（电气工程专业论文）电网调度scada异地容灾系统研究与建设.pdf

摘要 随着社会经济的发展和信息化程度的提高，电力已经成为人们时刻不可或 缺的重要生产生活资料，电网瓦解和大面积停电，在和平时期会带来巨大经济损 失，影响人民正常生活，危及公共安全，而在战争时期，甚至会影响到战争的进 程和结局。s c a d a 系统是电力生产自动化和管理现代化的重要基础，可对电网运 行进行合理的管理、调度及控制，使电力系统实现最优运行。电网调度自动化系 统是电网调度安全稳定运行的重要保障和手段之一。“5 1 2 ”地震、“9 1 1 ”事 件等突发的不可抗拒的破坏因素造成的系统数据丢失使我们认识到建设调度 s c a d a 容灾系统的重要性和必要性。 本文首先介绍了异地容灾系统的概念及其重要性，概述了电网调度s c a d a 系统的功能及其重要性，说明了研究与建设电网调度s c a d a 异地容灾系统的必要 性，对涉及电网调度自动化的变电所自动化控制设备、调度主站软硬件、通讯网 络系统、通讯传输规约进行了深入研究，解决了电网调度s c a d a 异地容灾系统的 关键问题。本文的重点在研究主备系统的同步技术，即备用系统主要的维护工作 均在主系统完成，并通过主备系统的同步机制，将主系统中进行的维护工作，同 步到备用系统，实现备用系统免维护，使实时数据库的增加、修改和删除，主系 统修改的图形、图元和报表，可以在主备系统之间实现自动统一。 本文还对常规r t u 厂站实现网络化改造作出了创新的改造技术，研究出一种 投资少、简便、可靠、快速的技术，使常规r t u 厂站实现网络化传输，适应了建 设电网调度s c a d a 异地容灾系统的要求。 本文介绍了调度s c a d a 主站同城异地容灾系统的研究与建设成果，研究建设 了一套投资少、可靠性高、安全性好的容灾系统，能防范电网调度自动化 s c a d a e m s 永久性故障、机房停电、水灾、火灾、地震等不可抗拒因素造成的实 时系统停运、历史数据丢失、数据库毁坏等突发性事故，是一种针对电力自动化 系统故障的行之有效的防御措施。特别适合于变电所已经具备网络通讯的县供电 局建设调度s c a d a 主站同城异地容灾系统。 关键词：s c a d a 、容灾、备用，异地，数据库同步、数据采集、通讯规约 a b s t r a c t t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e dt h ec o n c e p to fr e m o t ed i s a s t e rr e c o v e r ys y s t e ma n d i t si m p o r t a n c e ，o u t l i n e dt h ep o w e rg n ds c h e d u l i n go ft h es c a d as y s t e mf u n c t i o n a n di m p o r t a n c eo ft h a ts t u d ya n dc o n s t r u c t i o no ft h ep o w e rg r i ds c h e d u l i n gs c a d a s y s t e r a sn e e dt oa u t o m a t et h es c h e d u l i n go fp o w e r 鲥d s s u b s t a t i o na u t o m a t i o nc o n t r o le q u i p m e n t , s c h e d u l i n gt h em a i ns t a t i o nh a r d w a r ea n d s o f t w a r e ，c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ks y s t e m s ，c o m m u n i c a t i o n st r a n s m i s s i o np r o t o c o l h a sc o n d u c t e di n d e p t hs t u d ya n ds o l v et h es c h e d u | i n gg d ds c a d ar e m o t ed i s a s t e r r e c o v e r ys y s t e mo fk e yi s s u e s i nt h i sp a p e r , t h em a i nf o c u so ft h es t u d yb yt h e s y n c h r o n i z a t i o ns y s t e m ，b a c k u ps y s t e mt h a t i st h em a j o rm a i n t e n a n c ew o r ka le c o m p l e t e di nt h em a i ns y s t e m ，a n dt h r o u g ht h em a i ns y s t e mb yt h es y n c h r o n i z a t i o n m e c h a n i s m s ，t