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基于B/S架构的区域电网多能源联合优化调度系统设计
摘要：随着大型水电、热力、风、气、核等电源的一体化，区域电网调度管理越来越困难。为了提高多能源联合调度的水平，本文采用Java/MySQL作为开发工具平台，J2EE技术对复杂系统的复杂体系结构进行了简化、开发、部署和管理，并结合Applet、HTML、JSP等编程技术设计了一种基于B/S架构的区域电网多能源联合优化调度系统。该系统界面友好，功能集成性强，可扩展性好，可维护性强，人机交互能力强。为多源电厂联合调度提供支持。
1.开发背景与现状
近年来，我国能源结构正从以煤为主向多元化转变，水电、热力、风、气、核等新能源装机容量快速增长[1]。随着大型水电、热力、燃气、核电等一体化的发展，混合动力系统的调度与管理变得越来越困难，发电调度与运行管理是亟待解决的关键科学问题。因此，多能源联合调度系统的设计与开发是提高多能源系统调度水平的有力工具，也是适应当前能源结构快速转型的必然要求。过去，C/S模式在水库群调度系统的开发中得到了广泛应用[2-4]。该模式存在可移植性和可扩展性差、维护成本高、维护难度大、信息难以清晰呈现等缺点，影响了用户日常工作的效率。随着Internet通信网络技术的普及和快速发展，新的B/S体系结构有效地克服了C/S所面临的缺点，其基本原理是在客户端和数据库服务器之间增加Web服务器，并将C/S结构扩展到三层系统[5]。在这种模式下，Web浏览器是具有统一标准的客户端用户的主要应用软件。软件系统的核心部分集中在高性能应用服务器端，大大简化了系统的开发、维护和使用。它已成为复杂应用系统设计和开发的主流技术。
本文以Java/MySQL作为开发工具平台，采用J2EE技术对系统的复杂体系结构进行简化、开发、部署和管理。结合applet、html、jsp等编程技术，设计开发了基于B/S架构的多能源联合调度系统。目前，该系统已在我国某地区电网中应用，有效地帮助调度人员制定多类型电厂联合调度方案。
2.系统设计
2.1整体架构
多能源联合调度系统采用垂直分层和横向分区的结构设计理念。垂直结构由数据库层，应用程序支持层，控制层和页面表示层组成，从下到上。数据层使用Mysql作为数据存储仓库，具有良好的系统可移植性和强大的功能，有利于大规模电力系统运行数据的安全性，稳定性和可扩展性，便于其他软件系统的访问和连接。 API接口，如水电调度平台，预测系统和能源管理系统（EMS）。应用程序支持层主要由不同的功能需求，独立组件和插件组成。这些组件和插件通过面向对象技术进行抽象和封装，以方便灵活的应用，并可以有效地减少系统开发的工作量。控制层使用servlet技术和数据缓存来分析用户的请求和指令，控制用户界面和程序数据之间的同步，根据系统的操作完成程序数据的更新，并对变化做出反应。程序数据到用户界面（UI）。表现层充当系统的接口和UI逻辑的角色。该系统主要由APPLET JSP / HTML模式设计和开发，以满足用户对人机交互快速响应的操作要求。系统的整体架构如图1所示。
2.2 功能模块
系统的功能模块主要包括多源电站中长期协调运行、日前发电调度和数据管理。数据管理模块主要对电厂的基本信息、特性参数和关系曲线等主要特性和功能进行管理。长期和短期发电调度模块在程序上是相似的，包括方案管理、电厂选择、负荷和维护、水电优化、多能源电力平衡和结果分析。以短期发电调度为例，功能流程如下：
（1）方案管理。用户可以在一段时间内查看调度方案，并可以访问一个方案来查询详细信息或对其进行修改。此外，新的调度计划也可以由系统操作员制定。
（2）计划选择。设置时间点和规划范围，然后在新的调度计划中选择水电站、火电站或其他类型的电厂。
（3）运行条件和约束条件。设置优化计算的要素，包括负荷需求、输电限制、水电维护、机组维护等。
（4）水电优化。首先，设置主要的运行约束条件，包括初始水库水位、规划范围结束时的水位目标、电力输出限制、发电功率的最大和最小值、水位限制和总排放限制等。选择合适的水力优化模型。
（5）多种能源电厂的功率平衡。涉及一个省级电网或多个省级电网。本模块需要设置火力发电厂机组的计划发电量、其他发电厂（风电、核电等）的计划发电量、输电段的限制等。根据相同时间的装机容量或节能要求，对多个电网的发电调度及其分配进行了优化。
（6）结果分析。得出并提交输电优化方案，包括最优方案和实际运行数据、规划程序图以及各电厂的发电量和发电量剖面图。
多能源短期联合优化调度系统逻辑流程图如图2所示。
3.技术特点
3.1新增电站设计向导
采用面向对象技术并将单个发电厂设计为标准部件，需要在新的发电厂中添加大量的基础数据，包括发电调度所需的必要的特性参数和运行数据。系统采用引导式数据访问方式，引导用户逐步添加电站信息，保证数据访问的连续性和完整性，避免相关数据和参数的缺失或不完整，导致新电厂无法进行优化运行。
