数据, 和其他关键系统数据的安全性。监视系统中关 键的硬件和软件部件。系统的关键性硬件都是双备 份, 用以把主要的 IöO 总线故障与终端设备隔离。 分布式故障切换系统可以检测出暂时性或永久性故 障。系统设计使它能平稳有效地运行, 使故障引起的 中断减为最低, 进行适当的恢复过程, 以保证系统的 无故障运行。 (4) 提供广播和管理系统中计算机的标准时 间。 2. 2 应用数据库子系统 对于电力控制中心日益重要的功能是: 存储和 管理系统运行数据供能量统计、工程研究、企业管理 和决策、以及常规报表使用。系统采用应用数据库系 统来满足这些要求。以一个功能强大的关系型数据 库管理系统作为该子系统的核心, 支持软件在本系 统的外围形成用于实时控制系统的功能齐全的数据 库和报表系统。 2. 2. 1 应用数据库系统组成 电力控制中心日益重要的功能是: 存储和管理 系统运行数据, 以供能量统计、工程研究、企业管理 和决策、以及常规报表使用。系统采用应用数据库系 统来满足这些要求。以一个功能强大的关系型数据 库管理系统作为该子系统的核心, 支持软件在本系 统的外围形成用于实时控制系统的功能齐全的数据 库和报表系统。 物理数据库系统用于用户和实时应用软件对数 据的操作。这一数据库由以下部分组成: (1) 高性能 (实时) 数据库: 这一数据库由精心 组织的经过优化的数据结构组成, 用以实现系统的 运行, 这种数据结构根据用户访问的频率、访问的类 型和数据量来组织。 (2) 应用数据库: 应用数据库采用关系型结构 来存储数据以用于实现能量统计这样的功能。其数 据来源于实时数据库, 包括实时采集的数据和实时 应用的数据。 (3) 历史数据库: 历史数据库以时间层面记录 和保持实时数据库中的数据并连续地记录这些数据 的变化。这类数据按用户定义来收集记录。应用程 序通过实时访问程序来调用它们。 (4) 时段数据库: 这个数据库是在线实时数据 库的映象。该数据库仅反映在共享内存中的某些点 数据记录。访问这个数据库采用“数据再现”的形式, 即调度员决定数据库的类型(源数据) 和时间范围。 相应的数据则可通过正常数据库访问程序重现, 用 于观察和分析。此外, 该数据库的内容可以被随后变 化的数据更新, 这些变化数据来自历史数据库, 提供 在被选定的时段内实时数据按时序变化的过程。 物理数据库中的这几个部分在时间轴上的关系 如图 3 所示。 图 3 物理数据库关系图 F ig. 3 The relation in system database 2. 2. 2 应用数据库系统特点 (1) 数据库采用客户ö服务器基本结构。这里的 客户是用户界面或应用程序。 (2) 数据按树结构存储, 可定义索引来提高数 据访问效率, 在一个数表中可定义多重索引。 ( 3) 可以创建和利用数据视窗 (V iew ) 来访问 相关的数据(例如: 某个设备的所有数据) , 这些数据 可能是数表中的一部分, 也可能同时在多个数表中。 (4) 数据库表的访问由综合安全系统来控制, 数据可以通过访问类型来查看(例如选择、插入、更 新、删除) , 数据库安全性访问可以控制到多个数表 和部分数表中的数据。 (5) 支持基于交互式和用户控制下的交互式 (例如提交和回返) 数据库访问, 数据库访问可采用 单步请求自动提交, 也可采用在提交命令下的多步 请求。 (6) 为了在计算机故障下确认数据处理的正确 63 Pow er System T echno logy V o l. 25 N o. 12 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
第25卷第12期 电网技术 37 性，采用了物理登录和自动复原措施，备用服务器与 系统的扩展提供了良好的基础。 主服务器同时运行以预防主服务器故障。此外，用数 COM技术的引入，使得THDS-200系统被分 据镜象存储来保护在磁盘故障时丢失的数据。 割成多个独立的单元，这些独立的单元被编译成规 (7)子系统的可用性通过数据库管理和在线的 范的可执行的二进制代码，这就是组件对象。组件对 备份手段得到进一步加强。 象向使用者提供接口(interface)来描述自己和提供 (8)数据库支持长期存储的数据的存档（超出 服务。接口是基于对象的一组语义相关的功能，是一 最大的在线保留周期)，数据可以存储到磁带或光盘 些属性、方法和事件的集合，也是COM客户与组件 上，随后还可以重新装入数据。数据重新装入后，作 对象交互的唯一途径。只要接口保持兼容性，组件升 为在线的历史数据库，用于显示数据记录和修改，以 级、改进后，无需对组件的客户程序做任何工作， 及应用软件要求的其他用途。重新装入后的数据还 COM客户程序照样可以运行。 可以在修改后重新存档。 同时M icro soft V isual C++提供了两套满足 23用户界面 这样需要的类库：MFC库和ATL模板库。