h em a i ns y s t e mi nt h em a i n t e n a n c ew o r k , s y n c h r o n i z e dt ot h eb a c k u p s y s t e m ，a n db a c k u pm a i n t e n a n c e - f r e es y s t e m , s ot h a tt h ei n c r e a s ei n r e a l - t i m e d a t a b a s e ，m o d i f ya n dd e l e t e ，m o d i f yt h em a i ns y s t e mo fg r a p h i c s ，e l e m e n t sa n d s t a t e m e n t sc a nb ep r e p a r e di n t h em a i ns y s t e ma u t o m a t i c a l l yr e u n i f i c a t i o nb e t w e e n na 1 s ow o r k so nc o n v e n t i o n a lr t us t a t i o nn e t w o r kt r a n s f o r m a t i o nh a sm a d e t h et r a n s f o r m a t i o no fi n n o v a t i v et e c h n o l o g y , d e v e l o p e dal o wi n v e s t m e n t ，s i m p l e ， r e l i a b l ea n df a s tt e c h n o l o g y , s ot h a tc o n v e n t i o n a lp l a n tr t un e t w o r ko ft r a n s f e r s t a t i o n s ，a d a p t e dt ot h ec o n s t r u c t i o no fp o w e rg r i d ss c h e d u l i n gr e m o t es c a d a d i s a s t e rr e c o v e r ys y s t e m i nt h i sp a p e r , s c h e d u l i n gc i t ys c a d am a s t e rs t a t i o nr e m o t ed i s a s t e rr e c o v e r y s y s t e mr e s u l t so ft h es t u d ya n dc o n s t r u c t i o n , b u i l d i n go nas m a l li n v e s t m e n t ，h i g h r e l i a b i l i t y , s e c u r i t y , g o o dd i s a s t e rr e c o v e r ys y s t e mc a p a b l eo fp r e v e n t i n gp o w e rg r d d i s p a t c ha u t o m a t i o ns c a d a e m sp e r m a n e n tf a u l t ，r o o mb l a c k o u t s ，f l o o d s ，f i r e s ， e a r t h q u a k e sa n do t h e ri r r e s i s t i b l ee l e m e n to ft h er e a l t i m es y s t e mo u t a g e ，h i s t o r i c a l d a t al o s s ，d a m a g e ，a n do t h e rd a t a b a s es u d d e na c c i d e n t , i sap o w e ra u t o m a t i o ns y s t e m f a i l u r e sf o rt h ee f f e c t i v ed e f e n s em e a s l j r e s s u b s t a t i o nh a v eb e e np a r t i c u l a r l ys u i t e dt o t h ec o m m u n i c a t i o n sn e t w o r kw i mt h eb u i l d i n go fs c h e d u l i n gx i a n g o n g d i a n j uc i t y s c a d am a s t e rs t a t i o nr e m o t ed i s a s t e rr e c o v e r ys y s t e m k e yw o r d s ：s c a d a ，d i s a s t e rr e c o v e r y ，b a c k u p ，r e m o t e ，d a t a b a s es y n c h r o n i z a t i o n , d a t aa c q u i s i t i o n ，c o m m u n i c a t i o ns t a t u t e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿蠢堂或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名 迭睁多强签字日期：矽。