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电力系统自动化运行状态监控云平台研究

发布时间:2019-03-15 02:15:01 文章来源:工具之家    

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魏勇军+黎炼+张弛+朱海兵

摘 yao 对目qiandianlizidonghuashebeijiankongxitongdebuzu之chuzuoliao简要fen析并yiyunji算ji术jiagouweijichutichu改jindedianlixitongzidonghuajiankongyunping台yicilai整hefensande二ciyewuxitongzi源tong过广zhou地区shiji工zuo情况defen析jie果biao明gaijiankongyunping台bu但保证了dianlizidonghuaxitongdeanquanxinghe稳ding性而qiecujin了zhinengdianwangzi动huayunweishuipingde不断提gao

guanjian词: 智nengdianwang 云ji算 dian力zi动化xitong jiankong云ping台 zi动化yunwei

zhongtufenlei号: TN915.853?34; TP393 文献标shi码: A 文zhang编号: 14?373X201715?0153?06

Abstract: The deficiencies of the current monitoring system of the electric power automation device are analyzed briefly. On the basis of the architecture of the cloud computing technology the improved automatic monitoring cloud platform of the electric power system is put forward to integrate the scattered resources of the secondary business system. The analysis results of the practical working condition in Guangzhou region show that the monitoring cloud platform can guarantee the security and stability of the electric power automation system and improve the automatic operation and maintenance level of the smart grid.

Keywords: smart grid; cloud computing; electric power automation system; monitoring cloud platform; automatic operation and maintenance

0 引 言

隨zhuodian力xitongdefazhan调度zi动化xitongde技术保zhanghefuwuzhi撑de作yongri益显著dianlixitong市场化de发zhan使得dian力系tong自动化程度不断提高智能设备zai电力系tongzhongdeyingyongyue来越duo。zai电力系统yunxing过程dang中智能yingyong设备纵xiang横向lian系紧密xiang互zhi约guanxi特bie复za。yewu系统de增多给yun维带来了很da压力由yu传统jian视系统自身de局xian性ge监kong系统gaojing信xijiyunxing工况分sanyu多ge监kong终端上无法ji中cha询监视;tongshi由于quefa对系统yunxing工况指标事qian预fang性检查baojing的手段zhuan责ding期检查巡视的任wu十分繁zhong质liang不高;yingyong系统自身缺乏对guan键shuju跳变不shuaxin越限dengyichang完善的判bie手duanhecelue严重影响了电力自动化系统的运xing效果和anquanshengchan[1]。综合监控系统wei推动电wang运行guan理逐bu向自动化综合化、ji中化、智能化fang向发展提供了you力的信xi技术保障因此具you广阔的yingyong前jing。

zhen对上述问ti国nei许多xue者jinxingliaoji中监控、guan理的yan究。除了强调对SCADAshuju和通信zhuangtai监测报jing的报jingyan究[1?2]huan有系统重点yan究AGC(Automatic Generation Controldanyigong能的性能评估[3]tongshi有的系统通过手机短信shixian了ji中gaojing[4]以及基于CC2000系统jinxing告jing信息发bu[5]。文献[6]wei了提高电wangke靠性提出针对性强的评估方法为监控平台提供了理论支撑。随着电力二次系统安quanfanghuti系的建设对anquan设备的报警和工况信息进行集中评估和监控也成为研究的redian[7?11]。上述系统针对特定的应用系统和需qiu开发,gong能较为单一,在需要接ru多个应用系tong监视需求复杂时难以适应,ben文提出基于云ji算技术的电力系统自动化运行状态监控平台,不仅在xian监测状态shuju(时序shuju和视频,还baokuo设备基ben信息、试验shuju、故障信息deng,数ju量jida,ke靠性和shi时性要求高。

1 电力系统监控云平台设计目标

云计算jiagouzhuyao分为平台服务、ruanjian服务、架gou服务三层。我国现有电力系统的运行特点在jiegou上以shengji电网为一个独li单位,通过联络线互联使整个da电网协调运行,各省ji电力调度中xin拥有并维护所辖电网的详细参数。电网的扩da和具有更快cai集速率的cai集装置的出现,使得未来系统对在线动态分析和控制所要求的计算能力将大大超过当前的shi际配置。ru果只shi增jia计算处理zi源,则投资成本过大,而且导致系统实时性大大jiangdi。

