SCADA系統(tǒng)異常數(shù)據(jù)分析及治理建議

牛瑞，張望妮

（1.陜西省地方電力（集團(tuán)）有限公司，陜西西安710061;2.陜西省地方電力（集團(tuán)）有限公司渭南供電分公司，陜西渭南714000）

SCADA系統(tǒng)異常數(shù)據(jù)分析及治理建議

牛瑞，張望妮

（1.陜西省地方電力（集團(tuán)）有限公司，陜西西安710061;2.陜西省地方電力（集團(tuán)）有限公司渭南供電分公司，陜西渭南714000）

變電站無(wú)人值守化后，SCADA系統(tǒng)的重要性不容忽視，它是調(diào)度員進(jìn)行遠(yuǎn)方操控的得力助手。因此，接入SCADA系統(tǒng)的所有信息必須具備完整性、準(zhǔn)確性、一致性，以便達(dá)到提高系統(tǒng)對(duì)調(diào)控運(yùn)行、生產(chǎn)管理的支持力度。其中，遙測(cè)數(shù)據(jù)是調(diào)度運(yùn)行工作人員掌控全局的重要依據(jù)，是電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要因素[1-4]。但是，目前SCADA系統(tǒng)接入的遙測(cè)數(shù)據(jù)中存在著大量異常數(shù)據(jù)，且不易被發(fā)現(xiàn)而不能及時(shí)修正。這些異常數(shù)據(jù)的存在，不僅使調(diào)度運(yùn)行工作人員對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)的正確性產(chǎn)生懷疑，久而久之將會(huì)對(duì)SCADA系統(tǒng)產(chǎn)生一種不信任感，且因?yàn)楫惓?shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)存在一定的偏差，影響負(fù)荷預(yù)測(cè)[5-10]和工作正常進(jìn)行。本文分析了異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的可能原因，并依據(jù)數(shù)據(jù)的可用程度對(duì)異常數(shù)據(jù)分類，在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給出治理異常數(shù)據(jù)的建議。

1 異常數(shù)據(jù)的產(chǎn)生

SCADA系統(tǒng)異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的主要原因有：

1）廠站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控裝置、綜自設(shè)備或者數(shù)據(jù)采集過(guò)程中相關(guān)元件故障，導(dǎo)致SCADA系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)缺失或偏離正常值；

2）部分長(zhǎng)時(shí)間處于戶外的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備因?yàn)榄h(huán)境適應(yīng)能力較差，故障率偏高，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)漏傳、跳變等；

3）數(shù)據(jù)處理時(shí)參數(shù)、系數(shù)、單位等設(shè)置不夠準(zhǔn)確、合理，直接影響數(shù)據(jù)的可用程度。

2 異常數(shù)據(jù)分類及治理建議

2.1 錯(cuò)誤數(shù)據(jù)

錯(cuò)誤數(shù)據(jù)是指由于各種原因?qū)е伦罱K接入SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)嚴(yán)重偏離真實(shí)值，不能準(zhǔn)確反映電網(wǎng)的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

2.1.1 雙數(shù)跳轉(zhuǎn)

表現(xiàn)形式為采集到的遙測(cè)數(shù)據(jù)始終在兩個(gè)具體的數(shù)據(jù)之間來(lái)回跳轉(zhuǎn)。原因可能為站端兩臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)設(shè)置為主備模式，由于切換程序異常導(dǎo)致主備機(jī)頻繁切換；或者開(kāi)關(guān)I與開(kāi)關(guān)II的測(cè)控裝置地址重復(fù)，類似情況會(huì)直接導(dǎo)致遙測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)有時(shí)無(wú)，且遙信狀態(tài)頻繁切換。圖1所示為實(shí)際運(yùn)行中某站主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)單相電流曲線圖。

圖1 雙數(shù)跳轉(zhuǎn)曲線圖Fig.1 Even-numbered jump graph

治理建議：將站端的兩臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)設(shè)置為雙主模式，避免由于切換程序的異常影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性；檢查測(cè)控裝置中相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)地址，排除地址重復(fù)引起雙數(shù)間跳轉(zhuǎn)。

2.1.2 突變數(shù)據(jù)

