（电气工程专业论文）集控站自动化系统在繁南变电站的应用设计与实施.pdf

集控站自动化系统在繁南变电站的应用设计与实施 摘要 随着无人值班变电站的发展，集控站自动化系统设计已逐步形成为一种电网运 行管理模式，在电力企业日益得到重视和推广应用。本文分析了集控站自动化系统 的特点，并通过对集控站自动化系统的整体结构的设计研究，给出了繁南变电站集 控站自动化系统的具体应用设计与实施。论文主要工作为： l 、集控站自动化系统的总体结构设计，给出了系统的总体规划、通信规划、 主站系统规划； 2 、给出了集控中心的s c a d a 、集中式电压无功控制，调度管理和视频监视功 能设计； 3 、结合繁南变电站的实际情况，对通信网络以及配电网自动化和调度自动化、 m i s 等系统的应用接口进行了设计。 按照设计的方案，繁南变电站集控站自动化系统已建成并投入了生产运行，取 得了明显的效果。 关键词 集控站自动化，s c a d a 设计，繁南变电站应用。 a p p l y i n gd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f m a s t e r s t a t i o n a u t o m a t i o ns y s t e mi nf a n n a ns u b s t a t i o n a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fu n a t t e n d e ds u b s t a t i o n ，d e s i g no fc e n t r a l i z e dc o n t r o l s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e mh a sg r a d u a l l yf o r m e da no p e r a t i o nm a n a g e m e n tp a u e mo f p o w e rg r i d s ，w h i c hh a sb e e ng r o w i n ge m p h a s i so nt h ep r o m o t i o na n da p p l i c a t i o no f e l e c t r i c i t ye n t e r p r i s e t h i sp a p e ra n a l y z e ss o m ec h a r a c t e r i s t i c so fc e n t r a l i z e dc o n t r o l s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ，a n dg i v e ss p e c i f i cd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h ef a n n a n s u b s t a t i o nc e n t r a l i z e dc o n t r o ls t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e mt h r o u g ht h eo v e r a l ls t r u c t u r e d e s i g ns t u d y o fc e n t r a l i z e dc o n t r o ls t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m t h em a i nt h e s i sw o r k i n c l u d e s ： 1 t h eo v e r a l ls t r u c t u r a ld e s i g no fc e n t r a l i z e dc o n t r o ls t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ， o v e r a l lp l a n n i n g ，c o m m u n i c a t i o n sp l a n n i n g ，m a s t e rp l a n n i n gs y s t e mo ft h es y s t e m ； 2 t h ec e n t r a l i z e dc o n t r o lc e n t e rs c a d a ，c e n t r a l i z e dv o l t a g er e a c t i v ep o w e rc o n t r o l ， s c h e d u li n gm a n a g e m e n td e s i g n ； 3 a p p l i c a t i o ni n t e r f a c ed e s i g no f t h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，a s w e l la sd