（电气工程专业论文）行唐电网调度自动化系统的研究.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 随着国民经济的快速发展，电力系统规模日益扩大，对电网运行安全性、 经济性和可靠性的要求越来越高。本文根据行唐电网的实际情况，对电网调度 自 动化系统的功能提出新要求，并研究确定了新一代调度自 动化系统的具体结 构和实现方式。在新的调度自动化系统中，增加了实时信息发布功能，为各部 门及时准确掌握电网运行情况提供了真实、 可靠的信息; 增加了短信报普功能， 保证了相关人员及时了解电网信息， 对故障迅速做出判断处理: 增加了视频监控 功能，便于监测变电站的设备，及时发现异常情况，并做出处理。通过调度自 动化系统的进一步完善，有效地保证了电网安全、经济、可靠的运行，同时提 高了调度管理和优质服务水平，对行唐电网的调度运营具有较大的指导意义。 关键词:调度自动化，实时信息发布，视频监控，短信报警, s c a d a abs tract t h e p o w e r s y s t e m s i z e i s c o n t i n u a l l y e n l a r g e d w i t h t h e d e v e l o p me n t o f t h e n a t i o n a l e c o n o m y , t h e p o w e r g r i d i s r e q u i r e d t o o p e r a t e m o r e s e c u r e l y , e c o n o m i c a l l y a n d r e l i a b l y . a c c o r d i n g t o t h e c u r r e n t s i t u a t i o n o f t h e x i n g t a n g p o w e r g r i d , t h i s t h e s i s p r e s e n t s n e w r e q u i r e me n t s f o r t h e c u r r e n t d i s p a t c h a u t o ma t i o n s y s t e m , a n d d e t e r m i n e s t h e c o n f i g u r a t i o n a n d f u n c t i o n s o f a n e w d i s p a t c h a u t o m a t i o n s y s t e m. i n t h e n e w s y s t e m, t h e a d d e d f u n c t i o n o f r e a l - t i m e i n f o r m a t i o n i s s u a n c e p r o v i d e s t r u e a n d r e l i a b l e i n f o r m a t i o n o f p o w e r s y s t e m f o r t h e r e l a t i v e d e p a r t m e n t s . t h e i n s t a n t a l a r m m e s s a g e s y s t e m n o t o n l y e n s u r e s t h e d i s p a t c h e r t o k n o w s y s t e m s t a t u s b u t a l s o m i n i m i z e s t h e r e s p o n s e t i m e w h e n t h e r e a r e f a u l t s i n t h e p o w e r s y s t e m . t h e i n t r o d u c e d v i d e o m o n i t o r i n g s y s t e m m o n i t o r s d e v i c e s i n s c e n e a n d s o l v e s u n e x p e c t e d p r o b l e m s a t t h e e a r l i e s t t i m e . a f t e r t h e r e n o v a t i o n o f t h e p o w e r d i s p a t c h s y s t e m , i t w i l l c e rt a i n l y b r i n g t h e p o w e r g r i d s e c u r i t y , e c o n o m y , a n d r e l i a b i l i ty , i n c r e a s e t h e q u a l i ty o f d i s p a t c h m a n a g e m e n t a n d e n s u r e t h e q u a l i t y s e r v i c e s . t h e t h e s i s