【正文】 PEN2020E是在總結(jié) OPEN2020和 SD6000系統(tǒng)成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)和新思想、并且與各級(jí)各類調(diào)度特別是網(wǎng)省調(diào)合作開(kāi)發(fā)而研制出的先進(jìn)性、可靠性和實(shí)用性完美統(tǒng)一的新一代 EMS系統(tǒng)。 OPEN2020E是當(dāng)今國(guó)內(nèi)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域標(biāo)志性的系統(tǒng)，其先進(jìn)性、成熟性、可靠性、實(shí)用性和方便性成為業(yè)內(nèi)新的標(biāo)桿，凝聚了南瑞人三十余年的技術(shù)底蘊(yùn)和幾百套系統(tǒng)的工程經(jīng)驗(yàn)，成為國(guó)內(nèi)眾多網(wǎng)省調(diào)和大中型地調(diào)的首選。作為該科研項(xiàng)目的配套工程項(xiàng)目西北電網(wǎng) OPEN2020E調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)于 2020年中投入運(yùn)行，并于 2020年底通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。自 2020年下半年開(kāi)始，我們開(kāi)始根據(jù)江蘇省調(diào)的要求對(duì) OPEN2020E進(jìn)行了進(jìn)一步的系統(tǒng)研發(fā)工作，在系統(tǒng)的開(kāi)放性、可靠性、方便性等方面又有了進(jìn)一步的提高。 ? OPEN2020E平臺(tái)所有應(yīng)用功能都支持多服務(wù)器熱備并支持冷備用自動(dòng)啟動(dòng)功能、支持多份商用數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)同步與復(fù)制、支持商用數(shù)據(jù)庫(kù)全部障礙時(shí)實(shí)時(shí)功能正常運(yùn)行且不丟失歷史數(shù)據(jù)的“ 1+N”功能、支持重要的實(shí)時(shí)服務(wù)器切換時(shí)保證信息不丟失的數(shù)據(jù)保險(xiǎn)箱功能，這使 OPEN2020E系統(tǒng)的可靠性做到了萬(wàn)無(wú)一失。成熟的技術(shù)再加上豐富的經(jīng)驗(yàn)使得 OPEN2020E成 為先進(jìn)性與成熟性俱佳的系統(tǒng)。 ? 繼承經(jīng)驗(yàn)是一個(gè)重要方面，反過(guò)來(lái)，另一個(gè)重要方面是吸取教訓(xùn)。 ? 大型系統(tǒng)的久經(jīng)考驗(yàn) —— 我們具有兩套網(wǎng)調(diào)系統(tǒng)、十余套省調(diào)系統(tǒng)的大型網(wǎng)省級(jí)系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，還具有以蘇州、東莞為代表的規(guī)模在全國(guó)位居前列的若干大型地調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，所以對(duì)于大型系統(tǒng)而言，用“久經(jīng)考驗(yàn)”來(lái)形容是再恰當(dāng)不過(guò)了。 ? 全面支持實(shí)時(shí)、培訓(xùn)、研究等態(tài)：應(yīng)用軟件的所有模塊在各個(gè)態(tài)下的操作方式和表現(xiàn)形式完全一致；能夠?qū)v史潮流數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)按時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)匹配，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的歷史方式研究；能夠充分地利用系統(tǒng)中的計(jì)劃和預(yù)報(bào)值自動(dòng)地進(jìn)行未來(lái)方式設(shè)置，并可以對(duì)多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置；提供基于單線圖對(duì)規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)和方式進(jìn)行分析的功能。 4 國(guó)電南瑞科技股份有限公司 第二章 研發(fā)背景 我國(guó)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三代，第三代系統(tǒng)的主要特征是基于 RISC 圖形工作站的統(tǒng)一支持平臺(tái)的功能分布式系統(tǒng)。因此， 如何降低控制中心內(nèi)系統(tǒng)和應(yīng)用間的接口成本，保護(hù)用戶資源，是我國(guó)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題。我國(guó)與國(guó)際接軌，成立了專門的 EMSAPI 工作組，很早就對(duì)這些資料進(jìn) 行跟蹤和消化，并進(jìn)行了多次 EMSAPI工作組擴(kuò)大會(huì)議和三次互操作實(shí)驗(yàn)。 