第二章(1) SCADA/EMS系统的概述

第二章(1) SCADA/EMS系统的概述

SCADA/EMS系统

功能概述

ü 系统结构及软硬件配置

ü SCADA/EMS的支撑系统

ü SCADA/EMS前置机系统

ü 画面调用及浏览器功能

ü SCADA功能

第一节 SCADA/EMS功能概述

SCADA最基本的功能：数据采集和监视控制。

1.1 子系统划分

1、支撑平台子系统

包括：数据库管理、网络管理、图形管理、报表管理、系统运行管理等。

2、SCADA子系统

包括：数据采集、数据传输及处理、计算与控制、人机界面及告警处理等。

3、PAS子系统

包括：网络建模、网络拓扑、状态估计、在线潮流、静态安全分析、无功优化、故障分析及短期负荷预报等。

4、AGC/EDC子系统

自动发电控制和在线经济调度（AGC/EDC）。

5、调度员仿真培训系统

包括：电网仿真、SCADA/EMS系统仿真和教员控制机。

6、调度员管理信息子系统（DMIS）

属于办公自动化的一种业务管理系统，通常不归入SCADA/EMS系统，但与调度自动化系统关系非常密切。

1.2 主流系统

1、NARI

2、电科院

3、东方电子

4、ABB

5、SIEMENS

第二节SCADA/EMS的软硬件配置

2.1 系统结构

网络及硬件特点：三网机制

ü 调度自动化专用双网＋MIS网

ü 主网为100M平衡负荷双网

ü 智能化100M堆叠式交换机，交换式通道，可扩展

ü 双服务器＋磁盘阵列：构成热备份系统，具备负荷平衡能力。

ü 支持双网访问商用数据库。

ü 集成其他符合国际标准的实时数据库。

ü 通过MIS服务器或网桥与MIS网连接。

2.2 主网各节点功能简介

1、系统服务器

ü 运行商用数据库管理系统

ü 负责保存所有历史数据、基础信息，如电网设备基本信息，地理信息，用户信息等，以及其他运行数据。

ü 利用数据库引擎进行查询和统计

ü 双机热备：双机共用磁盘阵列，分别运行数据库管理系统。

2、SCADA工作站

ü 双机热备：独立运行。

ü 运行SCADA软件及AGC/EDC软件

ü 通过终端服务器接收厂站RTU信息

ü 承担前置系统信息处理（如标度变换、越限处理）和信息流优化功能

ü 完成基本SCADA功能和AGC/EDC的控制和显示功能

ü 实现双机、双通道的自动/手动切换

3、PAS工作站

ü 运行电力系统高级应用软件。

ü 包括：潮流、短路、稳定等计算任务

ü 计算结果存入历史数据库（商用数据库）

4、调度员工作站

ü 承担对电网监控和操作功能。

ü 实时显示各种图形和数据

ü 人机交互，实现“不下位”功能调用

ü 对电网进行操作控制的权限

5、调度管理工作站

ü 负责与调度生产有关的计划和运行设备的管理。

6、DTS工作站

ü 通常包括教员机和学员机

7、电量管理工作站

ü 实现电量的自动查询、记录、奖惩电量计算等

8、网络

ü 一般高速双网，多数利用可堆迭交换机连接。

2.3 软件环境

1、操作系统

ü 各种服务器和工作站均采用Unix操作系统。

ü 多用户、多任务的网络操作系统

ü 实时性好

ü 安全性好

ü 网络通信采用TCP/IP

2、系统软件

ü 采用基于C/S模式的商用数据库（Oracle和 Sybase）

ü 基于X－Window和Motif的图形界面

ü 核心C/C++代码

ü 网络通信采用TCP/IP，X.25通信协议

ü 集成制表工具

ü 多媒体功能

2.4 系统软件结构

大型开放式的分布式系统，软件结构通用、开放和模块化。

ü 三层结构：数据层、通信管理系统层和程序层。

ü 数据层：分成实时库、历史数据库及存储历程。

实时库：分布在各台机器中，支持实时访问和显示。