3.2 MVC图表之间联系
MVC模式常用于系统设计，包括三层结构：模型层（Model），控制层（Controller）和视图层（View）。 视图层是一个用户制定明确计划或查询操作结果的界面。 模型层是用来处理企业数据，业务流程，业务状态和制定业务规则。 控制层可以理解为接收来自用户的请求，将模型与视图匹配，以及响应用户请求的部分。 为了保证数据的一致性，MVC模型被设计为共享相同的模型层。 当表中的数据发生更改时，只需修改数据模型层的数据和更新图形控制器。 类似地，当图中的数据改变时，仅需要修改数据模型层的数据。 关系图如图3所示。
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3.3 报告管理
根据系统的功能设计和实际调度需求，用户可以选择电站的水位、流量、发电等相关项目，设计一套实用、高效、智能、标准的数据输出平台。优化结果以图形和表格方式显示，便于打印。系统中包含的表支持以Microsoft Excel格式导出，生成 Excel报表。生成的防洪运行或符合日常习惯的图形注释和报表满足水电运行的管理需求。
4．应用情况
目前，该系统已在我国区域电网中应用，发电调度涉及水电、热力、风电、核电、燃气等150多个电厂。以短期优化调度为例，通过系统提供的人机交互功能，用户可以在优化计算后通过两种方式修改调度方案。一种是直接拖动水位或生成计算周期。二是直接修改表中的水位或输出值。界面数据将随修改自动进行计算更改。需要注意的是，这里采用了MVC图表链接技术。
当人工干预调度结果时，图表中的数据始终保持同步，并且上游和下游水压被认为是更新水位，溢出和其他数值的指标。便于调度员在修改过程中观察水位等指标的变化。通过该系统，调度员完成了数千个发电计划，有效地提高了发电调度的效率和发电计划的实用性。
5.结论
随着电网对多源电厂协调优化的要求越来越高，为满足调度部门的实际需要，设计一个易于使用的调度系统势在必行。本文设计开发了基于B/S架构的区域电网多能源调度系统，并已在我国实际工程中应用。系统界面友好，功能集成性强，可扩展性好，可维护性强，人机交互能力强。为水电、热力、风能、太阳能等混合能源系统联合调度提供技术支持。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2017YFC405900）的支持。
参考文献
[1] Cheng CT, Shen JJ, Wu XY and Chau KW. Operation challenges for fast-growing Chinarsquo;s hydropower systems and respondence to energy saving and emission reduction. Renew. Sustain. Energy Rev. 2012; 16(5): 2386-2393.
[2] Mohammad Karamouz, F.ASCE. (2005). Decision support system for monthly operation of hydropower reservoirs: a case study. Journal of computing in civil engineering, 19 (2), 194-207.
[3] Ford, D. T., Killen, J. R. (1995). PC-based decision-support system for Trinity River, Texas. Journal of Water Resources Planning and Management, 121(5), 375-381.
[4] Mohammad Karamouz, Banafsheh Zahraie, Shahab Araghinejad. (2005). Decision Support System for Monthly Operation of Hydropower Reservoirs: A Case Study. Journal of Computing in Civil Engineering, 19(2), 194-207.
[5] Chun-Tian Cheng, K.W. Chau, Xian-yang Li and Gang Li. (2004). Developing a Web-based flood forecasting system for reservoirs with J2EE. Hydrological Sciences Journal, 49, 973-986.
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