（电气工程专业论文）唐山电网集控站系统的应用设计与实施.pdf

声明尸明 i i i l liii iil r f l li if f lli i i l l f li l i f t f y 17 8 5 7 9 8 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文唐山电网集控站系统的应用设计与实 施，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已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 型! 至臣望 日期：兰里! ! ：鱼：刍 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：挫至旦 导师签名： 日期：塑! 壁：垒：垒 日期：竺i ? ：6 ：与 华北电力大学t 程硕士学位论文摘要 摘要 本文通过对唐山地区集控站系统的运行与应用现状的分析，总结了唐山地区集 控站系统传统的硬件配置与软件功能的基本需求。在此基础上以标准化的理念，对 于唐山地区集控站系统的建设提出了硬件平台与软件架构的各项典型化的配置与 标准化的功能及技术指标要求，以此实现唐山地区集控站系统的标准化设计。在唐 山地区河东集控站的建设项目中以确定的各项标准化的指标进行了工程实施。 关键词：集控站系统，标准化，设计，实施 a b s t r a c t b a s e do nt h ea n a l y s i so f t a n g s h a nc e n t r a l i z e dr e g i o nc o n t r o ls y s t e m so p e r a t i o na n d a p p l i c a t i o n , t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h eb a s i cn e e d so ft h et r a d i t i o n a lc e n t r a l i z e dc o n t r o l s y s t e mh a r d w a r ec o n f i g u r a t i o na n ds o f t w a r ef e a t u r e so ft a n g s h a nr e g i o n m o r e o v e r , t h e s y s t e mb u i l d sah a r d w a r ep l a t f o r ma n ds o f t w a r ea r c h i t e c t u r ec o n f i g u r a t i o no ft h et y p i f i c a t i o n a n ds t a n d a r d i z a t i o no ff u n c t i o n a la n dt e c h n i c a lr e q u i r e m e n t s ，i no r d e rt oa c h i e v ec e n t r a l i z e d c o n t r o ls y s t e mi nt a n g s h a na r e as t a n d a r d i z e dd e s i g n h e d o n go ft h et a n g s h a na r e ac e n t r a l c o n t r o ls t a t i o nc o n s t r u c t i o np r o j e c t si sp r o v i d e dt od e t e r m i n et h es t a n d a r d i z e di n d i c a t o r so f t h ep r o j e c ti m p l e m e n t a t i o n b a ny a n g ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f x ub o q i a n ga n ds u nc h a o k e yw o r d s ：c e n t r a l i z e dc o n t r o lp o w e rs u b s t a t i o ns y s t e m ，s t a n d a r d i z a t i o n ，d e s i g n , i m p l e m e n t a t i o n 华北电力大学_ t 程硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言1 