i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o na n da u t o m a t e ds c h e d u l i n g ，m i ss y s t e m sc o m b i n e dw i t ht h ea c t u a ls i t u m i o n s a tf a n n a ns u b s t a t i o n i na c c o r d a n c ew i t ht h ed e s i g np r o g r a m ，c e n t r a l i z e d c o n t r o ls t a t i o na u t o m a t i o n s y s t e ma tf a n n a ns u b s t a t i o nh a sb e e nb u i l ta n dp u t i n t ot h ep r o d u c t i o no p e r a t i o n ，m a d e s i g n i f i c a n tr e s u l t s k e yw o r d s ：c e n t r a l i z e dc o n t r o ls t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ；s c a d ad e s i g n ；a p p l i c a t i o n a tf a n n a ns u b s t a t i o n 插图清单 图2 - i 集控站自动化系统的系统结构5 图2 2 集控站自动化系统的典型配置图7 图3 - 1 前置系统8 图3 - 2 变电站数据采集流程9 图3 3 前置系统主主工作模式运行状态1 1 1 图3 4 前置系统主主工作模式运行状态2 1 1 图3 5 前置系统主主工作模式运行状态3 1 2 图3 - 6s c a d a 系统采集模型2 3 图3 - 7s c a d a 系统测点模型2 3 图4 - 1i v q c 总流程图2 6 图4 - 2 母线分区示意图2 8 图5 - 1电力视频监视系统结构图3 3 图6 - 1 繁南变电站一次设备系统接线图3 9 图6 - 2 繁南集控站系统网络配置图4 0 图6 - 3 监控系统软件结构图4 5 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，也不包含为获得金蟹王些太堂 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。 文作：1 告 幻签字嗍l 彳钏月刁日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金目垦王些盔堂有关保留、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。本人授权盒日巴王些 控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) 糊姗虢1 影双哟 聊虢 签字吼一磊嗍小 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 蝴期：碲”可日 电话： 邮编： 致谢 在本人攻读工程硕士学位两年多的时间里，自始至终得到了导师王建平教授的 悉心指导和无微不至的关怀。从课题的选题到课题的研究都倾注了老师的大量心 血。在王老师的指导下，我拓宽了自己的知识面，。顺利地完成了工程硕士学位论文。 王老师渊博的知识、务实的作风，创新的治学精神和诲人不倦的指导作风，使我获 益匪浅，无微不至的关怀更令人感动，这对我以后的工作和学习都有极大的帮助。 在此，谨向给予我巨大帮助的王老师致以最诚挚的谢意和祝福! 同时，感谢芜湖供电公司的同仁的热心帮助。 另外，向所有支持我和鼓励我的老师、同学致以最真挚的感谢。 憾1 吹飙喝 2 0 0 8 年1 0 月 第一章概论 1 1 序言 随着国民经济的高速发展和改革开放的深入，电力用户对电能质量和供电可靠 性的要求越来越高，电压波动和短时的停电都会造成巨大的损失。因此，需要结合 电网改造在配电网中实现配电自动化，以提高电网的管理水平，为广大电力用户不 间断的提供优质电能。 近年来，随着计算机、数据网络、数据库等技术的飞速发展，电网调度自动化 系统也得到了突飞猛进的发展：由7 0 年代基于专用计算机和专用操作系统的s c a d a 系统发展到8 0 年代基于通用计算机的e m s ，进而发展到9 0 年代基于r i s c u n i x 的 开放式分布式e m s d m s ，二十一世纪出现了采用j a v a 、因特网、面向对象等技术的 第四代电网调度自动化系统。 硬件方面，前置机由过去的单片机发展到专用工作站，服务器也由般的计算 机发展到专用工作站或专业服务器，通讯过去大多采用r s 2 3 2 串口，而现在可以做 到i o o m h z 的双网通讯。操作系统由d o s 发展为u n i x ，w i n d o sn t ，w i n d o s2 0 0 0 等。 