电力系统调度自动化简介

EMS-SCADA简介Ver20150302v0.1何为SCADA?SCADA:SupervisoryControlAndDataAcquisition-不是一个全面的控制系统,主要是基于管理层面的-位于硬件顶层的软件系统,通过PLC,RTU等模块于被控系统联系-广泛应用于工业的过程控制系统中-运行于DOS,VMS,UNIX,NT,LINUX等操作系统之上-是一种软实时的控制系统，在电力系统中它是一个复杂的计算机群电话调度：得到的信息是历史的，不一致的做出的判断和决策是不可靠的主要由厂站端的运行人员就地完成大部分监控功能厂站端人员不了解系统状态，不了解全局大规模电力系统的需求－SCADA的必要性：实时了解系统的运行状态迅速、准确、可靠地将厂站端信息传送到调度中心SCADA的位置电力系统SCADAActualFixedAccuratesimulation快照状态估计拷贝电力系统AGCAVC在线闭环控制操作控制在线开环控制电力系统调度计划、模拟和培训离线分析和规划培训模式SCADA是调度的“眼”和“手”数据流分类控制任务分类SCADA系统平台大型调度自动化系统配置路由器调度员工作站报表工作站运方工作站程序员工作站维护工作站网管工作站数据库服务器数据采集服务器SCADA服务器数据通讯服务器WEB服务器DTS服务器DTS工作站模拟屏GPSGPSMODEMSPDnet安全II区安全III区SPTnet磁盘阵列终端服务器千兆/百兆交换机服务器路由器物理隔离高级应用服务器拨号服务器认证加密装置•前置系统–主要功能：与变电站RTU的数据通信–单机系统：1－1前置机RTURS232前置机RTU1RS232RTU2RTUNn……实际系统：1－NGPSSDSUPERSTACK10BASE-TStatusAlertPowerTxLinkRxSERIALTDRDAlertActiveOC-3NETWORKLINEAlertActive4321SuperStackIIPathBuilderS330SLOT1SLOT2SLOT3CONSOLECom3通道柜RTU1RTU2RTU32…前置工作站APC/Win2K前置工作站BPC/Win2k通信服务器组A通信服务器组B•前置系统——系统实时数据来源远动通信技术RTUMODEM板RS232模拟通道MODEM板RS232数据接入设备模拟信号RTU光隔板RS232数字通道光隔板RS232数据接入设备RS232a.使用模拟通道，如载波、微波等通信方式b.使用数字通道，如扩频等通信方式前置工作站RS232前置工作站RS232传统的远动通信技术——串行通信RTUTCP/IP光纤光纤收发装置TCP/IPTCP/IP前置工作站TCP/IP光纤收发装置实时局域网高级的通信方式－网络通信采用光纤联网技术，连接距离10-100公里前置A前置BRTU1RTU2RTUN......光纤基于网络的数据采集和远动传统的通道切换方式使用通道切换柜通道切换柜通道板A通道板BRTU主通道备通道通道板A通道板BRTU主通道备通道......前置机A前置机B通道切换柜中插入多块通道切换板，所有的主备通道接入切换柜。2N个输入2N个输出现在的通道切换装置使用智能通道板智能通道板前置机A前置机BRTU备通道主通道智能通道板是一种可编程的MODEM板。可以通过程序控制通道板在输入的主备双通道之间自动切换。前置机和通道板之间采用内部协议进行通信，可以在线向通道板发送控制命令。前置系统数据接入技术RTU采用串行通信，前置系统需要接入大量的串行信号必须提供某种设备，使前置机能够访问多个RS232串口传统的数据接入方式——采用串口扩展设备先进的数据接入方式——采用通信服务器采用通信服务器接入通信数据已成为SCADA系统的发展趋势采用串口扩展设备接入数据控制卡CPU模块连接电缆扩展模块1－4串口1－8插入前置工作站串口扩展设备原理——串口扩展卡前置工作站A前置工作站B串口扩展设备串口扩展设备通道柜RTU信号1～N采用串口扩展设备接入数据采用通信服务器接入数据通信服务器标准的网络设备，将串行设备连接到网络，串口1－1610/100M以太网管理员给通信服务器分配一个IP地址，通信服务器自动为每个串口分配一个端口号。