电力频率远程监测管理系统的实现

摘  要：本文论述了一种基于因特网的电力系统频率监测（FNET）信息系统（IMS）。该信息系统采用因特网作为基本通信结构，由多层客户/服务器结构保证频率监测系统的可伸缩性和可靠性，以Java语言为客户和服务器端程序语言。它可以在宽广的范围内实现频率信息的获取、传输和发布。
 关键词：实时频率监测，Java，因特网，客户/服务器，网络计算。
 
1 引言
 系统频率是电力系统最重要的参数之一，频率的快速准确测量是电力传输系统操作的基本要求。市场经济倾向于要求电力系统在更接近于满负荷点附近运行，而离线测量无法预测超过设计参数的一系列故障，所以，实时连续系统动态监控是一种较好的替代方案。
 以往的研究工作表明需要一个实时、连续、复合和统一的频率测量和控制系统，由于以前网络和软件技术的限制，复合数据的获取和实时集成较难实现，这降低了临界事件被精确记录的可能性。而现在，网络和通信领域技术的发展开启了简便和快速的数据传输和获取之门，其中最有潜在价值的高速技术革命是用局域网、广域网和因特网连接一个电力应用企业和它的外部机构，例如顾客、发电机、输配电设备、断路器和战略合作伙伴。本文论述了一种基于因特网的电力系统频率监测系统。
2 IMS系统设计
 图1展示了基于因特网的实时电力系统频率监测系统（FNET）。FNET包括两个主要部分：FRU（频率记录单元）主要负责测量频率数据；信息管理系统（IMS）服务器的主要负责数据采集、处理、通信和提供用户界面。实时频率数据将从FRU传输到信息管理系统（IMS）服务器并由服务器处理，用户几乎可以从世界各地通过因特网跟踪频率信息。

