AVC分布式无功优化控制系统软件设计全面解析

地区电网分布式AVC系统主要由硬件系统和软件系统两大部分构成，多级控制示意图如图2-9所示。

2.4.2.1 硬件设计

硬件是整个系统的载体，不但要具有承担系统各项功能的能力，而且需要具备一定的可扩展性。当电网进一步发展，AVC系统需要不断更新时，整个硬件系统要能够在未来一定时期内适应AVC系统更新需要。

地区电网分布式AVC系统硬件部分主要包括服务器、系统备份和系统容错三个部分。具体介绍如下：

1.服务器

AVC主站服务器与数据库服务器使用同一台服务器，该服务器是该系统的核心，一般选择知名品牌的专业服务器产品，以满足AVC系统主站软件的在线计算要求。服务器在目前的服务器市场中，较为著名的专业服务器生产厂商有SUN、IBM、HP、SGI和Compaq等公司。其产品均是以个人计算机环境和分布式网络环境为前提的高性能计算机，一般都具有以下的特点：①采用高速32位或64位微处理器结构，以满足繁重的计算任务；②采用UNIX或Windows NT/2000操作系统，以支持多任务、多用户和多线程处理；③提供网络接口，支持TCP/IP协议，便于信息交换和资源共享。

图2-9 AVC多级控制示意图

服务器系统设计主要考虑以下几个指标：处理器速度、磁盘子系统、随机存储器、可靠性、可用性、可维护性、可缩放能力、可升级能力。选择时，应根据客户的需要，充分考虑近期要求，以及远期业务增长的可能性，选择具有相应扩展能力的服务器，并根据事务处理能力的要求及对系统可靠性指标的要求，合理配置服务器的CPU、内存、存储容量和相关软件。

服务器的选型主要以服务器系统的整体性能和服务器系统的整体成本作为依据。服务器系统的整体性能主要表现在：所支持的网络工作站数量、所处理的数据总量、系统的处理速度、系统的稳定性、系统的可扩展性、系统的安全性等。服务器系统的整体成本主要表现在：服务器系统的购买成本、服务器系统的维护成本、服务器系统支持的应用、服务器系统的管理与操作、服务器系统的开放性、厂家的服务承诺与技术支持。

2.系统备份

AVC系统在线运行时将定时保存计算数据、计算结果及用户操作记录，用于对系统运行情况进行查看与分析。为防止系统故障丢失历史记录，存储备份是必不可少的措施。

按照性质的不同可将系统故障分为物理故障和逻辑故障。物理故障指的是导致系统不能正常运行的软硬件故障，常见的有网络通信中断、硬盘读写错误、系统不能正常启动、软件被病毒感染等。逻辑故障指系统数据发生的逻辑错误，如数据的不一致、数据被有意或无意地错误修改等。

针对这两种故障，可采用硬件方面或软件方面的备份措施。硬件备份措施有磁盘镜像、磁盘阵列、双机热备份和双机共享磁盘阵列等。磁盘镜像与磁盘阵列不同之处在于磁盘阵列可以防止多个硬盘出现故障，而磁盘镜像只能防止单个硬盘的物理损坏。双机热备份和双机共享磁盘阵列系统则是更完备的硬件容错系统，可防止整机出现故障。软件备份是通过操作系统提供的备份软件或专业备份软件将系统数据复制到可以异地存放的存储介质上。

3.系统容错

AVC系统作为一个闭环控制系统，对系统可靠性自然有高的要求。备份技术只能为系统恢复提供帮助，但不能为系统提供不间断运行能力。可采用由两台服务器组成一个集群服务器为AVC系统提供计算与数据库服务。AVC系统可运行于集群中的任一台服务器上，当运行服务器出现故障时，集群服务器将AVC系统自动迁移到另一台服务器上，从而提供了不间断运行的容错服务。

