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1、湖南大学硕士学位论文基于异构数据库集成技术的配电网电气节能管理系统研究姓名：刘秋英申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：罗安20090410基于异构数据库集成技术的配电网I 乜气节能管理系统研究摘要电力能源问题是关系我国经济社会发展的一个重大战略问题，我国电力消费己占能源消费总量的3 9 5。冶金、化工、钢铁、电力等高电耗行业的高速发展，直接导致我国单位G D P 电耗不断上升。因此，对企业特别是高电耗企业的配电网进行电气节能管理已势在必行。本文从分析冶炼厂的能耗现状出发，研究了对该企业进行电气节能管理的必要性，给出了总体节能方案，并且从功能和数据两方面分析现有应用系统跟电气节能管理系统之
2、间的关系。为了充分利用现有应用系统的资源，必须实现企业配电网内各异构系统数据集成与共享。因此，本文提出了一种基于X M L 和W e bS e r v i c e s 技术的异构数据库集成体系结构，将整个异构系统分成应用层、业务逻辑层和数据层三层结构，利用X M L 技术解决数据源的语法异构问题，利用W e bS e r v i c e s 实现各个数据源的封装，解决了系统的互操作问题。考虑到不同工种的人员对数据的实时性要求不同，应用层采用C S 和B S 混合结构，实现优势互补。重点分析了异构数据集成过程中的关键技术：元数据字典和公共数据模型的建立，查询分解与处理，包装器的设计与发布。电气节
3、能管理系统通过变压器的经济运行减少运行过程中的电能损耗，通过无功功率的优化配置减小线路损耗，通过合理安排设备的检修计划，使得配电网检修停电电量最小，运行可靠性高。对于变压器经济运行，以综合功率损耗作为变压器经济运行的判据，引入短期负荷预测预计变压器的投切次数，采用动态规划法选取变压器的经济运行方式以及投切时机。针对标准遗传算法求解无功优化问题的缺点和不足，在建立无功优化模型的基础上，应用改进遗传算法进行求解。同样，对配电网检修计划模型，本文也给出了改进遗传算法的优化过程实现及其软件实现，并给出了算例分析。从工程应用情况及所产生的经济效益来看，该节能管理系统能够提高企业配电网的能量管理水平，节能
4、效果明显，取得了良好的经济效益和社会效益。关键词：节能管理：异构系统；数据集成；变压器经济运行；无功优化：检修计划I lA b s t r a c tT h ee l e c t r i cp o w e rp r o b l e mi sag r e a ts t r a t e g i ci s s u er e l a t e dt ot h ee c o n o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n ti nm yc o u n t r y，w h e r ee l e c t r i cp o w e rc o n s u m p t i
5、o nh a sa c c o u n t e df o r3 9 5p e r c e n ti nt o t a l W i t ht h eg r e a td e v e l o p m e n to fh i g h p o w e ri n d u s t r i e ss u c ha sm e t a l l u r g y，c h e m i c a l，s t e e l，C h i n a Su n i tG D Pp o w e rc o n s u m p t i o nh a sb e e nn s m gu n c e a s i n g l y T h e r
6、e f o r e，a ne l e c t r i c a le n e r g y-s a v i n gm a n a g e m e n ts y s t e mI Si m p e r a t i v ef o rd i s t r i b u t i o nn e t w o r ki ne n t e r p r i s e s，e s p e c i a l l yi nh i g hp o w e r-c o n s u m p t i o ni n d u s t r i e s I nt h i sp a p e r，f r o mt h ea n a l y s i s
7、o ft h ee n e r g yc o n s u m p t i o ns t a t u si nas m e l t e r，w eh a v er e s e a r c h e dt h en e c e s s i t yo ft h ee l e c t r i c a le n e r g y s a v i n gm a n a g e m e n t，g w e nt h eo v e r a l le n e r g y s a v i n gs c h e m e，a n a l y z e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w