随着无人值班变电站的出现，运行人员对自动化系统的要求比以前更高，单一 的s c a d a 功能已不能满足集控站监控人员运行工作的需要。另外，变电站自动化技 术的不断发展，使得继电保护、监控、测量、远动、通信等之间的关系越来越不可 分，各专业之间的界限越来越模糊，对自动化系统采集来的综合自动化信息加以充 分利用，可以充分提高自动化系统的效益。电网调度自动化系统的应用软件随之由 s c a d a 功能向综合功能的开发和应用方向发展，如对综合自动化厂站保护信息的处 理和管理功能，对变电站的电压无功控制功能、智能生成操作票功能等。这些综合 功能均是在s c a d a 功能的基础上，充分利用自动化系统的设备和通道以及业己采集 到的信息实现的新功能，可以进一步提高性能，降低成本。目前，国内自动化监控 系统的s c a d a 功能已发展得较完善，四遥( 遥测、遥信、遥控、遥调) 功能一般均能 实现，但在其他综合功能的开发上，大多自动化厂家还处于起步阶段。这主要受制 于系统开发周期长、各厂站端自动化设备通讯规约不完全统一、s c a d a 采集的数据 不够齐全、正确、有的用户不愿意进行资金投入等多种因素的影响。但随着自动化 技术的发展，电网调度自动化系统多种综合功能一体化是其必然发展趋势。 对于以无人值班变电站为监控对象的集控站监控系统，在现有的应用模式中， 有将其与地调自动化主系统合二为一的，也有将其作为个独立系统应用的。这两 种模式各有利弊：对于合二为一的模式，其优点是无需过多考虑两个系统的接口问 题，另外维护也比较方便：缺点是地调自动化主系统的最初设计就要考虑到其多重 功能，而般地调自动化主系统实施较早，设计时没有考虑到作为集控站监控系统 的特殊要求，并且服务器负担比较重。对于集控站监控系统作为一个独立系统应用 的模式，其优点是设计时功能上可以充分考虑运行人员对于无人值班变电站监控的 特殊需求，另外系统的安全性较高：缺点是当两个系统不是一个厂家的设备时，存 在接口问题。 1 2 集控站自动化系统及其特点 集控站自动化是西方发达国家7 0 年代提出的概念，目前在日本、欧美已得到了 充分发展。国内也有了很多的尝试，但主要集中在城市。对于配电自动化，配电系 统自动化设计导则中针对其特点给出了很确切的定义：“利用现代电子、计算机、 通信及网络技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构 和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行及 事故状态下的监测、保护、控制、用电荷配电管理的现代化”。配电自动化系统( d a s ) 在纵向结构分属于配电管理系统( d m s ) ，横向与1 l o k v 变电站综合自动化、调度自动 化、电力m i s 等紧密关联。从目前实施的需求和现状看，配电网自动化实行的模式应 是s c a d a 与g i s 合一，“营配合一”，且与地调、电力b i i s 等紧密集成的系统。 配电网自动化系统的功能应包括配电网络的数据采集与控制( s c a d a ) ，馈线自 动化( f a ，即故障定位、隔离、非故障区段的供电恢复) 、负荷管理、地理信息系统 ( a m f m g i s ) 、配电应用分析( p a s ) 等。集控站自动化系统的特点是：信息量大：在 线分析和离线管理紧密结合；应用分析和终端设备紧密结合：一次设备和二次设备 紧密结合。 集控站自动化系统的优点和建设的必要性： ( 1 ) 配电自动化系统可以极大地提高供电可靠性、缩短故障时间、改善电压 质量，以最优电压提供给用户，并可减轻运行人员的劳动强度。 ( 2 ) 可以使运行人员经常地掌握配电系统的状态( 如系统的构成，开关的开 合状态，负荷电流，事故发生的情况等) 。 ( 3 ) 可以使配电系统在停电时，包括事故停电和施工停电，能够显示停电的 状况，计算停电后恢复送电的方法，并自动进行开关的操作，从而使配电系统的运 行和维护合理化，并可迅速处理用户和系统的一切反应。 ( 4 ) 可以提高整个配电系统的管理水平，提高工作效率，改善用户服务水平。 1 3 国内外集控站自动化系统现状与发展 自2 0 世纪4 0 年代末开始至2 0 世纪9 0 年代中期，日本在全国基本上实现配电 自动化，这大约经历了3 个阶段：依靠现场控制设备就地隔离故障区段，非故障段 自动恢复送电，引入通信系统，将现场控制设备中的在关信息传送到控制中心，实 2 现远程监控；应用计算机技术实现整个配电系统的自动化。日本是配电自动化发展 比较快的国家，目前5 8 的配电线路实现了自动化。 美国配电自动化的起步是在2 0 世纪7 0 年代中期，但随着微机技术的发展，大 约在1 9 8 0 年，这方面的研究已有相当的规模。到2 0 世纪9 0 年代，美国的配电技 术已达到相当高的水平。1 9 9 3 年，美国纽约长岛照明公司投运的配电自动化系统， 可实现在4 3 秒内完成故障区间隔离和非故障区间的自动恢复送电，代表着目前这 一领域的国际最高水平。 欧洲配电自动化系统的实施进程不如日、美那么快。如意大利国家电力公司在 2 0 世纪8 0 年代初，才着手进行变电站的自动控制，到8 0 年代末才开始基于配电 网数据传输综合系统的配电自动化系统的工业化开发。