采用新技術(shù) 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是一套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，隨著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域新技術(shù)的不斷出現(xiàn)而快速發(fā)展。因此，對(duì)計(jì)算機(jī)、通信等領(lǐng)域的新技術(shù)進(jìn)行研究，運(yùn)用于調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，是調(diào)度自動(dòng)化集成技術(shù)研究永恒的課題。大電網(wǎng)給調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)提出了一些新的課題，如大電網(wǎng)的穩(wěn)定分析、大電網(wǎng)的計(jì)算等。另外，系統(tǒng)集成后，通過(guò)信息的綜合運(yùn)用可以產(chǎn)生智能決策、數(shù)據(jù)挖掘等眾多的新應(yīng)用。因此需要一套開(kāi)放的支持平臺(tái)，能根據(jù)不同緊密程度、不同種類信息和不同速度要求進(jìn)行 系統(tǒng)集成和互聯(lián)。 解決老問(wèn)題 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)直接面向調(diào)度員和操作員，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，是調(diào)度中心最為重要的電力二次系統(tǒng)。另外，冗余機(jī)制下的軟件切換和數(shù)據(jù)一致性、對(duì)不同數(shù)據(jù)環(huán)境的研究態(tài)支持以及應(yīng)用軟件的動(dòng)態(tài)分析等也是需要解決的老問(wèn)題。 EPRI CCAPI 是美國(guó)電科院的一 個(gè)科研項(xiàng)目，其任務(wù)是對(duì)控制中心的 EMS 軟件制定一套 API 的規(guī)范，能使系統(tǒng)集成和互聯(lián)簡(jiǎn)便。2020 年后， CIS 部分的草案在 OPC 和 OMG 等標(biāo)準(zhǔn)化組織的基礎(chǔ)上快速發(fā)展， 2020 年開(kāi)始進(jìn)行圍繞 CIS 的互操作實(shí)驗(yàn)。 總之，遵循 IEC 61970 標(biāo)準(zhǔn)是調(diào)度自動(dòng)化集成系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)的不斷跟蹤貫穿整個(gè)系統(tǒng)從調(diào)研、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)到工程實(shí)施的全過(guò)程。 CIS 部分共分兩個(gè)級(jí)別，第四部分是對(duì) CIS 接口的詳細(xì)描述，第五部分是 CIS 接口映射到 CORBA、 DCOM、 Java、 C++、C 和 XML 等具體的計(jì)算機(jī)技術(shù)后的描述。 301 包括Core、 Topology、 Wires、 Outage、 Protection、 Meas、 LoadModel、 Generation 和 Domain 共9 個(gè)包。 CIM 中存在三種類之間的關(guān)系：繼承、簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)和聚合。簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)是 CIM 中最多的一種關(guān)聯(lián)，它表示類和類之間要相互作用，比如上述的 Breaker 與 ProtectionEquipment 是一種簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)，保護(hù)動(dòng)作要跳閘開(kāi)關(guān)。實(shí)際上， WG13 使用 ROSE 的模型文件維護(hù) CIM 模型，然后使用 Rational SoDA 生成 IEC 619703xx CIM 文檔。 404 是高速數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口HSDA，用于對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，在 OMG 的 DAIS 接口和 OPC 的 數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口 DataAccess的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，包括同步和異步的讀寫服務(wù)、數(shù)據(jù)訂閱服務(wù)等。目前除 401 處于 CDV 狀態(tài)外，其余各個(gè)部分都處于草案階段，還在進(jìn)行一些互操作實(shí)驗(yàn)。 