集群系统（CLUSTER）有如下特点：

1）由若干完整的计算机互联组成一个统一的计算机系统。

2）可以采用现成的通用硬件设备或特殊的硬件设备，例如专用的通信设备。

3）需要特殊软件支持，例如支持集群技术的操作系统或数据库等。

4）可实现单一系统映象，即操作控制、IP登录点、文件结构、存储空间、I/O空间、作业管理系统等的单一化。

5）在集群系统中可以动态地加入新的服务器和删除需要淘汰的服务器，从而能够最大限度地扩展系统以满足不断增长的应用需求。

6）可用性是集群系统应用中最重要的因素，是评价和衡量系统的一个重要指标。

7）能够为用户提供不间断的服务，由于系统中包括了多个节点，当一个节点出现故障的时候，整个系统仍然能够继续为用户提供服务。

8）具有极高的性能价格比，和传统的大型主机相比，具有很好的价格优势。

9）资源可充分利用，集群系统的每个节点都是相对独立的机器，当这些机器不提供服务或者不需要使用的时候，仍然能够被充分利用，而大型主机上更新下来的配件就难以被重新利用了。

实现服务器集群的硬件配置主要有：①网络服务器两台；②服务器操作系统硬盘两块；③ULTRA 160 LVD SCSI磁盘阵列一个；④18G SCSI硬盘三块；⑤网络服务网卡四块。

2.4.2.2 软件设计

软件设计部分包括AVC分布式无功优化控制系统的软件应用环境及其具体内容设计。应用环境又包括操作系统和数据库的选取；具体内容设计包括开发工具的选取及AVC分布式无功优化控制系统实用软件设计流程。软件设计部分是整个AVC分布式无功优化控制系统的重要组成部分，它的设计是软件优劣的重要评鉴依据，是整个系统的生命主体。以下从各个方面详细阐述AVC分布式无功优化控制系统的软件设计。

1.操作系统

网络操作系统主要有UNIX和Windows两种。UNIX首先是一个功能强大的多任务、多用户的操作系统。它是由AT&T Bell实验室于1969年发展起来的。除了典型的操作系统功能外，它还提供了标准的命令和库接口，UNIX模块化的方法使它成为开发新应用程序的理想系统。UNIX操作系统有许多不同的变体，主要有HP-UX（惠普）、Solaris（SunSoft）、SVR4（AT&T）、AIX（IBM）、IRIX（SGI）和Linux等。

UNIX的显著特点是它的可扩展性和开放性。可扩展性是指可以方便地定义一些供其他程序调用或终端用户使用的命令。开放性则是指可以将其装入基于各种处理器的机器，而且是可调整的。UNIX发展至今已有30多年的历史，其稳固的核心及灵活多样的界面无不给使用者留下深刻的印象。其网络核心所使用的TCP/IP协议，已经成为构造不同平台网络的基础，现在广为流行的Internet就是基于TCP/IP协议组建的。

Windows 2000是一种高性能的32位多任务多用户操作系统，是为解决复杂的商业应用问题而设计。它集成了当前许多先进的技术，是一个功能强大、结构完善的操作系统；然而它的界面操作却十分简单，采用与Windows系统相一致的图形用户界面（GUI），易于理解和操作，很容易实施管理并具有更高的操作系统速度，还提供了综合的安全特性。

综合考虑以上两种操作系统各自的特点、运行速度和产品的可维护性等指标，以及系统的规模大小，来选择合适的操作系统。一般我们建议客户端采用Windows 2000 Professional操作系统，服务器采用Windows 2000 Advance Sever。(www.xing528.com)

2.数据库

数据库系统是负责数据库中数据存取、管理和控制的软件。提起大型关系数据管理系统，首先让人想起的就是Oracal、Sybase、SqlServer2000等。现在市场上用得最多的也就是这几种，它们均使用在那些要求性能稳定可靠，速度快、海量数据的数据库中，但是这些系统功能虽然十分强大，但在AVC系统应用中却有点不太适合。由于AVC系统是一个重于分析计算的专业应用系统，数据量及用户数并不是很大，这些数据库系统相对它们的优点来说，都显得太复杂，费用高，而在这一点上，InterBase却有它的长处。

