SCADA自動化軟件在電力系統(tǒng)監(jiān)控中的應(yīng)用

劉小春

LIU Xiao-chun

（湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，株洲 412001）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)監(jiān)控也得到了發(fā)展。在電力系統(tǒng)監(jiān)控中，SCADA自動化軟件系統(tǒng)是目前應(yīng)用最為廣泛的，而且隨著SCADA技術(shù)的持續(xù)發(fā)展相對而言也最為成熟。該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中有著完整的信息和較高的實(shí)用價值，而且與此同時還能夠快速的反應(yīng)和診斷出電力系統(tǒng)的故障問題等優(yōu)勢。SCADA軟件系統(tǒng)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)監(jiān)控過程中不可缺少的必備工具。它對提高電網(wǎng)運(yùn)行安全和可靠性有著重要的保障作用，極大的提高了電力調(diào)度的效率和水平。與此同時，伴隨著高速公路交通電力自動化水平的提高，相應(yīng)的電力系統(tǒng)監(jiān)控也要得到改善，SCADA軟件系統(tǒng)的應(yīng)用也就成了必然選擇。

1 SCADA軟件概述

1.1 SCADA自動化軟件

SCADA自動化軟件系統(tǒng)，全稱為：Supervisory Control And Data Acquisition，也就是數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA自動化軟件系統(tǒng)主要是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為支撐的，對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制與調(diào)度自動化控制系統(tǒng)。目前SCADA自動化軟件系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，它不僅涉及到電力系統(tǒng)和給水系統(tǒng)，而且也應(yīng)用于石油和化工行業(yè)中的數(shù)據(jù)信息采集以及監(jiān)事和控制等。它不僅僅可以監(jiān)事和控制現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備，而且還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集等各項(xiàng)功能。

1.2 SCADA自動化軟件的發(fā)展趨勢

SCADA系統(tǒng)發(fā)展至今，總共經(jīng)歷了三次重大的變革，第一次是專用的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的SCADA軟件，主要盛行于上個世紀(jì)五六十年代。第二次則是指八十年代通用計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，促進(jìn)了SCADA軟件系統(tǒng)的發(fā)展這一階段的SCADA技術(shù)主要應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度等。然而第三次的變革，也是最為重要的一次歷史性變革，主要是指基于分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的聯(lián)網(wǎng)SCADA軟件系統(tǒng)。

電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展初期，主要是為了解決遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信息的傳輸及共享等功能，隨著SCADA自動化技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)監(jiān)控正在向綜合控制、故障分析以及處理的綜合自動化方向發(fā)展。

1.3 SCADA軟件系統(tǒng)的主要功能

1）控制功能

針對SCADA自動化軟件系統(tǒng)中的控制功能，主要是指在電力系統(tǒng)控制過程中，可以遠(yuǎn)程控制某一遙控對象的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，或者是按照一定的順序控制整個運(yùn)行過程，用以簡化繁瑣的操作步驟。

2）信息數(shù)據(jù)的采集和處理功能

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，SCADA自動化軟件系統(tǒng)也得到了持續(xù)的發(fā)展，然而軟件的控制中心調(diào)度系統(tǒng)對各被控制點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時采集，并且通過顯示器等設(shè)備顯示各被控制點(diǎn)的工作運(yùn)行狀態(tài)，主要是監(jiān)視供電設(shè)備的非正常運(yùn)行狀態(tài)。

3）遙控功能

所謂控制功能主要是指可以對電力傳輸?shù)妮d體進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)與控制，并將傳輸?shù)慕Y(jié)果通過大屏幕顯示出來。其中的單獨(dú)控制主要是對被控站內(nèi)的其中某一個設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)節(jié)與控制。開關(guān)閉鎖控制主要是指對被控站內(nèi)所有的電力系統(tǒng)開關(guān)設(shè)備的日常操作根據(jù)具體的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。當(dāng)對該開關(guān)再次進(jìn)行操作控制時，將會出現(xiàn)適當(dāng)?shù)男畔⑻崾尽Ｊ謩幽M置位操作是指當(dāng)電力系統(tǒng)監(jiān)控發(fā)生故障時，可以通過手工方式設(shè)置開關(guān)的位置以及工作狀態(tài)。除此之外，手動隔離開關(guān)的狀態(tài)也可采用手動置位操作方式。當(dāng)置為手動方式時，監(jiān)控系統(tǒng)的控制功能失效。

4）復(fù)視系統(tǒng)功能

在電力系統(tǒng)監(jiān)控中，復(fù)視系統(tǒng)功能主要是指在供電車間設(shè)電力監(jiān)控復(fù)視系統(tǒng)，主要用于接收來自于控制中心轉(zhuǎn)發(fā)的復(fù)視數(shù)據(jù)信息，并對這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行顯示和處理，以及監(jiān)視和控制設(shè)備的整體運(yùn)行情況。