为了解jue上述问题,基于我国电力系tongnei部广域网的完整性,ke以利用现有的广域网建立电力系统私有云,jie合优化的控制算法,该私有云可以最大限度地整合现有的数ju资源和处理qi资源,为系统提供超级计算能力,bingqie云cunchu和计算资源的访问可以完quan由电力系统私有控制,而不是由公有的云计算服务提gongshang控制,cong而实现完quan的物lige离,保证数ju的安quan性。

针对ri趋分散的二次系统、数ju、资源,本文提出电力系统自动化监控云平台,作为省级电网的综合监控平台,省级以下所有分散的电力二次系统基于该平台进行统一调度,设计的电力系统监控云平台manzu合理、高效、结构清晰的特点,同时具备可维护性、可扩展性、开放性、兼rong性neng够为不同的软、硬件chang商提供良好的合作平台。该调度平台具体包括:

(1 为分散的电力大shuju提供统一的存储平台。利用分bushi文件系统为省级以下二次系统产生的数据进行统一存储guan理,数据包括各二次系统的系统日zhi、系统服务状态、系统资源jin程状态、任务执行情况、系统产生的报警信息。

(2 对采集的hailiang数据进行分类管理。对采集的不同类xing的数据进行gui档分类,建立专题应用ku,例如,对分散的二次系统产生的报警日志建立报警日志应用库,后期方便利用机器学习工具对专题数据进行wa掘分析,提高数据的利用率。

(3) 建立数据分析工具库。随着电力二次系统规mo的变大,qi产生的电力数据呈指数级增长趋势,为了能从海量的电力数据中挖掘出有用信息,基于电力系统自动化监控平台建立数据分析工具库,利用xian进的机器学习工具[12]、数juwa掘工具[13]、人工智能[14]工具对不同的ye务数据进行挖掘,为决策层提供决cezhi持。

(4) 该系统具有开放灵活的体系结构,能够方便zi系统及第三方数据接入。

(5) 电力系统自动化监控平台应支持多种数据格shi、日志格式,集成多种协议接口,减少其ta系统接入时的工作量。

(6) 电力系统自动化监控平台应用先进的可视化技术。该系统主要面向运行维护人员,因此为了突chushi用性,该监控平台应用科学先进的可视化技术为运维人员提供quanmian的技术支撑,以此提高电力系统运行的稳定性。

2 电力系统监控云平台系统结构

电力系统监控云平台采用分布式多层结构,将同类业务模kuaihua,提高系统的并行处理能力,具体的电力系统监控云平台架构如图1所shi

从图1中可以看出,电力系统监控云平台主要分三层架构:采集层、核xinceng、展shi层。采集层的主要功能是接shou安guanping台、网管平台及自动化系统的相关数据,并将数据转发给核心层相应的服务器进行处理。采集层主要由三个采集器构成fen别是:安管采集器,负责接收安管平台的gaojing、性能、风xianlou洞和资源信息deng相关数据;网管采集器,负责接收网管平台的告警、性能和资源信息等相关数据;自动化系统采集器,负责接收自动化系统,如DF8003的告警、量测和基础业务信息等相关数据。通过统一的信息库对各类实时、历shi及分析型数据进行集中存储。核心层的主要功能是分析、处理来自采集层的数据处理qingqiu,该层主要包含如下几点核心功能:核心庫,负责接收、分析各种数据请求,如告警defen析、处理、性能或量测数据的分析、处理,及系统的核心服务,如告警的短信通知服务、数据deding期备份及清理等功能;业务服务,负责处理来自yonghu界面的各种请求,如告警处理cao作、告警显shi过滤和告警通知策略等;业务数据jia工处理,负责对自动化系统的量测数据进行二次加工处理以满足运维管理需求;数据库(持久层),利用HDFS,HBase存储系统所有相关数据。展示层主要供用户caozuo查询使用,主要包括业务系统运行状态监视、告警监视、性能监视、资源报biao、历shishu据查询、实时数据查询等相关功能。系统的设计和建设满足《南方电网电力二次系统安quan防护技术规范》、《南方电网一体化电网运行智能系统安全防护基线规范》等相关安全防护的规定和要求,满足安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证的安全防护要求。

系统数据zong线zun循SOA架构体系,支持多种操作系统平台,数据总线应具备高度可扩展的特性,支持WebService,JMS/CMS,HTTP/SOAP,Socket等协议;系统软件按面向对象设计开发,遵循分层构件化及应用模块化的设计原则。通过软件支撑平台实现应用在异构硬件平台及不同操作系统上的分布式部署。