InterBase是一种关系数据管理系统（Relational Database Management System，RDBMS），它提供了在单机或多用户环境中的快速数据处理及共享的工具。Inter-Base的核心是提供透明的多机种支持的网络运行服务器技术。InterBase可以在Windows 95、Windows NT、Novell NetWare及多种UNIX操作系统上运行。Inter-Base的Windows 95和Windows NT版有两种形式，一是基于单机应用的Local In-terBase，另一种为基于远程、多机工作方式的InterBase Server。两种服务器都带有Windows的客户工具，包括用户授权和数据库管理器Server Manager、用作数据库定义及操作的Windows ISQL以及一系列其他高效的工具。InterBase不但是一个简单、易用、可靠、小巧、便宜，且功能强大的数据库管理系统，而且它完全符合ANSI SQL92标准。与Oracle，Sybase，Ms SQL Server一样，InterBase实现了关系数据库应具备的所有功能。但是与它们相比，它又有这些系统所没有的特点。

InterBase的特有优点：

1）安装简单。一个InterBase数据库服务器安装过程只需要几分钟，而且它是一个开放源代码版本，只要把整个目录复制到目标计算机上，然后运行启动服务器的命令就可以了。这比Oracal Sqlserver2000要简单，且不需要任何有关专业知识。

2）可跨平台使用。InterBase可以在Linux、Solaris和其他UNIX环境以及Windows 2000，Windows NT，Windows ME，Windows98平台上使用。在这些平台上，不仅操作完全透明，而且在把InterBase应用迁移到不同的操作系统上时，只需将数据库装到新的操作系统上，而不必重写代码，使得在UNIX，Linux等平台上也有一个强大的DBMS。

3）有众多开发工具支持与多种数据库连接方式。InterBase可以通过ODBC、BDE/IDAPI、JDBC、ADO、ADO.NET等多种方法进行存取，并拥有众多优秀开发工具的强有力支持。如Delphi，C++Builder，Jbuilder，C#builder及Java，Visual studio，前面几种与InterBase同是Borland公司的产品，与InterBase能无缝集成，从而保证了开发应用程序的快速、可靠、稳定。

强大的企业级功能、最低的维护成本、卓越的跨平台特性、先进的多变体系结构、独一无二的版本事务管理、优秀的数据决策和大型在线事务处理支持、自动化的两段提交以及分布式两段提交恢复、强大的自定义函数等特点使InterBase具有了与其他大型关系数据库管理系统同样的性能。

AVC系统使用的InterBase数据库分三个库文件，分别为静态参数库（AVC_STATIC.GDB）、运行参数库（AVC_RUNTIME.GDB）、历史数据库（AVC_HISDATA.GDB）。

静态参数库是指电网运行时须知的相对不会改变的参数表的集合。主要有BREAKER（断路器表），BUS（母线表），BUSVOLTAGERESTRICT（母线电压约束表），COLPOINT（关口点配置表），CONTROLAREA（集控站表），DBLCLMNTRANS（双绕组变压器表），EQUIVBRANCH（等值支路表），EXTER-NALNETJOINT（外网端口表），FACILITYACTCOUNTQUOTA（设备动作次数分配表），FACILITYLOCKTIME（设备闭锁时间设置表），FACILITYRELATION（元件关联表），GENERATORTABLE（发电机表），ISOLATOR（隔离开关表，刀开关表），LINECROSS（T形接线点），LINETYPE（线路类型表），LOAD（负荷表），PERIODDEFINE（时段定义表），PERIODDEFINE（时段定义表），SHUNT-CAPACITOR（并联电容器表），SHUNTREACTOR（并联电抗器表），STATION（厂站表），STATIONCOSRESTRICT（厂站功率因数表），SYSTEMPARAM（系统参数表），TAPSTYLE（档位类型表），THRCLMNTRANS（三绕组变压器表），TRANSMISSIONLINE（线路表），TRANSTYPE（变压器类型表），VOLT-AGEGRADE（电压等级表），YCDEFINE（遥测定义表），YKYTDEFINE（遥控遥调定义表），YXDEFINE（遥信定义表）。

运行参数库是指电网运行时须知的设备运行状态参数的表的集合。主要有CONTROLAREASTATE（集控站状态表），FACILITYCURRENTSTATE（设备当前状态表），FACILITYSTATE（设备状态表），INTRADAYACTION COUNT（设备当天动作次数表），INTRADAYEVENTRECORD（日事项表），SCHEME（系统方案表），SETVALUE（人工置数表），STATIONSTATE（厂站状态表），WHOLENET-STATE（全网状态表）。