歹年7 月夕e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权逝姿盘堂可以将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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：2 之$ 多记 导师签名： 1、 签字日期：叼年7 月7 日 学位论文作者毕业后去向： 确f 砂锾诧勿 。铂一钇乡 丞砭 签字吼砷年7 月夕日 电话：t 芎j ；占) o 嘲；) 邮编：弓铲r j q 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 “5 1 2 ”地震后，一个略带调侃的消息不胫而走：中国邮储银行很可能是地 震后最紧张的企业。因为这家银行还没有实现总行数据大集中，如果四川分行信 息系统遭到地震破坏，数据丢失，后果将会非常严重。所幸的是，成都没有发生 大的灾情，邮储银行四川分行的数据系统也没有受到影响，但这有惊无险的一幕 也足够让包括金融业在内的众多企业深思。2 0 0 8 年5 月1 2 日地震发生当天，四川 省北川县农村信用社8 层办公楼顷刻化为废墟，3 3 名员工全部遇难，所有电脑和 现金被埋入瓦砾之中。后来解放军将大部分现金挖了出来( 约6 2 0 万人民币) ，但 信用社电脑被砸碎，账户资料丢失。对于没有联网的信用社，上级银行没有这些 账户最后余额的备份，这些资料应该是永久遗失了。如果有灾民从废墟里挖出存 折异地来取钱怎么办? 给钱之后挂账，以后作为呆账核销可能是唯一的办法。少 数银行、电信、电力等大型企业会有比较全面系统的远程数据备份和远程容灾措 施来保证数据的安全，但是对于很多大中型企业来说，往往最容易忽略的问题就 是数据备份，地震灾害对于并未建立备份的企业来说就意味着毁灭一一客户资料、 销售资料、运行数据，甚至连关键技术资料都会丢失。 “9 1 1 ”震惊世界的事件，随着纽约世贸大厦的轰然倒塌，使1 0 0 0 多家公司 蒙受毁灭性打击，造成的直接经济损失超过1 0 0 0 亿美元。在1 0 0 0 多家公司中， 凡是做了异地备份的，当天就在其他地方恢复办公，没有做备份的，有的当时就 消失了，有的逐渐倒闭和消亡。统计表明，至少有一半以上的没做备份的公司经 过这场灾难后完全跨掉了。与此同时，世界金融界也创造了两个奇迹，这就是位 于世贸大厦第2 5 层的摩根一斯坦利( m o r g a ns t a n l e y ) 银行，尽管其一层楼面都 被花为灰烬，但它却在第二天神话般地宣布全线营业，追其原因是因为该银行在 离纽约数英里的新泽西州的蒂内克建立了一个完善的“灾难备份中心”，凭借着该 中心的完整无缺的数据挽救了摩根一斯坦利银行的生命。作为灾难备份系统的另 一成功案例是德意志银行，尽管9 1 1 恐怖袭击摧毁了德意志银行设在纽约世贸大 厦的办公中心，这家德国银行业巨擎顿时失去了与世界金融市场的业务联系，不 过几乎与此同时，它远在爱尔兰的备份系统立即启用，德意志银行就在当天继续 完成了超过3 0 0 0 亿美元的巨额交易。上述两个案例都雄辩地说明了“灾难备份系 浙江大学硕士学位论文 第l 章绪论 统”所发挥的巨大威力。 2 0 0 5 年7 月5 日2 点3 3 分，浙江省台州地调自动化主站发生电源中断，主站 系统各设备失电，造成自动化主站功能瘫痪，使地调对电网失去监控，而且因停 电损坏s c a d a 主站服务器，丢失了所有变电所的信息及历史数据。因为没有s c a d a 主站容灾系统，有些数据到现在还未能恢复，造成了巨大的损失。 1 2 容灾系统的定义和分类 容灾系统是指防范主系统永久性故障、机房停电、火灾、水灾、地震战争等 不可抗拒因素造成的实时数据系统停运、历史数据丢失、数据库毁坏等突发性事 故，确保数据系统安全稳定运行的重要手段。 根据国际标准s h a r e 7 8 ，灾难备份和恢复可以划分为8 个层次。 ( 1 ) t i e r 0 ： 没有异地数据，数据仅在本地进行备份和恢复这种方式是最低成本的灾难恢 复解决方案，但事实上并没有具有真正灾难恢复能力。 ( 2 ) t i e r l ： 为卡车运送访问方式。数据在完成写操作的一些时候，将会被送到远离本地的 地方，同时准备有数据恢复的程序。在灾难发生后，一整套安装在一台末开启的 计算机上重新完成，系统和数据可以被恢复并重新与网络相连。这种灾难恢复方 案成本较低，但存在难以管理的问题，即很难知道什么样的数据在什么样的地方。 ( 3 ) t i e r 2 ： t i e r l + 热备份中心。这种灾难恢复方式依赖于i y r a m 方法，将日常数据放人仓 库，当灾难发生的时候，数据再被移到一个热备份中心。