用于電氣調(diào)度自動化中SCADA系統(tǒng)的功能特征

張玎寧++朱宇

[摘 要]電力調(diào)度自動化系統(tǒng)在電網(wǎng)的實(shí)時監(jiān)控、故障處理等方面發(fā)揮了重要作用，它的應(yīng)用徹底改變了傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度方法，是電網(wǎng)調(diào)度手段的一次革新，是電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。其中SCADA系統(tǒng)是以計算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)。文章將論述電氣調(diào)度自動化中SCADA系統(tǒng)的功能特征。

[關(guān)鍵詞]電氣調(diào)度自動化；SCADA系統(tǒng)；功能特征

中圖分類號：C931.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）44-0001-02

一、電力調(diào)度自動化概述

隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及軟件技術(shù)都得到了很大程度上的發(fā)展，為電力企業(yè)事項(xiàng)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理提供技術(shù)基礎(chǔ)，其中電力調(diào)度自動化系統(tǒng)是電力企業(yè)實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化管理的基礎(chǔ)。電力企業(yè)調(diào)度自動化系統(tǒng)一般又分為廠站端和主站端。主站端主要安裝于調(diào)度側(cè)，廠站端就是安裝于各發(fā)電廠及變電站節(jié)點(diǎn)處，安裝于變電站的又稱為變電站綜合自動化系統(tǒng)。一般通用的電力系統(tǒng)調(diào)度自動化的概念是利用計算機(jī)、遠(yuǎn)動、通信等技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化功能的綜合系統(tǒng)。主要功能構(gòu)成分為三部分：電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA系統(tǒng)），電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控以及數(shù)據(jù)通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動化的基礎(chǔ)和前提；電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與調(diào)度、電力市場化運(yùn)營與可靠行、發(fā)電廠運(yùn)營決策支持等；變電站綜合自動化。電力調(diào)度自動化系統(tǒng)不僅包括電網(wǎng)運(yùn)行服務(wù)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，還包括在此系統(tǒng)運(yùn)行的應(yīng)用軟件。

二、SCADA系統(tǒng)功能

1、分布式實(shí)時數(shù)據(jù)庫

SCADA系統(tǒng)采用高效的實(shí)時數(shù)據(jù)庫才能保證系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行和數(shù)據(jù)高速存取。各個二次自動化系統(tǒng)對于SCADA系統(tǒng)有統(tǒng)一的采集功能要求，對于SCADA數(shù)據(jù)有一致的基礎(chǔ)模型、相同的數(shù)據(jù)集，以及各自的專業(yè)模型和數(shù)據(jù)、各自交叉的專業(yè)數(shù)據(jù)等要求，數(shù)據(jù)需求復(fù)雜，為了滿足各個二次系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要求，提出分布式實(shí)時數(shù)據(jù)庫的思想，應(yīng)用分布式實(shí)時數(shù)據(jù)庫管理，實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)模型的一體化統(tǒng)一維護(hù)、分布式數(shù)據(jù)的透明存取，使各個二次系統(tǒng)能方便地管理和使用多專業(yè)各種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，更好地發(fā)揮實(shí)時應(yīng)用功能。分布式實(shí)時數(shù)據(jù)庫運(yùn)用全局模式加局部模式的方法，全局?jǐn)?shù)據(jù)對應(yīng)于全局模式，每個專業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)集對應(yīng)于局部模式，局部模式是全局模式的一部分，可以跨平臺、松耦合關(guān)聯(lián)，統(tǒng)一管理的數(shù)據(jù)庫字典維護(hù)全局和各個局部的數(shù)據(jù)庫配置和運(yùn)行模式，對各自產(chǎn)生的數(shù)據(jù)更新進(jìn)行實(shí)時維護(hù)。二次系統(tǒng)統(tǒng)一建模，各個二次系統(tǒng)的維護(hù)人員從全局?jǐn)?shù)據(jù)加局部數(shù)據(jù)中獲得其工作版本進(jìn)行建模，通過數(shù)據(jù)權(quán)限和實(shí)時同步實(shí)現(xiàn)模型一致維護(hù)。統(tǒng)一建模屏蔽了不同專業(yè)應(yīng)用的模式定義的差異，包括類的差異、類中屬性的差異、繼承關(guān)系的差異、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的差異，又為各系統(tǒng)各專業(yè)的自有模式提供了發(fā)展空間，局部數(shù)據(jù)庫版本的管理又為各系統(tǒng)的升級和功能擴(kuò)展提供了很好的方式。分布式的SCADA系統(tǒng)根據(jù)各系統(tǒng)定制的采集數(shù)據(jù)要求，維護(hù)、更新全局?jǐn)?shù)據(jù)和各系統(tǒng)的局部數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能，解決維護(hù)復(fù)雜、數(shù)據(jù)重復(fù)建設(shè)、數(shù)據(jù)不一致的問題。