h a s a n i m p o rt a n t v a l u e f o r g u i d i n g t h e p r a c t i c a l o p e r a t i o n o f t h e x i n g t a n g p o w e r g r i d . y i n p i n g ( e l e c t r i c a l e n g i n e e r i n g ) d i r e c t e d b y p r o f g u x u e p i n g ke y wo r d s : d i s p a t c h a u t o ma t i o n , r e a l - t i me i n f o r ma t i o n i s s u a n c e , v i d e o s u p e r v i s i o n , i n s t a n t a l a r m me s s a g e , s c a d a . 幽匕 尸a明 本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文 行唐电网调度自 动化系统的 研究 ， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间， 在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大 学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己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名:日期 : 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校 有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件; 学校可以采用影印、 缩印或其它复制手段复制并保存学位论文:学校可允许学位论文被查阅或借 阅; 学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文; 同意学校可以用 不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名 导师签 名 : 日期: 渔卫一 红w 日期 : y o o 7 l . z 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章 引言 1 . 1 课题的提出 电力调度自动化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。在调度自动化系统向 实用化迈进的过程中，新生事物不断出现。如何处理 s c a d a系统与 m i s系统、e m s 系统之间的关系，数据如何共享以及如何应用现代新技术到调度自动化系统中等问 题成为人们关注的焦点。同时无人值班变电站的增多对电力调度自动化提出了更高 的要求. 调度自动化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，同时对国家的经济有很大的影响。从美国 8 . 1 4大停电可以 看出当前调度 自动化系统存在一定的缺陷并给我们的调度自动化系统提出了一些 新的要求川 : 如现有的高级分析软件( 系统等值， 状态估计等应用软件) 的完善问 题; 报警系统的可靠与完善问题:备用监视手段的完善问题等，都是我们在新一代调度 自动化系统中应该考虑的问题。 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。我 国电力工业得到了飞速的发展，国家制定了开发西部水、火电能源， 实施西电东送 的能源工业建设基本战略。为实现国家总体能源发展及布局方针，“ 西电东送、南 北互供、全国联网、厂网分开”已成为 2 1世纪前半叶我国电力工业发展的方向。 但是我国电网地域分布广泛，装机总容量巨大，其安全经济运行离不开现代调度自 动化系统，为了吸取以前的经验教训，我们的调度自动化系统应进一步完善。从国 调到县调每一级的调度系统都应该考虑到上述问题。 目前， 行唐供电局辖 1 1 0 k v变电站2 座，主变3 台，容量8 3 0 0 0 k v a , 3 5 k v变 电站 6 座，主变 1 2台，容量 7 7 3 0 0 k v a , 3 5 k v输电线路 8 条，l o k v配电线路 4 7 条， 调度自 动化系统采用保定智能电脑应用公司开发的wg j - 2 0 0 0 系统， 运行表明， 整个系统稳定、可靠、实用、准确。但是随着行唐电网系统规模的扩大和行唐经济 的迅速发展，日益紧张的电力供需矛盾越来越突出，造成拉闸限电频繁，在一定程 度上制约了行唐的经济发展，也给电网调度带来一定的困难。原有的调度系统在系 统结构和一些功能方面不能满足现场运行需要，需要进一步扩充和改进。为达到电 网安全、经济、实时、准确、可靠的运行，减轻调度人员工作难度，对电网进行科 学调度，合理安排电网负荷，使有限的电力发挥更大的经济效益，研究行唐电网新 一一一一一一一一一一一塑壁ii 主文 一代调度自动化系统十分必要。