到1 9 9 6 年9 月底，有1 3 个 自动化系统运行，连接到大约1 0 0 0 个配电站和6 万个家庭用户。 同时，德国西门子公司、法国施耐德、美国c o o p e r 公司、摩托罗拉公司、a b b 公司、日本东芝公司等也推出了具有特色的配电自动化产品。 国内配电自动化起步于2 0 实际9 0 年代，较发达国家约滞后2 0 年。目前不少企 业已成功的研制出能够满足配电自动化的集控站自动化要求的产品，比如可靠的柱 上真空开关、重合器、f t u 、变压器测控单元( t t u ) 、开闭所、配电网地理信息系 统( g i s ) 、集控站管理信息系统、负荷监控系统等，以及各种数据传输设备。部分 的供电企业也建设了配电系统的实施监控系统和实施了各种类型的馈线自动化系 统。从技术上看，实现配电网自动化系统己无任何问题。 但就具体的应用中，供电企业如何根据自己的情况，合理规划，恰当的选用各 种功能，寻求性价比好、符合技术发展方向的系统仍值得进一步推敲和研究。 1 4 课题研究的主要内容 由于配电网自动化系统的结构庞大，所涉及的领域复杂，本文仅以安徽芜湖供 电公司繁南集控站自动化系统工程建设为背景，主要针对电网自动化系统目前主要 关注的几个部分进行研究，并完成繁南集控站自动化系统的应用设计。 论文主要完成以下几个方面的研究、应用工作： ( 1 ) 集控站自动化系统的总体规划与结构设计； ( 2 ) 繁南配电网自动化系统的通道组网方式、系统结构和功能的设计、系统与 地调t l 动化主系统的接口设计； ( 3 ) 繁南集控站自动化系统的工程设计及实施。 第二章集控站自动化系统总体设计 2 1 设计原则 集控站自动化系统设计应遵循以下原则： ( 1 ) 可靠性原则 集控站是对所辖无人值班变电站运行状况进行监控的手段，其稳定性和可靠性 极其重要“不因单个模块的故障而影响整个系统正常运行，抗干扰能力强”。 ( 2 ) 实时性原则 集控站自动化系统是一个实时性很高的系统，应实时反应电网实际运行工况， 必须采取措施来保证系统响应时间等各项指标满足要求。 ( 3 ) 实用性原则 提供简单方便的用户界面，使用户通过简单培训就可熟练操作，日常操作所需 的功能必须完备简明，注重实用性和多样性相结合，信息按层次分流。 ( 4 ) 开放性原则 遵循开放性原则，即采用通用、标准的计算机软硬件及通信协议等，以便在需 要时可以简单地实现系统升级、系统重建和多系统互联。 ( 5 ) 防误性原则 从严密的管理功能、报警的多样性、操作权限分级和防误操作闭锁等方面入手， 达到监控系统全面防误性能的实现。 2 2 集控站自动化系统的结构设计 集控站自动化系统的系统结构如图2 - 1 所示。 在集控站自动化系统的系统结构中，共包括5 个层( 1 a y e r ) ，自底向上分别是： 1 ) 硬件平台 可以是现今流行的各种硬件平台，如r i s c 体系结构的计算机，也可以是c i s c 体系结构的计算机；可以是3 2 位机，也可以是6 4 位机。 2 ) 操作系统平台 操作系统可以选用多种现今流行的操作系统，如几种主流的u n i x ，l i n u x 和 m i c r o s o f tw i n d o w s 等。 4 目2 一l 集控站自动化系统的系统结构 3 ) 通用中间件层 通用中问件层即操作系统屏敞中问件层。正是由于操作系统屏蔽中间件层的存 在，才使得奉集控站自动化系统能够运行存多种操作系统和硬件平台 ，具有很好 的可移植性。通用一 悯件层的存在使得集“，站自动化系统具有应用组仆技术所带 来的优越性，如可伸缩性、异构系统、可可操作| 生等。 4 ) 统一支撑平台层 统一支撑平台崖构筑在通用中间件层之l ，为各类电力系统应用软什的开发和 运行提供统的支撑平台。统一支撑平台层丰要包括数据库管理、呵络管理、系统 管理、报警、人机界而等多个了系统。 5 ) 电力系统应用软件层 电力系统应用软件层构筑在统一支撑平台层之上，实现各类电力系统应用软 件，如s c a d a 、i v q c 、保护信息系统、视频监视等。 23 集控站自动化系统的功能设计 集拄站是随着无人值班变电站的大量现而运渐形成的一种电咧运行管理模 式。集控站值班人员可对其所属的多个无人值班变电站进行远方监视和控制。它的 主要功能应包括：采集受控了站的远传信息监删受控了站的运行状态及执行“五 遥”操作，管理所辖f 站的日常运行， 成并管理智能操作票。 集控站自动化系统由两部分组成：统一应用支撑平台a s p 和基于该平台一体化 设计开发的全系列电力系统应用。 统一应用支撑平台a s p ，用于分布式实时数据库管理、历史数据管理、人机交 互、网络消息传递、系统管理、报警服务等。a s p 可以构建在各类广为接受的计算 机标准和应用接口基础上，也可以移植和分布到各种硬件体系结构上。集控站自动 化系统可以提高电力系统的管理水平，其模块化功能可以被方便地裁剪，以适应变 电站集控系统的各种需求，扩展性很好。 集控站自动化系统功能设计为： ( 1 ) 集成了监视和控制( s c a d a ) ； ( 2 ) 集中式电压无功控制( i v q c ) ； ( 3 ) 五防操作票； ( 4 ) 调度管理； ( 5 ) 保护信息管理系统； ( 6 ) 视频监视系统等。 