利用J2EE和构件技术实现电厂运行管理考核系统的研究

东方电子股份有限公司 李胜利 任军

为适应电力体制改革和建设智能电网的发展需要，确保省级电网和并网发电厂安全稳定运行，依据国家电监会相关工作方案的要求，需要建设全新的管理考核系统对电厂并网运行及管理情况进行考核。建立的管理考核系统不仅要解决当前电厂考核的实际需求，更需要注重建立一个开放的、可扩展的管理考核系统平台，以满足将来考核类型的扩展和考核细则的完善。

本文遵循电网运营规则和国家规范，利用人工智能原理、解决J2EE和构件技术建设系统，设计电厂运行管理考核系统的功能模块和业务流程、系统体系结构、网络结构等解决方案，解决系统性能及安全性和扩展性等实际应用中遇到的问题，实现了功能完善、适合应用的电厂运行管理考核系统，能够促进电厂节能降耗和电网安全智能运营，提高社会综合经济效益。

1 系统功能与业务流程

1.1 系统功能

电厂运行管理考核系统的业务需求和实现功能主要包括：①注册数据管理，管理电厂机组等系统注册参数；②考核流程管理，启动月度考核，监视考核执行情况；③考核参数设置，设置各电厂参与的考核类型、考核奖惩电量比例和考核范围；④免考核管理，设置电厂和机组免考核时间范围和免考核原因；⑤电厂申报，电厂申报各类注册数据、运行数据和考核争议；⑥申报审批，审批各电厂的考核申报参数；⑦运行管理考核，执行各项考核计算，分类统计考核结果；⑧考核补偿，执行各项考核补偿计算，分类统计考核补偿结果；⑨信息发布，向电厂发布各类注册信息和考核信息；⑩综合信息平台，实现系统接口从各系统获取考核数据，并提供报表、数据字典、数据访问、权限管理、日志服务和告警服务等公共底层支撑。

电厂运行管理考核系统所考核的各种性能指标均同时具备手工填报、确认和自动填报两种模式。对于优化调度系统、OMS、DSMIS等需要改造升级才能与管理考核系统实现接口的考核内容，暂时采用人工手动填报的方式完成考核，待相关系统改造完成后，管理考核系统通过综合信息平台实现与这些系统的无缝连接，可在无需人工干预的条件下，自动完成考核功能。

1.2 业务流程

以月度为考核周期，电厂运行管理考核系统首先设置各类考核参数，并启动考核流程，同时启动数据接口服务，从各个接口系统获取用于考核的最新数据。管理考核系统将考核启动信息发送到OMS系统，由OMS系统的流程管理自动生成各个考核流程，提醒各部门开展职责范围内的各项考核。

各部门接到考核流程提醒后，登录电厂运行管理考核系统，执行各项考核，考核完成后自动汇总到电厂运行管理考核系统总体负责部门，由总体负责部分确认通过后报送公司审批，并将审批通过的预考核结果发布给各个电厂。

电厂接到考核结果后，校验相关各项考核的正确性，如果考核有误，提交考核争议申请。如果考核无误，则提交考核确认信息。

根据电厂提交的争议申请，重新进行考核计算，并将考核结果向各电厂发布，然后考核结果进入结算。

1.3 算法模型

运行管理考核采用的算法模型与电网运营规则关联密切，本系统采用的模型主要包括：

1）日发电计划曲线：发电计划值按线性插值法确定：

式中， iP为96点计划曲线上第i个15分钟整点的发电出力； nP为96点计划曲线上某15分钟整点的发电出力，Pn+1为96点计划曲线上下一15分钟整点的发电出力，i取值为0~179。

2）电厂申报确认后的日考核电量为：

式中，Q调峰为考核电量； maxP 为机组铭牌出力上限（兆瓦）为机组申报出力上限（兆瓦）； minP为机组基本调峰能力下限（兆瓦）为机组申报出力下限（兆瓦）考核为1小时；为基本调峰的考核系数。

3）并网发电厂月度结算费用为：

2 系统体系设计

2.1 网络设计

为完成电厂并网运行信息的集中管理和考核、电厂与省调的信息交换，系统采用100/1000M的双以太网冗余网络结构，主要节点为冗余配置，支持Internet/Intranet多层应用架构（Multi-tier Application Architecture）和浏览器/服务器（B/S）体系结构，同时配置VPN防火墙提高系统安全性。

