电力系统及其自动化第二章

SCADA系统(SupervisoryControlAndDataAcquisition)数据采集与监视控制系统，是电网调度自动化系统最基本的功能。SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。SCADA+PAS（高级应用软件）=EMS能量管理系统概述-SCADA/EMS的系统结构及软硬件配置支撑系统前置机系统画面调用图形操作及浏览器功能Open-2000系统SCADA功能及其技术指标远方终端直流采样及电量变送器交流采样模拟量的采集与处理开关量、数字量和脉冲量的采集第一节SCADA/EMS功能概述SCADA最基本的功能：数据采集和监视控制。一、子系统划分1、支撑平台子系统包括：数据库管理、网络管理、图形管理、报表管理、系统运行管理等。是整个系统最重要的基础，用于实现全系统统一平台，数据共享。2、SCADA子系统包括：数据采集、数据传输及处理、计算与控制、人机界面及告警处理等。3、PAS子系统包括：网络建模、网络拓扑、状态估计、在线潮流、静态安全分析、无功优化、故障分析及短期负荷预报等。4、AGC/EDC子系统自动发电控制和在线经济调度（AGC/EDC）子系统是对发电机出力的闭环自动控制系统，能够保障系统频率合格、系统间联络线的功率符合规定范围，同时使全系统发电成本最低。5、调度员仿真培训系统DTS包括：电网仿真、SCADA/EMS系统仿真和教员控制机。6、调度管理信息子系统（DMIS）DMIS属于办公自动化的一种业务管理系统，通常不归入SCADA/EMS系统，但与调度自动化系统关系非常密切。二、当前的几种主流系统1、南瑞NARI2、电科院3、东方电子4、ABB5、SIEMENS南瑞OPEN-2000型SCADA/EMS系统结构--开放型分布式能量管理系统OPEN-2000网络及硬件特点：三网机制调度自动化专用双网＋MIS网主网为100Mbps平衡负荷双网智能化堆栈式交换机连接系统服务器和主网计算机节点，交换式通道，可扩展双服务器64位机＋磁盘阵列：构成热备份系统，具备负荷平衡能力。支持双网访问商用数据库。集成其他符合国际标准的实时数据库。通过MIS服务器或网桥与MIS网连接。通过网络交换机与配电调度自动化系统相连。OPEN-2000主网各节点功能简介1、系统服务器运行商用数据库管理系统负责保存所有历史数据、基础信息，如电网设备基本信息，地理信息，用户信息等，以及其他运行数据。利用数据库引擎进行查询和统计各种数据。双机热备：双机共用磁盘阵列，分别运行数据库管理系统。2、SCADA工作站双机热备：独立运行。运行SCADA软件及AGC/EDC软件完成基本SCADA功能和AGC/EDC的控制和显示功能通过两组终端服务器接收厂站RTU信息实现双机、双通道的自动/手动切换承担前置系统信息处理（如规约解析）和信息流优化功能3、PAS工作站运行电力系统高级应用软件。包括：潮流、短路、稳定等计算任务计算结果存入历史数据库（商用数据库）4、调度员工作站承担对电网监控和操作功能。实时显示各种图形和数据人机交互，5、配电自动化工作站完成配电自动化管理功能6、调度管理工作站负责与调度生产有关的计划和运行设备的管理。7、DTS工作站调度员仿真培训系统，通常包括教员机和学员机8、电量管理工作站实现电能的自动查询、记录、奖惩电量计算等9、网络是分布式计算机系统的关键部件，一般高速双网结构可采用以太网交换机，多数利用可堆迭交换机连接，配有路由器，可与广域网互连。OPEN-2000软件环境1、操作系统各种服务器和工作站均采用Unix操作系统。多用户、多任务的网络操作系统实时性好安全性好网络通信采用TCP/IP2、系统软件采用基于Client/Server模式的商用数据库（Oracle和Sybase）基于X－Window和Motif的图形界面核心C/C++代码网络通信采用TCP/IP，X.25通信协议集成制表工具多媒体功能3、系统软件结构大型开放式的分布式系统，软件结构通用、开放、模块化。