8、 e e nt h ee n e r g y。s a v i n gm a n a g e m e n ts y s t e ma n de x i s t i n ga p p l i c a t i o ns y s t e m si na s p e c t so ft h ef u n c t i o na n dt h ed a t af l o w I no r d e rt om a k ef u l lu s eo ft h ee x i s t i n gs y s t e md a t ar e s o u r c e s，h e t e r o g e n e o u s
9、d a t ai n t e g r a t i o na n dd i s t r i b u t i o nn e t w o r k s h a r i n gi sn e e d e df o rt h ee n t e r p r i s eA sar e s u l t，t h i sp a p e rp r e s e n t sah e t e r o g e n e o u sd a t ai n t e g r a t i o na r c h i t e c t u r eb a s e do nX M La n dW e bS e r v i c e st e c h
10、n o l o g i e s，i ti sm a i n l ym a d eo ft h ea p p l i c a t i o nl a y e r，b u s i n e s sl o g i ct i e ra n dd a t al a y e r，w h i c hU S e SX M Lt e c h n o l o g yt os o l v et h es y n t a xh e t e r o g e n e o u so fd a t as o u r c e s，a n dm a k e su s eo fW e bS e r v i c e st oa c h
11、i e v et h ep a c k a g eo ft h ev a r i o u sd a t as o u r c e st or e s o l v et h ei n t e r o p e r a b i l i t y T a k i n gi n t oa c c o u n to ft h ed i f f e r e n tr e q u i r e m e n t sf o rr e a l-t i m ep r o p e r t yb e c a u s eo ft h ev a r i o u st y p e so fp e r s o n n e l s t
12、 h ea p p l i c a t i o nl a y e ri su s e db yC Sa n dB Sm i x e d-s t r u c t u r et or e a l i z em u t u a lc o m p e n s a t i o no fa d v a n t a g e s I tf o c u s e so nt h ek e yt e c h n o l o g i e so fh e t e r o g e n e o u sd a t ai n t e g r a t i o n，s u c ha sc o m m o nd a t am o d
13、 e l，q u e r ya n a l y s i sp u b l i c a t i o n t h ee s t a b l i s h e do fm e t a d a t ad i c t i o n a r ya n da n dt r e a t m e n t，t h ew r a p p e rd e s i g na n dE l e c t r i c a le n e r g y s a v i n gm a n a g e m e n ts y s t e ma i m sa tr e d u c i n gt h ep o w e r-l o s so ft
14、r a n s f o r m e r sb yi t se c o n o m i c a lo p e r a t i o n，r e d u c i n gl i n el o s so ft h ep o w e rt h r o u g hr e a c t i v eo p t i m a la l l o c a t i o n，d e c r e a s i n gt h ep o w e rf a i l u r eq u a n t i t yb e c a u s eo fd e v i c em a i n t e n a n c ea n di m p r o v i
