電網規劃全過程信息化支撐系統的開發及應用

文/許亮 余浩 龔賢夫

電網規劃是電網建設和運行管理中的一個重要環節，其工作量大、復雜性突出、涉及面廣且需要與時俱進。近年來，隨著計算機網絡技術以及數據庫技術的發展，出現了各類電網規劃信息系統。但目前多數電網規劃信息系統主要側重于數據管理和輔助規劃決策功能的開發，實現了規劃數據的統一管控以及負荷預測、電力平衡等多種輔助決策功能；少數規劃系統實現了較完善的工作流管理，實現對規劃人員工作過程的管控；總體來看，目前各規劃系統難以有效實現對電網規劃全過程的支撐。在仿真計算方面，多數規劃系統僅集成了單個電力系統仿真軟件，仿真手段和深度均不足，僅能實現簡單調用目前主流的電力系統仿真軟件PSD-BPA、PSASP 或PSS/E 進行電力系統潮流和穩定計算并讀取結果，未實現對以上仿真軟件的深度集成，從而難以實現基于統一圖形界面的各仿真軟件的調用、仿真參數設置、仿真結果對比以及仿真過程重現等。

基于此，我公司與目前國內主流的電力系統仿真軟件開發商中國電力科學研究院有限公司和西門子（中國）有限公司合作研究開發了電網規劃全過程信息化支撐系統，通過完善的數據庫來統一管理電網規劃數據，在系統中深度集成電力系統仿真軟件PSD-BPA、PSASP和PSS/E 用于電網仿真分析和仿真對比，形成完善的業務流管理實現對規劃過程管控及仿真過程重現，從而實現了計算機輔助電網規劃全過程。

1 總體架構

圖1：廣東電網仿真分析管理系統硬件及網絡方案

圖2：廣東電網仿真分析管理系統功能框架

該系統采用B/S 與C/S 相結合的模式，采用基于J2EE平臺的MVC架構設計。在物理上，系統主要由數據服務器、地圖服務器、并行計算服務器、存儲服務器組成。廣東電網公司規劃及相關管理人員可通過內網訪問系統，設計單位等外部用戶通過VPN 技術通過外網訪問系統。系統的硬件與網絡方案如圖1所示。

2 功能模塊

根據廣東電網仿真分析管理系統的業務模型分析，結合電網規劃工作實際需求情況，將系統的功能分為三大部分，即數據管理模塊、仿真分析模塊、業務管理模塊。系統的總體功能框架如圖2所示：

2.1 數據管理模塊

數據管理模塊是電網規劃的前提和基礎，實現了對基礎數據、方式數據、GIS 地圖以及文檔資料的安全可靠維護和管理。目前多數系統已實現了基礎數據和文檔資料的管理功能，本文不再贅述。下面主要介紹方式數據管理和GIS 地圖管理功能。

2.1.1 方式數據管理

方式數據管理用于管理電力系統運行方式，并形成應用于仿真分析的計算數據。針對具體設備具有不同運行狀態的特點，對設備數據和運行方式數據分別管理和存儲。當需要形成計算數據時，首先通過運行方式發生的時間段到設備庫中提取設備參數，結合方式庫中設備的運行狀態，形成計算分析數據。

2.1.2 GIS 地圖管理

GIS 地圖管理以電子地圖為背景，通過抽取基礎數據中的電網設備數據形成電網地理接線圖，并通過不同顏色以及線型來區分運行方式中電網設備的投退情況，構建電網GIS 地圖管理子系統，實現對基礎數據和方式數據的圖形展示和可視化管理，即圖模一體化交互。用戶可通過直接在GIS 地圖上操作來實現對基礎數據以及方式數據的管理和維護。

2.2 規劃及仿真模塊

規劃及仿真模塊是本系統的核心模塊，主要實現輔助規劃決策和仿真管理及計算功能。其中，國內現有規劃信息系統已較好實現了輔助規劃決策功能，下面主要介紹仿真管理及計算功能，主要包括仿真管理、仿真計算、仿真結果展示、可視化仿真以及并行計算等。

