電力頻率遠程監測管理系統的實現

摘  要：本文論述了一種基于因特網的電力系統頻率監測（FNET）信息系統（IMS）。該信息系統采用因特網作為基本通信結構，由多層客戶/服務器結構保證頻率監測系統的可伸縮性和可靠性，以Java語言為客戶和服務器端程序語言。它可以在寬廣的范圍內實現頻率信息的獲取、傳輸和發布。
 關鍵詞：實時頻率監測，Java，因特網，客戶/服務器，網絡計算。
 
1 引言
 系統頻率是電力系統最重要的參數之一，頻率的快速準確測量是電力傳輸系統操作的基本要求。市場經濟傾向于要求電力系統在更接近于滿負荷點附近運行，而離線測量無法預測超過設計參數的一系列故障，所以，實時連續系統動態監控是一種較好的替代方案。
 以往的研究工作表明需要一個實時、連續、復合和統一的頻率測量和控制系統，由于以前網絡和軟件技術的限制，復合數據的獲取和實時集成較難實現，這降低了臨界事件被精確記錄的可能性。而現在，網絡和通信領域技術的發展開啟了簡便和快速的數據傳輸和獲取之門，其中最有潛在價值的高速技術革命是用局域網、廣域網和因特網連接一個電力應用企業和它的外部機構，例如顧客、發電機、輸配電設備、斷路器和戰略合作伙伴。本文論述了一種基于因特網的電力系統頻率監測系統。
2 IMS系統設計
 圖1展示了基于因特網的實時電力系統頻率監測系統（FNET）。FNET包括兩個主要部分：FRU（頻率記錄單元）主要負責測量頻率數據；信息管理系統（IMS）服務器的主要負責數據采集、處理、通信和提供用戶界面。實時頻率數據將從FRU傳輸到信息管理系統（IMS）服務器并由服務器處理，用戶幾乎可以從世界各地通過因特網跟蹤頻率信息。