15、 n gt h er e l i a b i l i t yt h r o u g hr a t i o n a la r r a n g e m e n to ft h ed e v i c em a i n t e n a n c ep l a n F o rt h et r a n s f o r m e te c o n o m i c a lo p e r a t i o n，a ni n t e g r a t e dp o w e rl o s si su s e da st h ec r i t e r i o no fe c o n o m i co p e r a t i
16、o n，t h ei n t r o d u c t i o no fs h o r t t e r ml o a df o r e c a s t i n gi sI I I基于异构数据库集成技术的配电网电气节能管理系统研究e x p e c t e dt op r e d i c t e dt h es w i t c h i n gf r e q u e n c yo ft r a n s f o r m e r s，t h ed y n a m i cp r o g r a m m i n gi Su s e dt os e l e c tt h et r a n s f o r m
17、e re c o n o m i co p e r a t i o nw a ya n ds w i t c h i n gt i m e F o rt h es h o r t c o m i n g sa n dd e f i c i e n c i e so fs o l v i n gr e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o np r o b l e mu s e dt r a d i t i o n a lg e n e t i ca l g o r i t h mb a s e do nt h ee s t a b l i s h
18、m e n to fr e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o nm o d e l，t h ep a p e rh a sp r o p o s e di m p r o v e dg e n e t i ca l g o r i t h mt oo p t i m i z et h em o d e l S i m i l a r l y，f o rt h em a i n t e n a n c es c h e d u l i n gm o d e lo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k，t h
19、i sp a p e rg i v e so p t i m i z a t i o np r o c e s su s e dt h ei m p r o v e dg e n e t i ca l g o r i t h ma n di t ss o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o n，a n dg i v e sae x a m p l ea n a l y s i s I nt h ev i e wo ft h ep r o j e c ta p p l i c a t i o na n dt h ee c o n o m i cb e n e
20、 f i t s，t h ee n e r g y s a v i n gm a n a g e m e n ts y s t e mc a ni m p r o v et h el e v e lo fe n e r g ym a n a g e m e n t，g a i nad i s t i n c t i v ee n e r g y-s a v i n ge f f e c ta n dab e t t e re c o n o m i cb e n e f i ta n ds o c i a lb e n e f i t K e yw o r d s：E n e r g y-s
21、a v i n gM a n a g e m e n t；H e t e r o g e n e o u sS y s t e m；D a t aI n t e g r a t i o n；T r a n s f o r m e rE c o n o m i c a lO p e r a t i o n；R e a c t i v eP o w e rO p t i m i z a t i o n；M a i n t e n a n c eS c h e d u l i n g湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以