1 1 课题的背景和意义1 1 1 1 集控站系统的应用与发展1 1 1 2 课题的提出2 1 2 国内外研究现状3 1 3 本文的主要工作4 第二章唐山电网现有集控站系统的研究6 2 1 唐山电网集控站系统概况6 2 2 唐山集控站系统硬件配置分析6 2 2 1 唐山集控站系统硬件的构成6 2 2 2 1 系统硬件平台6 2 2 1 2 数据采集装置7 2 2 1 3 网络及外接设备7 2 2 2 各种硬件设备配置的分析7 2 2 2 1 硬件平台的分析7 2 2 2 2 数据采集装置的分析8 2 2 2 3 网络及外接设备的分析1 0 2 3 唐山集控站软件系统配置分析1 l 2 3 1 系统软件的配置1 1 2 3 1 1 操作系统、：1 l 2 3 1 2 诊断调试1 2 2 3 1 3 应用开发1 2 2 3 2 支撑软件的配置1 2 2 3 2 1 数据库及数据库管理系统1 3 2 3 2 2 故障切换和启动1 3 2 3 2 3 计算机通信及管理1 3 2 3 2 4 图形管理系统1 4 2 3 2 5 公共服务1 4 2 3 3 应用软件的配置1 4 2 3 3 1s c a d a 功能软件1 4 2 3 3 2 集控功能软件1 5 2 4 本章小结1 5 第三章唐山地区集控站系统的设计构想1 6 3 1 系统主要技术功能设计1 6 3 1 1 硬件部分主要的技术要求1 6 3 1 1 1 服务器1 6 3 1 1 2 前置采集1 6 3 1 1 3 工作站1 7 华北电力大学t 程硕士学位论文目录 3 1 1 4 其他附属设施1 7 3 1 2 软件部分主要的技术要求1 7 3 1 2 1 系统软件1 7 3 1 2 2 支撑软件1 7 3 1 2 3 应用软件1 8 3 2 系统主要技术指标要求1 8 3 2 1 系统各项主要功能1 8 3 2 2s c a d a 系统主要技术指标及功能要求1 8 3 2 2 1 系统运行指标项目：1 8 3 2 2 2 可靠性指标1 9 3 2 2 3 系统安全性指标1 9 3 2 2 4 实时监控( s c a d a ) 的功能要求1 9 3 3 系统可靠性、维护性、工艺性要求2 1 3 3 1 系统可靠性：2 1 3 3 2 系统的可维护性2 l 3 3 3 系统的工艺性2 1 3 4 本章小结2 l 第四章唐山地区集控站系统的设计方案的实施2 2 4 1 硬件系统的方案配置2 3 4 1 1 按照c s 的模式对服务器及工作站进行如下配置2 3 4 1 1 1 服务器2 3 4 1 1 2 工作站2 4 4 1 2 前置采集2 5 4 1 3 附属设备2 6 4 2 软件系统的方案配置2 7 4 2 1 系统软件的方案实施2 7 4 2 1 1 操作系统2 8 4 2 1 2 诊断调试2 9 4 2 1 3 应用开发2 9 4 2 2 支撑系统的方案实施3 0 4 2 2 1 数据库管理3 l 4 2 2 2 系统管理3 3 4 2 2 3 图形及报表管理软件3 4 4 2 2 4 通信管理3 5 4 2 3 应用系统的方案实施3 6 4 2 3 1 数据采集3 6 4 2 3 2 数据处理3 6 4 2 3 3 控制和调节3 8 4 2 3 4 图形化的监视与显示3 9 4 2 3 5 报表系统及管理4 1 4 3 本章小结4 2 第五章展望4 3 ， 一k ， 华北电力人学工群硕士学位论文目录 5 1 硬件平台的建设4 3 5 2 软件架构及平台的建设4 4 5 3 系统的总体特点4 4 第六章结论4 5 参考文献4 6 致谢4 6 在学期间发表的学术论文和参加科研情况5 0 夕 华北电力人学工程硕士学位论文 1 1 课题的背景和意义 第一章引言 1 1 1 集控站系统的应用与发展 近年来随着计算机技术和网络技术的应用普及，电力系统自动化水平得到飞 速发展，变电站控制系统普遍采用计算机监控。管理模式也从有人值班过渡到少人 值班直至最终的无人值班方式。技术进步为实现减员增效、获取最大的经济效益打 下坚实的基础。安全可靠、经济高效是电力系统建设的发展趋势和必然要求。在输 变电网络中，随着无人值班变电站的不断增加，大量变电站内部的信息，如各开关 机构状态、交直流系统状态、各个刀闸的状态、主变油温、控制室安全状况、各种 保护操作及管理信息等如果都传给调度人员，将会大大增加了调度人员的工作负 担，而且可能造成信息的混乱、操作错误等问题。 国家电网公司于一九九六年颁布了关于建立集控站的文件，建议在电网调度的 层次之下建立多个集控站，以保证电网及无人值班变电站的有效运行。无人值班变 电站的迅猛发展使集控站成为电网运行管理系统中一个非常重要的组成部分。