MFC不 调度人员的主要应用对象是系统的全图形的用 仅可用于建立COM应用，而且是一套W indow s平 户界面。用户界面的设计重点是提高操作人员的工 台上各种应用开发的基本类库，而ATL则主要侧 作效率，用户界面控制软件称为分布式图形子系统， 重于COM应用的开发，利用ATL可建立一些小 装在系统网络的用户工作站上。工作站具有专用的 巧、快捷的COM组件。而且COM是W indow s系统 处理器和磁盘资源，使得操作员可以得到快速响应。 的基本软件模型，尤其OLE完全建立在COM基础 每个工作站都有自己的数据库拷贝，这样，大量的 上，所以对COM的支持也是Wn32SDK的一个主 SCADA功能操作能得到最快的响应。许多SCADA 要组成部分。在Wind32SDK所提供的CC++头 功能可以在本工作站内定义，而不必要通过计算机 文件中，有许多直接与COM或者OLE相关，利用 网络去取得额外的数据和信息。 这些头文件给出的定义，可以很方便地使用COM 24系统扩展能力 或者OLE所提供的基本特性，同时这些宏定义使代 SCADA系统的“应用寿命”取决于所安装系统 码的可读性更好。 的可扩展能力。系统扩展能够将一个单一的系统扩 在SCADA系统中，用组件软件的方法来设计 展为能够对不同类型和数量的RTU、应用程序等进 主监控软件，基本元件的统一接口的定义使得用户 行处理的系统，还能够灵活方便地适应于各种额外 可以根据自己的要求，定制不同的元件。而且因为组 的功能增加和紧急事件的处理。系统不仅能够允许 件在二进制上具有可重用性，所以只要定义好 直接的单一的系统扩展，还能够适应不确定的系统 COM接口并分布，上层的图形软件，甚至其他系统 扩展的要求。方案包括通过增加主处理器、通信处理 的人机界面的实现都可以通过统一的COM来调 器、处理器升级，内存和硬盘容量的扩充，通过增加 用，实现对元件的可视化操作，而与基本元件的内部 前端通信处理机来扩展实时外部设备，这些扩充只 实现和将来的升级无关，系统基本元件COM对象 需要利用数据编辑器、程序开发工具和数据库维护 可以单独分布，也可以和系统一起分布，大大提高了 工具就可以实现。这样一个特征提供了强大而有效 软件的可重用性和人机界面实现的灵活性。 的方案来确保系统未来的扩展和升级。 4 结束语 3软件程序设计 本系统是一个典型的用于电力系统的调度和管 在系统软件程序设计中，笔者把组件软件（基于 理系统，它具有数据采集、数据处理、报警监视、数据 COM的程序设计)引入到电网自动化系统的设计 显示、数据存档、调度和控制以及扩展各种电网应用 中，主要是强调软件重用和高度的互操作性，侧重于 软件的功能。 组件的产生和装配。组件的装配使得软件产品有可 本系统是一个建立在独立于平台上，可进行扩 能用类似于搭积木的方法快速地建立起来，不仅可 展的系统。系统的硬件和软件建立在目前的工业标 以缩短软件产品的开发周期，同时也提高了系统的 准基础上，完全适应计算机技术的快速发展，也同样 稳定性和可靠性。因为组件可以被单独测试，为将来 (下转第41页contiued on page4l) C 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co..Ltd.All rights reserved
性, 采用了物理登录和自动复原措施, 备用服务器与 主服务器同时运行以预防主服务器故障。此外, 用数 据镜象存储来保护在磁盘故障时丢失的数据。 (7) 子系统的可用性通过数据库管理和在线的 备份手段得到进一步加强。 ( 8) 数据库支持长期存储的数据的存档(超出 最大的在线保留周期) , 数据可以存储到磁带或光盘 上, 随后还可以重新装入数据。数据重新装入后, 作 为在线的历史数据库, 用于显示数据记录和修改, 以 及应用软件要求的其他用途。重新装入后的数据还 可以在修改后重新存档。 2. 3 用户界面 调度人员的主要应用对象是系统的全图形的用 户界面。用户界面的设计重点是提高操作人员的工 作效率, 用户界面控制软件称为分布式图形子系统, 装在系统网络的用户工作站上。工作站具有专用的 处理器和磁盘资源, 使得操作员可以得到快速响应。 每个工作站都有自己的数据库拷贝, 这样, 大量的 SCADA 功能操作能得到最快的响应。许多 SCADA 功能可以在本工作站内定义, 而不必要通过计算机 网络去取得额外的数据和信息。 2. 4 系统扩展能力 SCADA 系统的“应用寿命”取决于所安装系统 的可扩展能力。系统扩展能够将一个单一的系统扩 展为能够对不同类型和数量的R TU、应用程序等进 行处理的系统, 还能够灵活方便地适应于各种额外 的功能增加和紧急事件的处理。系统不仅能够允许 直接的单一的系统扩展, 还能够适应不确定的系统 扩展的要求。