此法虽然增加了成本， 但却明显降低了灾难恢复时间。 ( 4 ) t i e r 3 ： 为电子链接方式，是在t i e r 2 的基础上用电子链路取代了卡车进行数据传送。 接收方的硬件必须与主中心的物理地相分离，在灾难发生后，存储的数据用于灾 难恢复，由于用电子链路取代了传输工具，提高了灾难的恢复速度。 ( 5 ) t i e r 4 ： 具有两个中心同时处于活动状态并管理彼此的备份数据，允许备份在任何一 个方向发生。在两个中心之间，彼此的在线关键数据的拷贝不停地相互传送着。 2 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 在灾难发生时，需要的关键数据通过网络可迅速恢复，通过网络的切换，关键应 用的恢复可降低到小时级或分钟级。 ( 6 ) t i e r 5 ： 在t i e r 4 的基础上管理着被选择的数据，数据在两个中心之间相互影响，由 远程t w o - - p h a s ec o m m i t 来同步，在灾难发生时，仅传送中的数据被丢失，恢复时 间降到了分钟级。 ( 7 ) t i e r 6 ： 实现零数据丢失，同时保证数据也是自动地被传输到恢复中心。t i e r 6 被认 为是灾难恢复的最高级别也是灾难恢复中最昂贵的方式，但也是速度最快的恢 复方式。 ( 8 ) t i e r 7 ： 当一个工作中心发生灾难时，t i e r 7 能够提供一定程度的跨站点动态负载平衡 和自动系统故障切换功能，无需人工介入的自动站点故障切换功能是实现有效的 灾难恢复的重要措施。 容灾系统按照地域分布可以分为异地容灾和本地容灾。本地容灾方案是在同 城或相近区域内建立两个数据中心，一个为生产中心，负责日常生产运行；另一 个为灾难备份中心，负责在灾难发生后的计算机系统运行。这种方案由于生产中 心与灾备中心的距离比较近，比较容易实现数据的同步镜像，保证高度的数据完 整性和数据零丢失。同城灾难备份方案一般用于防范火灾、建筑物破坏、供电故 障、计算机系统以及人为破坏引起的灾难。异地灾备一般是在两个较远的( 1 0 公里 以上) 的城镇分别建立生产中心和灾备中心，实现远距离的灾难备份。异地灾备不 仅可以防范火灾、建筑物破坏箦可能遇到的风险隐患，还能够防范战争、地震、 水灾等风险。异地灾备需要更多的投资。同城灾备和异地灾备各有所长。为达到 最理想的防灾效果，在保证计算机系统性能的前提下，可考虑采用同城和异地各 建立一个灾备中心的解决方案。 按照系统功能不同可以分为数据备份和应用备份。数据备份是指为保护系统 正常运行，不受各种数据灾难的影响，对数据进行另外的复制存放在不同于原来 的数据位置，在发生数据丢失时能确保成功恢复数据。数据备份主要涉及3 个技术 领域：一是备份硬件，包括系统、适配器、存储技术及网络；二是存储介质，通 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 常指磁盘；三是备份软件。应用备份是指在灾难中能够提供不问断的应用服务， 使客户的请求能够继续运行，保证信息系统捉供的服务完整、可靠、一致。数据 备份是容灾系统的基础，也是容灾系统能够正常工作的保障，应用备份则是容灾 系统的建设目标，它必须建立在可靠的数据备份的基础上，通过应用系统、网络 系统等各种资源之间的良好协调来实现。建立一套可行的容灾系统一般有两种途 径：数据容灾和系统容灾。数据容灾就是实时备份，建立一套异地的数据系统， 用来实时复制本地的关键数据；系统容灾是在数据容灾的基础上，在异地建立一 套完整的数据安全系统，该系统与本地应用系统在结构上相同，相当于整套系统 的复制，它实时备份本地系统中的关键数据，或者是互为备份。这样一来，在发 生意外时，异地系统可迅速代替本地系统运行。可以说，数据容灾是防止数据丢 失，而应用系统容灾则是保障系统正常运行，它是建立容灾系统的最终目标。 在全球化、信息化时代，保证重要业务数据的安全已成为政府机构、企事业 单位的首要问题，数据存储安全系统得到了前所未有的广泛应用，而其技术也在 迅速提高，这在很大程度上为广大企业建立数据容灾系统降低了技术上的门槛。 1 3 调度s c a d a 系统的重要作用 s c a d a ( s u p e r v is o r yc o n l r o la n dd a t aa c q u i s iti o n ) 即电网数据采集与监 控系统，s c a d a 系统是电力生产自动化和管理现代化的重要基础，可对电网运行进 行合理的管理、调度及控制，使电力系统实现最优运行。电网调度自动化系统是 电网调度安全稳定运行的重要保障和手段之一，s c a d a 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，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功能。s c a d a 系统 在电力系统中的应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统( e m s 系统) 的一个最主要的子系统，有着信息完整、效率高，使运行人员和调度人员能 够正确掌握系统的运行状态，加快决策，帮助人们快速诊断出系统故障状态等优 势，现在已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全 性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的 效率和水平等方面有着不可替代的作用。