县级电网SCADA／DA系统.doc

县级电网SCADADA系统模式的探讨 东北电力集团公司农电局 祁贺 【文摘】本文提出了县级电网以监控和数据采集系统SCADA为中枢的配电自动化DA系统模式，并就一体化系统组成、配置特点和管理过程等方面进行了论述。【关键词】县级电网 配电自动化 系统模式1 引言 随着计算机技术和信息传输技术的不断进步，配电自动化（Distribution Automation，DA）的设计及使用已逐步达到了实用化程度。60年代，美国Bonnevile电力司提出了监控和数据采集系统（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）的表示方法；70年代中期，日本开始利用计算机技术构成配电自动化系统DAS）；到了 80年代，美国又归纳出配电管理系统（Distribution Management System，DMS）的概念。IEEE PES给出了DA的定义：一种可以使电力企业在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的系统；IEC也确定了DA在网络自动化和用户自动化两个方面的基本内容。 配电自动化在我国尚处于试验阶段。在县级电网中已经开发应用的单项配电自动化包括：县调自动化、配电线保护自动化以及电力负荷控制等系统，往往都是相互独立的。鉴于县级电网具有电网结构简单、生产和运行管理相对集中的特点，将各单项自动化综合发展成一体化的配电自动化系统是必要的，其目的在于减少重复性建设。配电自动化涉及的内容比较广泛，限于篇幅，本文仅就县级电网以SCADA为中枢的配电自动化系统模式做一概要论述。2 系统组成根据县级电力部门的经济与技术条件，配电自动化系统主要由配电管理主站、变电站远方终端和配电网远方终端等部分所组成。21 配电管理主站（DMMS） 县级电网配电自动化系统通常是由SCADA开始。而SCADA系统的初始阶段是在配电调度中心和变电所（含地方电站）两个功能区进行相互联网和操作，俗称县调自动化系统。按照横向形成配电管理（DM）系统、纵向扩展配电自动化（DA）的设计要求，以SCADA为基础的配电管理主站是由运行管理级和生产管理级两个部分所组成，如图1所示。SCADA系统主机主要进行实时数据采集和运行工况监控，建立实时和历史数据库，并完成数据库的维护管理。同时还作为局域网络通信（LAN）的DB结点机，将电网实时信息向连接在LAN网络上的各功能工作站传送。各功能工作站（任意设置）基于LAN网络配置上运行，可共享实时网络数据，并做为独立的分项目管理系统运行，如下表所示。 22 变电站远方终端设置在变电站的SCADA系统远方终端（RTU），采用标准总线结构和多CPU分布控制方式，遥测、遥信、遥控、遥调等项功能均按模块化设计，由主CPU来统一协调各功能模块的通信管理（主从方式）。由于是按无人值班设计，当地功能可不予考虑，只设置有标准通讯接口，用于维护人员使用便携式微机对RTU进行诊断、调试和检修。 对遥测采样应采用高精度资料采样方式，以克服直流采样变送器中非线性元件和运算放大器对精度误差的影响，并且无需进行周期性校验工作。但在选用时，对交流采样装置的精度、稳定性以及MTBF等项指标仍需慎重考核。当DA规划是采用配电线载波（DLC）为数据传输通道时，RTU应备有与通信控制设备（SCF）链接的接口。变电站远方终端（RTU）组成结构如图2所示。23 配电网远方终端配电网远方终端主要是指用于配电线保护监控（DLCDLSC）、综合电压无功控制（IVVC）和电力负荷管理（LM）的终端自动化装置。 用于配电线保护监控（DLCDLAC）的终端设备分为两种形式：一种是仅配置柱上式真空自动开关（或采用重合器与分断器的配合方式），通过开关设备本身具有的智能作用来达到自动分离故障区间，健全区间继续供电的目的，俗称配电保护自动化。另一种形式是由柱上式真空自动开关和微型RTU设备构成的DLSC远方终端。其组成结构如图3所示。 柱上式真空自动开关（Sn）具有接通多负荷电流能力和流通故障电流、接通故障点的能力，采用常时励磁无电压开放式自动操作机构。FDR用于检测故障并向Sn 发出通断指令；微型RTU具有遥测、遥信、遥控功能。 用于综合电压无功控制（IVVC）的终端设备，位于变电所10kV首端处，如调整主变分接头、电容器投切等，可通过SCADA系统的远方终端（RTU）直接得到响应。影响IVVC作用的主要因素是配电网并联电容器组自动投切控制率（日本在80年代初期已达到815），需要在分散的无功补偿电容器处增设可靠的开关、电动操作机构及微型RTU设备等。 用于电力负荷管理（LM）的受控端开断设备，应具有电动操作机构，开关辅助结点动作灵活，有可靠的操作电源。在一般监测点处，采用上行单向通信方式实现遥测；在重要用户计量点和电压监测点处，采用双向通信方式，具备遥测、遥控功能。 变电所至配电网远方终端之间的信息传输一般多采用配电线载波通信方式（在准平坦地形区域内，亦可采用无线电通信方式），接入设在变电所的通信控制设备（SCE），与SCADA系统的远方终端（RTU）实现链接，完成双向中继转接通信的任务。