3 电力系统监控云平台功能结构

3.1 电力系统监控云平台安全监控系统

电力二次系统安全防护分qugong有4个分区。安全区为实时控制区;安全区为非控制shengchan区;安全区Ⅲ为shengchan管理区;安全区Ⅳ为管理信息区。信息的管理zaishu据采集层进行统一维护,因此,为了保证部署在电力系统监控云平台上各类监控系统的安全,该平台安全监控系统重点对安全区Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ进行管理,架构示意图如图2所示。其中安全Ⅱ区为生产大区数据汇总处理区,负责汇总Ⅰ区业务系统以及直采厂站的运行数据,并保存入库;安全Ⅲ区为综合应用区,负责Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ区运行数据汇总、综合分析、展示以及与上下级运行管控系统纵向互联。省级以上系统宜在各安全区独立部署采集服务器;地级系统可gen据实际情况,Ⅰ,Ⅱ区共用采集服务器。

安全Ⅰ/Ⅱ区监控界面的使用场景实时监视自动化系统及基础设施的运行状态,使用人员主要是监控人员。gaijie面的主要功能包括:

(1) 对自动化系统、基础设施的运行状态,包括告警信息、量测huoxing能信息、安全、风xian、漏洞dengshu据进行监视及相应的处理。

(2) 管理自动化系统的部分资源信息,如服务器、网络设备、安全设备等主站端的硬件设备,及业务系统、数据库、中jian件、风xian、漏洞等软件资源信息。

(3) 提供系统的基础管理功能,如系统的基础运行参数管理、权限管理、用户管理和日志管理等基础管理功能。

具体安全Ⅰ/Ⅱ区监控界面功能分布图如图3所示。

安全Ⅲ区管理界面的使用场景是查询、分析自动化系统和基础设施的运行状态数据,以jiri常运维管理功能,使用人员主要是领导及相关的管理人员。该界面的主要功能包括:汇总展示自动化系统及基础设施的运行状态;日常运维工作管lizhu要包括有工作日历管理、排ban管理、交接班管理及其ta实用化功能等;能查询及分析统计自动化专业相关的资源数据、告警数据和量测或性能数据并输出至报表;能统计出过去某时间段nei自动化系统和基础设施的运行情况(可用率)并能xing成运行报告;能自动生成日常自动化系统的巡检报表。具体安全Ⅲ区监控界面功能分布图如图4所示。

3.2 电力系统监控平台告警查询系统

告警信息的查询包括系统实时告警信息查询及历史告警信息查询,告警信息至少包括:告警来源、告警类型、告警级别、告警内容、告警发生时间等内容[15]。

当前告警监视画面以lie表方式实时展示最新的告警信息,不同级别的告警用不同背景或字体加以区分,当有新来告警时,能以声、光等形式提醒;画面还提供按告警类型、告警级别、告警来源等方式进行过滤shai选,方便监控人员快速浏览,支持将当前告警信息导出至Excel。

yiban的电力采集数据均存fangyu关系型数据库,例如,MySQL,SqlServer,Orcal等,传统的关系型数据库在查询100万条以内的数据量有很好的查询结果。随着电力数据呈指数级增长,传统数据库表中的数据量迅速增长dao致数据库查询效率降di,此时对数据库进行“shuiping分区,但分区提高的查询效率有限,并不能满足告警信息实时查询的业务需求,同时,水平分区增加了技术复杂度,增大了数据安全的风险。

电力系统监控云平台为了满足告警系统实时性的要求,在数据查询时提出利用NoSQL数据库作为底层数据库管理系统。

HBase是使用最为广泛的NoSQL数据库,它是一个分布式的面向lie的开源数据库[16?18],不同于一般的关系数据库,它是一个适合于非结构化数据存储的数据库,随着电力系统自动化的推广,非结构数据也呈指数级增长趋势。传统数据库是基于行查询设计的,查询时需要全表或全区扫描;HBase是基于列查询设计的,查询时只需扫描指定的列,大大缩短了查询时间,对于yi级数据查询均能实现毫miaocha询。HBase表结构如表1所示。