在实际使用中，s c a d a 系统的作用主要表 现在： i 、使调度人员对电网中的设备进行实时监控、统计，制定合理的检修计 4 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 划保证安全、优质供电。 2 、可以对用电负荷进行正确的预测，合理安排发电计划，实现电网的经 济调度。 3 、利用系统的综合无功、电压控制功能，改善了整个系统的无功和电压 质量，为用户提供了良好的电压质量。 4 、 当发生事故时，能够确定事故原因及事故点，及时切断故障点，保证 电网的安全。 5 、实现变电所无人值班，电力企业减人增效。 1 4 建设s c a d a 异地容灾系统的意义 s c a d a 系统和现代电力系统的安全生产运行有密切的关系，其可靠性决定了 系统能否安全运行。电网的安全稳定运行和数据分析越来越依赖于电网调度s c a d a 系统，如果s c a d a 系统瘫痪或故障，将完全失去对电网的监控，不仅会导致故障 和事故面的扩大，而且会使电力供应陷入混乱，对国家安全、社会稳定和经济发 展有很大的影响。电网作为国家重要基础设施，直接服务于国民经济和人民生活， 电网安全涉及国家安全和社会稳定，电力调度是电网运行的控制指挥中心，是电 网安全稳定运行的关键环节。美国“8 1 4 ”大停电等典型事例表明，失去监控 和调度指挥的电网，局部事故很可能会迅速扩大到整个电网，甚至造成电网崩溃。 在自然灾害等突发事件发生时，为保证提供不问断的电力调度指挥，必须有一定 的技术支持备用手段，以提高电网的防灾能力。建设电网调度自动化s c a d a e m s 灾难容灾系统是防范电网调度自动化s c a d a e m s 永久性故障、机房停电、火灾、 地震等不可抗拒因素造成的实时系统停运、历史数据丢失、数据库毁坏等突发性 事故，确保电网安全稳定运行的重要手段。 浙江大学硕士学位论文 第2 章电力调度s c a d a 系统简介 第2 章电力调度s c a d a 系统简介 2 1 调度自动化系统概述 电网调度自动化系统是确保电网安全、优质、经济地发供电，提高电网调度 运行管理水平的重要手段，是电力生产自动化和管理现代化的重要基础。我国电 网调度目动化上- 作起始于五、六十年代，经过几年的发展，目前已达到较高水平， 并已成为各级电力调度中心的基本需要。随着现代化工业的发展及人民生活水平 的不断提高，对电能需求不断增长，因而发电设备的装机容量也不断增长，电力 系统也从孤立电网发展成联合电力系统。电力系统是由发、输、供、消等各个环 节构成的一个整体，与其他工业系统相比，有着明显的特点：( 1 ) 电能不能大量存 储，电能的发、输、供、消实际是同时进行；( 2 ) 电磁过程的快速性，电力系统中 任何一个地方的运行状态的改变或故障，都会快速影响到整个电力系统；与国 民经济的各部门、人民日常生活有着密切的联系。 电力系统运行基本要求是：( 1 ) 保证安全可靠的供电，( 2 ) 要有合乎要求的优质 电能，( 3 ) 要有良好的经济性。要实现这些基本要求，除了提高电力设各的可靠性 水平、配备足够的备用容量、提高运行人员的素质、采用继电保护装置和自动装 置外，采用电网调度自动化系统也是一个极为重要的手段。 电力系统调度控制的内容与电力系统的运行状态紧密联系在一起。电力系统 的运行状态有：正常运行状态、警戒状态、紧急状态、系统崩溃、恢复状态五个 状态。电网调度的任务就是尽量保证系统维持在正常运行状态，并在安全的条件 下，实现电力系统的经济运行。电网调度自动化系统能实时监控电力系统的运行 状态，并通过静态安全分析、暂态安全分析等应用软件对系统的安全水平作出评 价，及时向调度人员作出报告，是调度人员安全、经济调度的主要依据。 从电力系统运行状态看，电网需要继电保护装置等必不可少的快速反应装置 以保证电网的稳定运行。但从现代化电力系统的发展来看，仅依靠这些手段还不 能保证电力系统的安全、优质，经济运行，因为这些装置往往都是从局部事后来 处理电力系统的故障，而不能从全局事先的来预测、分析系统的运行情况和处理 系统中出现的各种情况。因此，调度自动化系统有着它独特的不可取代的作用， 成为保证电力系统安全、优质，经济运行的支柱，是现代电网运行的必不可少的 手段。 6 浙江大学硕士学位论文第2 章电力调度s c a d a 系统简介 2 2 国内外调度自动化发展和现状 我国电网调度自动化起步较甲，大体经历了远动化、数字化和自动化3 个阶段。 早在2 0 世纪5 0 年代中期，就开始研制有接点遥信和频率式遥测远动装置，在东北、 北京等地区进行无人值班变电站的试点，并在计算技术的影响下，山布线逻辑向 数字化、软件化的方向发展。 1 9 5 8 年电力部主管部门作出了一次关于研发计算机的重要技术决策：支持当 时的华北电力设计院派人参加由中国科学院计算所研制的我国第一台大型数字电 子计算机 10 4 机) 的调试和投运工作。此工作导致了电力部门1 6 1 电子管计算机和 1 6 7 晶体管计算机两代计算机的研制和应用开发工作。