结合现代网络技术，计算机技术等实现适合现代电 网运行的调度自动化系统，本文以行唐电网调度自动化系统为研究课题有重要的实 际意义。 1 . 2 课题的研究现状和行唐电网调度自动化现状 电网调度自动化系统发展到今天已经是第四代了。最初是 7 0年代基于专用计 算机和专用操作系统的 s c a d a系统， 然后是8 0 年代基于通用计算机的e ms系统， 进而发展到9 0 年代基于r i s c / l t n i x的开放式分布式e ms / d ms系统 ( 国家电力调 度通信中心、 福建、 山东、 西北、 宁夏、 湖北、 湖南、 安徽等单位引进的s c a d a / e m s , 电力科学研究院和东北电力集团公司合作开发的c c - 2 0 0 0 系统 ， 电力自动化研究院 开发的r d - 8 0 0 系统、 o p e n - 2 0 0 0 系统、 s d - 6 0 0 0 系统等) ， 第三代系统己发展了十 几年。随着计算机、数据网络、数据库等技术的飞速发展以及电力市场的要求， 第 四代电网调度 自动化系统的基础条件已经发展起来， 该系统的主要特征是采用 j a v a 、因特网、面向对象等技术， 综合考虑电力市场环境中的安全运行及商业化运 营的要求。 在如今的调度自动化系统中，硬件配置越来越高，开放式的调度自动化系统越 来越普遍;网络技术应用的呼声也越来越高，分布式潮流，分布式网络分析等在应 用研究之中;同时利用高速网方便地对无人值班变电站进行 “ 遥视”以及上下级调 度之间的可视电话和可视调度都是可实现的;调度人员对于基于图形的快捷方便的 调度的要求使调度自 动化系统进一步发展【 1 4 1 ; 面向 对象技术以 及数据库技术也为调 度自 动化系统的发展提供了技术支撑 1 5 - 1 6 1 ; 人工智能技术在一些分析软件中的应用 进一步扩展了调度自 动化系统的功能 1 9 ; i n t e rn e t 技术将为调度自 动化系统人机界 面的完善做出很大的贡献;电力市场的发展为调度自 动化系统提出了新的要求(6 j , 调度自 动化系统和其它系统如何集成 1 0 ， 以及s c a d a / m i s / e m s 等系统数据的共享 问 题如何改善， 数据的冗余量如何减少的问题4 - 5 1 ; g p s 技术在新一代调度自 动化系 统中的应用都是现在需要研究的课题。 由于电力系统的庞大和分布地域的辽阔，不能仅依靠中央调度中心集中统一指 挥，必须进行分级控制和管理.我国依据情况分为国家级电网调度、大区级电网调 度、 省级电网调度、 地( 市) 级电网调度和县级电网调度五级( 2 0 1 。 每一级都有其严格 的分工和相应的责任。各级调度侧重解决的问题不尽相同。行唐电网作为县级电网 来说，其调度自 动化系统的工作任务相比其它系统来说相对简单一些，因为其主要 监控 ho w 及以下农村电网的运行，保证其信息的收集和整理，同时保证整个县级 电网的安全运行。县调相对于其它级别调度自动化系统增加了电压控制和负荷控制 等新的内容。所以本文将结合行唐电网的实际情况，同时吸收国内外调度自动化系 华北电力大学工程硕士学位论文 统发展的经验，解决以往调度自动化系统出现的问题，结合现代的网络技术和通信 技术，研究并实现新一代行唐电网调度自动化系统。 目前行唐电网w g j - 2 0 0 0 调度自 动化系统的运行表明:整个系统稳定、可靠、 实用、准确。保证了电网安全、经济运行，其运行状况分如下几个方面: ( 1 )系统的可靠性 调度自动化系统达到理想的运行水平需要系统运行的可靠性来保证，系统采用 了多重冗余结构，前置机、服务器、和调度员工作站等重要网络节点均采用互为热 备用方式，当系统中任意设备出现故障，不会影响整个系统的正常运行，采用 w i n d o w s n t 4 . 0 / 2 0 0 0 操作系统， 保证了 系统的安全性， 采用了s q l s e r v e r 内部管理 机制自 动备份， 进一步增强数据库的安全性， 采用了s q l s e r v e r 7 . 0 型数据库管理系 统， 运用o d b c 及s q l 访问历史数据，提供d l l 方式访问实时数据，既提供了用 户级访问又方便了用户的二次开发。采用了网络接入方式，充分考虑了用户集控站 的规模及扩展的需要，系统配置可大可小。支持r i s c 计算机和多种r i s c 计算机， 服务器软件支持mi c r o s o ft wi n d o w s n t / 2 0 0 0 s c o u n i x等操作系统， 工作站可使用 w i n d o w s n t 4 . 0 / 9 8 / 9 5 / 2 0 0 0 等，确保t系统可靠运行。 ( 2 )系统的实用性 w g j - 2 0 0 0 系统满足生产及运行管理的实际需要， 提供了强大的对象式绘图功能 和丰富的子图库，任意变电站的一次系统图可在线编辑、缩放、漫游，各种潮流， 电子表格可进行各类停电时间统计( 掉闸、接地、限电、检修) ，负荷统计，遥控、 遥调操作统计，电压合格率统计，峰、谷、平电量计算等。曲线、棒图、饼图和丰 富的统计功能提供了强大的领导决策支持。 ( 3 )数据的准确性和实时性 自动化系统的数据应具有准确性、实时性。行唐电网负荷供需矛盾比较突出， 在农业高峰用电季节，日负荷达5 5 0 0 0 k w，限电比较频繁，增加了负荷管理难度， 系统正确及时地为调度员提供实时运行数据，成为调度员调整控制负荷管理的需 要，该系统 8个变电站远动设备全部接入，均为双通道运行( 主信道为光端机，副 信道为载波机和无线扩频) ，误码率低，保证了数据传输的准确性。系统主站接口 以循环式远动规约为标准， 与其它远动终端接口兼容， 主机切换备用机时间小于4 0 秒，从断路器变位到整幅事故画面自 动推出时间小于 5秒，遥信正确率 1 0 0 %，遥 控正确率和系统可用率均大于9 9 %，画面直观、实时、准确，对于调整电压、负荷 及电网运行状况是过去人工所无法做到的，大大提高了电网经济运行的水平。 ( 4 )系统可与多种模拟盘接口，任意实时数据可送往模拟盘，可与上一级调度 集中转发遥测、遥信、电量等各种数据，经过对各变电站四遥测试，其精度符合标 准要求，确保了两极调度数据的一致，保证了电网工作质量. 华北电力大学工程硕士学位论文 1 . 3 现有系统运行中存在问题 尽管行唐电力调度自动化系统运行状态良好，但随着系统规模的扩大，系统结 构和系统的某些功能己经无法适应当前的电网发展趋势，例如目前调度自动化系统 的数据查询功能不能完全满足各种用户或者各种数据的查询需要，导致电网的信息 不能及时发布给客户和相关人员，目前只能通过电话或者调度数据监测现场的运行 状态，当事故发生，出现非调度值班人员不能及时了解事故信息等情况，所以必须 结合实际，研究新一代行唐电网调度自 动化系统。 1 . 4本文的主要工作 由于行唐电网和经济建设的迅速发展，旧有的调度系统已无法适应当前的发 展，一些功能需要扩充，需要建设新一代的调度自动化系统。本文针对行唐电网新 一代调度自动化系统的设计与开发，完成如下主要工作: ( 1 )了解行唐电网的运行现状，收集系统参数，对现有的行唐电网调度自 动化 系统进行分析并提出需要扩展的功能。 ( 2 )从系统设计角度出发，研究确定新一代行唐电网调度自 动化系统的具体结 构、功能要求和实现方式。 ( 3 )研究并实现电网信息的实时发布功能，增加调度自动化系统的短信报普功 能。 ( 4 )对保护变电站设备安全性的视频监控功能进行研究，提出相应的要求并进 行功能实现。 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章 系统性能和功能要求 依据行唐电网的发展和调度自动化系统的现状，对行唐电网新一代调度自动化 系统的性能和功能提出如下的要求。 2 . 1 系统的性能要求 2 . 1 . 1 系统的可用性要求 ( 1 )系统冗余配置的重要单元或单元的重要部件出现单点故障时，整个系统功 能的可用性不受影响，保证系统正常运行。 ( 2 )在任何时刻保证冗余配置的节点之间可以采用手动和 自动方式互相切换。 ( 3 )保持热备用节点之间数据的一致性，备用节点可随时接替值班节点运行。 ( 4 )备用节点采用最近的实时数据断面接替主节点运行。 ( 5 )冗余热备用节点之间实现无扰手动切换，热备用节点接替值班节点的切换 时间小于2 0 s . ( 6 )冷备用设备接替值班设备的切换时间小于 i o m i n o ( 7 )系统可用率不小于9 9 .8 %0 ( 8 )系统运行寿命大于 8 年. 2 . 1 . 2 系统可靠性要求 ( 1 )系统中关键设备的平均无故障工作时间m t b f 1 7 0 0 0 小时。 ( 2 )系统能长期稳定运行，在值班设备无硬件故障和非人工干预的情况下，主 要设备不应发生自动切换。 ( 3 )由于偶发性故障而发生自动热启动的平均次数应小于 1 次/ 3 6 0 0 小时。 2 . 1 . 3 系统开放性要求 ( 1 ) 系统应遵循国际标准， 选用通用的或者标准化的软硬件产品， 计算机产品、 网络设备、操作系统、网络协议、商用数据库等均遵循国际标准和电力工业标准。 ( 2 )系统应采用开放式体系结构，提供开放式环境，能支持多种硬件平台，支 撑平台采用国际标准开发，所有功能模块之间的接口标准应统一，支持用户应用软 件程序的开发，保证能和其它系统互联和集成一体，或者方便的实现与其它系统间 的接口，系统应能提供以下开放式环境，包括:标准的数据库访问接口;基于标准 的图形用户编辑、生成工具及访问接口;标准的网络通信应用层协议、应用基本函 数及调用接口;开放式系统软件运行任务调用接口;系统软件集成的开放环境:软 件平台应遵循各项开放式标准;s q l 结构化查询数据库接口标准;t c p / i p 网络通信 华北电力大学工程硕士学位论文 协议;国际上其它通用的标准和部颁调度自动化系统有关的规定等。 ( 3 )采用分布式的体系结构，可以根据系统的规模和特殊需求，充分优化各节 点资源和均衡网络负担，并便于系统的分阶段实施。 ( 4 )采用面向对象的设计思想和编程技术，使软件开发规范化，满足软件的继 承性、可维护性要求。 ( 5 )系统具有良 好的可扩展性，可以逐步建设、逐步扩充、逐步升级。 ( 6 )系统容量可扩充，包括可接入的厂站数量、系统数据库的容量等，不应该 有设计容量上的限制，从而能使系统可以整体设计、分步实施。 ( 7 )系统功能可扩充，能不断增加新的功能模块，以满足电网监控与运行管理 不断发展的要求。 ( 8 )提供开放的应用编程接口，在不过多依靠厂家的情况下，容易地增加和开 发新的应用软件，有利于系统的升级和扩展。 2 . 1 . 4 系统可维护性要求 系统的硬件系统、软件系统和运行参数应具备较高的可维护性，主要表现在: ( 1 )系统所选设备是符合现代国际标准、工业标准的通用产品，便于维护。 ( 2 )系统具备图库一体化技术，方便系统维护人员画图、建库，保证二者数据 的同步性和一致性。 ( 3 )系统应具备完整的技术资料( 自身和第三方软件的完整用户使用和维护手 册) 。 ( 4 ) 在数据库、画面、进程管理、多机通讯等方面应提供a p i 功能，支持第三 方软件开发。对公用程序及函数提供接口调用说明， 对用户提供全部系统编译、链 接工具，保证在软件修改和新模块增加时用户能独立生成可运行的完整系统。 ( 5 )系统应具备简便、易用的维护诊断工具，使系统维护人员可以迅速、准确 地确定异常、故障发生的位置和发生的原因。 2 . 1 . 5系统安全性要求 ( 1 )系统应具有高度的安全保障特性，保证数据和信息的安全并有一定的保密 措施，执行重要功能的设备具有冗余备份，系统运行数据有双机热备份，防止意外 丢失。 ( 2 )调度自动化系统与其它信息处理系统间应是相对独立的关系，各系统之间 通过we b 服务器进行互联或通信接口， 禁止外部系统对调度自动化系统数据的直接 调用。 ( 3 )系统应具有坚固有效的防火墙，最大限度地阻止外部对系统的非法侵入， 有效地防止以非正常的方式对系统软、硬件设置及各种数据进行更改等操作。 6 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 4 ) 系统应采取相应措施防止内部人员对系统软、硬件资源、数据的非法利用， 严格控制各种计算机病毒的侵入与扩散，当入侵发生时系统能及时报告、检查与处 理， 系统万一被入侵成功或发生其它情况导致数据服务崩溃时能在很短时间内恢复。 2 . 1 . 6系统实时性要求 系统对事件提供快速响应，应满足以下指标:实时数据扫描周期2 -1 0 s 可调; 遥信变化传送时间不大于3 s ( 对于问答式r t u ) ;从开关变化信息到达前置机到告警 信息推出时间小于5 s ; 遥调、遥控量从选中到命令送出系统不大于2 s :画面实时数 据更新周期为 1 -l o s 可调;9 0 %的画面调出时间不大于 i s ，其余画面调出时间不 大于3 s ;调度自动化系统时间与标准时间误差不大于 i s ;系统频率采集周期为 i s , 外部频率采集设备必须满足这一要求。 2 . 1 . 7 系统信息处理指标 主站对遥测的处理准确率 9 8 %;遥信动作正确率 9 8 %: 遥控正确率 1 0 0 %; 站 间事 件顺序记录( s o e ) 分 辨率 i o m s o 2 . 1 . 8系统资源 ( 1 ) c p u负载 系统在最坏情况下，各计算机节点的c p u 负载率必须满足以下指标:各服务器 在任意 l o s 内， c p u平均负荷率小于”%: 数据采集处理机在任意 l o s 内， c p u平 均负荷率小于3 5 %;用户工作站在任意 l o s 内，c p u平均负荷率小于3 5 %0 ( 2 )网络负载 在任何情况下，系统主局域网在任意5 m i n内，平均负载率小于2 0 %; ( 3 )存储容量 无论是计算机自 有还是系统共享的存储设备，其存储容量除满足系统要求的容 量外，还必须留有相同备份容量。当存储容量余额低于系统要求容量的8 0 %时，系 统应能够自动告鳌提示。 2 . 2 系统功能要求 系统具有统一的支撑平台，系统管理、人机界面管理、数据库管理、计算机网 络通信、报表做图等应用程序应基于支撑平台开发. 系统采用面向对象技术进行系统分析、设计和编辑，采用模块化结构，具有良 好的维护性和扩充性。 软件应该具有高可靠性，能对实际应用中的各种问题进行处理。 s c a d a系统是调度自动化系统的基本应用和核心部分。其基本功能包括:数据 华北电力大学工程硕士学位论文 采集和处理;集控功能:事故追忆( p d r ) ;事件顺序记录( s o e ) :报警处理;历史数 据管理;报表管理;趋势记录;网络拓扑着色;人机联系;打印输出:模拟盘控制: 系统时钟。除了上述传统功能之外，结合现代网络技术的发展和现代电子技术的发 展，应该增加一部分扩展功能，包括基于w e b 的电网信息实时发布功能:无人值班 变电站的视频监控功能以及短信报鳌功能等。 华北电力大学工程硕士学位论文 第三章 新一代行唐电网调度自动化系统的结构和配置 依据系统的性能要求以及所完成的功能，选定面向对象技术的 v c 十 十 作为系统 的开发语言，实现前文所述的各项功能要求。 3 . 1系统体系结构 系统采用功能分布式的设计和全分布的网络体系结构。所有功能采用客户/ 服 务器( c l i e n t / s e r v e r ) 模式分布于网 络中， 支持各管理网络中各自 独立的处理节点， 使 数据共享。系统在逻辑上由客户和服务器两部分组成。