2、分布式數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是SCADA系統(tǒng)的核心功能，分布式、跨應(yīng)用、可靈活組合的數(shù)據(jù)采集中心支持各種自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的交叉采集，在采集環(huán)節(jié)建立各系統(tǒng)間統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集平臺。

①分布式

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)通常有兩個節(jié)點(diǎn)配置，采集調(diào)度自動化系統(tǒng)的四遙數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)功能單一，擴(kuò)展能力弱，可靠性差，不能實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)多樣化的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)定制。

基于靈活性和企業(yè)管理上的要求考慮， 數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)采用分布式技術(shù)、多點(diǎn)分布式配置，支持多樣化的數(shù)據(jù)采集，如調(diào)度自動化數(shù)據(jù)、電能量計量數(shù)據(jù)、保護(hù)自動裝置數(shù)據(jù)、計劃數(shù)據(jù)、各個系統(tǒng)再生數(shù)據(jù)等，可以跨地域、跨安全區(qū)配置采集節(jié)點(diǎn)，這樣合成為一個或多個數(shù)據(jù)采集中心，也可以分拆到各個自動化系統(tǒng)中，成為它們的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，完成數(shù)據(jù)采集的功能。

②混合平臺

支持混合平臺技術(shù)，屏蔽硬件平臺和操作系統(tǒng)的影響，是新一代SCADA系統(tǒng)采用的先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，混合平臺技術(shù)更好地解決了合理利用計算機(jī)資源、支持各種自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集問題。

③通信機(jī)制

采用基于發(fā)布、訂閱機(jī)制的企業(yè)集成總線，支持對各種應(yīng)用數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集和分發(fā)，各個系統(tǒng)和應(yīng)用可以按數(shù)據(jù)類型訂閱，在采集環(huán)節(jié)就打通了各系統(tǒng)、各應(yīng)用間的數(shù)據(jù)通道，使各種系統(tǒng)和應(yīng)用可以訂閱原來屬于其他系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)，也可以發(fā)布自己的再生數(shù)據(jù)，不僅提高了數(shù)據(jù)的實(shí)時性， 而且使數(shù)據(jù)在各個系統(tǒng)間流轉(zhuǎn)變得異常簡單。

④支持一主多備

傳統(tǒng)的主備節(jié)點(diǎn)設(shè)計簡單，當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)故障時，系統(tǒng)就失去備用了，有些故障并不能很快排除，系統(tǒng)長時間沒有備用，很容易引起系統(tǒng)停用，導(dǎo)致后續(xù)系統(tǒng)和應(yīng)用的停用。數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的可靠性要求很高，因此采用一主多備的冗余設(shè)計， 可很好提高數(shù)據(jù)采集和整個系統(tǒng)的可靠性。

3、遵循 IEC 61970 標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型

SCADA系統(tǒng)為了解決各種自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控問題，建立了二次一體化的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型， IEC 61970 CIM 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電力系統(tǒng)中大部分對象的描述方法，遵照 IEC 61970 CIM 模型，SCADA系統(tǒng)涉及的內(nèi)容主要包括： IEC 61970-303 的全部SCADA包、IEC61970-301 的域包、IEC 61970-301的量測包、IEC 61970-301 的核心包、IEC 61970-301 的保護(hù)包、IEC 61970-301 的計劃包。SCADA系統(tǒng)主要的兩大部分是數(shù)據(jù)采集模型和量測模型，采集模型遵守 IEC 61970-303 標(biāo)準(zhǔn)，量測模型則遵守 IEC 61970-301 標(biāo)準(zhǔn)。采集模型的主要類和關(guān)系如圖1所示，量測模型的主要類和關(guān)系如圖 2所示。

4、多源數(shù)據(jù)采集

在自動化系統(tǒng)的不斷建設(shè)中，通常會保留多個采集通道作為備用，上下各級調(diào)度自動化系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)通信，也為數(shù)據(jù)提供了多個采集來源， 另外狀態(tài)估計結(jié)果、計算結(jié)果、對端廠站的數(shù)據(jù)采集也提供了更多數(shù)據(jù)信息用作比較和實(shí)際應(yīng)用。為了提高數(shù)據(jù)的可靠性和可用性，采用多源數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，通過采集、分析、統(tǒng)計各個數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的可信度，動態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)選，向運(yùn)行人員和后續(xù)應(yīng)用提供最可靠的數(shù)據(jù)， 提高系統(tǒng)的可用性，進(jìn)行各個數(shù)據(jù)源的可靠性分析，幫助查找數(shù)據(jù)采集中存在的隱性問題， 提高備用通道的可用性。