集控 站的设置由原来的“调度中心+ 变电站模式，变为“调度中心+ 集控站+ 变电站 模式，使得原来站内值班人员所作的工作可由集控站方来完成，集控站受调度中心 控制，负责无人值班变电站的监控、操作任务堙，。 集控站就是充分利用和发挥计算机、通信和网络技术的优势，根据地域电力系 统的网架结构、地理位置和交通条件等综合考虑、合理规划集控站点，集中控制所 辖地域范围内的无人值班变电站，由此形成区域控制中心，可保证电网及无人值班 变电站的有效运行b 3 。集控站的设立，使得原来站内值班人员所做的工作可由远方 来完成，大大改善了对无人值班变电站的运行管理和维护，并改善了系统的结构， 实现了变电站管理的分层、分级管理，其产生的综合效益十分明显。 集控站的建立是实现变电站无人值班的基础，在组织上负责各受控站的远方运 行监视、倒闸操作、事故异常处理、设备的巡视与维护以及文明生产等全面运行管 理工作；在技术上既是多个受控站运行参数、设备运行数据的集中上传节点，又是 电网调度控制命令的接收和传达节点。同时，又是变电运行和管理的区域中心，面 向的是变电运行的设备和运行工况，包括对变电站设备的操作和控制等。目前，变 电站自动化程度越来越高，为使电网自动化系统更加安全可靠，集控站从调度主站 中独立出来，从而更便于系统化管理h 1 。 在变电站无人值班、集控站集中监控的模式下，必须在集控站设立集控站监控 华北电力大学工程硕士学位论文 系统，监控系统能够准确、实时、有效地反映各个受控无人值班站的运行状况，并 且能有效地对操作进行合理性检查，做到防误闭锁功能。因此集控站综合自动化系 统必须满足以下基本要求晦1 ： ( 1 ) 可靠性 由于无人站内无人值班，集控站监控系统成了对受控站运行状态进行监控的唯 一手段，其稳定性和可靠性极其重要。不能因为单个模块的故障而影响整个系统的 运行，对变电站的通信通道应当具有足够的冗余机制。 ( 2 ) 实时性 集控站自动化系统是一个对实时性要求很高的系统，能够在同时处理的数据量 很大的情况下满足系统要求的处理速度，满足电力企业运行管理标准，因此必须要 采取措施来保证系统响应时间及各项指标满足要求。 ( 3 ) 实用性 提供人性化、图形化、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。 ( 4 ) 安全性 由于集控站监视多个受控站的运行情况，操作人员相对于传统有人值班站来 说，对现场熟悉较差。系统相对于单个有人值班站信息量更大，情况更加复杂，这 就增加了运行值班人员的工作复杂度，更容易发生误操作。集控站自动化系统从值 班员的培训、管理功能严密、报警功能多样化、操作权限分级和防误操作闭锁等方 面入手来实现安全性的目标。 目前唐山地区已经建成成熟的ll o k v 集控站系统，区域内1l o k v 变电站全部实 现无人值班。同时2 2 0 k y 变电站的无人值班改造正在进行当中，集控站系统的出现， 从广义上讲，使唐山地区电网主站系统层次更加清晰明了，从技术上可以大大减轻 唐山地区调度e m s 系统硬件的负载压力，完善对变电站群的数据采集与监视，提高 电网整体的运行效率；通过集控站的责任分区等手段从运行管理上做到操作人员、 监屏人员、维护人员各司其职，降低误操作概率，为建立完善的管理制度提供了有 利的保障呻1 。 1 1 - 2 课题的提出 。 随着华北电网有限公司大生产模式的逐步确立，要求唐山地区2 2 0 k v 变电站全 部达到集控运行要求，尽快采用集控运行模式，在集控站系统的可靠性、实时性、 实用性、安全性标准之上，对于集控站的设计、建设、运行提出了更高的要求： 首先是变电站数量多、地理位置分散。唐山供电公司下属的2 2 0 k v 变电站共有 华北电力大学丁程硕士学位论文 2 5 座，遍布整个唐山地区。数量大，地理位置较远，对集控站系统的可靠性要求较 高。 其次是变电站设备水平相差较大。唐山地区2 2 0 k v 变电站拥有华北电网第一座 数字化变电站一郭家屯变电站，采用国内最先进的一二次设备和运行控制方式。同 时还有少油断路器等运行近二十年的一次设备，给无人值班带来很大压力，也对集 控站自动化系统提出了更高的要求。 再次是目前各受控站监控设备出自不同厂家，存在接口标准匹配问题。各受控 站由于建设时间各不相同，综合自动化设备和微机保护等二次设备同时存在四方、 许继、南瑞等多个厂家的产品，如需在集控站系统中可靠、稳定运行，必须在设计 施工中考虑接口问题。同时集控站系统本身硬件设备由于优化资源配置，也存在不 同厂家、不同系统之间的互联，软硬件接口标准、协议匹配问题，必须受到重视。 所以，在唐山地区实施集控站系统的软硬件、通讯信道等配置方案必须综合考 虑各受控站将来的设备水平和负荷状况，在硬件性能和软件接口的开放性上必须对 集控站本身的升级做好准备，采用模块化配置，方便功能和容量的扩展和改造，保 证集控站系统的可靠性、实时性、实用性和安全性，全部达到网公司和唐山供电公 司对集控站系统运行的各种要求。