2 4 集控站自动化系统的性能指标 1 ) 系统容量按可伸缩要求设计的，采集和数据库的容量( 遥信、遥测、电度、 遥控、计算点、事故追忆、s o e 、画面、曲线) 在设计上无限制，仅取决于所购置的 设备的容量和能力。 2 ) 主要性能指标 1 、主备切换时间： 3 0 0 0 0 小时； 2 、系统时钟精确度：稳定性 + 1 0 - 6 ( 2 5 + 5 c 0 ) ，g p s 时间基准 + 2 毫 秒； 3 、s o e 分辨率：站内 1 0 毫秒，站间 2 0 毫秒； 4 、c p u 负载( 运行标准软件) ： 正常环境下主服务器c p u 负载 3 0 ， 异常环境下1 0 秒主服务器c p u 负载 5 0 ， 正常环境下人机工作站c p u 负载 4 0 ， 异常环境下人机工作站c p u 负载 5 5 ； 5 、遥测量： 综合误差 9 9 9 ， 重要遥测传送至主站画面时间 3 秒； 6 、开关量： 遥信变位告警显示时间 3 秒， 6 重”菡“囝垂螽固 稗荐；魏国薹l 霎翻 h _ _ _ + 0 一 ”兰鞋拳当士 叠“”懑“1 奇s 产 品“| 由毫誊市 ；，_ r l r 上十一“ 第三章集控站自动化s c a d a 系统 集控站s c a d a 是集控站自动化系统的基础，它的主要功能是数据采集、监视和 控制，并对系统的异常情况进行告警。 s c a d a 系统具有实时、测试、重演三种运行模式： 实时模式供系统在线运行使用： 测试模式供系统传动试验或调试时用，可以使得测试的厂站告警信息等不干扰 正常的调度运行，不记录历史数据，只在测试节点上显示；测试模式也可供系统调 试时用，相当于单节点运行，不干扰系统的正常运行； 重演模式供事故追忆重演时使用，可以真实地重现事故当时的运行场景。 s c a d a 系统包含如下主要功能：通讯通道管理( 前置功能) 、数据采集、数据 处理、计划值、控制与调节、事件和告警、实时计算、趋势记录、事故追忆和事故 重演、拓扑着色、历史数据管理、系统对时、模拟屏控制、转发数据等。 3 1 通讯通道管理 3 1 1 前置系统 前置系统负责集控站自动化系统数据采集和数据通讯，是整个集控站自动化系 统和外部实时信息通讯的桥梁。其主要功能是管理各种采集通道、解释各种采集规 约，根据后台各种应用的采集数据需求，将采集到的数据信息分发给各种应用。 图3 1 前置系统 前置系统通过前置采集网段来采集远动数据。它支持远动专线、网络两种通讯 方式和各种通讯规约。即 8 1 ) 可通过电力系统调度网进行网络采集数据，经过路由嚣防火墙直接连接 到前置采集阿段上。 2 ) 可通过电力系统专线的数据经过通道通讯装盟转换为r s2 3 2 信导，由终 端服务器采集后传送到前置采集阿段上。 面讯所支持的通讯规约采用捌约庠方式，可以根据需求进行扩充。 在采用集控站和当地变i b 站综合由动化体化系统时，前置机担负看地变电 站数据采集的工作。前置机可以直接通过站山l a x , 同直接和测控装置，保护装置通 讯，直接采集当地站内的遥测，遥信，电度，保护，景波等数据，如圈32 所日i 圈32 变电站数据采集流程 变电站内采用基于通用分类服务的以太网1 0 3 协议通讯，对于支持该协议的保 护，删控等装置，采用直接建立通讯链蹄的方式通讯。对于不支持网络接n 的设备 则通过r c s9 7 9 4 阱议转换器代理通讯。 3 1 2 系统可靠性保证 1 ) 多路通讯通道之间的冗余通讯 远动系统为了保证通讯的可靠性往往采用了多路通道同时通讯的方式，相应的 前置系统也具有多路通道同时采集功能。多路通道同时工作分为两种模式，通道间 互为主备( 传送完全相同的数据内容，即具有完全相同的通讯上下文) ，通道互相独 立( 传送的数据在同一时刻是不同的，具有不同的通讯上下文) 。其中通道互为主 备的方式往往为专线通讯所采用，应对这种通讯方式，前置系统采用了双机双通道 切换装置来保证通讯质量最佳的通道数据被采集。通道相互独立的情况，可以有两 种方案，一种是由前置系统选择通讯较好的通道数据作为采集数据，另一种方案是 前置系统将所有通道采集的数据都上送给s c a d a 后台，通过多源数据调度来决定哪 个数据被选为当前数据。 2 ) 多通讯节点备用 前置通讯节点之间会互相监视，通过通讯资源调度协议，将故障通讯节点的工 作重新分配到剩余的通讯节点中去。 3 ) 采用双网冗余方式和终端服务器通讯 前置通讯网段采用a b 网冗余通讯的方式和终端服务器通讯，这样，即便是前 置通讯网段的交换机其中一台产生故障后，也不会对通讯产生影响。 4 ) 前置机柜的m o d e m ，光电隔离器，双通道双机切换装置都采用双路电源供 电，这样可以采用u p s 双路供电，确保设备正常运转。所有通讯硬件都支持带电热 拔插，方便维护检修。 5 ) 采用多进程通讯服务设计，可以根据用户配置，通讯通道分成多个通讯组， 从而启动多个通讯进程工作。比较单通道单进程的通讯方式，可以有效的降低系统 资源消耗，从而在相同的硬件配置下可以支持更多的通讯负载。 