5、SCADA系統(tǒng)的多態(tài)設(shè)計

為了更好地滿足各種在線、離線、研究、規(guī)劃等不同性質(zhì)、不同專業(yè)人員的使用要求， 提高SCADA系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，設(shè)計了SCADA系統(tǒng)的多種運(yùn)行模式，如運(yùn)行態(tài)、研究態(tài)、仿真態(tài)和測試態(tài)，等。SCADA系統(tǒng)的多種運(yùn)行模式使用相同的運(yùn)行程序，不同的節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)空間，功能完全相同。通常SCADA系統(tǒng)在運(yùn)行態(tài)運(yùn)行，完成各項(xiàng)實(shí)時功能，提供各種實(shí)時數(shù)據(jù)供運(yùn)行人員和其他應(yīng)用。當(dāng)進(jìn)行SCADA系統(tǒng)功能修改時，運(yùn)行在研究態(tài)，研究態(tài)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立運(yùn)行，測試各種SCADA系統(tǒng)功能，直至測試通過投入正常運(yùn)行，這種運(yùn)行模式的設(shè)計非常符合SCADA系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行要求可靠性高的特點(diǎn)，可以極大地提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。仿真態(tài)用作調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)或其他應(yīng)用的SCADA系統(tǒng)功能仿真，完全相同的SCADA系統(tǒng)功能，使DTS 學(xué)員面對相同的SCADA系統(tǒng)環(huán)境。隨著 IEC 61970 標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，各個自動化系統(tǒng)間的電網(wǎng)模型一體化，數(shù)據(jù)模型的準(zhǔn)確性越來越重要，模型的修改涉及各專業(yè)各系統(tǒng)，因此對于修改后模型的正確性測試非常必要。SCADA系統(tǒng)的測試態(tài)設(shè)計為數(shù)據(jù)模型的測試用途，可以單節(jié)點(diǎn)或多節(jié)點(diǎn)聯(lián)合測試單功能或多應(yīng)用功能，不影響系統(tǒng)的運(yùn)行態(tài)的正常運(yùn)行。

結(jié)語

電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是一個動態(tài)研究領(lǐng)域，自問世至今一直在發(fā)展，以適應(yīng)電網(wǎng)不斷發(fā)展的需要。電力市場機(jī)制也將在全國電網(wǎng)中運(yùn)營。因而按照電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向，加快一體化、標(biāo)準(zhǔn)化的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的開發(fā)，是當(dāng)前的需要。

參考文獻(xiàn)

[1] 李青文.無人值班變電站遙視警戒系統(tǒng)建設(shè)的探討[M].青海電力，2005.

[2] 薛宏偉.電力調(diào)度中心辦公自動化系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].寧夏電力，2009.

4、多源數(shù)據(jù)采集

在自動化系統(tǒng)的不斷建設(shè)中，通常會保留多個采集通道作為備用，上下各級調(diào)度自動化系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)通信，也為數(shù)據(jù)提供了多個采集來源， 另外狀態(tài)估計結(jié)果、計算結(jié)果、對端廠站的數(shù)據(jù)采集也提供了更多數(shù)據(jù)信息用作比較和實(shí)際應(yīng)用。為了提高數(shù)據(jù)的可靠性和可用性，采用多源數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，通過采集、分析、統(tǒng)計各個數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的可信度，動態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)選，向運(yùn)行人員和后續(xù)應(yīng)用提供最可靠的數(shù)據(jù)， 提高系統(tǒng)的可用性，進(jìn)行各個數(shù)據(jù)源的可靠性分析，幫助查找數(shù)據(jù)采集中存在的隱性問題， 提高備用通道的可用性。

5、SCADA系統(tǒng)的多態(tài)設(shè)計

為了更好地滿足各種在線、離線、研究、規(guī)劃等不同性質(zhì)、不同專業(yè)人員的使用要求， 提高SCADA系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，設(shè)計了SCADA系統(tǒng)的多種運(yùn)行模式，如運(yùn)行態(tài)、研究態(tài)、仿真態(tài)和測試態(tài)，等。SCADA系統(tǒng)的多種運(yùn)行模式使用相同的運(yùn)行程序，不同的節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)空間，功能完全相同。通常SCADA系統(tǒng)在運(yùn)行態(tài)運(yùn)行，完成各項(xiàng)實(shí)時功能，提供各種實(shí)時數(shù)據(jù)供運(yùn)行人員和其他應(yīng)用。當(dāng)進(jìn)行SCADA系統(tǒng)功能修改時，運(yùn)行在研究態(tài)，研究態(tài)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立運(yùn)行，測試各種SCADA系統(tǒng)功能，直至測試通過投入正常運(yùn)行，這種運(yùn)行模式的設(shè)計非常符合SCADA系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行要求可靠性高的特點(diǎn)，可以極大地提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。仿真態(tài)用作調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)或其他應(yīng)用的SCADA系統(tǒng)功能仿真，完全相同的SCADA系統(tǒng)功能，使DTS 學(xué)員面對相同的SCADA系統(tǒng)環(huán)境。隨著 IEC 61970 標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，各個自動化系統(tǒng)間的電網(wǎng)模型一體化，數(shù)據(jù)模型的準(zhǔn)確性越來越重要，模型的修改涉及各專業(yè)各系統(tǒng)，因此對于修改后模型的正確性測試非常必要。SCADA系統(tǒng)的測試態(tài)設(shè)計為數(shù)據(jù)模型的測試用途，可以單節(jié)點(diǎn)或多節(jié)點(diǎn)聯(lián)合測試單功能或多應(yīng)用功能，不影響系統(tǒng)的運(yùn)行態(tài)的正常運(yùn)行。