历史库：存在于双机热备的系统服务器中，保存历史数据和参数

ü 通信管理层：用于网络的管理和任务的管理，对上层屏蔽通信细节。

ü 程序层：实现电力系统调度的各项功能，如SCADA、PAS等。

第三节 SCADA/EMS的支撑系统

ü 数据管理子系统

ü 网络管理子系统

ü 图形管理子系统

ü 报表管理子系统

ü 安全管理子系统

3.1 数据库管理子系统

ü 数据的快速存取：必须建立实时数据库。

ü 数据的合理组织：提高数据查找和定位的速度。

ü 建立数据之间的关系：测量和采集的数据与数据库中数据的对应关系。

ü 建立电网的数据模型：实际对象和系统中数据的对应。

ü 提供标准的访问接口：对访问实时库和历史库提供所有程序都通用的访问接口。

ü 数据透明性：用户或进程（应用程序）只面向数据，不必关心数据具体位置。

3.2 网络管理子系统

负责网络各节点信息的互连和互通，为各种进程访问网络上任何位置的数据提供一个透明的访问路径。（进程通信）

ü 处理底层网络通信中的各种问题，如协议解释、流量平衡、链路监视和故障处理，相当于提供了一条无错误的信息通道。

ü 负责处理数据的定位和收发控制：路由、出错处理，相当于透明的数据访问接口。

ü 与其他网络进行通信：数据交换，安全控制。

ü 隔离功能：升级和维护时，不影响软件正常使用。

ü 其他辅助功能：进程监视等。

3.3 图形子系统

图形子系统是现代调度自动化系统的基础模块。

1、基本要求

ü 全汉化

ü 分层和分平面，具备动态着色功能。

ü 具备图形编辑的各种功能，图形化操作。

ü 图形一致性保持。

ü 图库一体化：绘图与数据库录入一次完成。

ü 具备各种辅助图制作功能。

ü 用户可扩展性（图形的公共访问接口）。

2、基本组成部分

ü 图元编辑器：制作电力系统中各种常用设备的图元库，以便制图时使用，并能应付新元件的出现。

ü 图形编辑器：利用各种图元，生成电力系统的各种图形。

ü 图形显示工具：与应用程序结合在一起，用户可在图形上进行各种操作，如功能调用，信息查询，控制操作等。

3.4 报表管理子系统

报表是运行信息最直观的显示形式，报表管理系统也是SCADA/EMS必不可少的核心模块。

1、特点

ü 面向电力系统需求

ü 自动数据关联

ü 打印功能

2、组成部分

ü 报表编辑器

ü 报表调用和预览

ü 报表数据的修改

ü 报表打印模块

3.5 安全管理子系统

ü 物理隔离：即通过交换机或网桥与其他系统相连。

ü 用户级采用权限管理和口令机制：控制不同的用户所能进行的操作。

ü 严格的操作审核流程：口令，权限分析，操作确认，超时处理。

ü 防火墙技术

第四节 SCADA/EMS的前置机系统

4.1 综述

前置机系统担负厂站RTU及各分局与调度中心之间的数据通信及通信规约解释的任务，是子站数据的信息入口。前置系统性能指标：

ü 接入容量

ü 通信速度

ü 扩充方便

ü 规约处理

4.2 前置系统的硬件结构

结构示意图如右图5-3。

ü 前置机

ü 终端服务器

ü 切换装置

ü 通道

1、前置机

双机配置，一主一备。

（1）值班主机

ü 与系统服务器及SCADA工作站通信

ü 与终端服务器通信及规约处理

ü 控制终端服务器的切换动作

ü 设置各终端服务器的参数

（2）备用前置机

ü 监听前置主机的工作情况

ü 主机发生故障时立即自动升格为主机承担主机任务

ü 监听次要通道的信息，确定该通道的运行情况。

2、终端（通信）服务器

ü 与各厂站RTU通信

ü 与前置机通信

ü 1:N的通道接入（热拔插插槽）

ü 主备双机配置

3、切换装置

ü 电路简洁，掉电也可工作

ü 每套切换装置由N路独立切换板组成

ü 可完成上行和下行信号的通道切换

