应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 EMS DTS SCADA 历史数据 磁盘 历史数据 花B 服务器服务器 服务器 服务器 车列 服务器 服务器 打印机 ▣ 0 调度员 调度员 前置机 /前置机 维护 维护 GPS 工作站 工作站 工作站 工作站 通讯介质 变电站 变电站 变电站 图2-1系统接线图 Fig2-1 Chart of system connection 2.1.2电网调度自动化系统各模块主要功能 SCADA功能完成电力系统各个生产环节的实时信息的采集，并将之通过通信 通道，按照一定的规约传送到调度中心的计算机控制系统，主站系统对这些实时 信息进行加工处理、存储显示、并可发出下行命令对电力系统内的可控元件进行 遥控。 EMS应用软件功能是建立在数据采集和监控(SCADA)基础之上的功能集成， 随着电力工业计算机应用水平的不断提高，其功能组成也是不断丰富和发展的， 现可将其分为四部分：发电控制类、发电计划类、网络分析类和调度员培训模拟。 相对于SCADA功能而言，EMS应用软件功能的实施更是一项庞大的系统工程。 发电控制类应用软件的主要功能： >自动发电控制(Automatic Generation Control,简称AGC) 第16页共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 EMS DTS SCADA 历史数据 磁盘 历史数据 WEB 图2-1系统接线图 Fi92—1 Chart of system connection 2．1．2电网调度自动化系统各模块主要功能 SCADA功能完成电力系统各个生产环节的实时信息的采集，并将之通过通信 通道，按照一定的规约传送到调度中心的计算机控制系统，主站系统对这些实时 信息进行加工处理、存储显示、并可发出下行命令对电力系统内的可控元件进行 遥控。 EMS应用软件功能是建立在数据采集和监控(SCADA)基础之上的功能集成， 随着电力工业计算机应用水平的不断提高，其功能组成也是不断丰富和发展的， 现可将其分为四部分：发电控制类、发电计划类、网络分析类和调度员培训模拟。 相对于SCADA功能而言，EMS】立用软件功能的实施更是一项庞大的系统工程。 发电控制类应用软件的主要功能： > 自动发电控制(Automatic Generation Control，简称AGC) 第16页共“页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 > 生产成本分析(Power Generation Cost Analysis) >交换计划评估(Transaction Evaluation) >机组计划(Unit Schedule) 发电计划类应用软件的主要功能： >负荷预测(Load Forecasting) >机组组合(Unit Commitment) >水电计划(Hydro-Power Schedule) >交换计划(Transaction Schedule) >火电计划(Thermal Power Schedule) 网络分析类应用软件的主要功能： >状态估计(State Estimation) >调度员潮流(Dispatcher Power Flow) >静态安全分析(Security Analysis) >安全约束调度(Security Constrain Dispatch) >最优潮流(Optimal Power Flow) >无功优化(Optimal Reactive Power) >短路电流计算(Short Circuit Current Calculation) >电压稳定分析(Voltage Stability Analysis) >暂态安全分析(Transit Security Analysis) 调度员培训模拟应用软件的主要功能： >培训调度和运行方式等人员基本业务 >可逼真模拟电网正常和紧急情况下的静态、暂态、中期和长期的动 态过程 >可模拟电网主要故障，做事故处理、系统恢复训练及事故分析研究 >具有调度日常操作的主要功能 >能较逼真地反映事故状态下电网保护和自动装置的动作和行为 >有灵活的培训支持功能，教员可灵活设置初始化条件与各种故障， 编制各种教案。 