同时，由于唐山电网规模较大，集控站数量众多， 硬件配置及软件功能差异比较大，因此根据唐山地区集控站建设的现状，研究电网 集控站系统硬件配置及软件功能的标准化设计，对于唐山电网集控站建设具有非常 重要的意义。 1 2 国内外研究现状 集控站自动化是西方发达国家7 0 年代提出的概念，目前在同本、欧美，无人 值班变电站已被广泛采用，集控管理模式已得到了充分的发展。自2 0 世纪4 0 年代 末丌始至2 0 世纪9 0 年代中期，同本在全国基本上实现了配电自动化，这大约经历 了三个阶段：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相关信息传送到控制中心，实现远程监控；应用计 算机技术实现整个配电系统的自动化。同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，但随着计算机技术的发展， 大约在1 9 8 0 年，这方面的研究已有相当规模。到2 0 世纪9 0 年代，美国的配电技 术己达到相当高的水平。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 秒内完成故障区问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同、美那么快。如意大利国家电力公司在 3 华北电力大学工程硕士学位论文 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、法国施耐德公司、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 世纪9 0 年代，比发达国家约滞后2 0 年。目前不少 企业已成功研制出能够满足要求的集控站自动化产品，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 ) 、配电网地理信息系统、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。部分供电企业也建设了各种类型的 变电站自动化系统及集控站自动化系统陋1 。 目前国内各地区的集控站系统主要采用的产品为中国电力科学研究院、国网电 力科学研究院、东方电子、积成电子等几家的产品。其中，以国网电力科学研究院 的0 p e n - 3 1 0 0 系统、东方电子d f 8 0 0 2 及科东的c c - 2 0 0 0 a 系统为主要代表。这些系 统对于集控功能的实现提供了完善的技术基础与技术保障，但由于各厂家开发理念 的差异，造成各厂家的集控站系统功能的实现不尽相同，因此，需要结合各地区的 运行实际需要，对于各厂家集控站系统的功能实现从设计与实施上有一个统一的规 划。 1 3 本文的主要工作 本论文依据唐山电网的实际，针对唐山地区集控站硬件配置及软件功能加以研 究。硬件方面根据唐山地区现在已经运行的集控站的典型案例，加以比较分析，依 据系统的实际需要，研究配置方案。软件方面结合唐山地区集控站运行的需要确定 研究的主要对象，包括系统软件、支撑软件、s c a d a 软件，集控应用软件等，根据 运行需要及所要实现的功能，研究系统应具备的软件功能配置。在现有新技术的基 础上，结合唐山电网的发展方向与运行部门的需求，规范了唐山地区集控站系统的 硬件配置及软件功能的需求。 具体工作内容分为以下几个方面： 华北电力大学工程硕士学位论文 。_ _ 。i _ _ _ - _ 。- - _ _ - _ _ - _ _ - - _ _ _ - - _ _ _ i _ _ _ _ - - _ - _ _ _ - - - _ _ - _ _ _ _ _ i _ _ _ - _ _ - _ _ - _ _ _ l _ _ _ _ _ - _ _ - _ - - i _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ i _ - - i _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ i _ _ - - _ - _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - - 要求。 ( 3 ) 分析了唐山地区集控站系统软件功能实现的标准化要求。 从利于日常操作维护、缩短监控人员培训时间和快捷可靠进行数据传递、报表 统计、控制命令发布及可靠的五防闭锁等方面出发，对集控站系统的软件配置进行 规划。 ( 4 ) 以唐山地区集控站系统硬件配置及软件功能实现的标准化要求为基础， 实施了河东2 2 0 k v 集控站系统工程建设。 