22、标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：多t 1 弘次日期：矽7 年巧月加E t学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于作者签名：导师签名：1 保密口，在年解密后适用本授权书。2 不保密叼
23、。(请在以上相应方框内打“”)日期：，一罗年口；月加E t日期：如罗年咭月如E t硕士学位论文1 1 课题背景及来源第l 章绪论随着我国经济的飞速发展，我国单位G D P 能源消耗大大高于世界平均水平，因此，如何降低单位G D P 能耗已经成为关系我国未来经济发展的战略问题。电能是影响国民经济发展的关键因素之一，电力节能在我国建设资源节约型和环境友好型社会的进程中将占有越来越重要的地位。中国电力工业年输配电网损耗占发电总量的比重高达7 以上心1。在输配电环节中，配电变压器(尤其是l O k V以下的中小型配电变压器)作为电力传输系统的重要设备，由于其功率因数低且使用数量巨大和长时间持续运行，其
24、电能损耗非常严重，可达变压器额定容量的3-一4，具有很大的节能潜力口1。长期以来，重视有功调度而忽视无功功率的分布，导致大量无功功率在配电网中流动，既增加了配电网有功损耗，又影响了电压质量，降低了配电网运行效率。由于检修计划安排的不当，造成重复检修或停电，极大地影响到电力系统的安全、经济运行。同时随着计算机技术和网络技术不断发展，I n t e r n e t I n t r a n e t 规模日益增大，网络迅速成为一种重要的信息传播和交换的手段，使人类迈入一个崭新的信息时代。电力企业特别是高电耗企业是资金和技术密集型行业，近年来，各电力企业在信息化建设方面己经颇具规模，大力发展了与发、输、
25、变、配电网的生产调度、企业的电力营销和客户服务、经营管理以及其他业务管理密切相关的信息传输交换网络和各种应用系统，包括数据采集监控系统、电能量管理系统、调度员培训系统、调度管理信息系统、配电管理系统等H，。然而当前电力企业自动化系统建设中存在着“单独开发，独立运行，分散管理，缺乏规划 的情况，各分散系统在技术实现、应用环境、数据库平台等方面表现出极大的异构性。这种“信息孤岛现象所带来的全局性影响将更加直接地渗入到企业管理决策层的日常及重要事务中。而且，随着集团内部信息化程度的不断加强，为了进一步提高各企业的经济效益，集团公司内部之间对数据共享和数据交换的需求日益迫切。因此，电力企业信息化建设迫
26、切需要一种能够有效、快速处理海量数据的一体化信息平台以及建立在此基础之上的知识管理：集成不同类型的数据库系统，在保持相对独立的同时，实现集团内部综合信息资源的共享。本课题的研究对象来自某冶炼厂电气节能管理系统的建设开发项目。该冶炼厂配电网线路和设备损耗大、节能装备效果和运行可靠性不理想、负荷电能利用率低、电能管理不科学、配电网综合节能技术匮乏、能耗监控措施欠缺，导致企业电能损耗大，能量浪费现象十分严重。而且，其控制系统种类繁多，主要包括：基于异构数据库集成技术的配电网电气节能管理系统研究热电分厂监控系统，主要采集热电分厂的发电机、变压器、联络线、母线、辅机等各项电气参数，实时监视其发电运行情况
27、；中央配电站监控系统，主要提供一系统、二系统中央配电室的监控与保护；11O k V 变电站综合自动化系统，主要对站内所有设备的运行进行实时的监控和管理。因此，如何充分利用现有应用系统的资源，从大型企业电气综合节能的角度出发，开发全局电气节能管理系统已经迫在眉睫。1 2 国内外研究现状1 2 1 电气节能管理技术研究现状随着工业计算机以及网络水平的不断进步，为了进一步降低电网损耗，提高供配电系统的安全可靠性，美国等发达国家从2 0 世纪8 0 年代便开始探讨利用嵌入式计算机与网络通信技术实现对电力系统及企业配电网尤其是高电耗企业配电网用电设备以及节能装置统一集中管理，并通过对终端用户的设备改造，
28、用电模式分析，能耗系统优化等，提高终端用户的电能利用率，以达到企业配电网电能质量和电能损耗的协调控制，实现节能降耗。在我国，信息化技术在发电、输电、供电及配电等领域的应用得到了相当的重视。在发电、输电、供电及配电领域的电能生产管理、电网监视控制、各种优化调节以及降损措施也已充分开展。而在用户终端尤其是高电耗企业，现有节能设备还是单一运行，信息比较分散，调控能力局限，整个配电网缺乏全局的节能控制与电能管理手段，节能效率和效益都不理想。对于占有7 0 能耗的工业企业，通过对用电能耗设备及节能装置的技术改造和监控，通过分布式现场总线技术将能耗情况集中采集和管理，实现企业级的电能监控与管理及优化控制，
29、是当前我国乃至世界各国面临的难题。因此，大型企业配电网必须构建能量监控与管理系统，通过对企业电耗情况的集中管理，并将各节能装备有机结合，形成一个全厂范围电气能量监视与管理系统平台，进行全局电气节能管理，实现全方位节能。这里具体分析与本项目紧密相关的变压器经济运行、无功优化、检修计划优化等管理节能方面的研究现状。变压器经济运行方面，世界各国都深入研究变压器的电磁原理，利用变压器容量与损耗之间的关系，变压器与运行成本之间的关系，试图推导出特种变压器的基本电磁关系。目前，国内外在有关变压器节能技术方面已经取得了一些成果，其基本方法主要有推广使用高效能低损耗的变压器，正确选用变压器容量和台数，提高变压