随后骨干力量分流到电力部 南北两个主要研究单位一一电力自动化研究院和中国电力科学研究院( 以下简称 电自院和电科院) ，促进电力部门较早地进入数字技术领域。两代计算机的先 后投运和推广应用，在设计、研制、科研和运行领域培养了大批计算技术应用人 才，推动计算机和远动技术相结合，向自动化方向发展。 1 9 7 2 年，广东省中调所和华北电力设计院合作，使用广东省自制的1 0 8 乙机与 s f 5 8 有接点遥信和频率式遥测远动装置( 零满刻度为3 5 周期) 互连成功。这是我 国最早实现计算机与远动结合的一个实例川。但我国电网调度自动化技术在改革 开放前发展不快。改革开放后我国电网调度自动化领域内的远动化和数字化二者 结合组成体化的s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u is i t i o n ) 系统，在“引 进一消化一开发一创新”方针的指引下取得快速发展，部属南北两院在2 0 世纪8 0 年代中期起先后开发了p d p - 1 1 2 4 ，m i c r o v a x 工t _ 、v a x - 1 1 7 5 0 ，v a x 4 0 0 0 等计算 机与远动终端相结合的s c a d a j 系统，调度运行单位在管理体制上也逐渐将计算机和 远动两个专业合并为自动化专业。 由s c a d a 发展到e m s ( e n e r g y ma n a g e m e n ts y s t e m ) ，其广度和深度要求是不同 的。计算技术起步较旱的电力部门，2 0 世纪6 0 年代就开发了电力系统潮流、短路、 的。计算技术起步较早的电力部门，2 0 世纪6 0 年代就开发了电力系统潮流、短路、 稳定等基本应用软件，并广泛投入离线使用。但如何与s c a d a 结合接入实时系统 并直接控制发电过程，却是个新问题，这就导致了2 0 世纪8 0 年代后期东北、华北、 华中、华东四大网e m s 的引进工作。和第一次s c a d a 的引进不同，这次e m s 的引进是 有选择地引进的。重点放在e m s 的支撑平台和自动发电控制( a u t o m a t i c g e n e r a ) 上， 7 江大学碗i 学位论文第2 章电力调度s c a d a 系统赫介 e m s 高级应用软件完全由国内开发。从美国西屋公司引进o 目w e s d a c 一3 2 系统，使用 了美国e s c a 公司的h a b 工t t 支撑平台和a g c 软件。电力部两院参与引进，并各自分 担两网的现场验收、系统汉化和r t u ( r e m o t et e r m i n a lo n i t ) 接入等任务。 第二次引进，在较高层面上实现了又一次“引进一消化一开发一创新”，导 致2 0 世纪9 0 年代自主版权e m s 支撑平台和应用软件的先后问世 四大网e m s 投入运行后的2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初，开放式分布式系统和面 向对象技术得到了很大发展。随着2o 世纪8 0 年代束开放式系统结构的兴起， p o s i x ，s q l ，o s f m o t i f ，t c p i p 等涉及操作系统、数据库、用户界面和通信等有关 的标准先后建立，为开放武分布式系统的发展铺平7 道路。 2 3 江山电力调度s c a d a 系统现状 江山电网调度自动化系统接入变电所及发电厂23 个，其中2 2 0 k v 变电所1 个， 1 1o k v 变电所6 个，3 5 k v 变电所10 个，发电厂6 个，除了3 5 k v 虎山变电所是常 规r t u 外，其它的变电所均是综合自动化变电所。s c a d a 系统建于20 0 4 年1 2 月， 采用南瑞科技农电分公司的o n 2 0 0 0 系统。 2 3i 系缔结构 ， “ 。i “”f # 军翠雾。 苗i1 i 广咩型出租二2 尸；“。 掣：， 卜 山, - 4 - 篇二卜抽 图2 - l 江山电网调度自动化网络拓扑图 l r r e i r * 日rrm， t i m ， * e i 十m ! t w ”“m !i e m # e l t e * 口t 浙江大学硕士学位论文 第2 章电力调度s c a d a 系统简介 s c a d a 系统由信号传输系统、前置数据处理系统、历史数据服务器系统、后台 处理软件、高级应用软件、w e b 浏览系统、安全防护系统等模块组成。系统的各应 用模块应具有一体化设计的图形、数据库，统一的人机交互界面和数据库管理维 护界面，功能扩展灵活，维护运行方便。系统应采用功能分布式的系统设计和全 分布的网络体系结构。系统基于t c p i p 网络，所有功能采用客户服务器 ( c 1 i e n t s e r v e r ) 模式分布于网络中，支持和管理网络中各自独立的处理节点，使 数据共享i 系统应采用模块化的软件层次结构，从支撑平台到应用功能的各个组 成部分，全部按模块化结构进行设计。其中，支撑平台在每一台机器上均要安装 运行，但每一台机器运转哪几个应用模块可按需要配置。模块化的软件设计结构， 使得系统软件结构清晰，便于维护，避免重复开发，配置灵活。