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章唐山电网现有集控站系统的研究 2 1 唐山电网集控站系统概况 唐山地区现运行着烟台东方电子的d f l 8 0 0 、南瑞继保的r c s 9 0 0 1 、北京四方 的c s c 2 0 0 0 共三种集控站系统。其中d f l 8 0 0 运行着2 套、r c s 9 0 0 1 运行着1 套、 c s c 2 0 0 0 运行着2 套。唐山地区的集控站系统结构通常分为硬件层、操作系统层、 支撑平台层和应用层。其中，硬件层包括服务器、工作站、p c 机以及网络设备与 通道设备，操作系统层主要对应上述硬件层中的计算机设备采用的操作系统。系统 中的支撑平台层在整个系统的体系结构中处于核心地位，关系到整个系统的结构、 开放性和集成能力。 d f l 8 0 0 系统已经采用了l b m 的p c 平台，以w i n d o w sn t 为操作系统，通 道形式为r s 2 3 2 通道；c s c 2 0 0 0 系统采用了h p 服务器为硬件平台，工作站为h p 的p c s e r v e r ，服务器与工作站全部为u n i x 系统。通道形式为r s 2 3 2 及2 m 专线； r c s - 9 0 0 1 系统采用了h p 服务器的硬件平台，工作站为h p 的p c 机，其服务器 的操作系统为u n i x ，工作站的操作系统为w i n d o w sx p ，通道形式为2 m 专线。 从以上的分析中可以看出唐山地区的集控站系统历经了从p c 机到服务器、从 r s 2 3 2 通道到2 m 通道、操作系统从w i n d o w s 到u n i x 的主要历程。这些集控 站系统的投运，完善了唐山地区对于变电站的数据采集与监视，减轻了唐山地区地 调自动化系统硬件的负载压力，从而提高了电网整体的运行效率。 2 2 唐山集控站系统硬件配置分析 2 2 1 唐山集控站系统硬件的构成 唐山地区集控站系统硬件主要由系统硬件平台、数据采集装置、网络及外接设 备四部分组成。 2 2 2 1 系统硬件平台 唐山地区集控站系统硬件平台主要包括服务器、工作站。服务器从主要实现的 功能上可分为前置服务器、历史数据服务器和应用服务器，前置服务器既可接收专 用通道又可接收网络通道，同时起到传统前置机以及通信服务器的双重作用；数据 库服务器用于对集控站系统历史数据和电网模型等静态数据的管理：应用服务器可 根据应用需要配置s c a d a 、a g c 、e m s 等服务器。工作站是运行人员使用及检修人员 维护集控站系统的窗口，可根据运行需要灵活配置，一般按功能分为操作员工作站、 维护工作站、运方工作站、报表工作站等。服务器和工作站的功能可任意组合。 6 华北电力大学下程硕士学位论文 2 2 1 2 数据采集装置 数据采集装置的作用主要用于连接集控站与受控站之间的数据通讯，在集控站 系统中肩负的功能是把各类通讯方式的外部数据接入系统中，以规范的以太网报文 形式传输到集控站系统的前置采集网络上，或者把集控站系统下送的信息传至通道 中。主要包括模拟调制解调器、数字调制解调器、路由器、冗余配置的终端服务器 等设备。 2 2 1 3 网络及外接设备 网络设备作为集控站系统数据传输与集成的介质基础，主要由系统主网交换 机、前置采集网络交换机、安全防护等设备组成呻1 。 外接设备在唐山地区集控站系统中作为附属的而又必须的设备，提供系统扩展 功能，为集控站系统提供着重要支持，主要包括打印机与天文时钟。 2 2 2 各种硬件设备配置的分析 2 2 2 1 硬件平台的分析 唐山地区集控站系统一般配置两台服务器作为历史数据服务器( 又称数据服务 器) ，负责存贮、管理各种历史数据、登录信息、用户信息、设备信息、电网管理 信息等，它利用商用数据库，实现对受控站数据信息的统一管理。系统按指定周期、 规定的格式将采集到的实时数据转储到该服务器中。 唐山地区集控站系统一般还配置两台服务器作为前置服务器，两台服务器按热 备用方式运行，也可以人工进行切换。前置服务器通过数据采集装置采用专线通道 将受控站的r t u 或变电站监控系统的信息进行接收、与下发指令，在唐山电网的集 控站系统中，还将受控站的信息通过数据打包的方式通过专线上传至调度自动化主 站系统。该服务器的主要任务是对所接收的数据完成规约转换、检查数据的合理性 并进行处理( 即将“生数据 转化为“熟数据”) ，将处理结果存入数据库。 同时，唐山地区集控站系统还配置两台应用服务器。在此服务器上配置集控站 系统的各种实际应用，包括图形展示、报表生成、报警事项、曲线趋势等，并将各 种应用提供给工作站经行调用。 在唐山地区集控站系统中，工作站用于操作员监屏操作、报表生成维护、同常 及远方维护工作。