2.1信息管理系統服務
 IMS服務器在FNET系統中起著決定性的作用，它是一個基于多層客戶/服務器結構模型的工作流軟件，負責頻率數據的協調、集成、處理和顯示。
 MMI（人機界面）集成頻率顯示、監控和歷史數據的再獲取功能，并提供容易使用的用戶界面。當用戶登錄IMS服務器時，IMS服務器將啟動認證機制，只有通過認證的授權用戶才可以獲取實時頻率信息。
 IMS服務器代碼完全用Java編寫，不需要本地代碼。
2.2后援數據庫
 后援數據庫提供優化的數據和文件服務，并且不需要使用特殊的數據庫語言。
2.3人機界面（MMI）
 MMI為設計、運行和管理部門提供獲取頻率信息的工具。MMI在客戶端和服務器端具有相同的圖形界面。
3 IMS系統軟件設計技術
3.1多層客戶/服務器結構
 基于客戶/服務器結構的程序在滿足企業數以千計的用戶使用的同時，能保持很好的靈活性和可維護性。
 多層客戶/服務器結構也便于進行程序設計，因為每一層可以在不同的平臺上建立和運行，這樣就簡化了管理實施軟件工程。
3.2網絡化的程序運行環境
 網絡化允許程序從分布于各地的計算機上獲取存儲的信息，非常適合于頻率信息的獲取，傳輸和發布。原因有兩點：
 （l）容易獲取授權用戶可以從世界各地獲取電力系統的實時頻率信息。
 （2）低投資所有的數據均通過互聯網進行傳遞和發布，不需要另外的硬件投資。
3.3數據庫層
 在IMS系統中，由兩種連結數據庫層的方法：（Ⅰ）JDBC和（Ⅱ）OLEDB。
 JDBC（Java數據庫連結）是實現結構化數據查詢的一種Java應用函數接口，Java程序用它來實現對數據庫的操作。
 OLEDB技術被用來實現頻率信息的在線檢索，OLEDB是分布式數據庫的核心技術，它提供了一種真正的標準化的獲取不同數據源的方法，大大簡化了異地數據的存取。
3.4 Intranet/Extranet/Internet
 當FRU單元被連接到網上時，就可以通過廣域網或者局域網獲取分布系統頻率，頻率數據可以通過Intranet，Extranet和Internet獲取。
 Intranet：局域網是一個非常容易理解的概念，它可以直接集成各種現有軟件，從而降低各種成本。Extranet：Extranet是Intranet的延伸，它是Intranet和外部相連的安全通道。
 Internet：互聯網用戶通過互聯網獲取頻率信息。
3.5 網絡傳輸性能和安全問題
 在這里，我們特別關注以太網的即時信息傳輸能力，EPRI曾經作過以太網傳輸能力測試，測試表明通過100Mb的以太網，經由一個10Mb分線器的以太網可以在4ms內完成信息傳輸，許多其它的研究和網際視頻會議等最新技術表明，通過互聯網進行實時信息的傳輸是可靠和有效的。
 通信的安全性由防火墻技術進行保證，防火墻可以將中心數據及認證數據與其它數據進行隔離，所有未經認證的用戶將被拒絕服務。
4 試驗系統
 為了測試IMS系統的性能，我們設計了一個包含四個模塊的試驗系統：第一個模塊是運行于幾臺Unix工作站的FRU仿真器，它可以仿真實時頻率信息；第二個模塊是IMS服務器；第三個模塊是IMS系統數據庫管理模塊；第四個模塊是帶有和Java,java script以及VBScript兼容的標準瀏覽器，該瀏覽器可運行于任一臺客戶端的PC機上。IMS服務器，FRU仿真器，客戶端PC機之間通過10BaseT以太網連結到ATM交換機上。
4.1 IMS服務器
 IMS服務器物理上可以被安裝在任意一個地方。服務器按如下方案進行配置：
 硬件配置：采用了雙服務器結構和冗余磁盤陣列。一臺服務器作為另一臺服務器的熱備用服務器。
 服務器軟件配置：選用WindowsAdvancedServer2000作為IMS服務器的操作系統。C++語言用來實現服務器不同部分之間的通信，Java語言用來實現人機界面，Unix套接字用來實現仿真程序，標準瀏覽器用來實現頻率信息的獲取。
4.2 數據處理
 從FRU傳出的數據以Unicode的形式傳輸，（Unicode是一個為顯示現代世界各地不同的語言文字而設計的一種統一文字編碼），數據從FRU傳到IMS服務器的速率為200kbps，IMS服務器獲取數據并對其進行壓縮處理，將其存儲到硬盤上。經過過濾的數據被存儲到數據庫中。
4.3 實時電力系統仿真器
 實時電力系統仿真器采用Java設計。不同的仿真器同時運行于幾臺Unix機器上，數據流通過10BaseT局域網連接到ATM交換機上。
 在每個頻率仿真器上，每毫秒將產生一個從58到62變化的隨機數據，同時通過以太網傳輸到IMS服務器。FRU和IMS服務器之間的通信協議采用TCP/IP協議，當網絡出現擾動或者干擾時，數據將從斷點再次向IMS服務器傳輸。
 IMS服務器讀取仿真器的頻率數據，將它存儲到后援數據庫中，并將其顯示在在線圖表中。當無法讀取數據時，將向仿真器傳送一個檢測信號。如果連續傳送三個測試信號后仍然沒有回應，該仿真器的套接字將被關閉，同時相應的線程也將被停止，警告列表中將顯示一個錯誤事件。根據協議規定，服務器可以要求仿真器啟動、停止、延遲傳輸數據和調整傳輸速率。
 Java程序從服務器上下載到本地機進行解釋執行。
5 結語
 基于最新的信息技術，例如Java語言，多層客戶/服務器結構，數據操作，互聯網和Web技術，我們建立了一個電力系統頻率監測信息管理網絡。該信息網絡以互聯網為通信基礎，允許在寬廣范圍內獲取、傳輸和發布數據。面向對象的設計和客戶/服務器模塊結構保證了用戶可以靈活、動態地和信息管理系統進行交互操作。IMS系統致力于給設計、運行、計劃、管理部門和用戶提供一個廉價、跨平臺的基于互聯網的頻率信息監測系統。該系統可以給系統操作者提供實時信息，探測系統擾動，對系統進行仿真，獲取電力質量信息，跟蹤故障原因，為AGC和FACTS控制提參考。
 隨著硬件技術的飛速發展，例如高速傳輸網的發展，未來的網絡傳輸性能將更加高效和穩定，最新防火墻技術的發展也使數據傳輸更加安全。此外，隨著無線通信技術的發展，幾乎可以隨時隨地得到需要的信息。
 
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