方案包括通过增加主处理器、通信处理 器、处理器升级, 内存和硬盘容量的扩充, 通过增加 前端通信处理机来扩展实时外部设备, 这些扩充只 需要利用数据编辑器、程序开发工具和数据库维护 工具就可以实现。这样一个特征提供了强大而有效 的方案来确保系统未来的扩展和升级。 3 软件程序设计 在系统软件程序设计中, 笔者把组件软件(基于 COM 的程序设计) 引入到电网自动化系统的设计 中, 主要是强调软件重用和高度的互操作性, 侧重于 组件的产生和装配。组件的装配使得软件产品有可 能用类似于搭积木的方法快速地建立起来, 不仅可 以缩短软件产品的开发周期, 同时也提高了系统的 稳定性和可靠性。因为组件可以被单独测试, 为将来 系统的扩展提供了良好的基础。 COM 技术的引入, 使得 THD S2200 系统被分 割成多个独立的单元, 这些独立的单元被编译成规 范的可执行的二进制代码, 这就是组件对象。组件对 象向使用者提供接口( In terface) 来描述自己和提供 服务。接口是基于对象的一组语义相关的功能, 是一 些属性、方法和事件的集合, 也是 COM 客户与组件 对象交互的唯一途径。只要接口保持兼容性, 组件升 级、改进后, 无需对组件的客户程序做任何工作, COM 客户程序照样可以运行。 同时M icro soft V isual C+ + 提供了两套满足 这样需要的类库:M FC 库和A TL 模板库。M FC 不 仅可用于建立 COM 应用, 而且是一套W indow s 平 台上各种应用开发的基本类库, 而A TL 则主要侧 重于 COM 应用的开发, 利用A TL 可建立一些小 巧、快捷的COM 组件。而且COM 是W indow s 系统 的基本软件模型, 尤其OL E 完全建立在 COM 基础 上, 所以对COM 的支持也是W in32 SD K 的一个主 要组成部分。在W ind32 SD K 所提供的CöC+ + 头 文件中, 有许多直接与 COM 或者OL E 相关, 利用 这些头文件给出的定义, 可以很方便地使用 COM 或者OL E 所提供的基本特性, 同时这些宏定义使代 码的可读性更好。 在 SCADA 系统中, 用组件软件的方法来设计 主监控软件, 基本元件的统一接口的定义使得用户 可以根据自己的要求, 定制不同的元件。而且因为组 件在二进制上具有可重用性, 所以只要定义好 COM 接口并分布, 上层的图形软件, 甚至其他系统 的人机界面的实现都可以通过统一的 COM 来调 用, 实现对元件的可视化操作, 而与基本元件的内部 实现和将来的升级无关, 系统基本元件 COM 对象 可以单独分布, 也可以和系统一起分布, 大大提高了 软件的可重用性和人机界面实现的灵活性。 4 结束语 本系统是一个典型的用于电力系统的调度和管 理系统, 它具有数据采集、数据处理、报警监视、数据 显示、数据存档、调度和控制以及扩展各种电网应用 软件的功能。 本系统是一个建立在独立于平台上, 可进行扩 展的系统。系统的硬件和软件建立在目前的工业标 准基础上, 完全适应计算机技术的快速发展, 也同样 (下转第 41 页 con tiued on page 41) 第 25 卷 第 12 期 电 网 技 术 73 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
第25卷第12期 电网技术 41 另外，本文利用EEE33节点的算例系统和山 Trans on Power System s,1988,3(2):753-762 东省某市府线实际算例进行了短路电流计算。计算 [2]Cheng C S,Shimohammadi D.A threephase power flow method for real-tme distributon system analysis [C] 结果表明，本文所提算法是行之有效和正确的。 Paper 94 SM 603-1-Pwers,III PES SummerM eeting.1994 [3] Zhang X,Soudi F,Shimohamm adi D,et al A distrbuton 4结论 short circuit analysis apporach using hybrid compensaton method [J]IEEE Trans on Power System s,1995,10(4): 本文利用配电网络拓扑结构的特点，提出了基 2053-2059 于故障补偿方法与实际相序表示方法的配电网短路 [4]Chen T H,ChenM S,Lee W J,etal Distribution system short 电流计算方法。该算法物理概念清晰，计算过程简 circuit analysis-a rigid app roach [J]IEEE Trans on Power 单，极易在计算机上实现。