第17页共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 >生产成本分析(Power Generation Cost Analysis) >交换计划评估(Transaction Evaluation) >机组计划(Unit Schedule) 发电计划类应用软件的主要功能： >负荷预测(Load Forecast ing) >机组组合(Unit Commitment) >水电计划(Hydro—Power Schedule) >交换计划(Transaction Schedule) >火电计划(Thermal Power Schedule) 网络分析类应用软件的主要功能： >状态估计(State Estimation) >调度员潮流(Dispatcher Power Flow) >静态安全分析(Security Analysis) >安全约束调度(Security Constrain Dispatch) >最优潮流(Optimal Power Flow) >无功优化(Optimal Reactive Power) >短路电流计算(Short Circuit Current Calculation) >电压稳定分析(Voltage Stability Analysis) >暂态安全分析(Transit Security Analysis) 调度员培训模拟应用软件的主要功能： >培训调度和运行方式等人员基本业务 >可逼真模拟电网正常和紧急情况下的静态、暂态、中期和长期的动 态过程 >可模拟电网主要故障，做事故处理、系统恢复训练及事故分析研究 >具有调度日常操作的主要功能 >能较逼真地反映事故状态下电网保护和自动装置的动作和行为 >有灵活的培训支持功能，教员可灵活设置初始化条件与各种故障， 编制各种教案。 第17页共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 2.1.3电网调度自动化系统的软件结构 基于同一支撑平台电网调度自动化系统的软件结构如图2-2所示。 标准用户界面 调度自动化 发电 网络 调度 控制 计划 系统支撑平台 分析 员培 D 类应 类应 训模 A 用软 用软 拟 件 件 件 商用 商用 网络 图形系统 实时 数据库 GIS平台 通讯平台 数据库 Oracle Arc/Info 系统管理工具 Sqlserver Arc/SDE 系统开发平台OSI 操作系统Windows,Unix,Linux 图2-2电网调度自动化系统的软件结构 Fig2-2 The software structure of electric power network dispatching automation system 系统开发平台OSI模块主要有两个作用，第一个作用用于屏蔽与操作系统相 关的系统调用，这样可以使得OSI以上的所有软件的代码对于不同的操作系统 来说是一样的，即在不同的操作系统上应用程序的代码一样。第二个作用是封装 一些常用的操作和工具，如时间操作，字符串操作，矩阵运算等。 实时数据库、通讯平台、图形系统、系统管理工具构成了调度自动化系统的 支撑平台。处在整个系统的核心位置。SCADA和EMS的所有应用都是建立在 这个平台之上。 如果能将调度自动化系统支撑平台从系统中独立出来，成为一个产品，这样 第18页共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 2．1．3电网调度自动化系统的软件结构 基于同一支撑平台电网调度自动化系统的软件结构如图2-2所示。 图2-2电网调度自动化系统的软件结构 Fi92—2 The software structure of electric power network dispatching automation system 系统开发平台OSI模块主要有两个作用，第一个作用用于屏蔽与操作系统相 关的系统调用，这样可以使得OSI以上的所有软件的代码对于不同的操作系统 来说是一样的，即在不同的操作系统上应用程序的代码一样。第二个作用是封装 一些常用的操作和工具，如时间操作，字符串操作，矩阵运算等。 实时数据库、通讯平台、图形系统、系统管理工具构成了调度自动化系统的 支撑平台。处在整个系统的核心位置。SCADA和EMS的所有应用都是建立在 这个平台之上。 如果能将调度自动化系统支撑平台从系统中独立出来，成为一个产品，这样 第18页共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 可以使得调度自动化系统的厂家专心于开发调度自动化系统应用软件，可以实现 同一系统内不同的应用模块来自于不同的厂家，并实现无缝的集成。如网络分析 类应用软件来自于一个厂家，发电计划类应用软件来自于另一个厂家。另外，不 同调度自动化系统如果使用相同的支撑平台，那么这两个系统之间就能方便的实 现数据通讯和数据的共享。可以实现取各厂家之长来组成一个高效的调度自动化 系统。 2.2实时数据库介绍 2.2.1实时数据库的特点 一个实时数据库管理系统(RTDBMS)也是一个数据库管理系统(DBMS),所以， 它也具有一般DBMS的基本功能： >永久数据管理，包括数据库定义、存储、维护等。 >有效的数据存取、各种数据操作、查询处理、存取方法、完整性检查。 >事务管理，事务的概念、调度与并发控制、执行管理。 >存取控制、安全性检验。 >数据库的可靠性、恢复机制。 传统的DBMS的设计目标是维护数据的绝对正确性、保证系统的低代价、提 供友好的用户接口，但是它不考虑与数据及事务相联的定时限制，其系统的性能 指标是吞吐量和平均响应时间，而不是数据及事务相联的定时限制，调度与处理 决策。 与之相反，RTDBMS的设计目标首先是对事务定时限制的满足，其基本原则 是：宁要部分正确而及时的信息，也不要绝对正确但过时的信息。系统性能指标 是满足定时限制的事务的比率，它要求必须确保实时事务的截止期，必要时宁可 牺牲数据的准确性与一致性。 2.2.2实时数据库的体系结构 从系统的组成结构来看，RTDBMS与传统DBMS没有什么大的区别。图2-3 给出了它的主要功能部件及其组成。 第19页共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 可以使得调度自动化系统的厂家专心于开发调度自动化系统应用软件，可以实现 同一系统内不同的应用模块来自于不同的厂家，并实现无缝的集成。如网络分析 类应用软件来自于一个厂家，发电计划类应用软件来自于另一个厂家。另外，不 同调度自动化系统如果使用相同的支撑平台，那么这两个系统之间就能方便的实 现数据通讯和数据的共享。可以实现取各厂家之长来组成一个高效的调度自动化 系统。 2．2实时数据库介绍 2．2．1实时数据库的特点 一个实时数据库管理系统(RTDBMS)也是一个数据库管理系统(DBMS)，所以， 它也具有一般DBMS的基本功能： >永久数据管理，包括数据库定义、存储、维护等。 >有效的数据存取、各种数据操作、查询处理、存取方法、完整性检查。 >事务管理，事务的概念、调度与并发控制、执行管理。 >存取控制、安全性检验。 >数据库的可靠性、恢复机制。 传统的DBMS的设计目标是维护数据的绝对正确性、保证系统的低代价、提 供友好的用户接口，但是它不考虑与数据及事务相联的定时限制，其系统的性能 指标是吞吐量和平均响应时间，而不是数据及事务相联的定时限制，调度与处理 决策。 与之相反，RTDBMS的设计目标首先是对事务定时限制的满足，其基本原则 是：宁要部分正确而及时的信息，也不要绝对正确但过时的信息。系统性能指标 是满足定时限制的事务的比率，它要求必须确保实时事务的截止期，必要时宁可 牺牲数据的准确性与一致性。 2．2．2实时数据库的体系结构 从系统的组成结构来看，RTDBMS与传统DBMS没有什么大的区别。 图2-3 给出了它的主要功能部件及其组成。 第19页共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 实时应用程序 “识时”调度 实时事务管理 “识时”并发控制 实时资源管理 实时数据管理 CPU管理 缓冲区管理 数据操作 恢复管理 日志管理 实时1V0调度 数据库 图2-3主要功能部件 Fig2-3 Main function model 2.2.3实时数据库数据存储 在实时应用中，事务在运行前的操作逻辑（操作类型、顺序等）、数据集及其 结构、行为以及时间的相关性等都是可预分析的。然而，对商用数据库而言，数 据都是存储在磁盘上，数据的I/0是造成事务执行时间不确定、预报不准确的关 键因素。为此，要求以大内存作为实时数据库的主要存储介质，使一个事务在活 动期间没有I/0,以达到较准确的预报，从而满足实时事务的定时限制。 内存数据库是支持实时事务的最佳技术，其本质特征是其”主拷贝”或”工作 版本“常驻内存，即活动事务只与实时内存数据库的内存拷贝打交道。显然，它 要求较大的内存量，但并不要求任何时刻整个数据库都能存放在内存，即内存数 第20页共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 实时应用程序 1L 下 “识时”调度}=爿 实时事务管理}=剖“识时”并发控制 上 下 实时资源管理 cPu管N乜 实时数据管理 =纠 缓冲区管理 数据操作 恢复管理 日志管理 JL 1r 实时I／O调度 J L r ] 数据库 2．2．3实时数据库数据存储 图2-3主要功能部件 Fi92-3 Main function model 在实时应用中，事务在运行前的操作逻辑(操作类型、顺序等)、数据集及其 结构、行为以及时间的相关性等都是可预分析的。然而，对商用数据库而言，数 据都是存储在磁盘上，数据的I／0是造成事务执行时间不确定、预报不准确的关 键因素。为此，要求以大内存作为实时数据库的主要存储介质，使一个事务在活 动期间没有I／’0，以达到较准确的预报，从而满足实时事务的定时限制。 内存数据库是支持实时事务的最佳技术，其本质特征是其”主拷贝”或”工作 版本”常驻内存，即活动事务只与实时内存数据库的内存拷贝打交道。显然，它 要求较大的内存量，但并不要求任何时刻整个数据库都能存放在内存，即内存数 第20页共64页