30、器功率因数等。在我国变压器经济运行工作开展的比较早，并且取得了一些成果，而且制定了相应的技术标准工矿企业电力变压器经济运行导则，规范了电力变压器经济运行方式的选择、计算和管理。对于变压器的节能除使用高效低损耗的变压器外，还可以在充分利用现有设备和原有资金条件下，通过择优选取变压器经济运行方式，负载调整的优化，变压器运行位置的优化组2 一硕士学位论文合以及改善变压器运行条件等技术措施，从而最大地降低变压器的电能损耗和提高其电源侧功率因数。有关变压器经济运行问题的理论研究，沈阳工业大学成立了变压器经济运行研究所，胡景生教授就变压器经济运行方式进行了系统的理论分析，并且通过大量的实例说明变压器经济运
31、行是一种经济实用的节电手段口1。在国外变压器经济运行方面，日本，美国，德国，瑞士等国家，相继采用I E C 6 7标准对变压器进行细分，以便推广使用高效能低损耗的变压器。19 9 8 年美国能源部和环保署共同发起了推广高效能低损耗配电变压器的“能源之呈变压器计划。据估算，欧盟通过使用高效低损耗配电变压器，每年可节约电能2 2 0 亿k w h。目前，欧盟委员会，能源和交通的产业代表正在制定一个推广高效低耗配电的最低能效的欧洲标准7 l。无功优化，当系统的结构参数及负荷情况给定时，通过对某些控制变量的优化，找到的在满足所有指定约束条件的前提下，使系统的某一个或多个性能指标达到最优时的无功调节手段
32、。无功优化问题是从最优潮流的发展中逐渐分化出的一个分支问题，建立在严格的数学模型上的最优潮流模型，首先由法国的电气工程炯i C a r p e n t i c r 于2 0 世纪6 0 年代初期提出旧1。随着电网规模的日益扩大，电力需求的不断增长，电力市场化程度的不断提高，如何在满足用户需要的前提下，充分利用系统的无功调节手段，保证系统的安全和经济运行，多年来一直是国内外电力工作者们致力研究的问题。而传统的配电网无功优化调度技术大多基于网损最小的最优潮流模型，以潮流迭代为基础，迭代时间长、计算量大，难以保证实时调度要求；并且很少考虑负荷特性的影响，不利于反映电网实际情况，实际应用效果不理想。因
33、此，为提高配电网节能调度技术的实时性、准确性以及可操作性，必须对含负荷特性的基于实时潮流的配电网无功优化方法进行深入研究，有效解决配电网全局无功实时优化的理论计算与工程应用难题，实现无功全局优化节能。检修计划优化管理方面，合理制定配电设备检修计划的研究在国内外开展的历史不长，提出的方法也不多，文献 9】提出约束逻辑算法是根据设备缺陷在配电网拓扑树中的位置并按照一定的工时来安排具体的检修方案，再根据检修方案实现网络拓扑的重构，缩小停电范围，减小检修费用，这种方法根据经验逻辑编程，缺乏通用性。文献【1 0】提出重点排序法，根据缺陷严重程度、缺陷数量和检修任务紧急程度的重要性因数计算模型，在此基础上
34、文献1 1l】又提出了计及停电负荷、停电户数和非检修停运任务的更合理、实用的重要性因数计算模型。这种方法存在的问题是只考虑了线路段的重要程度，没有考虑线路段的相互关联的拓扑关系，得到的检修计划会出现相互关联的待检修线路段多次停运的问题。到目前为止，在对配电设备检修计划模型的研究中如何既考虑线路段本身因素影响，又计及多条线路段检修停运的相互影响仍是尚未解决的问题。而且在国内多数供电企业中设备管理、历史运行数据、缺陷报表管理的计算机应用软件系统各自独立，基于异构数据库集成技术的配电网电气节能管理系统研究拥有独立的数据库系统。当线路改造，设备更新时，各软件均需要人工维护，没有统一的设备健康状态记录、
35、制定检修计划、处理缺陷以及其它维护检修记录全过程的设备缺陷检修管理自动化系统。1 2 2 异构数据集成技术研究现状在孤立的数据组织方式下，数据资源为某个特定的应用系统而组织，数据被各个应用系统所独享，数据与数据之间彼此隔离，互不匹配，互不共享，这些数据资源无法直接集成。为了实现对各个应用系统数据的统一操作，异构数据集成系统诞生了。自从上世纪七十年代中期，国内外研究学者就开始对异构数据集成进行了大量的研究，提出了许多数据集成体系结构和技术方案，主要的集成模型有：联邦数据库方式、中间件方式和数据仓库n 引。1 联邦数据库系统在二十世纪八十年代异构数据源集成平台的实现多采用联邦数据库系统技术。联邦数
36、据库系统将所有的数据源统一到一个单一的集成系统中。联邦数据库系统集成几个数据库的最简单结构是实现需要交互的所有数据库对之间的一对一连接。这些连接允许一个数据库系统以另一个数据库系统能理解的术语来查询。其体系结构如图1 1 所示。这种结构的问题是，如果个数据库中的每一个都需要与其他-1 个数据进行交互，则我们必须写(一1)条代码以支持系统之间的查询3|。所以联邦数据库系统只适用于数据库数量不多的小范围内的数据集成，对于网络上越来越多的、不断动态变化的、半结构化的数据源，采用联邦数据库系统不是理想的解决方案。其主要的产品有U n i S Q L M(U n i S Q L)，M e r m a i