服务器的基本任务是数据维 护和数据处理，并响应客户机的请求和向客户机传送格式化的数据信息。客户机则 提供用户界面( 图形、表格、声音、动画等) 。客户机没有自己的历史数据库，所有 数据及信息均取自 服务器，在任何时候均可以开停而不影响数据及信息查询。 s c a d a服务器是调度自 动化系统的核心，从可靠性要求考虑， 配置双服务器。 调度自 动化系统在整个行唐局内共享，但其它信息处理系统不能直接访问调度自动 化系统的数据。为了能从结构及数据流向上完全隔离安全等级较低的系统与调度自 动化系统之间的联系， we b服务器建立其它信息处理系统所需的数据库， 包括各类 历史数据等。 3 . 2系统互联安全措施及接口 与相同安全等级的计算机系统互联时，计算机系统与 s c a d a系统存在双向数 据交流，既要从 s c a d a系统获取数据，也要为了实现某些功能向调度自动化系统 传送数据。各系统可以统一采用 “ 路由器”的方式，在路由器上做安全策略。交换 机保证各系统具有独占的带宽，具有较高的吞吐率，满足各系统和 s c a d a系统之 间大量频繁的数据交换。 与地调s c a d a / e ms 系统接口时， 地调s c a d a / e ms 系统 和本系统同属于安全区 i ，县调 s c a d a系统可通过地区调度数据网与其互连;县 调向地调传送所辖 6 6 k v及以上的变电站实时远动信息及地区电网安全、经济运行 所需相关数据和负荷曲线， 地调根据需要向县调提供地调s c a d a系统具有的数据; 采用 工 e c 8 7 0 - 5 - 1 0 4 或d l 4 7 6 - 9 2 交换实时数据; 传输通道采用地区调度数据专用网。 s c a d a系统与m i s 系统之间采用物理隔离，只能通过页面的方式访问 “ 数据 中心” ，该数据中心是系统数据库子集的映射，对于 s c a d a系统来说，其它系统只 访问到数据中心，与系统内其它服务器、工作站没有任何数据上的联系:mi s系统 可从 w e b服务器内获取 s c a d a系统运行的实时数据、历史数据和统计数据:mi s 及其它信息处理系统的用户及其应用软件对电网运行情况的监视只能通过 we b浏 览方式实现只读访问( 浏览和发布的信息包括电网运行状态、统计分析结果、图形 华北电力大学工程硕士学位论文 3 . 3 . 5系统结构图 根据对新一代调度自动化系统的功能要求和系统结构的设计，基于 wg j - 2 0 0 0 开发平台实现的行唐电网调度自动化系统的硬件系统如图3 . 4 所示。 3 . 4 软件配置 s c a d a系统软件配置应遵循以下基本原则: 软件支持平台( 包括系统软件和应 用支撑软件) 的配置满足实时应用的及时性和高可靠性要求;支撑软件和应用软件 采用开放式/ 分布式体系和面向对象技术，满足可维护性要求，符合国际工业标准: 应用程序达到各功能模块和系统的性能指标要求。 s c a d a系统的系统软件包括操作系统软件、编程语言和开发工具。 调度自 动化系统采用混合平台， 操作系统采用wi n d o w s 操作系统。 系统采用y c + + 面向对象语言开发，并且提供一套基本的应用软件开发工具，其他人员能够应用开 发工具继续扩展调度自动化系统的功能。 s c a d a系统的支撑软件包括:系统管理、数据库管理、系统安全管理、人机 界面管理、计算机网络管理等. s c a d a系统应用软件包括:s c a d a 、网络互连通讯、w e b 浏览服务等，所有 应用软件在统一的支撑软件平台上，有较好的统一风格的数据库及人机界面。 华北电力大学工程硕士学位论文 第四章 系统的传统功能要求及实现 4 . 1 s c a d a系统功能 s c a d a系统是调度自 动化的基本应用， 其功能包括:数据采集和处理;集控 功能: 事故追忆: 事件顺序记录; 报警处理; 历史数据管理; 报表管理; 趋势记录; 网络拓扑着色;人机联系;打印输出;模拟盘控制;系统时钟。 4 . 1 . 1 数据采集和处理 4 . 1 . 1 . 1 数据采集 ( 1 )系统能够采集和处理各类数据并按照时间序列自 动排序记录数据传输中出 现的错误和统计误码率. 数据类型包括不同通信协议的各类远动终端装置r t u 采集的数据;通过计算机 通信采集的远方厂站的远动数据;变电站的保护报文;与地调s c a d a / e m s 系统通信 收集的数据;系统时钟同步数据;人工输入数据。 以上各类数据包括: 模拟量、 状态量、 保护装置的动作信号、 远方终端装置r t l t 的复位信号以及其它非远动类数据。s c a d a系统采集的实时数据处理后送至实时数 据库，其它数据( 如气象信息、管理信息) 也应进行适当处理( 标度变换或极限检查 等) ，并存入相应的数据库。为保证信息传送的可靠性，采用错误校验码，对采集 的所有测量值进行滤波和有效性校验。 ( 2 ) 支持与使用i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 1 . d n p 3 . 