系统在逻辑上由 客户( c 1 i e n t ) 和服务器( s e r v e r ) 两部分组成。服务器的基本任务是数据处理、数 据存贮和数据维护，并响应客户机的请求向客户机传送格式化的数据信息。客户 机则负责提供用户界面，如图形、表格以及声音、动画等。系统客户机不拥有自 己的数据库，所有需要的数据及信息均取白于服务器，所以每台客户机在任何时 候均可以开启或关停而不影响其历史数据及信息查询。因此，系统没有数据一致 性问题，并能使系统信息资源在广域网范围内实现共享。系统前置机和服务器之 间、服务器和客户机之间的网络通信和数据传输应完全采用基于可靠连接的网络 非透明通信方式( 即点对点方式) 。前置机接收厂站远动设备的数据，通过点对点 的方式写入服务器中；客户机则是以一问一答的方式向服务器请求数据；控制命 令也是由客户机以点对点的方式传递给服务器，服务器再以点对点的方式传递给 前置机。 2 3 2 软硬件配置 江山电网调度自动化主站系统均采用u n i x w i n d o w s 混合平台结构。服务器采 用u n i x 操作系统，调度员工作站采用w i n d o w s 操作系统。采用双网以及 u n i x w i n d o w s 混合平台系统结构，核心节点选用u n i x 服务器，如数据库服务器选 用s u nf i r e4 8 0 服务器，数据采集服务器选用s u nf i r e2 8 0 服务器，操作系统 选用s o l a r i s9 ，商用数据库选用o r a c l e9 i 。人机界面选用p c 图形工作站h pw s x w 4 1 0 0 ，操作系统选用w i n d o w s2 0 0 0 ，配备两台调度员工作站，两台监控工作站， 两台维护员工作站。单独设置数据采集网段，一方面通过终端服务器接收5 个专 线通道变电站的远动信息，通过网络方式以及网络1 0 4 规约接收江山供电局6 个 网络化变电站的远动信息，通过天网防火墙+ 路由器的方式以及特有的网络c d t 规 9 浙江大学硕士学位论文 第2 章电力调度s c a d a 系统简介 约接收衢州地调转发的6 个变电站和5 个电厂的远动信息。同时通过数据采集网 以及透明的数据网关服务与电能量计费系统、衢州市局四级网信息系统交换数据。 通过正向网络物理隔离装置单向向w e b 服务器同步实时数据、历史数据、图形报 表，实现了i i i 区的w e b 服务器与i 区的s c a d a e m s 系统数据的自动同步。 2 3 3s c a d a 系统最基本的功能 s c a d a 是调度自动化的基本应用，功能包括： ( 1 ) 数据采集和处理 ( 2 ) 控制和调节 ( 3 ) 事故追忆( ( p o s t dis t u r b a n c e re v i e w ，p d r ) ( 4 ) 报警处理 ( 5 ) 历史数据管理 ( 6 ) 报表管理 ( 7 ) 系统时钟 数据采集和处理： ( 1 ) 直接与厂站端通讯，采集数据信息( 采用远动规约) ，采集变电所的电气运行 数据和开关闸刀状态，即遥测信号与遥信信号。 ( 2 ) 通过远程计算机网络与上级调度s c a d a 系统通讯，采集上级管辖变电所的遥 测信号与遥信信号。 ( 3 ) 与本地m i s ( m a n a g e m e n t in f o r m a t i o n sy s t e m ) 网交换信息。 ( 4 ) 数据类型包括模拟量、状态量、继电保护记录、电力系统各种参数等。 控制和调节功能( 遥控和遥调) ： ( 1 ) 断路器开合。 ( 2 ) 变压器投切。 ( 3 ) 调节变压器分接头。 ( 4 ) 开合线路。 ( 5 ) 开合馈线。 ( 6 ) 无功补偿设备投切及调节。 1 0 浙江大学硕士学位论文第3 章s c a d a 异地备用系统实现的设计思想 第3 章s c a d a 异地备用系统实现的设计思想 3 1s c a d a 容灾系统的几种模式 根据目前省级调度的现状以及计算机和网络技术的发展状况，按不同的备用水平， 表1 为几种备用方案的比较。 表3 - 1 几种模式的容灾系统比较表 肯蠢一= 三 名霸朋赚靠鲁用s c 姒宠鲁用乳a 卧鼻麓鲁用f l l 鼍赢 圭一庄，匕曩不胃羹最主一直犬曩不一曩舞慧一童大 鲁胭的篆嚣7 = 蠹篙一定太l l 辐膏 鲁薏饕冀 m 脚冀 d 嚏鬟铷m 基木薹事囊膏 一 量麒囊 艚- 髀圭麓：糕翟专黧嚣 圈五 艇 d a 弄麓备用1 2 ， 鼻一虞太 主翻农太接灭灾，鼍t ， 鼍囊，整体暖膏电i i 笠舳a 蠢信教 鬟狲 麓赢 弄鼍度太曩应量另 一十垒管丑【量 篱 d ， c c 厄孵葬慧叠用 鼻t 一度太。 圭一鏖大曩火灾，地震， 量蕴，整体蕊 ，电， 驼胁 i a i ) c e 靴通街敢i s c a u a a c , c e ) i s 蠢 鼻埯一定丈麓废置另 一个垒害蠢蕾】i 亡羹赢 铲z 彝t ，l 废不接夸币麓小较大 亿一齐譬曩麓太麓太袈太丈 量镛曩甩不簟知赣小囊小囊太赣太 如果要实现在大部分突发情况下，备用s c a d a e m s 系统能较好的发挥作用， 应考虑下面一些原则。 i 、异地热备的原则 该系统的目的主要为预防灾难性事件和突发事件的影响。因此，从国际上所 了解的情况以及灾难性事件的种类考虑，系统应距主调度中心有一定的地理距离。 