算例结果表明，该算法在 System s,1992,7(1):444-450 [5] 王守相配电网潮流计算D】济南：山东工业大学，1998 计算辐射状的配电网短路电流时具有可靠、高效的 特点，有实用价值。 收稿日期2000-10-20，改回日期2001-01-08 作者简介： 参考文献 张红(1971-)，女，山东济南人，讲师，从事电力系统专业教学 [1]Shimohammadi D,Hong H W,Sem lyen A,et al A 及电力系统运行控制方面的研究。 compensation-based power flow method for weakly (编辑查仁柏) mesheddistributon and trans isson networks [J1 IEEE (上接第37页con tnued from page37) 适应随着电网发展对系统要求的不断增长，尤其是 参考文献 在发电、输电和配电方面的控制、运行管理以及实时 [1]谢忻，黄益庄，夏明超THDS-100调度自动化系统中的语音报 数据交换要求的增长。 警U]电力自动化设备，2000,20(3). 系统有如下特点： [2】辛耀中新一代电网调度自动化系统)】电力系统自动化， 1999,23(2) (I)系统具有完善的SCADA系统功能。 [3]张敏一种新型调度自动化系统0】电力自动化设备，1999， (2)采用组件软件的设计方法，提高了系统的 19(3). 可重用性和可扩展性。 (3)建立系统基础服务层，提供一个功能强大 收稿日期2000-12-13，改回日期2001-04-10。 的系统支撑和开发平台。 作者简介： 谢析，男，硕士研究生，从事调度自动化系统的研究， (4)采用结构化存储，简化文档信息的管理工 黄益庄，女，教授，从事变电站综合自动化、调度自动化和电能质 作。 量综合智能控制的科研和教学工作； (⑤)采用工业标准，使得系统具有准平台无关 牟晓勇，男，硕士研究生，从事调度自动化系统的研究。 性。 (编辑杨天和) 风力发电的现状和我国风电发展存在的问题 风能是洁净的可再生的能源。风力发电发展很快。1981 查，全国可开发利用的风能资源约250GW,但我国的风力发 年全世界风力发电装机容量不超过1MW,1990年底增至 电却较落后，到1997年底，风电场总装机容量仅占全国电网 1960MW,到1998年底达到9560MW,其中德国2873MW, 总容量的007%，到1998年底，风能资源丰富的10个省区 美国1820MW,丹麦1448MW,印度968MW。 总装机容量也只有2233MW,比印度差一大段。 20世纪80年代初，商业化风电机组的单机容量以 我国风电发展较慢的原因，有文章认为是：①决策者及 55kW(风轮直径116m)为主，80年代中到90年代初以发 公众对发展风力发电等可再生新能源的认识不足，阻碍了其 展100450kW的机组为主，90年代中后期则以500kW~ 产业化发展，②国内技术开发力量比较薄弱，未完全掌握大 MW为主。新一代的兆瓦级大型商品机组将很快占领市场。 型或巨型发电机组的关键技术，高新技术应用缓慢，影响了 目前如丹麦的Bonus公司、德国的Nordex公司、荷兰的 市场的开拓，③缺乏可再生能源的保护性定价、优惠的信贷 NodW ind公司均已有MW商品化风电机组进入市场。而且 和鼓励性产业政策，因此影响了相关行业、企业的技术创新 L3MW和16MW风电机组产品也己问世。 和质量提高。 我国是较早利用风能的国家，风能资源比较丰富，据调 (白木) C 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co..Ltd.All rights reserved
另外, 本文利用 IEEE 33 节点的算例系统和山 东省某市府线实际算例进行了短路电流计算。计算 结果表明, 本文所提算法是行之有效和正确的。 4 结论 本文利用配电网络拓扑结构的特点, 提出了基 于故障补偿方法与实际相序表示方法的配电网短路 电流计算方法。该算法物理概念清晰, 计算过程简 单, 极易在计算机上实现。算例结果表明, 该算法在 计算辐射状的配电网短路电流时具有可靠、高效的 特点, 有实用价值。 