0 、部颁 c d t协议等规约的r t u 通信; 支持i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 4 及部颁d l 4 7 6 - 9 2 通信协议，通过网络通信获取数据，对网络 通信来的数据和r t u 来的数据同样对待和处理. ( 3 )对所有接入系统的r t u 数据进行周期性的查询采集，以保持数据库的实时 性。为避免某种原因的数据丢失，主站能够定时( 可调，如 1 - 1 0分钟) 对所有 r t u 的数据全部采集一遍。 ( 4 )对模拟量进行周期( 可调) 扫查;同一厂站的模拟量和状态量均可分组，每 组均可定义扫查周期.对状态量采用 “ 状态变位传送”和周期扫查相结合，保证状 态量变位及时反映。 ( 5 )在正常扫描和传送时，如有控制命令要传送，能暂停扫描和传送，待控制 命令传送结束后，从断点恢复扫描和传送。 ( 6 )系统具备实时监视和切换主/ 备通信通道的功能( 时间可调) ，当主通道故 障时能够自动切换到备用通道上，保证主备切换时不影响数据采集和不丢失数据。 用户可以在m m i 上人工切换主备通道，通信通道的故障率和误码率可以统计、显示 和打印输出。 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 7 )在数据采集时，提供对通道和 r t u ( 或相应厂站监控系统或互联系统) 的检 测手段，如:监视并存储上、下行通信报文等，以便及时发现故障。r t u不应答时 必须采取下列措施:正在请求扫描的一组数据和状态量将冻结;所有数据和状态量 的刷新将在r t u 重新应答后再进行。假如在遥控遥调时r t u不应答，应有一个告带 信号产生，指明控制无效。 具有检测和报告数据通信故障的功能。数据在传输时有足够的冗余保护码保证 传输的可靠性。数据传输中出现丢失和溢出时产生告带并作相应的处理。发现通道 故障( 中断或误码率较高) 时，自动切换到备用通道， 且切换时正传送的信息不丢失， 并发出告警。r t u故障时，除告警外，还在相关画面上标以醒目的标记，一些参与 计算的数据可人工输入，当故障恢复后，立即进行该站全部实时数据的刷新，同时 清除有关画面的标记。 4 . 1 . 1 . 2 数据处理 s c a d a 系统从 r t u 采集的实时数据，立刻被处理并存储到实时数据库中。对数 据处理和存储时，其来源对用户和s c a d a 系统应用功能透明。 当用户对历史数据的坏数据进行人工核对并维护修改后，s c a d a系统能自动更 新与其相关的所有的计算量和派生量。 经过处理的数据成为s c a d a 系统中各项应用功能的基础及源泉。除了对数据处 理以外，还对所有数据标明可信度。 对于模拟量，首先对所采数据进行有效性检查， a / d 转换溢出或失效，以及长 时间不刷新的数据不能直接进入数据库，而是保留一个副本标明其情况，待下次采 集再作比较;依据变送器或其它采集单元的输出以及该量的满码值确定一个系数及 基数，从而转换成实际值;根据每个量的多组限值以及前后变化趋势，滤除尖峰数 据:测量值小于某个死区时，可以将该测量复位到零;将测量值与指定的开关信号 或测量值关联，不符合条件的将被置 11 0 1, ;允许人工设置数据，mm工上的画面数据 用颜色区分;对于多源数据，根据预先设定的原则和顺序选取数据，不同来源的数 据在数据库中都有标明;可以统计任意量的最值及其发生时间，并作为历史数据查 阅;可以在线修改设备参数:对于不同数据都有不同质量标志。 对于状态量( 开关量和多态数字量) 中的开关量，其极性规定 “ 1 ”表示合闸状 态， 0 ”表示分闸状态，并可进行反极性修改和处理。根据事故总信号、保护信号 与开关状态决定开关是分闸还是事故跳闸。当收到一个变化了的状态量时，根据与 其有逻辑关系( 此关系可由用户定义) 的其它状态量或数值进行合理性检查。例如， 当一开关跳闸时，相应的输电线路的量测应该为零等。当收到一个有效的变化了的 状态量， 根据其报警级别产生报警。 一个状态量可来自另一些状态量的逻辑表达式。 对状态量的操作分为:封锁( 人工设置) 指定遥信的合/ 分状态:解除/ 封锁指定遥信 华北电力大学工程硕士学位论文 的合/ 分状态;抑制/ 恢复告普。对于多态数据， 系统能对同一状态量的多个状态进 行不同的处理。 此外还能滤除干扰和开关接点抖动带来的假变位信号;可疑信号在数据库中被 标明和在 mmi上显示;能正确区分事故跳闸和人工分闸，并给出不同的报等;能 自 动统计开关事故跳闸次数，超过设定次数给出报带;状态量可以人工封锁并有颜 色区分。 多源数据是指实时数据库中的某一数据点拥有多个数据来源。有两层含义: 对 于某一厂站的同一测点，由不同数据通信方式( 数据采集前置机、与其它外部系统 数据通信) 获取的数据;由操作员置数等软件或人工操作产生数据。同一测点的多 源数据在满足合理性校验后按照人工定义的优先级( 优先级的次序由用户设置) 存 入实时数据库中，提供 s c a d a系统的各应用功能使用。多源数据的处理可应用到 mmi 画面显示、 报表和相关系统的数据交换，同一测点不同方式获得的数据， 在数 据库和 m mi显示、报表中有区分标志。mmi显示、报表中的标志均可人工禁止/ 显示。同一测点的多源数据满足系统维护上的可观测要求。 计划值可由人工输入或从其它应用软件中获得，每天2 4 , 4 8 , 9 6 , 2 8 8 点任选 且可调。