指在某一時(shí)刻系統(tǒng)數(shù)值突然大幅度變大或者變小，數(shù)據(jù)曲線是尖波狀或者梯形狀。遇到突變數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)或調(diào)度運(yùn)行記錄明確具體情況，例如設(shè)備調(diào)試后未及時(shí)將設(shè)備默認(rèn)單位kW修改為系統(tǒng)要求單位MW，或變電站為雙電源同時(shí)供電，事故導(dǎo)致一側(cè)電源線路停運(yùn)，此時(shí)負(fù)荷突然變?yōu)?，而另一側(cè)電源的負(fù)荷必然會(huì)在定值允許條件下突然增大。

治理建議：工作人員必須認(rèn)真仔細(xì)且嚴(yán)格按照工作要求執(zhí)行，同時(shí)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況給相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)置上下限，防止跳變范圍過(guò)大影響區(qū)域總加數(shù)據(jù)。

2.1.3 零飄

表現(xiàn)為在某時(shí)間段內(nèi)某開(kāi)關(guān)未帶負(fù)荷甚至在冷備用狀態(tài)，但是遙測(cè)數(shù)據(jù)并不為0。如圖2、圖3所示，分別為實(shí)際運(yùn)行中某10 kV開(kāi)關(guān)單相電流288點(diǎn)零飄數(shù)據(jù)及相應(yīng)曲線圖。

治理建議：對(duì)于電網(wǎng)內(nèi)重要聯(lián)絡(luò)線則可在SCADA中用遙信位置作為邏輯判斷條件，分位輸出為0，合位輸出真值；一般聯(lián)絡(luò)線則根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式及歷史數(shù)據(jù)合理設(shè)置閾值，在零值一定區(qū)間內(nèi)輸出為0。

圖2 某10 kV開(kāi)關(guān)單相電流零飄值Fig.2 Zero drift value of single-phase current for a 10 kV circuit breaker

圖3 某10 kV開(kāi)關(guān)單相電流零飄曲線Fig.3 zero drift graph of sigle current for 10kV circuit breaker

2.2 畸變數(shù)據(jù)

畸變數(shù)據(jù)是指偏離了真實(shí)數(shù)值一定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。此類數(shù)據(jù)的產(chǎn)生一般情況下是在廠站端量測(cè)及傳輸過(guò)程無(wú)異常的情況下，由某些特殊事件的發(fā)生導(dǎo)致的，本文認(rèn)為屬于異常但非錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。在實(shí)際工作過(guò)程中常見(jiàn)情況如下。

2.2.1 功率不平衡

表現(xiàn)為主變各側(cè)、母線兩側(cè)流入不等于流出，即不滿足基爾霍夫定理。有兩種常見(jiàn)原因：一是廠站端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)表或主站端數(shù)據(jù)接收點(diǎn)表中，將該部件部分?jǐn)?shù)據(jù)的點(diǎn)號(hào)填反，如有功與無(wú)功或者相電壓與線電壓等；二是功率方向沒(méi)有遵守“流入母線為負(fù)、流出母線為正”的原則。

治理建議：維護(hù)人員在系統(tǒng)中添加母線、主變各側(cè)數(shù)據(jù)原值相加結(jié)果（應(yīng)接近于0），并在維護(hù)界面顯示該數(shù)值，方便工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理。

2.2.2 數(shù)據(jù)不刷新

指在某時(shí)間區(qū)間內(nèi)系統(tǒng)接收到的遙測(cè)數(shù)據(jù)值持續(xù)不變，歷史數(shù)據(jù)形成的曲線是一條平滑的直線。根據(jù)實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不刷新的原因最常見(jiàn)的有兩種，即遙測(cè)死區(qū)值設(shè)置過(guò)大或者數(shù)據(jù)溢出[11]。

1）死區(qū)值設(shè)置過(guò)大。死區(qū)是指輸入量的變化不致引起輸出量有任何變化的有限區(qū)間[12]，是人為設(shè)置用于判斷下一時(shí)刻采集到遙測(cè)數(shù)值較前一時(shí)刻值是否發(fā)生改變的門檻。死區(qū)又分為固定死區(qū)和變化死區(qū)。為表述方便，設(shè)定死區(qū)值為X，前一刻數(shù)值為N，任意時(shí)刻輸入數(shù)值為M，輸出值為T。

①固定死區(qū)，是指任意時(shí)刻輸入數(shù)值M大于死區(qū)值X時(shí)，輸出值T等于M，否則輸出值T保持前一刻數(shù)值N不變，如表達(dá)式（1）。