3 1 3 集群技术 前置系统既可以采用主主工作方式，又可以支持传统的主备工作方式。采用主 主工作模式时，示例如下：如下图3 3 所示r t u 通过主备两个通道同时采集进前置 系统。前置机和终端服务器通过交换机连接，终端服务器和远动通道通过调制解调 器连接。两台前置机都处于值班状态，同时工作，各自处理一部分通讯通道，每一 个通讯通道是否值班取决于通讯通道本身的通讯质量，而不取决于该前置节点是否 值班( 即按口值班的概念) 。 1 0 值班 值班 值班 前置机a 十 终端服务器a 十 m o d e m a ji 主 通 道 前置机b t 终端服务器b 十 【o d 日b ji 各 通 道 图3 - 3 前置系统主主工作模式运行状态1 当主通道或者m o d e ma 或者终端服务器a 故障时，系统变成以下状态，由前 置机b 上的备用通道值班，如图3 4 所示。 l 叵l 故障i i m o d e i v la i i ；主 i ； 通 ； i 道 ； 前置机b t l 终端服务器b 十 m o d e m b jl 备 通 道 值班 值班 值班 图3 - 4 前置系统主主工作模式运行状态2 如果这时前置机b 发生故障时，前置机a 会和终端服务器a 连接，采集远动数 据。如图3 - 5 所示，这样提供了通道，前置机两个层次上的冗余工作，最大限度的 保障数据采集工作。 同时前置系统还可以给每一个前置机指定其后备工作节点，后备工作节点在原 前置节点正常工作时，不介入前置工作，当其指定的前置故障时，后备节点自动接 替原有前置节点工作直到故障的前置节点恢复。后备节点可以由系统内处理其他任 务的节点兼任，这样即使所有的前置节点都停止运行，数据采集工作仍然有后备节 点提供，进一步提高了系统的可靠性。 值班 故障 图3 - 5 前置系统主主工作模式运行状态3 3 2 数据采集 数据采集模块通过向前置功能定制s c a d a 所需要的采集数据，接收前置送来的 各种数据，完成各种数据源、各种类型数据的采集、数据库更新和相应的告警判别 和事件生成，如通道异常、遥信变位、事故变位的判别等。 数据采集模块运用在多种运行模式下，分别完成相应的任务。正常运行时，采 集数据来自于前置应用采集的各种实时数据源，用当前g p s 时钟，完成s c a d a 的实 时采集功能；事故重演时，数据来源于事故追忆重演管理器，取事故当时记录的采 集数据，时钟为事故当时的时钟，完成事故重演的数据重现任务；当运行在测试模 式时，采集数据与正常运行模式相同，采集自实时数据源，但是只完成本节点的入 库和相应告警功能。 3 2 1 数据源 s c a d a 系统可以提供多源数据采集和处理的功能，可采集的数据源可以包括： 常规远动数据；变电站综合自动化系统的数据；其他上级、同级、下级e m s 系统的 数据：电能量采集装置、计量、计费系统的数据；其他设备信息：当地可采集设备： 如l i p s 、时钟周波计等；其他计算机信息系统的数据等。 1 ：1 3 2 2 数据类型 s c a d a 功能可采集处理以下数据类型，并提供相应的质量码和描述： 1 ) 模拟量 如：频率，电压，电流，有功功率，无功功率，温度，水位，电平，整定值等。 2 ) 状态量 如：开关，刀闸，事故总信号，主变分接头，保护动作信号，继电保护装置和 自动装置的工作信号和装置状态等。 3 ) 脉冲量 4 ) 带时标电度量 6 ) b c d 码 7 ) 事件顺序记录 8 ) 保护装置的整定值和量测值 9 ) 保护装置的动作信息、告警信息和复归信号等 i 0 ) 电力参数 1 1 ) 电力模型 1 2 ) 计划值曲线 1 3 ) 符合i e c 6 1 9 7 0 标准的数据类型 3 2 3 数据采集模块 数据采集模块负责从前置系统或转发系统中获取数据，进行必要的预处理后入 s c a d a 实时数据库。s c a d a 的采集数据都是通过调用接口函数从前置机或转发系统 获得的，这些接口函数的功能是通过约定的报文格式从共享内存获得采集数据，并 按不同数据类型进入相应的采集系统入口函数进行预处理和入库工作。如： 1 ) 遥测量入库和预处理工作主要包括： 检查是否停止更新、停止告警、检修、正在传动等 工程值转换 合理性范围检查 零漂处理 取反、取绝对值处理 2 ) 遥信量入库和预处理工作主要包括： 检查是否停止更新、停止告警、检修、正在传动等 极性处理 双位遥信处理 全遥信和变位遥信处理 事故跳闸处理 统计开关合闸、分闸及事故跳闸次数 过滤不同渠道来的同一遥信相同事件 雪崩处理 3 ) 电度量入库和预处理工作主要包括： 电度量和时标在采集包中直接入库 4 ) s o e 入库和预处理工作主要包括： 排序并记录s o e 告警事件处理 5 ) 继电保护数据采集： 保护定值入库 保护测量值入库 保护动作信号：根据当时相应开关的变位情况，判断是否事故跳闸并告警 保护告警信号 保护压板 6 ) 其他信号量主要包括通道或r t u 状态量以及周波的入库。 3 3 数据处理 s c a d a 系统数据处理包括模拟量处理、状态量处理、累计( 电度) 量处理以及 它们的多源数据处理、越限监视、旁路代路等功能。 