由于集控站系统一般采用了c s 结构，主要任务都在服务器上处 理，所以工作站的配置可以相对低一些。 按照服务器与工作站的配置情况加以总结，唐山地区的集控站系统主要经历了 三个主要阶段：p c 平台，u n i x 平台和混合平台。 p c 平台 华北电力大学工程硕士学位论文 p c 平台是集控站系统原始的硬件平台，目前操作系统多为w i n d o w s x p 。由于早 期无人值班变电站较少，变电站监控系统对稳定性要求相对较低，监控系统的可靠 性还没被人们重视，只是作为简单的四遥数据的接收处理用途，使p c 平台和w i n d o w s 操作系统成为当时的主流配置。 p c 平台的优点是维护简单，资金投入少，缺点是硬件和操作系统不够专业，软 件故障率较高，长时间工作可靠性较差。 u n i x 平台 随着无人值班变电站的增多，对集控站系统的功能及可靠性要求越来越高，从 地区调度系统通过缩减规模转化而成的集控站系统开始投入变电站集控应用，其重 要特点是采用全u n i x 的服务器和工作站( 工作站采用小型机或p c 服务器) 组成。 此时的集控站已经初具规模，形成了六台服务器三台工作站双网通讯的成熟、可靠 配置。 u n i x 平台主要是美国s u n 公司、i b m 公司、h p 公司三大硬件厂商提供的成套硬 件平台和操作系统。优点是可以长时间连续的工作，系统稳定可靠，不受病毒程序 的侵扰，多进程功能模块；缺点是硬件和操作系统价格昂贵，不同于常用的p c 系 统，需要维护人员具备一定的硬件和软件知识。 混合平台 混合平台是以上两种平台模式优化组合而成的。是指在集控站系统中， u n i x 平台的服务器和p c 平台、w i n d o w s 操作系统的工作站混合使用，形成四台u n i x 服 务器和若干台p c 工作站双网通讯的配置饵3 。其特点就是u n i x 平台的服务器保证系 统核心可以长期连续工作，满足稳定可靠需求；而次要地位的工作站由p c 组成， 节约资金成本，节约操作人员培训成本。 混合平台优点是可以保证整个系统在服务器的支持下长期连续可靠工作，全系 统所需资金相对单独u n i x 平台要少，系统的可扩充性加强，界面更加友好，缺点 是对跨平台的应用软件提出了更高的要求，容易受不同平台之间软件的兼容性影响 导致系统不稳定1 。 通过以上分析，可以看出，唐山地区集控站系统的硬件平台配置形式较多，这 样会给运行与维护人员带来一定的不便。 2 2 2 2 数据采集装置的分析 唐山地区受控站接入集控站的通道方式主要为3 种方式：模拟通道、数字通道 与网络通道。如图2 1 所示。 此种通道方式的实现要利用模拟调制解调器。对应的是以f s k 方式传输数据的 模拟通道，通信速率可以在3 0 0 、6 0 0 、1 2 0 0 b i t s s 及9 6 0 0 b i t s s 中任意选择，通信方 式支持同步及异步方式，这两种方式可以通过模拟调制解调器上的跳线切换。模拟 调制解调器把从通道上收到的信号解调为标准r s 2 3 2 信号，同时把系统发出的 r s 2 3 2 信号调制为模拟信号，为了防止浪涌信号的窜入，一般在其前端加装模拟信 号避雷器。 此种形式的通道方式，优点是不需要配置专门的路由器，可减少部分的投资， 但是通道的可靠性不高，对于通道异常的定位处理比较困难。 数字通道 此种通道方式的实现由数字调制解调器通过数字通道与r t u 通信来完成。数据 通信接口方式可以是r s 2 3 2 标准，也可以是r s 4 2 2 等其它标准，速率支持3 0 0 3 8 4 0 0 b i t s s ，一般数字调制解调器可识别设置的变化，无需人为干预。数字调制解调器另 外还起着光电隔离的作用，防止突然窜入的浪涌信号，保护终端服务器的端口不受 到损伤，但一般也会在其前端加装数字信号避雷器。 此种形式的通道方式的特点与模拟通道相类似。 网络通道 此种通讯方式主要利用路由设备来实现。路由设备是对于具备网络接口且与集 控分属不同网段的的无人值班受控站与集控站系统互通的桥梁。可以按照设定的路 由通过广域网直接接入集控站系统的数据采集网段，规约可以选用i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 4 、 q 华北电力大学丁程硕士学位论文 d l 4 7 6 9 2 、d n p 3 0 网络版等网络通信协议。还可以实现网络通道与常规串口通道 的互为备用。唐山地区的集控站系统由于受网络通讯方式的影响采用了2 m 专线的 方式，即集控站与受控站之间采用2 m 接口，远动信息经协议转换为网络报文后送 入集控站系统。集控站系统对于网络形式的通道，采用i p 划分的方式来进行通讯链 路的分配，保证数据的独立性。 