2.2.1 仿真管理

實現對系統集成的各仿真軟件（PSDBPA、PSASP 和PSS/E）計算數據的管理、仿真參數的設置以及仿真方案的設置；實現各仿真軟件對應的計算數據在系統中的提取、調用等操作，用戶可根據需要在系統上調用各仿真軟件的各功能模塊；各仿真軟件在功能上仍保持其完整性，用戶可根據需要選擇某個仿真軟件進行仿真分析，也可選擇多個仿真軟件進行仿真對比等。

2.2.2 仿真計算

滿足電網規劃仿真計算需求，主要包括：潮流計算、穩定計算（暫態穩定、小干擾穩定、靜穩極限）、短路電流計算、系統等值、故障批處理計算等；后續還將實現無功優化、電磁暫態仿真、機電混合仿真和中長期動態仿真等。

2.2.3 仿真結果管理

主要實現仿真結果的輸出、展示、保存和下載等功能。仿真結果既可以由對應的仿真軟件以其特有的形式進行輸出，也可以根據需要進行設置，以圖表化形式進行輸出、展示和對比等。

2.2.4 可視化仿真

主要指仿真管理、仿真計算、仿真結果管理的可視化。實現不同仿真計算軟件所需計算數據在統一圖形化界面的提取、編輯、修改以及轉換調整等操作，同時，實現了統一圖形化界面下的計算任務設置（包括流程設置、仿真工具選取以及相關參數配置等）以及計算結果的圖形化展示功能。

2.2.5 并行計算

該功能是系統中較獨立的功能模塊，通過Web 的SOAP 服務模式發布服務，供用戶調用，用戶可根據需要把耗時的仿真計算任務轉移到并行計算服務器上。并行計算平臺可以把一個電力系統仿真計算任務分解到一群服務器中進行并行計算，并負責各服務器負載均衡，從而充分發揮硬件性能，提高計算效率，滿足電力系統大規模仿真計算的需求。

2.3 業務管理模塊

業務管理模塊主要包括權限管理、成果管理、業務管理、業務流管理和仿真培訓系統。這里主要介紹權限管理和業務流管理。

2.3.1 權限管理

合理的權限管理對系統的正常運行至關重要。本系統以模塊化操作來定義各用戶的權限，并通過統一的身份認證機制實現身份認證和權限控制，根據用戶崗位、所屬單位的不同，授予對各種數據、系統功能相應的訪問、處理權限，實現數據、功能的分層、分單位管理，以及上級對下級單位的數據查詢和管理等，為實現異地協同辦公提供了基礎。

2.3.2 業務流管理

業務流管理包括內部業務流管理和外部業務流管理，內部業務流管理實現對內網用戶基于本系統開展規劃工作和仿真計算工作的流程的管理；外部業務流管理實現對外部用戶向本平臺提交仿真計算申請、內部用戶處理申請、通過系統返回仿真分析結果的流程管理；業務流管理具備回溯查詢功能，從而實現對規劃工作、仿真計算過程的檢查和重現等。

3 結論

（1）研究并開發了服務于電網規劃和仿真計算的廣東電網仿真分析管理系統，實現了數據管理、仿真分析和業務管理三大功能模塊，對電網規劃工作全過程進行支撐。

（2）建設信息化系統實現對電網規劃數據的統一化管理，有效避免數據重復建模，數據版本沖突等問題；實現了圖模一體化交互功能，通過在GIS 地圖上操作對電網設備數據及計算方式數據進行維護和管理。

（3）深度集成了主流的電力系統仿真軟件PSD-BPA、PSASP 和PSS/E 用于電網仿真分析，實現了在統一圖形化界面調用各仿真軟件進行仿真計算和仿真對比；提供了一種快速直流潮流算法，分析無功平衡情況，為潮流調試提供指導；開發了并行計算功能，提高仿真計算效率，為進行大規模電力系統仿真計算提供了基礎；提供了豐富的輔助規劃功能，為規劃工作開展提供了參考。

（4）配置了一套支持協調合作的統一用戶權限管理系統，為實現異地協同辦公提供了基礎；開發了業務流程管理，實現了規劃工作過程以及仿真計算的重現，較好實現了精細化管理。

（5）基于該系統開展了廣東電網“十三五”輸電網規劃等多項電網規劃和專題研究工作。應用情況表明，采用該系統可顯著提高勞動生產率和管理效率，對推動電力行業信息化建設也具有一定意義。