三层结构：数据层、通信管理层、程序层。数据层：分成实时数据库、历史数据库和它们的存储历程实时库：分布在各台机器中，支持数据的实时图形显示历史库：存在于双机热备的系统服务器中，保存历史数据、登录数据和电力系统各种参数通信管理层：用于网络的管理和任务的管理，对上层屏蔽通信细节。程序层：实现电力系统调度的各项功能，如SCADA、PAS等，并提供良好的人机接口和管理工具，方便用户使用。第二节SCADA/EMS的支撑系统支撑系统的好坏是衡量一套SCADA/EMS系统性能优劣的主要因素。Open-2000系统的支撑系统主要由五大部分构成：数据管理子系统网络管理子系统图形管理子系统报表管理子系统安全管理子系统一、数据库管理子系统数据的快速存取：必须建立实时数据库管理系统。数据的合理组织：提高数据查找和定位的速度。建立数据之间的关系：测量和采集的数据与数据库中数据的对应关系。建立电网的数据模型：实际对象和系统中数据对应。提供标准的访问接口：对访问实时库和历史库提供所有程序都通用的访问接口。数据透明性：用户或进程（应用程序）只面向数据，不必关心数据具体位置。二、网络管理子系统负责网络各节点信息的互连和互通，为各种进程访问网络上任何位置的数据提供一个透明的访问路径。（进程通信）处理底层网络通信中的各种问题，如协议解释、流量平衡、链路监视和故障处理，相当于提供了一条无错误的信息通道。负责处理数据的定位和收发控制：路由、出错处理，相当于透明的数据访问接口。与其他网络进行通信：数据交换，安全控制。隔离功能：升级和维护时，不影响软件正常使用。其他辅助功能：进程监视等。三、图形子系统图形子系统是现代调度自动化系统的基础模块，能方便灵活的切换各种应用的图形，显示各种数据，还能方便地与地理信息系统共享数据。可采用高效的数字化仪等多种图形输入输出设备。1、基本要求全汉化图形管理子系统图形有分层和分平面功能，可方便制作各种地理图；可接收标准的电子地图，支持GIS显示；具备动态着色功能，根据电网拓扑结构自动判断和推理，直观地用颜色区分停电范围。具备图形编辑的各种功能，图形化操作。图形一致性保持。用户制作的图形由系统统一管理并存入服务器中。图库一体化：绘图与数据库录入一次完成。具备各种辅助图制作功能。用户可扩展性（图形的公共访问接口）。2、基本组成部分图元编辑器：制作电力系统中各种常用设备的图元，以便制图时使用，并能应付新元件的出现。图形编辑器：利用各种图元，生成电力系统的各种图形。图形显示工具：与应用程序结合在一起，用户可在图形上进行各种操作，如功能调用，信息查询，控制操作等。四、报表管理子系统报表是运行信息最直观的显示形式，报表管理系统也是SCADA/EMS必不可少的核心模块。1、特点面向电力系统需求自动数据关联打印功能2、组成部分报表编辑器报表调用和预览报表数据的修改报表打印模块五、安全管理子系统物理隔离：即通过交换机或网桥与其他系统相连用户级采用权限管理和口令机制：控制不同的用户所能进行的操作。严格的操作审核流程：口令，权限分析，操作确认，超时处理。防火墙技术第三节SCADA/EMS的前置机系统前置机系统担负厂站RTU及各分局与调度中心之间的数据通信及通信规约解释的任务，是子站数据的信息入口，因此它的容量、稳定性、可靠性和方便灵活性都十分重要。前置系统性能指标：接入容量大通信速度快扩充方便规约丰富一、综述二、前置系统的硬件结构结构•前置机•终端服务器•切换装置•通道（1）值班主机与系统服务器及SCADA工作站通信与终端服务器通信及规约处理控制终端服务器的切换动作设置各终端服务器的参数（2）备用主机#监听前置主机的工作情况，主机发生故障时立即自动升格为主机，承担主机任务。