3 3 1 模拟量数据处理 对模拟量主要做以下处理： 1 ) 工程值转换 可以进行工程值的线性转换和非线性转换，线性转换通过给出的转换系数和截 距进行转换，非线性转换通过顺序给出的一组曲线上的点，通过一次插值进行转换。 2 ) 合理性范围检查 当遥测量超出用户设置的合理性范围时，不予刷新实时数据库，采集时标保持 上次有效采集时间，同时根据设置可以或不产生相应报警信息。 3 ) 条件置零和零死区 当变送器不带电时一个量测的数值可能不一定为零，因此条件置零被用于消除 变送器的零漂。置零范围( 零死区) 可以通过数据库为每一个量测定义，当某遥测 有对应的遥信关联时，遥信分状态作为其置零的条件并且量测值要小于零死区才能 置零。 4 ) 取绝对值 1 4 5 ) 符号取反：修改模拟量正负。 6 ) 旁路代处理 通过判断网络拓扑结构实现自动旁路代路功能。当旁路代路时，自动将旁路的 有功、无功、电流等值代替被代线路的值参加计算，并记入代路表，供电量统计计 算时使用。 7 ) 人工置数解除：停止更新恢复更新单个通道、厂站、装置的量测点或单 个量测点。 8 ) 抑制告警恢复：对单个通道、厂站、装置或单个测点进行告警的停止和恢 复。 9 ) 设置禁止控制及解禁：对单个通道、厂站、装置或单个测点进行控制的允 许和禁止。 1 0 ) 线路潮流越限监视及线路潮流百分比棒图计算 1 1 ) 越限监视及报警 每一个模拟量都提供不大于六组高低限值的越限监视检查。限值可分不同的时 段。数据越限可产生报警事件，报警方式可灵活设定。 设置合理的延时和死区以避免频繁的告警产生( 如下图所示) ，当监视值超过 限值并持续一段时间( 延时) 后认为已越限，当监视值从越限恢复至死区以内时认 为越限恢复。这也可以用来监视某些过载可以持续一段时间才开始告警的情况，如 线路过载监视、变压器过载监视、延时告警等。 1 2 ) 数据跳变监视 监视数据跳变的状况，当某些数据频繁发生跳变时发出告警。以一个“计算跳 变频度的设定时间段”为计时单位，当这段时间内数据的跳变次数大于等于设定的 门槛值时，发出数据跳变告警。数据是否跳变是以本次数据更新后的值与更新前的 值进行比较，以变化速度或变化绝对值是否超过设定门槛值为判据依据。 可用于监视某些量测的突变情况、某些信号的记次告警。 1 3 ) 数据不变监视 监视系统死数据情况，当数据的持续不变时间大于或等于不变值持续时间设定 门槛值时，认为死数据事件发生，发出告警信息。 当大片死数据发生时，判断某些设备故障，如采集装置故障等。 1 4 ) 线路负载百分比监视 计算指定线路的负载百分比，供显示、越限监视使用。可以设定多组( 数量不 限) 百分比限值进行超载监视，可以有多达6 种颜色区分超载程度。 3 3 2 状态数据处理 状态量处理主要包括：状态量的极性处理；状态变化处理及报警；双位开关处 理及报警；开关事故判别；变位过滤；信号合成：事件合成；人工置数解除、停 止更新恢复( 对单个通道、厂站、装置或单个测点) ；抑制告警恢复( 对单个通 道、厂站、装置或单个测点) ；禁止遥控解禁( 对单个通道、厂站、装置或单个测 点) ；检修恢复，检修时不报警、不遥控。 3 3 3 电度量处理和电量积分 进行脉冲电度和带时标电度的存储和处理； 从有功、无功积分获得积分电度，模拟电表“读数”形式保存，可用积分电 度进行统计计算； 根据旁路代路记录表进行电量统计计算时的旁路处理。 3 3 4 多源数据的处理 多源数据是指对于实时数据库中的某一数据点拥有多个数据来源。它有两层含 义，其一为对于某一厂站的同一测点，由不同数据通信方式( 常规远动数据采集、 网络数据通信) 获取的数据；其二为操作员置数、计算、对端测量等软件或人工操 作产生的数据。 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存放( 优先级 的次序可由用户灵活设置) ，经判断后将最优数据放入实时数据库中，供s c a d a 系 统的各个功能使用。同一测点不同方式获得的数据，在数据库和c r t 显示、报表中 有相应质量标志，表示出此数据当时的来源。c r t 显示、报表中的标志可人工禁止 显示。同一测点的多源数据可在画面上查询到所有源的数据及其质量标志、最新 采集时间及被选中的标志。 多源数据处理的启动方式为周期启动+ 触发启动方式，在测点类中加多源分量 是否变化的标志，如周期内无变化则不进行此测点的多源数据处理。 1 ) 多源数据的分类 一个物理测点的数据来源可能从几个r t u 采集、多条网络链路采集、有多个计 算结果、状态估计值、人工缺省值，估算的结果还可以从线路对端量测估算，所以 这里将多源数据分类如下： 远动数据 网络数据 计算数据 状态估计值 人工缺省值 1 6 线路对端值 2 ) 多源数据的描述 每个源数据项的描述包含对其来源名称的描述、数据值、采集时刻、质量标志、 控制码、可信标志计算方法、优先级的描述。 质量标志：标识出每个数据源当前数据的可用状况，质量标志是多源数据选择 时一个重要的判据。 质量标志分为以下几项： 来源是否正常：表示这项数据来源的采集通道运行状况 是否更新：可以设置每条远动通道、每条网络链路的采集有效时间，设置状 态估计的有效时间，以避免选择到过时的数据 是否合理：运用数据采集中的一些滤波和初检法则，以去除一些不合理的数 据 是否是坏数据：根据状态估计的结果，判断此数据源是否属“坏数据 是否可信：综合以上全部或部分质量标志的结果，根据不同系统不同测点特 点，可选择全部或部分质量标志参加运算得到是否可信标志。 