37、 n，D a t a J o i n e r(I B M、，O m m i C o n n e c t(S y b a s e)。图1 1 联邦数据厍体系结构2 数据仓库技术数据仓库技术建立一个存储数据的仓库，由E T L(E x t r a c t，T r a n s f o r ma n dl o a d)工具定期从数据源过滤数据，然后装载到数据仓库中，供用户查询，其体系结构如图1 2 所示。与传统数据不同的是数据仓库中主要存储的是历史和汇总数据，主要用于决策支持，供分析或执行人等人员使用，且为了避免数据仓库与数据源一4 一硕士学位论文中数据出现不一致，通常不允许用户对数据仓库进行更新n
38、毛1 5 1。其优点是处理简单，可以为用户提供简单快速的频繁数据访问，同时还可以为其他应用提供O L A P及决策支持等功能。缺点是各个局部数据源和数据仓库上都保存数据，数据重复存储，数据更新不及时，而且实施的周期较长。早集成器数据抽取J数据转换L 竺竺J 肌l图1 2 数据仓库体系结构3 中间件技术也称虚拟法，是目前使用较多的一种数据集成方法。它通过提供所有异构数据源的虚拟视图来集成它们，数据源可以是数据库、W E B 数据源等仍存贮在局部数据源中保证充分的自治性。该系统为用户提供一个全局模式，用户提交的查询是针对该全局模式的，因此数据源的位置、模式及访问对用户来说是透明的。中间件将全局的查
39、询进行解析，并转换为针对各局部数据源的查询命令，包装器执行查询并将结果返回给中间件系统，中间件将结果整合后以全局视图的形式展现给用户n 6 J7 1。其体系结构如图1 3 所示。该技术适合于局部数据源的数目较多，数据变化频繁的异构数据源集成。本论文讨论的异构数据源集成系统的体系结构也是在虚拟法的思想上构建的。查图1 3 中间件体系结构基于异构数据库集成技术的配电网电气节能管理系统研究目前，随着X M L 技术日益得到广泛应用以及W e bS e r v i c e s 理论与实现技术的成熟，将X M L 和W e bS e r v i c e s 技术应用于异构数据库的集成，成为异构数据库系统
40、的一个研究和发展方向n 引。目前数据库领域的三大厂商一一I B M、O r a c l e、M i c o s o f t 都在力推X M L，在自己的数据库产品中全面引入X M L 技术。微软公司即将推出代号为“Y u k o n”的新版本企业级数据库S Q LS e r v e r，将作为微软N e t网络服务战略中的X M L 后端引擎。O r a c l e 公司新的O r a c l e 9 i 数据库对X M L 的支持更为有力，提供了新增功能X D B(X M L 数据库支持)，能够提供对X M L 的直接支持。I B M 则强调D B 2 和X M L 扩展件的结合，提供了与O
41、 r a c l e 的X D B 技术基本相同的功能，D B 2 通过创建X M L 扩展件来管理X M L 内容。X M L 与关系型数据库的融合已是大势所趋，X M L 将成为整个数据库业界的标准n9|。W e bS e r v i c e s 方面，各大厂商也逐步推出了相关的W e bS e r v i c e s 开发环境和解决方案，在目前主流的操作系统平台上都有相应的开发环境心0 1，如：W i n d o w s平台上的M i c r o s o f tV i s u a lS t u d i o N e t；W i n d o w s 和L i n u x 平台上的S u nO
42、 n eS t u d i o；I B M 的W e b S p h e r eS t u d i o；以及B E A 的W e b L o g i cW o r k s h o p 等。X M L 和W e bS e r v i c e s 广泛应用在跨越防火墙的通信、软件重用、数据库和应用程序集成的解决方案中，并且已经取得了巨大的成功。1 3 本文的主要工作本文以某冶炼厂配电网为背景进行电气节能管理分析，该企业配电网线路长，线损率大，功率因数低，变压器损耗大，节能管理水平低，配电网电能损失严重。因此，本文在已有的热电分厂监控系统、中央配电站监控系统、1 1 0 k V 变电站综合自动化系统
43、三大应用系统的基础上，实现了异构数据的集成和共享，研制了一套全局电气节能管理系统。本文所做的主要工作如下：1 查阅大量的资料文献，对国内外配电网电气节能管理的发展背景及研究现状进行分析，根据配电网节能管理的发展趋势并结合某冶炼厂的能耗现状，研究了对该企业进行电气节能管理的必要性及重大意义，给出了总体节能方案，并且从功能和数据两方面分析三个现有应用系统跟电气节能管理系统之间的关系，并由此提出通过数据集成来实现企业配电网的管理节能。2 针对配电网节能管理全局性对数据集成的需求，分析了当前流行的X M L技术和W e bS e r v i c e s 技术的特点及在集成方面的优势，提出了一种基于X