#监听次要通道的信息，确定该通道运行情况。1、前置机双机配置一主一备与各厂站RTU通信与前置机通信1:N的通道接入主备双机配置2、终端（通信）服务器3、切换装置电路简洁，掉电也可工作每套切换装置由N路独立切换板组成可完成上行和下行信号的通道切换两种切换模式：选择较好的上行信号同时送给主、备前置机，封锁差通道的上行信号和备用机的下行信号将值班主机与好通道接通，将备用机于差通道连通4、通道设备由调制解调器，光隔及长线驱动器用于与各种不同的通道信号匹配同步/异步转换三、前置系统的软件模块对应于前置系统的功能，前置软件可分为五类：•主网内部数据通信：front_net等•规约处理程序：protocal等•通信切换处理：front_exchange等•终端服务器通信：fcomm，format_all等•其他程序。从运行形式可分为两类：•常驻内存：启动程序即调入内存，一般是核心应用，如数据通信、规约处理等程序。•临时调用：使用临时调用，一般是辅助应用，如报文监听等程序。四、遥测与遥信参数设置遥测(遥测信息)：远程测量。采集并传送运行参数，包括各种电气量（线路上的电压、电流、功率等量值）和负荷潮流等。遥信(遥信信息)：远程信号。采集并传送各种保护和开关量信息。遥控(遥控信息)：远程控制。接受并执行遥控命令，主要是分合闸，对远程的一些开关控制设备进行远程控制。遥调(遥调信息)：远程调节。接受并执行遥调命令，对远程的控制量设备进行远程调试，如调节发电机输出功率。1、遥测参数设置设置基值与系数：将RTU送来的“生数据”经计算后变成实际值设置死区范围（阈值设置）:死区范围决定了该遥测量的刷新速度。系统刷新遥测量有两种方式。1）设定死区范围为“0.00”（无死区），前置机定时循环发送全部遥测量。2）该死区范围为某一数值，只有当遥测量的变化量大于死区范围时，才立即以变化遥测的方式发送该遥测量。这种方式被称为遥测量越死区传送。设置归零值：抑制零飘2、遥信参数设置“1”表示合闸，“0”表示分闸根据不同RTU上送的信息设置极性第四节画面调用及浏览器功能一、画面调用功能1、实时数据及状态画面实时画面5s刷新一次遥信变位及事故变位立即反映用颜色区分不同状态2、历史数据及状态画面可调用任一时段的历史数据根据历史数据刷新画面3、事故追忆画面调出任一事故断面进行事故反演某厂站实时数据及状态画面4、网络拓扑着色表达电网结构信息表达运行状态5、调度员操作调度员在画面中完成各种调度操作6、应用切换同一画面可以切换不同的应用对象二、SCADA的图形操作参数检索遥控p36遥信对位变位检索遥信封锁设置标志牌SOE检索(SequenceOfEvent)电力设备发生遥信变位如开关变位时，电力保护设备或智能电力仪表会自动记录下变位时间、变位原因、开关跳闸时相应的遥测量值（如相应的三相电流、有功功率等），形成SOE记录，以便于事后分析。1、鼠标操作＋弹出菜单2、操作选项三、历史告警浏览1、告警信息首先实时显示，同时存入历史数据库。2、分类遥信变位其他……四、历史数据浏览五、图形浏览器历史数据查询第五节Open-2000系统SCADA功能及其技术指标一、数据采集功能SCADA系统实时采集各厂站RTU遥测、遥信、电能、数字量等数据，同时向各厂站RTU发送各种数据信息及控制命令。1、模拟量采集功能（遥测）2、状态量采集功能（遥信）3、脉冲量采集功能4、继电保护及变电站综自信息采集5、时间信息6、前置机系统的数据采集性能第五节Open-2000系统SCADA功能及其技术指标一、数据采集功能1、模拟量采集功能（遥测）1）模拟量采集的内容主变压器及输电线有功、无功功率，主变及输电线电流，10kV配电线电流，各种母线电压U，主变油温，系统频率等。2）模拟量的采集方式扫描方式：扫描周期为3-8s，将系统所有模拟量采集更新