②變化死區(qū)，是指如果任意時(shí)刻輸入數(shù)值M，與前一刻數(shù)值N差值的絕對(duì)值大于等于死區(qū)值X時(shí)，輸出值為M，否則輸出值T保持前一刻數(shù)值N不變，如表達(dá)式（2）。

圖4所示即為實(shí)際運(yùn)行中變化死區(qū)值設(shè)置不合理，導(dǎo)致有功功率數(shù)據(jù)不刷新（拉直線）的24小時(shí)曲線圖。

圖4 變化死區(qū)設(shè)置不合理情形Fig.4 Unreasonable change of dead zone settings

治理建議：死區(qū)值的大小不能隨意設(shè)置，因此需要根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，針對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)設(shè)定不同的死區(qū)值。

2）數(shù)據(jù)溢出。IEC60870-5-101、103、104中指出遙測(cè)值上送支持3種標(biāo)準(zhǔn)：歸一化、標(biāo)度化、短浮點(diǎn)數(shù)[13]。歸一化處理時(shí)會(huì)遇到滿碼值，滿碼值是通信雙方約定的一個(gè)值，這個(gè)值一般是真實(shí)值的上限，如果真實(shí)值大于滿碼值，將會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)溢出的現(xiàn)象，溢出后保持滿碼值不變[13]。圖5-7即為數(shù)據(jù)溢出前及經(jīng)處理之后SCADA系統(tǒng)截圖。

治理建議：廠站、主站統(tǒng)一采用浮點(diǎn)數(shù)法確保數(shù)據(jù)位數(shù)充足或者根據(jù)數(shù)值大小合理設(shè)置數(shù)值單位，比如將功率單位由kW改為MW。

圖5 數(shù)據(jù)溢出現(xiàn)象Fig.5 Phenomenon of data overflow

圖6 數(shù)據(jù)溢出曲線圖Fig.6 Graph of data overflow

圖7 數(shù)據(jù)溢出處理后情形Fig.7 Processing diagram of data overflow

3 結(jié)論

SCADA系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確與否，直接影響調(diào)度運(yùn)行工作人員對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行情況的判斷，但是數(shù)據(jù)質(zhì)量的好與壞，不僅與維護(hù)人員的水平、自動(dòng)化設(shè)備自身的質(zhì)量有關(guān)，還與通信通道、測(cè)量回路、互感器二次繞組等多個(gè)環(huán)節(jié)密切相關(guān)。本文通過(guò)總結(jié)實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，有針對(duì)性地提出異常數(shù)據(jù)處理的方法及建議，希望能夠有益于自動(dòng)化數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的提升。

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Abnormal Data Analysis and Treatment Recommendations for SCADA System

NIU Rui1，ZHANG Wangni2
（1.Shaanxi Regional Electric Power Group Co.，Ltd.，Xi’an 710061，Shaanxi，China;2.Weinan Power Supply Branch of Shaanxi Regional Electric Power Group Co.，Ltd.，Weinan 714000，Shaanxi，China）

This paper introduces causes of the abnormal data of SCADA system in the actual operating process.According to the degree of its deviation from the real data in the actual operation，the abnormal data can be divided into two types of data:erroneous data and distorted data.Moreover，suggestions are proposed on how to prevent abnormal data from being produced or how to treat the abnormal data that has been formed for each cause of the abnormal data according to the practical experience summarized in the operation and maintenance process.

SCAD A system;abnormal data;distortion data;dead zone

介紹了實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中SCADA系統(tǒng)形成異常數(shù)據(jù)的原因，按照異常數(shù)據(jù)與實(shí)際運(yùn)行中真實(shí)數(shù)據(jù)的偏離程度，將多種異常數(shù)據(jù)分為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、畸變數(shù)據(jù)兩類，并依據(jù)運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中總結(jié)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)每種異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，提出了預(yù)防異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生或?qū)σ呀?jīng)形成的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行治理的建議。

SCADA系統(tǒng)；異常數(shù)據(jù)；畸變數(shù)據(jù)；死區(qū)

1674-3814（2017）09-0068-04

TM73

A

陜西省科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2014kjxx-03）。

Project Supported by the Science and Technology Research Development Program of Shaaxi Province（2014kjxx-03）.

2017-04-03。

牛 瑞（1985—），男，碩士，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化、調(diào)度運(yùn)行管理；

張望妮（1989—），女，碩士，主要研究方向?yàn)檩旊娋€路自適應(yīng)重合閘、電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化。

（編輯 徐花榮）