5）數(shù)據(jù)處理與報表處理功能

報表系統(tǒng)具有豐富強(qiáng)大的電子制表功能，通過ODBC/JDBC標(biāo)準(zhǔn)，可方便地將系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)與報表系統(tǒng)鏈接。可生成各種類型的狀態(tài)展示圖片，并且最終形成圖文并貌的圖文數(shù)據(jù)信息報表，直觀清晰一目了然。SCADA自動化軟件系統(tǒng)，針對電力控制系統(tǒng)可以根據(jù)用戶自身的實(shí)際需求，可以對報表進(jìn)行個性化定制。

6）自動檢測和防止外界干預(yù)

SCADA軟件系統(tǒng)，可以自行控制和管理大量的數(shù)據(jù)信息，而且自動化的對各設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控。也可對通過對各部門的運(yùn)行管理人員進(jìn)行口令以及級別進(jìn)行特殊化設(shè)置和檢查，確定每個操作員的具體操作權(quán)限，并且實(shí)時記錄每一個操作員的日常操作活動。該功能的系統(tǒng)具有以下四個方面的特點(diǎn)：1）防止錯誤操作所導(dǎo)致的一系列后果；2）可以很好的防止和免受外來的侵害；3）該功能與調(diào)試相結(jié)合使用；4）在檢查設(shè)備工作狀態(tài)的同時也能快速的顯示其工作運(yùn)行的狀態(tài)等。

2 SCADA在電力系統(tǒng)監(jiān)控中的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用過程中，為了極大的提高SCADA自動化軟件系統(tǒng)的可靠性，在自動化系統(tǒng)的終端，也就是通常所稱的主站網(wǎng)絡(luò)主要采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)和主機(jī)工作站以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器主要是通過各自所配備的網(wǎng)卡連接到網(wǎng)絡(luò)集線器上的。如圖1所示。

圖1 SCADA在電力系統(tǒng)控制中的系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 電力系統(tǒng)監(jiān)控的體系結(jié)構(gòu)

1）通信節(jié)點(diǎn)

在電力控制系統(tǒng)中，通信的節(jié)點(diǎn)的作用主要是指作為本地端口監(jiān)控系統(tǒng)與上級或其他本地信息的遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的通信接口。

2）維護(hù)員以及操作員節(jié)點(diǎn)

在系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，SCADA軟件維護(hù)員節(jié)點(diǎn)主要是指在系統(tǒng)中通常設(shè)有一個維護(hù)節(jié)點(diǎn)機(jī)用于生產(chǎn)、維護(hù)、管理系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)庫以及歷史數(shù)據(jù)庫等。在特殊情況下，維護(hù)員節(jié)點(diǎn)機(jī)可實(shí)現(xiàn)操作員工作站點(diǎn)的部分功能乃至全部功能。然而操作員節(jié)點(diǎn)的主要功能卻是操作命令的發(fā)布以及系統(tǒng)的監(jiān)視等，主要是通過網(wǎng)絡(luò)適配器與網(wǎng)絡(luò)相連接，進(jìn)行獨(dú)立工作。

3）系統(tǒng)的后臺處理

在自動化軟件電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)中，所謂的后臺處理也就是指對后臺主機(jī)的控制，其中后臺處理主機(jī)也就是人們通常所說的SCADA節(jié)點(diǎn)機(jī)，后臺處理主機(jī)是整個電力系統(tǒng)監(jiān)控的中心，該后臺處理主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息處理的功能。由于后臺處理機(jī)的地位十分重要，所以在大部分情況下電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)對其采用的主要是雙重配置技術(shù)，但是也容易導(dǎo)致冗余結(jié)構(gòu)。后臺的處理主機(jī)的主要功能包括：遙測、遙信以及遙控等功能。與此同時，電力系統(tǒng)監(jiān)控與此同時也具有在線顯示監(jiān)控的功能。

4）通信處理機(jī)

在電力系統(tǒng)控制中，通信處理機(jī)的主要功能是負(fù)責(zé)處理大量遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)信息通信，主要作為傳輸數(shù)據(jù)信息通道的接口，擴(kuò)大遠(yuǎn)程輸入以及輸出端口的容量，從而保障數(shù)據(jù)的傳輸和接收以及對數(shù)據(jù)信息的處理等。

5）電力系統(tǒng)下位機(jī)

在電力系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中，在通常情況下下位機(jī)主要是指硬件層上的設(shè)備，也就是人們常說的數(shù)據(jù)信息采集設(shè)備，它主要負(fù)責(zé)將現(xiàn)場的各種情況及時的傳輸?shù)胶笈_的數(shù)據(jù)庫中，而且與此同時也轉(zhuǎn)發(fā)后臺中相應(yīng)的控制命令。