技術(shù)研究初期，在原有調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng) OPEN2020 和 SD6000 上開(kāi)發(fā)基于 CIM XML的模型交換適配器，該適配器包括 XML 解析、數(shù)據(jù)模式映射、電網(wǎng)模型導(dǎo)入、電網(wǎng)模型導(dǎo)出和模型校驗(yàn)等模塊。從效率上看， EJB 和 WEB SERVICE不適合于執(zhí)行實(shí)時(shí)控制任務(wù)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)；從運(yùn)行環(huán)境看， DCOM 偏重于 Windows 桌面環(huán)境。第一次驗(yàn)證是在國(guó)調(diào)進(jìn)行的，將國(guó)調(diào)電量系統(tǒng)側(cè)安裝 CIM XML 適配器從電量系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中取得相關(guān)數(shù)據(jù)信息，按照 IEC61970 302 中規(guī)定的邏輯模式組織成 CIM/XML 文檔。第二次驗(yàn)證是在江蘇省調(diào)進(jìn)行 的，江蘇省調(diào) EMS 系統(tǒng)是南瑞的 OPEN2020， AVC 軟件采用清華大學(xué)的產(chǎn)品，在EMS 側(cè)安裝 CIM XML 適配器從 EMS 系統(tǒng)獲取電網(wǎng)模型，按照 IEC61970 – 301 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出成 CIM XML 文件，傳給 AVC 軟件， AVC 軟件通過(guò) CIM XML 的解析程序，就可獲得電網(wǎng)模型，形成 AVC 的運(yùn)行數(shù)據(jù)環(huán)境。傳統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和圖形方面分別采用 POSIX、 TCP/IP 和 MOTIF 等標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)的益處是顯而易見(jiàn)的，然而在支撐平臺(tái)和應(yīng)用軟件方面沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)異構(gòu)和互聯(lián)非常困難。 1） IEC 61970 標(biāo)準(zhǔn) 與應(yīng)用軟件 IEC 61970 是應(yīng)用軟件的接口標(biāo)準(zhǔn)，定義了應(yīng)用軟件與外部互操作的接口，因此采用 IEC 61970 的前提是對(duì)應(yīng)用進(jìn)行封裝，使其與外界通信的方式僅為透明的接口，這就是應(yīng)用軟件的組件化。 應(yīng)用軟件的組件化有下列三種基本方案：（ 1）將整個(gè)系統(tǒng)作為一個(gè)大組件，對(duì)外提供符合 IEC 61970 CIM/CIS 的接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和功能調(diào)用，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，原來(lái)的系統(tǒng)基本不需要改動(dòng)，只要建立原系統(tǒng)數(shù)據(jù)模式和 CIM 相關(guān)對(duì)象類的映射關(guān)系，就 10 國(guó)電南瑞科技股份有限公司 可以將系統(tǒng)內(nèi)部私有的電網(wǎng)模型轉(zhuǎn)換為開(kāi)放的 電網(wǎng)模型。（ 2）不考慮原來(lái)的系統(tǒng)，應(yīng)用軟件的所有功能都基于 CIM 用面向?qū)ο蟮慕M 件實(shí)現(xiàn)，大的組件由小的組件構(gòu)成，組件內(nèi)部的數(shù)據(jù)模式也是 CIM。 (3)對(duì)原來(lái)的應(yīng)用軟件按組件模型進(jìn)行封裝，內(nèi)部核心程序不變。 從目前主流的應(yīng)用軟件看，應(yīng)用的劃分不是很準(zhǔn)確，程序的重用性比較差，如拓?fù)浞治龊统绷饔?jì)算等可公用的程序在不同的應(yīng)用重復(fù)編寫，應(yīng)用軟件和支撐平臺(tái)的接口不清晰，相互交織在一起，因此首先根據(jù)復(fù)用原則對(duì)應(yīng)用進(jìn)行重新劃分并進(jìn)行完整的需求分析，明確每個(gè)應(yīng)用或公用模塊的功能和接口，并確定為組件。 2） IEC 61970 標(biāo)準(zhǔn)與支撐平臺(tái) 盡管 IEC 61970 是應(yīng)用軟件的接口規(guī)范，但應(yīng)用軟件的接口很大一部分是 通過(guò)支撐平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用軟件組件化后的運(yùn)行要支撐平臺(tái)提供組件執(zhí)行環(huán)境。這種方式的優(yōu)缺點(diǎn)在前面已作了分析。組件執(zhí)行環(huán)境不僅僅是網(wǎng)絡(luò)通信，它是應(yīng)用軟件接口標(biāo)準(zhǔn)化 的基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)其提供的軟總線和各種服務(wù)構(gòu)成分布式管理環(huán)境，使組件化的應(yīng)用軟件和支持平臺(tái)能任意拼裝和組合。