电厂运行管理考核系统建设在安全III区，从位于Ⅰ区和Ⅱ区的SCADA/EMS、AGC、AVC、WAMS、综合数据平台以及位于Ⅲ区的OMS和DSMIS等系统获取各类考核数据。然后依据运营规则对各类考核内容进行分类加工。最后向省经委、电监会、电网公司各职能部门和各省调电厂公布考核和补偿结果。

为减少不同系统之间的数据交换量，Ⅰ、Ⅱ区的实时系统（如SCADA，EMS、AGC、AVC、WAMS和优化调度等）应在各自系统内计算出考核和补偿所需的有关性能指标，然后再将这些考核数据和补偿指标以及加工这些结果所必需的其他辅助信息通过位于Ⅱ区的综合数据平台经单向隔离装置传送至位于Ⅲ区的管理考核系统。

2.2 系统体系架构设计

系统建设的阶段性、复杂性及扩展性客观上要求系统结构采用分布式构件技术，系统功能由网络联结的许多硬件和软件共同协调完成，任何设备的替换和升级对依赖于其的应用子系统是完全透明的，具有很好的灵活性和适应性，可灵活满足系统的维护、扩容和升级要求。J2EE支持分布式构件技术，通过分析多模式系统的核心功能，借鉴基于J2EE开发管理信息系统的经验，采用构件耦合方法，合理进行软件重用。开发的电厂运行管理考核系统有效地灵活支持电网运营模式。系统采用三层体系结构，如图1所示。

展现层：实现通过安全认证的用户进行信息交互，提供统一的内容访问控制。根据系统赋予的不同权限实现各个考核业务应用访问，提供集成化的服务，实现数据申报、信息查询和报表展示。

应用服务层：是系统的核心组成部分，根据Web Server发送的请求进行分时、分类部署构件，调用JavaBean/EJB构件、从Database Server请求数据。其包含的Web Server响应用户的各种请求，并将相应的请示经过转换后送到应用服务层的各应用构件进行处理，得到处理结果后再将结果返回到用户表现层。

数据层：存储系统所有的数据，可以分阶段进行数据备份以免因不可控因素丢失数据。对应用服务层进行计算和处理时所需的数据请求进行响应并返回结果，服务之间通过简单、精确定义的接口进行通信，实现各系统间业务数据整合和管理。

3 系统实现关键技术

本文应用J2EE技术来实现系统应用功能，实现构件间相互调用和协调、通信和协作，有效保障事务逻辑和组件的重用性；基于构件模型库来规划和实现应用服务器构件，提高系统重用性，减轻开发工作量；利用WEB服务和安全服务技术提高系统的运行性能和系统可靠性，保证系统性能和质量。

3.1 基于J2EE技术实现系统应用

J2EE提供了支持多层应用的开发技术，如事务处理服务(JTS)和事务处理API(JTA)，适合本系统要求的高效计算性能和数据分析能力。在实现运营分析与考核等业务功能时，经常遇到嵌套式事务，EJB规范的嵌套式事务模型可以允许操作单元中嵌入原子操作单元，被嵌入的操作单元可以发生回退，而不影响整个事务的执行效果。

为完成各电厂运行信息的集中管理、分析和执行考核、以及电厂与电力调度中心的信息交换，系统采用事务JTA、命名与目录服务JNDI、远程方法调用RMI、企业JavaBean/EJB、消息服务JMS等技术，完全实现零客户端的运行方式。调度中心可得到电厂申报的检修计划、申报发电量和实时发电量等数据，电厂也能访问调度中心发布的相关信息，实现电厂与调度中心的信息交互。

3.2 基于综合信息平台实现信息集成

综合信息平台是建设管理考核系统的基础，实现数据整合和集成业务信息，以企业应用集成总线ESB方式提供数据模型，而无需进行点对点转换；基于公共模式的集成数据模型有助于减少数据重复，而且参与集成运行的应用可以同时知道数据变化。平台提供灵活的模式定义工具，用户可自定义一些特殊数据模式。分布式计算环境下的多层客户/服务器模式、跨平台、跨网络透明通信框架的特点，实现了以软总线集成，有效解决了SCADA/EMS、OMS等与管理考核系统实现接口的难题。

图1 系统体系结构

综合信息平台不同于所谓的“数据平台”，数据平台重点在于采用统一的方法进行数据的存储管理，能提供规范的数据接口，简单的查询统计工具。而综合信息平台的建立，除了要包含数据平台的功能外，还要做到数据信息上的整合。从整体综合规划数据信息，结合业务需求，使用面向服务的方法建立信息模型、业务知识模型和服务模型，把数据和应用结合到一起，方便地解决信息的交流问题，完成信息发布、信息搜索、知识抽取和应用集成。