44、M LW e bS e r v i c e s 的异构数据库集成体系结构，给出了实现流程，并且重点介绍了其关键技术的研究。3 对节能管理系统的相关理论进行了深入研究，主要集中在变压器经济运行的判据及优化方法、无功优化模型和检修计划模型的建立。针对这种多目标多约束的非线性问题，提出采用遗传算法作为上述模型的求解方法，并阐述了其基本硕士学位论文原理及操作步骤。4 深入研究了节能管理系统的具体实现：变压器经济运行的软件模块设计、流程图及其实现；针对标准遗传算法求解无功优化问题的缺点和不足，本文重点研究了改进的遗传算法求解无功优化模型的算法实现和软件实现过程；同样，对配电网检修计划模型也阐述了改进遗传
45、算法的优化过程实现及其软件实现，并给出了算例分析。从工程应用情况及所产生的经济效益来看，该节能管理系统能够提高企业配电网的能量管理水平，节能效果明显，取得了良好的经济效益和社会效益。基于异构数据库集成技术的配电网电气节能管理系统研究第2 章企业配电网电气节能管理系统分析随着现代工业技术的发展，能源消耗急剧增加，能源危机成为严重的问题。当前，节约能源、“节能降耗 己成为全球共识，随着新的节约能源法正式颁布实施，毋庸置疑，一次波及中国各个行业、各个层面的“节能风暴已经来临，特别是电气节能，日益受到人们的广泛关注乜。大型工矿企业是电能消耗和实现节电的重要环节。但是，多年以来我国对于企业级的用电领域仍
46、重视不够，企业电网输配电线路和设备损耗大、节能装备效果和运行可靠性不理想、负荷电能利用率低、电能管理不科学、配电网综合节能技术匮乏、能耗监控措施欠缺，导致企业电能损耗大，能量浪费现象十分严重。因而使得很多生产企业电能管理都还处于粗放式阶段，导致企业的电气节能技术、集成监控水平和能源管理信息化程度很低，电能利用效率相对落后，严重限制了企业生产效率的提高。首先，在大型高电耗企业的输配电环节中，配电质量问题十分突出，由此引起的电能损失十分严重。目前我国大多数地区配电网采用分散调节的配电变压器低压补偿，这种方法实现起来相对简单，但通常不能实现全局优化控制的目标，无法保证其科学性和经济性。而且，配电变压
47、器(尤其是1 0 k V 以下中小型配电变压器)作为企业电力传输系统的重要设备，许多变压器功率因数低、损耗大，具有很大的节能潜力。其次，大型工矿企业供用电系统底层设备的测量、监控、节能等环节集成化和专业化程度远远不够。绝大部分企业只是对局部配电、用电设备进行了单点监控与节能处理，低压配电网络和车间用电设施的底层设备之间缺乏彼此信息交流和数据共享，没有采用现代高速工业总线通信技术，以实现底层供用电设备的本地保护和全局运行优化。再次，几乎所有高电耗企业都缺乏统一集成的全公司范围电气监控和节能管理系统平台。这就意味着高电耗企业都缺乏能够为高电耗企业的供电、能耗设备提供有效的运行监视、远程控制和优化调
48、度管理，提高企业生产用电的可靠性和生产的连续性的系统。2 1 企业配电网现有应用系统分析目前，节能降耗己成为全球共识，节能装置和节能技术的研究与应用成为供配电系统一大热点问题。企业配电网特别是高电耗企业配电网作为电力系统的用电大户，迫切希望在已有综合自动化系统的应用基础上，开发电气监控和能量优化管理系统，进一步实现管理节能，提高经济效益和社会效益。本文以某冶炼厂作为应用背景，该企业配电网包括热电分厂、1 10 k V 变电站、中央配电站。其中，6 3 0 0 k V A 发电机组3 台，2 5 0 0 0 k V A 容量1 1 0 8 x 1 2 5 有载调压变压器2 台，一8 一6 3 0
49、 0 k V A 容量1 0 8 x 1 2 5 有载调压变压器4 台，1 1 0 k V 线路两回，1 0 k V 馈线1 4 3 回，6 k V 馈线2 5 6 回。近年来，在各级部门的努力下，该企业配电网结合电能的生产、分配、管理的实际情况，己经先后由不同的开笈商、在不同的配电系统建立起了基于不同后台数据库体系和不同操作系统的三个应用系统：1 1 0 k V 变电站综合自动化系统、热电分厂监控系统、中央配电站监控系统，这些计算机应用系统的可靠运行保证了电力生产的安全进行。2 1 11 1 0 k V 变电站综合自动化系统企业1 1 0 k V 变电站作为电力系统的重要组成部分，不仅负责热
50、电分厂发电机组的接入，而且担负着厂区内所有用电负荷管理与电能分配的任务，是企业稳定、安全生产的基础。变电站综合自动化是将变电站的继电保护、控制、测量、信号和远动等综合为一体的多微机自动化系统，由计算机完成运行监视、控制、保护、正常操作和顺序事件记录等功能。由通讯网络实现信息交换，近年来已成为提高变电站自动化水平的发展方向。如图2 1 所示，按照当初的设计要求，该系统采用分层分布式体系结构，整个系统分为三层：应用层、存储层、对外服务层，提供了一套完整的变电站智能化监控系统，完成了对变电站内主要设备和输配电线路的自动监视、测量、控制、保护，以及与上级系统通信等综合性的自动化功能，实现了高、中、低压