這種方式的好處是可兼容原來(lái)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件和支持平臺(tái)軟件。此方案對(duì) IEC 61970的采用最徹底，其優(yōu)越性是顯然的。所謂三位一體就是同一份實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體，同時(shí)提供關(guān)系、層次和面向?qū)ο笕N特性，其中關(guān)系和層次用于原來(lái)系統(tǒng)應(yīng)用軟件的接入，數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用組成整體作為組件，面向?qū)ο笥糜趯?duì)CIM/CIS 接口的支持，供單獨(dú)作為組件的應(yīng)用軟件的接入。 IEC 61970 要求應(yīng)用軟件和支持平臺(tái)通過(guò)合理的功能劃分提供清晰的接口，實(shí)現(xiàn)組件化和標(biāo)準(zhǔn)化。（ 2）機(jī)械地使用工具，不具體問(wèn)題具體分 析地全部進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆治?、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，由于習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)的問(wèn)題，很可能導(dǎo)致失敗。 Microsoft 的 COM 是模塊間通訊標(biāo)準(zhǔn)接口，它是 Microsoft 的 OLE 及 ActiveX 技術(shù)的基礎(chǔ)， DCOM 是 COM 的分布式版本，該模型在 Microsoft 的 Windows 環(huán)境中得到良好的實(shí)現(xiàn)，但較難移植到其他環(huán)境中。 CORBA 的最大特點(diǎn)在于它是唯一一個(gè)中立于各種不同平臺(tái)、不同廠商和不同語(yǔ)言的架構(gòu)。既然中間件能隔離設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，能在分布的環(huán)境中封裝實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。 、 CORBA 通信方式的研究 CORBA 的基本通信方式有：同步方式、單向操作方式和延遲同步方式。目前新的 ORB 一般使用 TCP/IP協(xié)議連接客戶和服務(wù)器，而不是采用 UDP 方式。 、 CORBA 性能分析 由于 CORBA 的通訊協(xié)議實(shí)際上是建立在 TCP/IP 的基礎(chǔ)上的，因此可以認(rèn)為是對(duì)Request Client Object Implementation ORB 圖 21 客戶端的調(diào)用過(guò)程 14 國(guó)電南瑞科技股份有限公司 TCP/IP 進(jìn)行了封裝，故效率將比直接使用 TCP/IP 的程序略低。而服務(wù)端向客戶端傳輸數(shù)據(jù)的方式與此相反。 0 10 20 30 40 502 . 7 5 02 . 8 7 53 . 0 0 03 . 1 2 53 . 2 5 0 調(diào)用時(shí)間(秒)發(fā)送順序 ( 組數(shù) )同步調(diào)用機(jī)制下報(bào)文的發(fā)送情況 從圖中可知，每組 3000 次調(diào)用耗時(shí)為 3 秒左右，因此每次調(diào)用時(shí)間大約為 1ms。并且在多個(gè)客戶端同時(shí)訪問(wèn)服 務(wù)端時(shí)也需要保證訪問(wèn)的實(shí)時(shí)性。 由于模擬實(shí)際運(yùn)行時(shí)的極端情況進(jìn)行的測(cè)試，每次請(qǐng)求的數(shù)據(jù)量很大，所以調(diào)用時(shí)間普遍在 15 毫秒左右，這個(gè)時(shí)間的組成很大程度上是服務(wù)端在進(jìn)行大批量復(fù)雜數(shù)據(jù)處理上所花的時(shí)間，盡管比前面的測(cè)試時(shí)間要長(zhǎng)，但對(duì)于客戶端的圖形數(shù)據(jù)訪問(wèn)來(lái)說(shuō)仍然是足夠的。 第三代電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)屬于圖中 (c)所示的情況 ,它實(shí)質(zhì)上是一種復(fù)雜的客戶服務(wù)器結(jié)構(gòu)，將服務(wù)器分為數(shù)據(jù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，是一種功能分布型結(jié)構(gòu)。 、新體系結(jié)構(gòu)的研究 對(duì)調(diào)度自動(dòng)化集成系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究可從邏輯 結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面來(lái)分析，邏輯結(jié)構(gòu)研究的是軟件模塊的相互關(guān)系，如 C/S 結(jié)構(gòu)、對(duì)等結(jié)構(gòu)等，物理結(jié)構(gòu)研究的是軟件模塊在物理設(shè)備上的部署，哪些模塊在服務(wù)器上運(yùn)行，哪些模塊在工作站上運(yùn)行。 