3.3 建立构件模型库

为了保证运算模型并行计算的性能效率，提高分析和决策模型运算结果的可靠性，本系统建立构件模型库，含有支撑构件、内核构件、外壳构件等三层功能构件，从模型字典、数据接口和建模技术上提高系统性能。模型字典是构件模型库的技术核心，有效地组织和管理各种模型元数据和相关文件，包括的信息有：1）模型名、模型类型、适用条件、使用信息、相关模型；2）源程序文件、目标文件、可执行文件；3）函数编号、函数名、函数功能、函数类型、实际变量数；4）变量序号、变量名、变量类型。模型字典用JNDI命名目录服务实现，遵循XML格式存放。

建模技术是模型库设计和开发的热点问题，用户创建新模型时，系统能提供生成模型体的基本框架和统一的数据接口，用户只需采用合适的编程语言（如Java），编写模型算法本身的代码即可。应用基于JDBC等标准的数据接口，实现数据交换，可以减少代码的冗余；并且系统移植时只需改动配置参数即可达到更新应用数据源的目的，提高系统效率。

构件模型库采用构件耦合法实现在应用服务平台上的部署，利用构件之间相互协调、相互调用或者相互独立运行、协作并完成模块化、系统化的应用功能来设计和部署应用服务平台的开发方法。根据系统应用中构件相互之间的关系不同，实现紧耦合和松耦合，达到模型构件的共享。图2所示为构件模型库及其在企业应用服务器中的部署模式，物理形式为.jar文件部署在相应服务器上。

支撑构件层提供系统运行时功能的底层定义及实现，如数据库连接缓冲池构件、报表数据转换构件、数据通讯构件、图形报表（趋势图、棒图、饼图等）生成构件等。内核构件层实现系统的基本功能，主要包括两部分构件，一部分是事务处理构件、安全定义构件、错误处理构件、协调构件等；一部分是算法构件，如线性插值法、考核电量法、费用结算法等算法构件。外壳构件层主要用于与用户的交互功能及业务逻辑的实现，包括界面操作构件、业务逻辑构件、报表生成构件、报表操作构件。对不同用户，只需通过安全服务和目录服务，就可透明实现对模型构件的访问。

3.4 实现图形分析和动态报表

图2 构件模型库及其部署模式

为增强应用效果，系统将动态业务报表和图形分析技术相结合，提供包括棒图、饼图、折线图等各种图表，使数据统计分析信息以美观、直观的方式展示，提高系统应用水平。系统提供的动态报表可以满足用户复杂Web报表需求，轻松实现企业分散数据信息集成，以个性化的Web报表进行展现，方便用户和业务人员进行查询、统计与分析。进行业务分析过程中，将机组上下限出力、实际发电量和申报发电量以多条曲线同画面显示，能直观地分析偏差走势，支持调度决策。

3.5 基于应用平台增强系统安全性

管理考核过程中，各种数据直接关系到运营成员的经济利益，需要提供安全的系统应用。J2EE组件容器支持基于SSL协议加密传输，具有身份认证、资源访问控制等安全机制，适合电力市场权限和安全管理；J2EE支持持久性消息服务和事务管理，能够保证考核数据的完整性和一致性，实现数据传输的安全性。对于系统应用级的安全性，提供用户和角色双重权限进行用户权限验证，各成员交换符合接口规范的、安全加密的数据文件，提高系统可靠性。

4 结语

本文所述技术实现的电厂运行管理考核系统，能够灵活实现与多个相关系统的信息接口，消除信息化“孤岛”和支持企业应用集成，实现管控一体化建设；采用符合J2EE技术标准的三层架构体系，提高系统重用性和扩展性，降低开发和维护费用；适应各种异构和互操作系统改造需要，业务功能可随电网运营模式和规则的完善而随时扩展与升级，促进电厂节能降耗和智能电网安全运营，提升社会综合效益。

[1]跨区跨省电力优化调度暂行规则，国家电力监管委员会，2003

[2]华东区域并网发电厂并网运行管理实施细则（试行），国家电力监管委员会华东电监局，2007

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[6]李胜利，陈勇，任军.基于J2EE和构件技术的发电厂报价支持系统[J]，电网技术，2005,Vol.29,No.8：80-84；