2.1信息管理系统服务
 IMS服务器在FNET系统中起着决定性的作用，它是一个基于多层客户/服务器结构模型的工作流软件，负责频率数据的协调、集成、处理和显示。
 MMI（人机界面）集成频率显示、监控和历史数据的再获取功能，并提供容易使用的用户界面。当用户登录IMS服务器时，IMS服务器将启动认证机制，只有通过认证的授权用户才可以获取实时频率信息。
 IMS服务器代码完全用Java编写，不需要本地代码。
2.2后援数据库
 后援数据库提供优化的数据和文件服务，并且不需要使用特殊的数据库语言。
2.3人机界面（MMI）
 MMI为设计、运行和管理部门提供获取频率信息的工具。MMI在客户端和服务器端具有相同的图形界面。
3 IMS系统软件设计技术
3.1多层客户/服务器结构
 基于客户/服务器结构的程序在满足企业数以千计的用户使用的同时，能保持很好的灵活性和可维护性。
 多层客户/服务器结构也便于进行程序设计，因为每一层可以在不同的平台上建立和运行，这样就简化了管理实施软件工程。
3.2网络化的程序运行环境
 网络化允许程序从分布于各地的计算机上获取存储的信息，非常适合于频率信息的获取，传输和发布。原因有两点：
 （l）容易获取授权用户可以从世界各地获取电力系统的实时频率信息。
 （2）低投资所有的数据均通过互联网进行传递和发布，不需要另外的硬件投资。
3.3数据库层
 在IMS系统中，由两种连结数据库层的方法：（Ⅰ）JDBC和（Ⅱ）OLEDB。
 JDBC（Java数据库连结）是实现结构化数据查询的一种Java应用函数接口，Java程序用它来实现对数据库的操作。
 OLEDB技术被用来实现频率信息的在线检索，OLEDB是分布式数据库的核心技术，它提供了一种真正的标准化的获取不同数据源的方法，大大简化了异地数据的存取。
3.4 Intranet/Extranet/Internet
 当FRU单元被连接到网上时，就可以通过广域网或者局域网获取分布系统频率，频率数据可以通过Intranet，Extranet和Internet获取。
 Intranet：局域网是一个非常容易理解的概念，它可以直接集成各种现有软件，从而降低各种成本。Extranet：Extranet是Intranet的延伸，它是Intranet和外部相连的安全通道。
 Internet：互联网用户通过互联网获取频率信息。
3.5 网络传输性能和安全问题
 在这里，我们特别关注以太网的即时信息传输能力，EPRI曾经作过以太网传输能力测试，测试表明通过100Mb的以太网，经由一个10Mb分线器的以太网可以在4ms内完成信息传输，许多其它的研究和网际视频会议等最新技术表明，通过互联网进行实时信息的传输是可靠和有效的。
 通信的安全性由防火墙技术进行保证，防火墙可以将中心数据及认证数据与其它数据进行隔离，所有未经认证的用户将被拒绝服务。
4 试验系统
 为了测试IMS系统的性能，我们设计了一个包含四个模块的试验系统：第一个模块是运行于几台Unix工作站的FRU仿真器，它可以仿真实时频率信息；第二个模块是IMS服务器；第三个模块是IMS系统数据库管理模块；第四个模块是带有和Java,java script以及VBScript兼容的标准浏览器，该浏览器可运行于任一台客户端的PC机上。IMS服务器，FRU仿真器，客户端PC机之间通过10BaseT以太网连结到ATM交换机上。
4.1 IMS服务器
 IMS服务器物理上可以被安装在任意一个地方。服务器按如下方案进行配置：
 硬件配置：采用了双服务器结构和冗余磁盘阵列。一台服务器作为另一台服务器的热备用服务器。
 服务器软件配置：选用WindowsAdvancedServer2000作为IMS服务器的操作系统。C++语言用来实现服务器不同部分之间的通信，Java语言用来实现人机界面，Unix套接字用来实现仿真程序，标准浏览器用来实现频率信息的获取。
4.2 数据处理
 从FRU传出的数据以Unicode的形式传输，（Unicode是一个为显示现代世界各地不同的语言文字而设计的一种统一文字编码），数据从FRU传到IMS服务器的速率为200kbps，IMS服务器获取数据并对其进行压缩处理，将其存储到硬盘上。经过过滤的数据被存储到数据库中。
4.3 实时电力系统仿真器
 实时电力系统仿真器采用Java设计。不同的仿真器同时运行于几台Unix机器上，数据流通过10BaseT局域网连接到ATM交换机上。
 在每个频率仿真器上，每毫秒将产生一个从58到62变化的随机数据，同时通过以太网传输到IMS服务器。FRU和IMS服务器之间的通信协议采用TCP/IP协议，当网络出现扰动或者干扰时，数据将从断点再次向IMS服务器传输。
 IMS服务器读取仿真器的频率数据，将它存储到后援数据库中，并将其显示在在线图表中。当无法读取数据时，将向仿真器传送一个检测信号。如果连续传送三个测试信号后仍然没有回应，该仿真器的套接字将被关闭，同时相应的线程也将被停止，警告列表中将显示一个错误事件。根据协议规定，服务器可以要求仿真器启动、停止、延迟传输数据和调整传输速率。
 Java程序从服务器上下载到本地机进行解释执行。
5 结语
 基于最新的信息技术，例如Java语言，多层客户/服务器结构，数据操作，互联网和Web技术，我们建立了一个电力系统频率监测信息管理网络。该信息网络以互联网为通信基础，允许在宽广范围内获取、传输和发布数据。面向对象的设计和客户/服务器模块结构保证了用户可以灵活、动态地和信息管理系统进行交互操作。IMS系统致力于给设计、运行、计划、管理部门和用户提供一个廉价、跨平台的基于互联网的频率信息监测系统。该系统可以给系统操作者提供实时信息，探测系统扰动，对系统进行仿真，获取电力质量信息，跟踪故障原因，为AGC和FACTS控制提参考。
 随着硬件技术的飞速发展，例如高速传输网的发展，未来的网络传输性能将更加高效和稳定，最新防火墙技术的发展也使数据传输更加安全。此外，随着无线通信技术的发展，几乎可以随时随地得到需要的信息。
 
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