另一方面，也不宜太远，便于调度员及时转移上岗。因此，具体的距离远近，是 否同城，均须根据各电网的实际情况而定。但是备用的系统必须是2 4h 热备，以 便调度员及时可用。 2 、免异地维护的原则 由于系统处于异地，主调度中心的维护人员经常去异地维护是不现实的，并 且维护周期也可能较长，维护的效果可能难以满足出现突发事件后调度员对电网 当前结构同步性的要求。如由当地的技术人员维护，也存在责任不到位和无法及 时掌握全网最新信息的缺陷。所以在主系统的设计中，须考虑异地备用系统的因 素，便于今后能扩展建设异地备用系统，并在主调度中心实现统一维护，即时同 步，即反映最新的网架结构。 3 、通信备用原则 即不仅是s c a d a e m s 本身故障能承担备用功能，而且在整个调度中心包括电源系 统和通信设施均在故障时也能承担备用功能。从这个角度考虑，备用系统所在地 也应是全省通信系统的另一个汇集中心，并在主调度通信中心故障后，依然能集 到全省所有的信息。因此，通信系统的备用也存在选址问题和进一步完善要求。 4 、网络传输原则 其中包含两个方面的内容：一个方面是主调度中心和备用调度中心之间要有 浙江大学硕士学位论文第3 章s c a d a 异地备用系统实现的设计思想 可靠的高速网络通道，便于主系统和备用系统的快速同步。另一方面是备用调度 中心对厂站和地区调度中心的信息采集均通过网络方式，因为传统的远动方式很 难做到自动切换备用和厂站端免改造、免维护，同时对通信的要求和投资也比较 大。在全省及各地区调度数据网络( 包括各厂站节点) 建成后，可以实现上述目标。 5 、适当简化原则 s c a d a e m s 异地备用系统在绝大部分时间是处于备用状态，即使使用，时间 一般可能也不会非常长。在紧急情况下，调度员最主要的工作是掌握电网的现状 以利于判断和指挥，因此最关键的功能是s c a d a 。 3 2 国内外s c a d a 容灾系统的发展现状 由于s c a d a e m s 的备用本身就考虑到防范突发事件对电力系统的影响，所以 备用的系统有部分保密的性质，因此世界上各电力公司这方面的资料在公开的刊 物和报告中并不多。根据参观、查询及技术交流过程中所了解的情况，大致有以 下几个方案。 3 2 1 某国外著名自动化公司的能量控制系统 部提供的方案s c a d a e m s 主系统通常设置在调度大楼的控制中心，并处于运 行模式，所有的控制操作都在主系统上完成。备用s c a d a e m s 系统设在远方的控 制中心，作为灾难恢复的有效技术手段。包括一个开发结点和一套非冗余的在线 系统。在通常情况下，该备用系统处于备用模式。 备用模式有两种配置方案： ( 1 ) 系统中r t u 为双通信口，并于s c a d a e m s 主、备系统进行通信，在这种 情况下，备用系统对于测量量的接收处于“监听”模式；主系统则以“扫描” 模式对测量量进行处理。备用系统不进行任何控制操作，并且对测量量产生的告 警不做确认。 ( 2 ) 系统中r t u 为单通信口，此时测量量不送备用系统，只有在r t u 重新配置 连接到备用系统时，备用系统才接收测量量数据。同样在备用系统上不作任何控 制，也不发生告警。在上述两种配置中，在备用模式下备用系统不实现历史功能。 在主系统完全退出的情况下，切换过程( 包括r t u 通信路由的重新配置和从“监听” 模式到“扫描”模式的修改) 允许备用系统接管主系统并处于运行模式。在主系统 恢复后，切换过程传回所有备用系统在主系统故障期间接收的信息，并使备用系 统返回到通常的备用模式。作为切换过程的一部分，和主系统采用i c c p 连接的其 他调度部门会得到通知，而采用备用系统的i p 地址完成信息交换。 主、备系统间的网络互联根据对备用系统的不同应用要求存在较大的差别。 1 2 浙江大学硕士学位论文第3 章s c a d a 异地备用系统实现的设计思想 对于备用系统的运行维护主要采用脚本方式的文件传送机制。该机制使用主、备 系统间的专用局域网连接，根据备用程度采用不同的同步策略以保证备用系统的 可用性。该方案比较传统，需要在备用地点同时具备另一远动通道汇集点。 3 2 2 欧洲某国家电网公司的方案 该国家电网公司私有化后，采用了a b b 公司的e m s 系统，并采用国际标准构 建数据采集系统和网络。总体来说，分为3 个层次：第1 层是核心节点，在4 个 大的控制中心各配置一套a b b 的s c a d a e m s 系统，通过广域网互联，互为备用， 在任意一个控制中心均可看到其他控制中心的画面，权限许可情况下，甚至可以 进行替代控制。控制中心之间通过t a s e i i 协议通信，但由于是同类系统，也可能 另有内部特殊的同步通信机制。由于这些控制中心不直接采集厂站数据，而是通 过广域网接收第2 层的分控制中心上送数据，因此只要广域网有足够冗余，任何 一个控制中心故障，别的控制中心理论上依然可收到完整的全网数据，承担全网 调度的任务。第2 层是若干分控制中心节点，有的是区域的调度中心，也有比较 大的变电站。分控制中心的任务是汇总采集其下属的厂站的信息，并进行控制。 比较新的厂站采用i e c - 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