3 系统配置特点3l 实时多任务系统支持环境。 SCADA系统主机具备实时多任务操作系统支持环境，充分管理系统中断和存储资源，可以建立起多进程任务，提供任务间的通讯手段和多态调度，使各项工作任务均可并发操作，实时运行。32 数据库及其管理 为保证配电网远方终端信息数据的完整性、准确性和唯一性，由SCADA系统主机作为DB结点机，将系统的全部实时信息和系统参数均集中管理，负责建立实时（历史）数据库。数据间建立相互关系，数据与应用程序相对独立，与各工作站的自用数据库保持映射关系。系统数据库可以提供批方式和交互构造生成手段，以及顺序、相关、索引等多种访问记录方式。33 实时网络通讯在局域网络（LAN）环境下，系统网络服务软体（NETS）在实时多任务下运行，DB结点机以广播方式向网络上各工作站发送实时数据，各工作站接收DB结点广播的数据并加以处理，在各自工作站又形成自用数据库及各种功能。34 功能分布式工作站 配电管理主站中各工作站的功能任务是按电网生产、运行管理分工的不同而设计的。调度员工作站是SCADA系统功能的具体体现，除此之外，其它各工作站均是以WINDOWS为工作平台，可通过任务的切换方式来完成在线、在线与离线交互、离线三种形式的功能任务。35 人机接口界面 配电管理主站中各工作站的人机接口主要使用高分辨率监示器（调度员工作为24个20寸大屏幕CRT）、汉字打印机及键盘、鼠标器等，通过多屏显示工作方式、多窗口技术和直接快速的鼠标控制，使得系统操作简便、显示明了。采用窗口系统（WINDOWS）为工作平台，使用不同软件版本的应用程序均可以WINDOWS的一个应用任务方式在工作站上运行。在人机接口界面设计上有以下功能：数据库生成、图形生成、报表生成、中文汉字输入、编辑修改、画面显示、汉化打印。36 混合型通信系统 为了符合县级电网配电自动化系统的数据流结构，配电自动化的通信系统应按不同层次所需要的技术条件并与经济性方案相结合进行选择。例如，配电调度中心至变电站之间，需要高速传输数据通道；至馈电线或配变之间，可用低速传输数据通道。通常是采用一点多址微波通信（或专用电缆通信）、无线电通信和电力线（配电线）载波通信等方式并存互补来组成混合型通信系统是比较适宜的。4 系统管理过程配电自动化系统的基本任务是；通过系统的开环运行和较少的人工干预，能够完成配电网信息收集运行控制趋势分析决策管理的工作流程，使该流程中各环节的工作人员能够从大量的重复性工作中解脱出来。 “无人值班式变电站监控（SSC）是 SCADA系统的基本功能，一是变电站运行方式的监视与管理（包括参数统计、选表计量等），二是变电站电气设备的巡检与操作（对所站设施的保卫与消防可按有人值守方式另行考虑）。在配电管理主站中是由调度员工作站来完成，其管理功能模型如图4所示。 变电站端的RTU除具有常规的遥测、遥信、遥控、遥调功能外，为适应无人值班式变电站监控还应有以下特殊RTU功能： 遥控操作及其对应二次回路的闭锁与重合； 脉冲电能量累加传送及其掉电保护处理； 主变油温采样及其量值转换； 配电线单相接地故障时自动选择； 配电线故障电流记录。 配电线监控（DLSC）具有故障定位（FL）、故障隔离（FI）、恢复供电（SR）和配电网络重构（FR）等功能，适用于配电线故障处理、检修作业停电、过负荷减载以及配电网运行状态监测和供电可靠性管理，是配电自动化系统的重要组成部分。 来自配电线远方终端（RTU）的故障信息及数据，经DLCSCE进入SCADA系统。在SCADA系统主机建立起实时信息数据库，经LAN网络传递，在配电管理工作得到响应。在自动图形设备管理（AMFM）界面上通过对配电网络进行跟踪扫描，确认出故障区段，然后进行馈电线调度切换和自动分段（FDS&AS）。 综合电压无功控制（IVVC）主要是监视配电网中足够数量地点的电压质量，保持系统总体电压水平在预期范围内；监视无功潮流，评估各供电区无功优化效果；监视已投运电容器的运行状态和设备可用程度；控制电容器投切、变压器分接头及电压调节器位置。很显然，IVVC提供了调整变压器分接头、改变电压调节器位置投切适当容量电容器等和无功调度相协调的监控手段。 电力负荷管理（LM）主要包含有三个方面内容：（1）监视与控制各配电线负荷，在正常和紧急情况下，按规定进行过负荷限载；（2）集中控制到用户负荷的技术手段和采用复费率电能表执行分时电价的经济手段相结合，实现移峰填谷，以调整负荷曲线，改善负荷率，降低供电成本；（3）实现小区远方遥测读表，及时掌握负荷变化趋势，加强负荷管理。同时，也起到提高劳动生产率，减少误抄、漏抄表而引起经济损失的作用。在配电管理主站中，通常由负荷管理工作站来完成日常负荷管理（LM）和远方表计遥读（RMR）功能任务；由调度员工作站负责执行负荷控制（LC）功能操作。 在配电自动化系统的连续运行中，各种管理功能彼此交互，管理过程需要统一协调。各种管理功能的调用条件和响应顺序，一般是采用优先级别和条件闭锁的方式实现。5 结束语 配电自动化是一项投资较大、建设周期较长的系统工程，作好规划设计尤为重要。限于县级电力部门的经济承受能力和技术适应条件，配电自动化的总体构造上是基于局域网络通信和微计算机的人机工作站技术，以监控和数据