2 2 2 3 网络及外接设备的分析 唐山地区集控站系统的网络设备，要采用1 0 1 0 0 m b 自适应的交换机，采用 s w i t c h 方式组成双网的星形网络。网络设备支持i e e e 8 0 2 3 协议、t c p i p ，i p x s p x 。 为满足电力系统二次安全防护的要求，唐山地区集控站系统一般选配正、反向 隔离设备，防火墙等安全防护设备。 为满足唐山地区集控站系统的需要，系统的外接设备一般由天文时钟、打印机、 存贮介质等组成。 天文时钟 标准天文时间同步钟就是专门为电力系统的自动化提供高精度时间基准的时 间同步设备。该设备以美国导航全球定位系统( g p s ) 为时间基准，时间同步精度l l is o 打印机 打印机作为集控站系统的输出外设，实现了图形、报表、数据库等静态打印和 告警即时打印的功能，分为针式打印机和激光打印机两种。 针式打印机：在集控站系统中主要用于遥信变位、s o e 、遥控等突发事件的即时 打印功能。因为针式打印机具备按行走纸打印的功能，所以往往与调度员工作 站相连接，把即时发生的重要信息打印出来供查阅，且节约纸张： 激光打印机：在集控站系统中是用于临时或定时打印图形、报表等页面资料。 往往还具备网卡模块，挂在集控站系统的主干网上，系统中每台服务器或工作 站都可以直接打印。 存贮介质 在集控站系统中，由于商用库中保存着系统中所有的历史数据和所控电网的静 态网络模型，因此其安全性至关重要。完备的数据备份机制，需要定时地将数据服 务器中的数据从硬盘或磁盘阵列复制到专门的存储介质中，如独立磁盘和光碟。当 操作失误或系统发生故障时，可将数据从备份载体中恢复，保证数据的可用性，故 障恢复的及时性。磁盘驱动设备和刻录机就是读写磁盘或光碟的的外部设备，肩负 着读写备份数据的重要作用。 l o 华北电力人学工程硕士学位论文 2 3 唐山集控站软件系统配置分析 唐山地区集控站系统的软件架构一般包括三个部分，即系统软件、支撑软件系 统和应用软件系统。采用优秀的系统软件和支撑软件是实现集控站系统可靠性、实 时性、实用性、安全性的最基本保证；同时，为了满足运行值班人员的各项需要， 对于集控站系统的应用软件也相应提出了严格的要求n 引。唐山地区集控站的软件系 统主要包括下列基本内容： 操作系统及诊断程序； 故障监视及切换软件； 计算机通信及管理软件； 图形用户接口软件； 数据库及数据库管理软件； 数据通信和网络管理软件。 2 3 1 系统软件的配置 唐山地区集控站系统的系统软件主要包括： 个方面，作用是对集控站系统的硬件进行管理、 2 3 1 1 操作系统 为了满足唐山地区集控站系统的运行需要， 统基础，操作系统主要实现了如下的功能： 操作系统，诊断调试，应用开发三 监控和提供软件开发平台。 为集控站系统提供可靠、稳定的系 提供实时的、多任务和多用户的运行环境。 提供强大的任务调度机制，高优先级过程可以中断低优先级过程；能够响应和 处理各种硬件和软件的中断请求，并能够自动安排其优先级。 具有支撑集控站系统所有应用所必须的文件和程序管理的功能。 具有很好的文件编辑系统，用户可在c r t 上以中文方式进行全屏幕交互式编辑。 操作系统支持汉字系统，符合g b 标准，提供国标一级和二级汉字库，可以实现 光栅、矢量字体和描述字体。支持中文字符的编辑、显示和打印。提供拼音、 区位、五笔等多种汉字输入方式。中文的输入、输出不仅支持字符型终端，且 支持图形终端。 系统能够监视高分辨率实时时钟并定时唤醒相应的进程。该时钟可用于定时器 和同历时间调度。 具有基于虚拟存储、存储器保护、存储器检错纠错等的主存管理机制。 华北电力大学工程硕士学位论文 具有磁盘空间管理能力和工具。 具有增强的通信和网络支持功能，支持t c p i p 等各种网络协议。 具有保护和监视能力，以防止数据文件的丢失或破坏。 提供后备保护措旌，在故障恢复后，能保证在故障前条件下的数据迅速恢复。 磁盘与主存具有保护措施，防止关键程序被冲掉。只允许特权程序对指定的区 域执行改写操作。 具有系统生成的方法，以适应硬件和实时数据库的变化，系统生成采用模块化 的结构，以便保留编译的目标模块，从而减少重复，避免错误。 具有强有力的安全措施，可以防止用户进行未授权的操作。 2 3 1 2 诊断调试 为了便于集控站系统维护人员的日常维护、异常快速查找及消缺处理等工作， 唐山地区集控站系统诊断调试软件主要实现了如下的功能： 可检测和报告硬件设备的错误信息：如配置错误、磁盘损坏、内存访问失败、 l a n 访问失败，及外围设备访问出错等。 设备加电后将自动启动测试和诊断程序，报告并记录错误信息。 在线运行状态时，可自动报告并记录设备状态变化信息。 2 3 1 3 应用开发 为了便于系统功能的开发，完善集控站系统的后续功能，唐山地区集控站系统 的应用开发主要实现了如下功能： 安装了各种应用库( 包括实时应用库) 。 