結(jié)語

電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是一個動態(tài)研究領(lǐng)域，自問世至今一直在發(fā)展，以適應(yīng)電網(wǎng)不斷發(fā)展的需要。電力市場機(jī)制也將在全國電網(wǎng)中運(yùn)營。因而按照電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向，加快一體化、標(biāo)準(zhǔn)化的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的開發(fā)，是當(dāng)前的需要。

參考文獻(xiàn)

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[2] 薛宏偉.電力調(diào)度中心辦公自動化系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].寧夏電力，2009.

4、多源數(shù)據(jù)采集

在自動化系統(tǒng)的不斷建設(shè)中，通常會保留多個采集通道作為備用，上下各級調(diào)度自動化系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)通信，也為數(shù)據(jù)提供了多個采集來源， 另外狀態(tài)估計結(jié)果、計算結(jié)果、對端廠站的數(shù)據(jù)采集也提供了更多數(shù)據(jù)信息用作比較和實(shí)際應(yīng)用。為了提高數(shù)據(jù)的可靠性和可用性，采用多源數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，通過采集、分析、統(tǒng)計各個數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的可信度，動態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)選，向運(yùn)行人員和后續(xù)應(yīng)用提供最可靠的數(shù)據(jù)， 提高系統(tǒng)的可用性，進(jìn)行各個數(shù)據(jù)源的可靠性分析，幫助查找數(shù)據(jù)采集中存在的隱性問題， 提高備用通道的可用性。

5、SCADA系統(tǒng)的多態(tài)設(shè)計

為了更好地滿足各種在線、離線、研究、規(guī)劃等不同性質(zhì)、不同專業(yè)人員的使用要求， 提高SCADA系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，設(shè)計了SCADA系統(tǒng)的多種運(yùn)行模式，如運(yùn)行態(tài)、研究態(tài)、仿真態(tài)和測試態(tài)，等。SCADA系統(tǒng)的多種運(yùn)行模式使用相同的運(yùn)行程序，不同的節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)空間，功能完全相同。通常SCADA系統(tǒng)在運(yùn)行態(tài)運(yùn)行，完成各項(xiàng)實(shí)時功能，提供各種實(shí)時數(shù)據(jù)供運(yùn)行人員和其他應(yīng)用。當(dāng)進(jìn)行SCADA系統(tǒng)功能修改時，運(yùn)行在研究態(tài)，研究態(tài)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立運(yùn)行，測試各種SCADA系統(tǒng)功能，直至測試通過投入正常運(yùn)行，這種運(yùn)行模式的設(shè)計非常符合SCADA系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行要求可靠性高的特點(diǎn)，可以極大地提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。仿真態(tài)用作調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)或其他應(yīng)用的SCADA系統(tǒng)功能仿真，完全相同的SCADA系統(tǒng)功能，使DTS 學(xué)員面對相同的SCADA系統(tǒng)環(huán)境。隨著 IEC 61970 標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，各個自動化系統(tǒng)間的電網(wǎng)模型一體化，數(shù)據(jù)模型的準(zhǔn)確性越來越重要，模型的修改涉及各專業(yè)各系統(tǒng)，因此對于修改后模型的正確性測試非常必要。SCADA系統(tǒng)的測試態(tài)設(shè)計為數(shù)據(jù)模型的測試用途，可以單節(jié)點(diǎn)或多節(jié)點(diǎn)聯(lián)合測試單功能或多應(yīng)用功能，不影響系統(tǒng)的運(yùn)行態(tài)的正常運(yùn)行。

結(jié)語

電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是一個動態(tài)研究領(lǐng)域，自問世至今一直在發(fā)展，以適應(yīng)電網(wǎng)不斷發(fā)展的需要。電力市場機(jī)制也將在全國電網(wǎng)中運(yùn)營。因而按照電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向，加快一體化、標(biāo)準(zhǔn)化的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的開發(fā)，是當(dāng)前的需要。

參考文獻(xiàn)

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[2] 薛宏偉.電力調(diào)度中心辦公自動化系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].寧夏電力，2009.