历史数据库是指电网运行时运行设备及电网数据的历史参数的表的集合。主要有BREAKERPARAM（断路器历史数据表），BUSPARAM（母线历史数据表），DATASECTION（断面记录表），DBLCLMNTRANSPARAM（双绕组变压器数据表），EXTERNALNETJOINTPARAM（外网端口历史数据表），FACILITYRUN-STATERECORD（设备运行状态历史数据表），FACILITYTIME（设备统计表），GENERATORPARAM（发电机历史数据表），ISOLATORPARAM（刀开关历史数据表），LOADPARAM（负荷历史数据表），MENSALACTION COUNT（月动作次数表），MENSALEVENTRECORD（月事项记录表），MENSALSCHEMERECORD（月系统方案表），MENSALUSEROPERRECORD（月用户操作记录表），MEN-SALVOLELIGIBLERATE（电压合格率表），PROTECTION PARAM（保护历史数据表），STATION COSPARAM（功率因数历史数据表），THRCLMNTRANSPAR-AM（三绕组变压器历史数据表），TRANSMISSIONLINEPARAM（线路历史数据表）。

3.开发工具

Visual C++是一种程序设计语言，同时也是一个集成开发工具，它提供了软件代码自动生成和可视化的资源编辑功能。Visual C++作为一个功能非常强大的可视化应用程序开发工具，是计算机界公认的最优秀的应用开发工具之一。Microsoft的基本类库MFC使得开发Windows应用程序比以往任何时候都要容易。

Delphi是Inprise公司推出的Windows可视化编程工具。Delphi简化了Win-dows应用程序和浏览器、WEB服务器、中间件及以后端大型数据库系统的集成，并支持XML和HTML4，加快了Internet和分布式计算应用系统的设计开发速度。Delphi在开发Internet应用、数据库系统等方面的性能有了很大提高，同时在提高开发人员的效率、方便开发人员的使用方面也做了很多改进。

鉴于以上两个工具各有优缺点，为充分利用其优点，该AVC系统将采用Delphi、Visual C++两种开发工具。

4.AVC分布式无功优化控制系统实用软件设计

整个系统软件结构如图2-10所示，AVC服务端软件及Web服务器软件通过TCP/IP协议与维护软件、监控软件及分析软件连接，构成了整个AVC系统。

为了降低对客户端的硬件要求，实现纯查询用户的客户端零配置，达到满足本系统分布式查询的特点，体系结构采用C/S结构和B/S结构相混合的形式。

图2-10所描述的系统内部的功能结构详细描述如下：

AVC服务器端软件：提供整个AVC系统的数据服务与计算服务；

WEB：为浏览器客户提供数据服务，数据服务的内容依托于web服务器；

维护软件：提供对系统进行日常维护工作的人机界面；

监控软件：为调度人员与监控人员提供图形化的电网运行监控与AVC运行监控界面；

分析软件：为专业用户提供AVC系统相关的运行效果与运行情况分析的人机界面；

WEB用户浏览器（Browser）：为用户提供通过标准浏览器（IE）实现AVC系统结果查询的人机界面。

图2-10 软件结构示意图

地网AVC按照一定的周期从SCADA系统获取实时数据，并从省网AVC系统接收省网关口分时段考核指标（主要是220kV母线电压约束和功率因数约束）；接收到数据后，然后进行网络拓扑分析，分析是否有母线电压或者省网关口功率因数越限。如果有，则跳到相应的模块进行处理，如果没有数据越限，则进行全网无功优化分析。由于全网无功优化时间比较长，如果有数据越限，则应立即终止全网无功优化来进行数据越限校正。

要实现全网无功优化，确保最优化算法收敛成功率，AVC系统应接收状态估计数据。

地区电网AVC分布式控制系统的主要模块如图2-11所示，首先通过SCA-DA系统遥测、遥信接受数据，再通过接口软件模块输入数据，数据处理模块将数据进行处理，剔除坏数据、死数据，再下传送到无功优化模块、电压校正模块和系统管理模块，最后将优化计算后的数据传送到自动控制查询模块和信息综合查询模块，以供查询。

图2-11 地区电网AVC分布式控制系统软件设计模块