参考文献: [ 1 ] Sh irmohamm adi D , Hong H W , Sem lyen A , et al. A compensation2based pow er flow m ethod fo r w eak ly m esheddistribution and transm ission netwo rk s [J ]. IEEE T rans on Pow er System s, 1988, 3 (2): 7532762. [ 2 ] Cheng C S, Sh irmohamm adi D. A th ree2phase pow er flow m ethod fo r real2tim e distribution system analysis [ C ]. Paper 94 SM 603212Pw ers, Ë PES Summ erM eeting, 1994. [ 3 ] Zhang X, Soudi F, Sh irmohamm adi D , et al. A distribution sho rt circuit analysis appo rach using hybrid compensation m ethod [J ]. IEEE T rans on Pow er System s, 1995, 10 (4): 205322059. [ 4 ] Chen T H , Chen M S,L eeW J, et al. D istribution system sho rt circuit analysis—a rigid app roach [J ]. IEEE T rans on Pow er System s, 1992, 7 (1): 4442450. [ 5 ] 王守相. 配电网潮流计算[D ]. 济南: 山东工业大学, 1998. 收稿日期: 2000210220; 改回日期: 2001201208。 作者简介: 张 红(19712) , 女, 山东济南人, 讲师, 从事电力系统专业教学 及电力系统运行控制方面的研究。 (编辑 查仁柏) (上接第 37 页 con tinued from page 37) 适应随着电网发展对系统要求的不断增长, 尤其是 在发电、输电和配电方面的控制、运行管理以及实时 数据交换要求的增长。 系统有如下特点: (1) 系统具有完善的 SCADA 系统功能。 (2) 采用组件软件的设计方法, 提高了系统的 可重用性和可扩展性。 (3) 建立系统基础服务层, 提供一个功能强大 的系统支撑和开发平台。 (4) 采用结构化存储, 简化文档信息的管理工 作。 (5) 采用工业标准, 使得系统具有准平台无关 性。 参考文献: [ 1 ] 谢忻, 黄益庄, 夏明超. THD S2100 调度自动化系统中的语音报 警[J ]. 电力自动化设备, 2000, 20 (3). [ 2 ] 辛耀中. 新一代电网调度自动化系统[J ]. 电力系统自动化, 1999, 23 (2). [ 3 ] 张敏. 一种新型调度自动化系统[J ]. 电力自动化设备, 1999, 19 (3). 收稿日期: 2000212213; 改回日期: 2001204210。 作者简介: 谢 忻, 男, 硕士研究生, 从事调度自动化系统的研究; 黄益庄, 女, 教授, 从事变电站综合自动化、调度自动化和电能质 量综合智能控制的科研和教学工作; 牟晓勇, 男, 硕士研究生, 从事调度自动化系统的研究。 (编辑 杨天和) 风力发电的现状和我国风电发展存在的问题 风能是洁净的可再生的能源。风力发电发展很快。1981 年全世界风力发电装机容量不超过 15MW , 1990 年底增至 1960MW , 到 1998 年底达到 9560MW , 其中德国 2875MW , 美国 1820MW , 丹麦 1448MW , 印度 968MW。 20 世纪 80 年代初, 商业化风电机组的单机容量以 55kW (风轮直径 15～ 16m ) 为主, 80 年代中到 90 年代初以发 展 100～ 450kW 的机组为主, 90 年代中后期则以 500kW～ 1MW 为主。新一代的兆瓦级大型商品机组将很快占领市场。 目前如丹麦的 Bonus 公司、德国的 N o rdex 公司、荷兰的 N odW ind 公司均已有 1MW 商品化风电机组进入市场。而且 1. 5MW 和 1. 65MW 风电机组产品也已问世。 我国是较早利用风能的国家, 风能资源比较丰富, 据调 查, 全国可开发利用的风能资源约 250GW , 但我国的风力发 电却较落后, 到 1997 年底, 风电场总装机容量仅占全国电网 总容量的 0. 07% , 到 1998 年底, 风能资源丰富的 10 个省区 总装机容量也只有 223. 5MW , 比印度差一大段。 我国风电发展较慢的原因, 有文章认为是: ①决策者及 公众对发展风力发电等可再生新能源的认识不足, 阻碍了其 产业化发展; ②国内技术开发力量比较薄弱, 未完全掌握大 型或巨型发电机组的关键技术, 高新技术应用缓慢, 影响了 市场的开拓; ③缺乏可再生能源的保护性定价、优惠的信贷 和鼓励性产业政策, 因此影响了相关行业、企业的技术创新 和质量提高。 (白木) 第 25 卷 第 12 期 电 网 技 术 14 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