2）邏輯結(jié)構(gòu)的縱向分析 從縱向平面的角度看，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比， CORBA 是一種通信中間件，屏蔽了底層的操作系統(tǒng)和硬件的差異性，可以真正建立在異構(gòu)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)分布式應(yīng)用如下圖所示。（ 2）在服務(wù)器上運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)和各種應(yīng)用軟件，在工作站上只運(yùn)行人機(jī)接口軟件，不運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用。通過(guò)測(cè)試表明，瘦客戶端方式下的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載能滿足要求。研究態(tài)和實(shí)時(shí)態(tài)的主要區(qū)別在于運(yùn)行的數(shù)據(jù)環(huán)境不同，程序處理邏輯是相同的。對(duì)研究態(tài)和實(shí)時(shí)態(tài)用到 硬件 操作系統(tǒng) 分布式管理( C O R B A ) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 商用數(shù)據(jù)庫(kù) 應(yīng)用軟件( SC A D A 、 AGC 、P A S 等 ) 應(yīng)用服務(wù) ( 畫面 管理、系統(tǒng)管理、 報(bào)表、 WE B 等 ) “柵欄 ” 數(shù)據(jù)庫(kù)層 應(yīng)用服務(wù)層 中間件層 19 國(guó)電南瑞科技股份有限公司 的畫面 也是如此，運(yùn)行時(shí)用到的是不同的畫面，但廠站設(shè)備相同的畫面只制作一次。平臺(tái)主要是提供支持研究態(tài)的機(jī)制和工具，應(yīng)用運(yùn)用平臺(tái)的這些機(jī)制和工具，實(shí)現(xiàn)不同的研究態(tài)功能。靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有實(shí)時(shí)性要求，可以存放在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，也可存放在商用數(shù)據(jù)庫(kù)中。運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)是在實(shí)時(shí)態(tài)和研究態(tài)環(huán)境下運(yùn)行時(shí)用到的數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)所處的態(tài)從靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中下載該態(tài)所有的設(shè)備及其參數(shù)，完成運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的初始化，運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的初始化由研究態(tài)管理工具來(lái)完成。由于對(duì)于不同的態(tài)，運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)是相對(duì)獨(dú)立的，每一個(gè)態(tài)都有一份數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體。 需要指出的是平臺(tái)支持多態(tài)和支持多應(yīng)用是不同的，一個(gè)態(tài)下可能有多個(gè)不同的應(yīng)用，一個(gè)應(yīng)用可能運(yùn)行于多個(gè)不同的態(tài)。全 景 PDR 原理是將過(guò)去電網(wǎng)的某一段時(shí)間內(nèi)的場(chǎng)景進(jìn) 行重演，系統(tǒng)必須提供一個(gè)獨(dú)立于實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境的重演數(shù)據(jù)環(huán)境，這就要系統(tǒng)提供一個(gè)研究態(tài)環(huán)境。對(duì)于歷史上保存的電網(wǎng)模型可以重新調(diào)入研究態(tài)進(jìn)行回顧和分析。造成異構(gòu)環(huán)境的原因主要有：（ 1）控制中心的各個(gè)子系統(tǒng)往往是分期建設(shè)的；（ 2）老的系統(tǒng)會(huì)不斷更新和升級(jí)；（ 3）從硬件、操作系統(tǒng)到支持平臺(tái)、應(yīng)用軟件不可能由一家產(chǎn)品包打天下?；ゲ僮鞣绞绞侵鸽m然軟件只能在一個(gè)平臺(tái)上