ü 两种切换模式：

选择较好的上行信号同时送给主、备前置机，封锁差通道的上行信号和备用机的下行信号

将值班主机与好通道接通，将备用机与差通道连通

4、通道设备

ü 由调制解调器（光端机），光电隔离器及长线驱动器

ü 用于与各种不同的通道信号匹配

ü 同步/异步转换

4.3 前置系统的软件模块

对应于前置系统的功能，可将前置软件简单分为五类：

ü 主网内部数据通信：front_net等

ü 规约处理程序：protocal等

ü 通信切换处理：front_exchange等

ü 终端服务器通信：fcomm，format_all等

ü 其他程序。

从运行形式分为两类：

ü 常驻内存：启动程序即调入内存，一般是核心应用，如数据通信、规约处理等程序。

ü 临时调用：使用临时调用，一般是辅助应用，如报文监听等程序。

1、遥测参数设置

ü 设置基值与系数：将“生数据”经计算后变成实际值

ü 设置死区范围（阈值设置）

ü 设置归零值

ü 设置越限范围：注意越限呆滞区

2、遥信参数设置

ü “1”表示合闸，“0”表示分闸

ü 根据不同RTU上送的信息设置极性

第五节画面调用及浏览器功能

5.1 画面调用功能

1、实时数据及状态画面

ü 实时画面5s刷新一次

ü 遥信变位及事故变位立即反映

ü 用颜色区分不同状态

2、历史数据及状态画面

ü 可调用任一时段的历史数据

ü 根据历史数据刷新画面

3、事故追忆画面

ü 调出任一事故断面进行事故反演

4、网络拓扑着色

ü 表达电网结构信息

ü 表达运行状态

5、调度员操作

ü 调度员在画面中完成各种调度操作

6、应用切换

ü 同一画面可以切换不同的应用对象

5.2SCADA的图形操作

1、鼠标操作＋弹出菜单

2、操作选项

ü 参数检索

ü 遥控

ü 遥信对位

ü 变位检索

ü SOE检索

ü 遥信封锁

ü 设置标志牌

5.3 历史告警浏览

1、告警信息

ü 首先实时显示，同时存入历史数据库。

2、分类

ü 遥信变位

ü 其他……

5.4 历史数据浏览

5.5 图形浏览器

第六节 SCADA功能

6.1 数据采集功能

1、模拟量采集功能（遥测）

2、状态量采集功能（遥信）

3、脉冲量采集功能

4、继电保护及综自信息采集

5、时间信息

6、前置机系统的数据采集性能

6.2 数据处理功能

1、模拟量处理：标度变换；消零飘；越限检查；积分计算和平均值计算；最大值、最小值计算；入库。

2、状态量处理：描述电网运行状态（将0/1状态变换为具有物理意义的信息）；告警；状态量的显示。

3、标牌设置：对所有设备均可进行挂牌操作，提供警示信息，如：检修、接地、故障、危险、并列等。

4、脉冲量处理：计算本周期电量；积分电度计算；计算分时电量；信息入库。

6.3 计算功能

1、总加计算：关口功率、电量总加。

2、限值计算：计算越限总时间，合格率。

3、累加计算：按时间计算总和，一般是电量。

4、功率因数计算：计算各线路、主变及一个地区的功率因数。

5、平衡率计算：分线路、变电站或区域进行进出功率平衡的比较（网损）。

6.4 电网控制功能

1、遥控操作：主要指开关的合/分操作；无功补偿设备的投/切；改变有载调压变压器分接头。可靠性要求极高，有严格的遥控反送校核程序。

2、遥调操作：类似于遥控操作，有严格反校程序。

6.5 告警功能

1、告警类型：事故报警；越限报警；工况变化报警；正常变位报警。

2、报警方式：图形，文字，语音，打印，短信等。

3、告警信息入库：带时标存入历史库。

6.6 显示功能

6.7 报表功能

6.8 其他辅助功能

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