HBase以表的形式存储数据,表由行和列组成。列划分为若干个列zu(row family)。在HBase中,row key是用来检索记录的主键,Hbase表中的每个列都归属于某个列族,如表1中,column?family是HBase表中的一个列族,该列族下有两个列,分别为column1和column2。同时,为了保证用户多个版本的数据,HBase表中利用时间戳timestamp显示区别用户的数据版本。因此,在HBase中某yitiao数据需利用四维约束进行确定:

{row key,column?family,column,timestamp}

利用HBase查询时,数据库查询引擎可以根据以上四维约束过滤掉大部分的数据,同时由于HBase可以根据阈值实现动态分区,极大地提高了查询效率。

电力二次系统告警信息至少包括:告警来源、告警类型、告警级别、告警内容、告警发生时间、告警结束时间等内容。利用HBase表管理告警信息,建立表warning,考虑到告警信息查询一般根据日期分类,因此将日期data作为HBase表row key,warning_information作为column?family,具体告警信息作为column;timestamp在数据写入时由系统自动赋值,此时时间戳为当前系统时间。具体表的字段如下:

row key: data

column?family: warning_information

column:

{

warning_source //告警来源

warning_type //告警类型

warning_level //告警级别

warning_content //告警内容

warning_begintime //告警发生时间

warning_endtime //告警结束时间

}

电力二次系统告警信息HBase表结构如表2所示。

创建biaoyu句如下:

create ′warning ′data′, ′warning_information′

在系统应用过程中利用表2能实现毫miao级查询告警信息。

目前该框架已经在南方电网广州地区监控云平台调试中,将SCADA/EMS,TSA,IDP,OMS等系统自动收集的风险数据,周期性地进行风险指标的评估与定级,并初步实现离线预警控制功能。由于该地区易发雷雨、风暴等自然灾害,尽管水力蕴藏丰fu,但是季节性水位变化明显,qiefa电资源相对匮乏,电力均需其ta地区供应。结合上述特点,建立南方电网广州地区多维度的电网安全风险管控体系,如图5所示。在目标维度上,建立输电线lu停运率与自然环jing相关的时变停运模型,并构建以风险评估、预警控制、应急管理为核心的全面风险管理框架;在时间维度上,动态gen踪灾害预报、电厂存煤、水kulai水、网络拓扑变更、负荷异常bo动等不确定因素对电网安全运行的影响,实现日前(3 d内)、小时前(1 h)、分zhong前(15 min)等不断向前滚动修正的电网安全风险管控体系。

实际监控结果表明,在进行系统风险预测时,广州地区电网jingtai安全风险指标明显偏大,主要包括线路过载风险、母线电压越限风险等,风险预警模块及时发布了橙色风险预警,对应的可视化模块显示最大的风险源为同时进行多个检修现场,次大的风险源为多个设备存在异常情况。此时,离线预警控制模块结合具体风险因素制定了初步的预控策略,减轻了电网自动化调度的压力。在珠江电厂出现主变压器停电时,容易引起其他线路和断面潮流越限等。对于该高风险的检修方式,常采取的措施是加大其他电厂的机组出力,并控制其他断面潮流,调控前后全网静态安全风险指标的变化情况,如表3所示。

表3中,和分别表示风险前后风险值和风险指标的设定上限。可以知道,采取的预控措施大大降低了线路过载风险和母线电压越限风险,对应的风险指标分别降低至原来风险值的75.8%和82.5%,清楚地表明该控制措施对电网减缓风险具有重要意义。此外,该监控系统表明恒运电厂和黄埔电厂等存在多个设备异常情况,且持续时间超过20 d,导致系统设备故障概率增加,系统提示调度员应持续对这些高危设备进行关注,有利于督促生产部门采取相关措施对异常设备进行消缺处理,减小电力系统设备故障率,提高电力系统自动化调度效能。

4 结 语

本文针对目前电力系统自动化监控系统分散导致的数据、资源分散,提出电力系统自动化运行状态监控云平台,对分散的电力二次系统资源进行整合,将其产生的电力数据、日志、告警信息利用电力系统自动化运行状态监控云平台进行统一管理,该系统利用多层分布式架构,采用HBase数据库管理告警信息,实现告警信息haomiao级查询。将采集的模型数据heyun行状态数据利用数据分析模块进行处理,最后将分析结果及时推送至监视模块,从erquan面监视电力自动化系统的运行状态,减轻电力自動化系统运行维护人员的工作压力。今后应在系统报警规则定义、关联分析方面展开深入研究。

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现代电子技术 2017年15期

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