控制码：分为是否投入使用和强制选中 在自动搜索形成每个多源数据的各项来源集合中，必然存在一些不可用的源或 备用的源，加入控制码，可以控制各个源是否投入使用。 当用户想临时取得非预先选定的多源数据选择规则得到的结果时，可使用“强 制选中 控制码，以得到用户想得到的某个源数据。 3 ) 优先级：规定了一种选择顺序 由于各自数据来源复杂，其可信程度也各异，因此每个物理量的每个来源分量 都考虑了优先级的设置，可以通过优先级来调节各个分量，使最满意的数据被选中。 4 ) 可信标志的计算 对于每个数据源分量都可选择一种计算方法。 通常远动数据、网络数据、对端数据都有“来源是否正常”、“是否更新”、 “是否合理”、“是否坏数据 标志，因此计算可信标志时是综合了以上各项标志 的结果。 计算数据则是从各种结果数据运算得来，只有“更新”标志，表示所有运算分 量都更新，因此只要更新，可信标志就会显示可信。 状态估计也是只判更新标志来确定可信结果。 人工设置则判投入使用标志。 5 ) 多源数据的选择 根据各种源计算得到得可信标志和优先级，选择得到最终的结果数据“优选数 1 7 据”，并且用“优选数据”的质量标志标识出此“优选数据”的来源情况，用各种 颜色显示，使运行人员一目了然。 6 ) 多源数据的查询 运行人员不仅得到了唯一的结果“优选数据”供显示，并且可以方便地查询各 项多源数据，了解各项多源数据的采集情况及采集值，采集时间等有关多源数据的 描述项。统计中也使用“优选数据”参加统计，使正确性大大提高。 3 3 5b c d 码处理 一些模拟量值如频率、电钟时间等出于保持精度的原因，采用4 位b c d 码格式。 这些值从r t u 和变电站送出时类似于一组状态量点，s c a d a 软件对这些点进行相应 的处理。b c d 模拟量按常规模拟量同样处理，包括合理性检查、质量码和报警处理， 并在实时数据库中作为模拟量点存储。 采用b c d 格式的数据一般有档位、水位、频率值和电钟时间等。 3 4 控制与调节 控制与调节也是s c a d a 系统的一个重要功能。控制和调节主要是指远方控制厂 站的开关开合，改变变压器的分接头位置，投切电容器，调节发电机出力等。在控 制和调节过程中，集控站自动化系统必须采用严格的措施来保证控制操作的安全可 靠，防止误操作情况的发生。 3 4 1 控制对象 s c a d a 的控制对象主要有t 状态开合控制，调节变压器分接头，机组的投 退，电容器投切，设定值控制( 模拟量和脉冲量) ，发电机有功无功出力调节，无 功补偿设备投切及调节，保护定值修改等 3 4 2 控制模式 控制模式主要有： 1 ) 单点：即对单个设备进行遥控或遥调。 2 ) 群控：群控的输出是一组控制，用来控制现场设备的状态，如开关的合和 分，机组的投退，各个( 组) 控制没有相关性，要求不同的下行通道同 时发送，同一个通道顺序发送。 3 ) 序列控制：序列控制也是一组控制，但是执行有前后顺序，且可定义每个 控制的执行条件，这些条件与本控制之前所进行的控制执行情况和执行结 果有关，所以定义序列控制类时也要定义每个控制是否成功执行的判断依 据。如执行条件不满足，整个序列控制中断退出，给出原因和执行结果。 4 ) 保护定值修改：保护定值修改是对一组定值进行整定修改。 1 8 3 4 3 控制输出方式 1 ) 遥控： 2 ) 遥调增量控制： 增量控制的输出是一个或一组脉冲，用来控制设备位置的变化和输出的 变化，如：上调或下调变压器分接头的位置，增加或减少发电机的出力。 3 ) 遥调定值控制： 定值控制的输出是一个固定的值，用来将设备的输出控制到和这个值相同的水 平上。 3 4 4 控制安全性 s c a d a 集控站系统中采用许多措施来保证控制操作的安全可靠，防止发生误操 作情况。 1 ) 权限检查：操作人员必须具有操作权限； 2 ) 控制的监护：提供同机或异机监护功能，监护人员权限检查，操作监护不 能同一个人； 3 ) 厂站、设备、测点权限检查：调度管辖范围检查，不属于本调度控制范围 的不能控制； 4 ) 节点权限检查：控制必须从具有控制权限的工作站上才能进行，且与调度 范围匹配； 5 ) 操作过程控制和超时管理： 操作中每一步的起始都有相应的提示，每一步的结果也有相应的响应显示； 控制按选点、校验、执行三个步骤进行，在选点时，如遇下述情况之一时，选 点将自动撤消，等待重新选点： 选点后3 0 秒( 可设定) 后未作后续操作 按了消除键 该设备己被禁止操作 返校不成功 反校成功后3 0 秒( 可设定) 内不发执行命令 对于模拟量的遥调控制，进行调节量限值校核 对同一设备同时进行不同操作的情况将被闭锁 不同工作站同时对一个设备进行控制的情况将被闭锁 操作时对r t u 及通道运行状态进行监视 6 ) 可以设定设备禁止控制、可以挂牌 7 ) 各种启动方式协同管理 1 9 8 ) 满足防误规程的要求 9 ) 序列检查 1 0 ) 复杂的逻辑闭锁识别 提供以逻辑图的形式表达的逻辑闭锁条件定