对计划值的修改、提供按授权和时间上的控制，并产生事件记录。实时值 与计划值按照用户要求，可采用图形、曲线、表格等方式进行实时比较，并可统计 和计算。 对所有遥测量和计算量配置数据质量码反映数据的可靠度。分为正常数据:在 最后一次应答中成功采集到的数据:未初始化的数据:该数据点值尚未被遥测、被 计算或是 被人工输入;计算数据:由 其它数据点( 相关计算元素) 计算得到的点，数 据颜色设置为最高级别相关计算元素的数据颜色;可疑数据:数据点值超过了模拟 量的可能极限范围;不刷新数据:该数据仅被用于脉冲累加器，在错过了一个或多 个周期，未读入数据后，新读入的第一个数据值上显示该标志;不可用数据:调度 员设置了数据点、r t u 、外部系统或通信通道的扫描处理无效，将显示最后一次成 功采集到的数据值;人工置数:该点显示的数据值为人工置数值。 4 . 1 . 2 控制功能 指 “ 遥控”和 “ 遥调”的功能。 系统能够控制断路器开合、变压器投切、调节变压器分接头、开合线路、开合 馈线、设定值控制、控制顺序预定义和无功补偿设备投切及调节。 对开关设备实施遥控操作按三步进行:选点一校验一执行，校验结果显示在画 面上，只有当校验正确时，才进行执行操作。对每一个点的控制( 或一个操作过程) 均能自动生成符合操作规程的操作票，具有操作员不下位监护功能。为了保证系统 操作的安全可靠，防止误操作，如设置 “ 操作人”及 “ 监护人”双密码登录的防误 1 6 华北电力大学工程硕士学位论文 4 . 1 . 6 历史数据管理 历史数据包括状态量、 模拟量和s o e记录;计划值:事件报告:电网设备运行 情况;s c a d a 系统设备运行情况;设备操作记录:各级各类告鳌信息。 历史数据库定期采集实时数据库和应用数据库的数据，进行统计、累计、积分 等数据处理;对实时数据库和应用数据库中的每一点可选定存储周期实现历史数据 记录，具有定时存储数据和在异常状态下存储历史数据的功能;提供访问接口并可 随时检索和使用;可用报表和画面显示数据。 历史数据管理满足如下要求:简单方便;提供有关管理维护工具;所有的历史 数据，能够自动将秒、分钟、小时、谷、峰、日、旬、月、季、年报表数据存入硬 盘中，同时也能够转储到光盘长期保存;可从永久存储介质上读取某段时间的历史 数据进行复档、反演、重新计算。 历史数据的处理包括如下功能: 可用历史曲线表达周期采样数据; 统计处理( 可 对时、谷、峰、日、旬、月、季、年，典型时、日、月各时段及用户自定义时段的 历史数据进行统计。统计的数据包括最大值、最小值、平均值、最大最小值时刻、 不合格时间、波动率、合格率等等) ;累计处理( 可对时、谷、峰、日、旬、月、季、 年，典型时、日、月各时段及用户自 定义时段的历史数据进行累计) ; 历史数据重新 计算。 4 . 1 . 7 报表管理 报表的数据来自实时数据、历史数据、应用数据、用户自定义数据及其它报表 输出，与实时数据库和历史数据库联接。数据库中数据的修改自 动反映在报表中， 生成新的报表，每次生成的报表在历史数据库中分别保存。报表功能是s c a d a 系统 的一项基本功能，包括对报表的调用、打印和管理。 报表系统具有全图形的人机界面、所见即所得的电子制表功能，能方便地生成 各种表格，能够加入曲线、棒图、饼图和与电力系统运行相关的说明和注释，提供 调度员备忘录功能，格式与m i c r o s o f t e x c e l 格式兼容。 报表程序可完成调度各类报表的生成、查阅、自动计算、打印等功能，报普记 录的分类查阅、打印，以及s o e 记录的查阅，事故、限电、遥控、遥调的统计等。 数据内容由 表达式支持，使报表的制作和修改更加灵活快捷，报表的处理时间得到 了极大的缩短，报表的查询也更加方便。图4 .7 给出了日报表处理的系统界面。 华北电力大学工程硕士学位论文 4 . 1 . 1 1 打印输出 打印方式包括:事件打印，即由电力系统事件或控制系统事件或预先定义的事 件来启动;召唤打印，由调度员召唤时启动和周期打印，按指定时间打印周期性表 格，打印周期可以由调度员调整。 支持图形模式和文本模式的打印， mmi 屏幕画面的硬拷贝， 支持系统配置的各 种打印机，支持中文字符。 提供打印任务管理工具，打印机任务可以人工删除;s c a d a系统的画面包括各 种单线图和曲线等均应支持打印;用户能请求拷贝打印任何画面。调度员能选择打 印活动窗口画面或打印整个监视器屏幕。当输出至彩色打印机时，画面拷贝是彩色 的。拷贝请求有缓冲机制. 4 . 1 . 1 2 模拟屏控制和系统时钟 主站系统具备与调度模拟盘接口的能力，系统与模拟盘的通信协议由用户提 供。模拟盘上的指示灯表示的状态量、模拟量与调度员监视画面上显示的实时状态 一一对应。 系统采用统一g p s时钟对时， 对接收的时钟信号正确性具有安全保护措 施，主站定时对r t u对时，主站各工作站的时间保持一致。 4 . 2 外部网络通信功能 为实现信息发布和数据交换，系统将和地调自 动化系统、本局办公网、本局营 销 mi s系统以及本局的生产管理信息系统互联。外部通信基于客户/ 服务器模式。 通信规约采用t c p / i p ， 应用层协议采用原能源部 电力实时数据