6）其他相應(yīng)的輔助設(shè)備

在該系統(tǒng)軟件中，輔助設(shè)備主要有打印服務(wù)器、模擬盤以及主時鐘等。其中打印機(jī)的服務(wù)器是直接連接到局域網(wǎng)上的，并非互聯(lián)網(wǎng)，打印服務(wù)器主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)日常的管理過程中所有打印機(jī)，并且必須要保證報表以及數(shù)據(jù)信息的打印工作順利進(jìn)行等。但是模擬盤和大屏幕投影的主要功能是負(fù)責(zé)SCADA軟件系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及維護(hù)等。與此同時，一般性的系統(tǒng)都會在在控制站中配置一套GPS衛(wèi)星時鐘系統(tǒng)，主要是作為后臺控制中心的主時鐘，實(shí)現(xiàn)自動校準(zhǔn)時間的目的。

2.2 SCADA軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫

在實(shí)際運(yùn)用中，每一個軟件系統(tǒng)，都必須有一個完整的后臺數(shù)據(jù)庫作為支撐。而對于SCADA軟件系統(tǒng)主要有靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)的存儲，因此對于該系統(tǒng)后臺支撐的數(shù)據(jù)庫也有相應(yīng)的要求。

在電力系統(tǒng)監(jiān)控中，靜態(tài)數(shù)據(jù)主要有以下三種，1）監(jiān)控系統(tǒng)硬件和軟件的相關(guān)配置數(shù)據(jù)；2）電力系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備參數(shù)與運(yùn)行的數(shù)據(jù)信息；3）電力系統(tǒng)項(xiàng)目有關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)信息。而動態(tài)數(shù)據(jù)則是指隨著時間的變化，數(shù)據(jù)信息也會自動更新變化的。這種情況下的數(shù)據(jù)信息資料主要包括：1）電力系統(tǒng)監(jiān)控中的實(shí)時數(shù)據(jù)采集；2）針對該系統(tǒng)所作出的預(yù)測估算和研究開發(fā)數(shù)據(jù)信息；3）對電力系統(tǒng)監(jiān)控運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行歷史歸檔管理。

根據(jù)該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息的分類，可以將它用來模擬實(shí)際電力系統(tǒng)監(jiān)控的整體運(yùn)行情況，也可以充分的反應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行的模型特征，而且同時也可以利用該數(shù)據(jù)對電力系統(tǒng)監(jiān)控的整個運(yùn)行狀況進(jìn)行簡要的分析。軟件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用總體規(guī)劃SCADA需要接入該系統(tǒng)的監(jiān)控點(diǎn)，根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際情況作出相應(yīng)的決策。

3 應(yīng)用過程中的問題

目前，雖然SCADA技術(shù)已經(jīng)相對成熟，但是SCADA技術(shù)的發(fā)展更新速度相對而言比較緩慢，軟件系統(tǒng)在日常運(yùn)行過程中也存在著大量的問題，但是這些故障基本上都是由于電力系統(tǒng)的故障算法還沒有找到更好的計(jì)算機(jī)方法而導(dǎo)致的。對于日常運(yùn)營的電力系統(tǒng)監(jiān)控來說，卻是仍然沒有達(dá)到國家的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，難以滿足電力系統(tǒng)監(jiān)控的后期發(fā)展需求。

對于電力系統(tǒng)監(jiān)控的大電網(wǎng)來說，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對而言比較繁雜、數(shù)據(jù)信息的種類也是比較多，這些問題對于計(jì)算機(jī)來說都不是關(guān)鍵性問題，然而在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中所面臨的真正問題卻是對電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)采集數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)采集設(shè)備裝置的精度有待于提高，而且通訊效率十分低下，由于上述這些原因，因此不可能在短暫的時間內(nèi)完成對整個數(shù)據(jù)信息的采集和分析。

事實(shí)上，對于軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，最重要的要求就是結(jié)構(gòu)簡單算法明確而且快捷方便等。在目前的電力系統(tǒng)監(jiān)控中，SCADA軟件的潮流計(jì)算模塊大多數(shù)還是采用經(jīng)典的Newton算法，在實(shí)際應(yīng)用中尋求新的算法仍然是解決計(jì)算機(jī)處理和分析數(shù)據(jù)信息的一種重要途徑。但是隨著社會的發(fā)展，也對電力系統(tǒng)監(jiān)控提出了新的要求和新的挑戰(zhàn)。

4 結(jié)束語

綜上所述，在電力系統(tǒng)監(jiān)控中應(yīng)用SCADA自動化軟件系統(tǒng)，雖然給企業(yè)帶來了諸多的便利，但是與此同時企業(yè)在應(yīng)用過程中也面臨著一些必須解決的問題。為此SCADA自動化軟件系統(tǒng)伴隨著通信網(wǎng)絡(luò)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的持續(xù)迅速發(fā)展，也要引入相應(yīng)的先進(jìn)監(jiān)控技術(shù)，保證電力系統(tǒng)監(jiān)控中的數(shù)據(jù)傳輸安全以及傳輸途徑的可靠。

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