安装了编程支持工具。 具备了各种开发工具，包括： 开发环境； 开发语言； 系统生成工具； 2 3 2 支撑软件的配置 支撑系统是指具有多层结构的支撑平台，为应用软件提供一个统一的、高可用 率的、容错的环境。支撑软件的功能包括集成总线层、数据总线层( 包括实时数据 库管理和商用关系型数据库管理) 和公共服务层( 包括系统管理、权限管理等) 。 唐山地区集控站系统的支撑软件系统主要由数据库及数据库管理系统、故障切换和 启动、计算机通信及管理系统、图形管理系统、公共服务系统组成。 1 2 华北电力大学丁程硕士学位论文 2 3 2 1 数据库及数据库管理系统 数据库包括实时和历史数据库。实时和历史数据库的构成方式是集控站系统的 大软件系统的基石，关系到一套集控站系统的成败。由于集控站系统中有着大量的、 各式各样的数据，因此，需要采用大型商用数据库以满足电力系统对大容量数据存 储和查询等功能的要求3 1 。 数据库管理系统：唐山地区集控站系统的数据库管理系统实现了以下功能： 实时性：实时数据库采用共享内存存储方法，以满足实时功能对访问数据的快 速的要求和多进程同时访问的要求。 灵活性：实现了多种访问数据库的方式，如提供可视化的数据库定义、生成和 管理维护的界面；具备了与商用数据库的人机界面和编程接口。 可维护性：具备灵活、方便的数据库维护工具，以便维护人员在线监视和修改 数据库内的各种数据。 并发操作：数据库管理系统具备了允许不同程序对数据库内的同一数据集和进 行并发访问的功能，并且保证在并发方式下数据的完整性和一致性。 2 3 2 2 故障切换和启动 唐山地区集控站系统的故障切换是指两台( 或多台) 互为备用的计算机中，当 在线计算机发生故障时，备份计算机应能自动地承担全部在线功能。在故障切换期 间不丢失任何实时数据。 唐山地区的集控站系统可支持三种自动重启模式： 热重启：所有应用软件重新初始化，数据库继续被使用。 温重启：所有应用软件重新初始化，数据库被重新加载。 冷重启启动：计算机操作系统重新启动，完全重新启动服务器和工作站。冷重 启仅在授权工作站发出请求后执行。 同时，唐山地区集控站系统可通过人机界面和命令进行人工切换，在一个处于 管理员模式下的工作站上能控制设备和系统进行切换，重启在线或备用服务器和工 作站。 2 3 2 3 计算机通信及管理 唐山地区集控站系统的通信及管理系统软件实现了按照国际标准丌发的分布 式网络管理功能，负责管理计算机网络信息的接收和发送，具有一定的智能性和很 强的适应性。 通信及管理系统用于保证数据安全可靠地进行传输，上层软件之问的通信都通 过通信管理系统进行，由通信管理系统进行路由的选择、流量的控制、完整性的判 1 3 华北电力大学t 程硕士学位论文 断等。通信管理系统还提供标准的应用程序接口，上层应用软件和用户开发的软件 都可以通过此接口进行进程之间的网络通信，上层软件不必判断网络是否正常，只 需指明需与之通信的进程名，把信息发给通信管理系统，由通信管理系统进行路径 判断和收发控制，以保证进程之间的正常通信。因此系统整体功能清晰，易于编程 及查错、纠错n 钔。 2 3 2 4 图形管理系统 唐山地区集控站系统具备了利用图形管理系统提供的工具在图形界面上定义 数据库、图形、曲线画面、表格等的功能；并且可以利用图形管理系统定义基于各 种数据集( 实时数据库、历史数据库) 的动态数据、各种动态图符、字符和汉字。 2 3 2 5 公共服务 唐山地区集控站系统的公共服务系统功能主要包括告警服务及与其他系统的 通讯服务。 2 3 3 应用软件的配置 唐山地区集控站系统的应用软件由传统的s c a d a 软件和集控功能软件组成。 s c a d a 软件是架构在统一支撑平台上的一个具体应用，是集控站系统的最基本 应用，主要用于实现完整的、高性能的、实时数据采集和监控功能n5 1 。集控功能软 件是在s c a d a 软件基础上专门针对集控站系统的运行特殊性而开发的附加功能性 软件。 2 3 3 1s c a d a 功能软件 唐山地区集控站系统s c a d a 功能软件主要实现了如下的功能n 引： 数据采集：唐山地区集控站系统利用数据采集获取各类r t u 上传的数据报文、 直调厂站监控系统转发数据、g p s 时钟或其它计算机系统传送来的数据及人工 设定数据的报文，把它们格式化为集控站系统内部可识别的数据形式。 数据处理：经过格式化处理的数据成为集控站系统中各项应用功能的数据来源， 在利用数据处理保证其可靠的同时，既能抓住电网突发的瞬变，又不能让坏信 息干扰其它应用功能的判断。 数据计算和统计考核：派生计算量，计算公式定义，公式计算启动条件，常用 的标准计算，旁路代功能，在线修改某计算量的分量及计算公式，在线增加计 算点。 控制和调节：控制和调节是集控站系统在整个电网调度系统层次