访问串口－访问网络设备，采用标准的TCP/IP协议，socket接口对每个串口，通信服务器提供高达230.4Kbps通信速率前置数据采集子网前置工作站A前置工作站B通信服务器组Anx16通信服务器组Bnx16通道柜RTU信号1～N实时网A实时网B数据采集网在前置工作站上安装第三块网卡。数据采集网上连接前置工作站和通信服务器组•主流的服务器平台PC服务器Unix服务器,Sun/HP•主流的服务器操作系统UnixWindows2000ServerLinux•主流的数据库MSSQLServerOracleSybase系统服务器Sun/UNIX实时数据网•服务器系统——数据存储中心调度员工作站——Window2000/XP调度工作站PC/Win2K调度工作站PC/Win2K双实时数据网•其他人机工作站——维护、PAS分析等维护工作站PC/Win2K运方工作站PC/Win2K调制解调器远程维护•WEB发布服务器–PC服务器–Window2000Server–IIS服务MIS网实时网WEB服务器操作系统(UNIX/LINUX,WindowsNT)和商用数据库软件结构实时数据库人机交互系统软总线(事件/通信服务)API模型建立WEB浏览系统安全与用户管理拓扑分析及动态着色无功电压控制…模拟操作统计计算告警历史数据保存及查询事故追忆遥控、遥调、对时数据采集系统软件支持软件应用软件报表AGCSCADA系统数据流图实时库历史库画面报警前置数据计算报表历史管理事件记录PDR记录实时数据处理历史数据处理PDR重演前置系统后台系统历史存储网络通信实时数据库以关系库为模板的、简化了的、基于内存的数据库实时应用程序实时任务调度与管理内存数据库数据库模式管理实时资源管理数据操作数据通信I/O调度关系数据库实时数据库体系结构SCADA的基本功能（一）数据采集(DataAcquisition)遥控和遥调操作(Tele-control,Tele-adjust)告警(Alarm)记录(Logging)事故追忆（PDR,PostDisturbanceReview）事件顺序记录（SOE,SequenceofEventRecording）统计、计算（Statistics,Calculation）SCADA的基本功能（二）双机切换(Failover)人机会话(ManMachineInterface)报表(Report)网络拓扑与动态着色(NetworkTopology,DynamicColoring)历史数据存储WEB浏览模拟盘驱动(MimicUpData)系统模型的建立工具SCADA的基本功能－数据预处理遥测量合理性校验遥测值变化率合理性校验遥测值的平滑滤波开关变位可信性校验SCADA的基本功能－信息显示和报警质量监视安全限制监视开关状态停电监视计划值执行情况设备状态保护和自动装置的动作状态基于图形界面的智能化支撑环境UNIX下Motif界面面向设备的图形化、一体化建模历史数据查询SCADA信息显示的例子－棒图适合显示机组出力，电压等数据SCADA信息显示的例子－饼图适合显示份额数据，如水电占总出力的份额，某机组出力占总出力的份额，等SCADA信息显示的例子－曲线适合显示某个量的变化趋势，如系统负荷，频率，电压等。SCADA的基本功能－遥控和遥调操作避免误操作返讯校验画面提示操作信息操作结果显示智能化防误操作调度录音电话SCADA的基本功能－PDR，SOE记录系统发生异常情况和事故发生的顺序作用：事故后分析事故PDR：记录事故前后一段时间间隔的重要实时数据。SOE：对事故时各种开关、继电保护、自动装置的状态变化信号按时间顺序排队。要求精确的时钟同步。EMS应用软件系统的数据流图拓扑分析可观测性分析网络通信SCADADB遥信网络结构母线模型SE结果实时状态估计遥测历史断面历史断面保存超短期负荷预测预测数据外网等值在线潮流潮流结果静态安全评定自动故障选择最优潮流校正对策分析在线故障计算智能化网络建模灵敏度分析经济评估分析量测系统分析维护短路容量扫描静态电压稳定暂态稳定分析短期负荷预测开停机计划水火电发电计划原有系统的问题1、信息模型私有，无标准；2、访问接口私有，可移植性差；3、协议私有，互操作性差。因此，如果要实现信息的集成和共享，则各信息孤岛两两之间都需要开发专用的接口结果导致：1、不同供应商的软件系统间集成困难；2、不同地区的电力部门间数据交换困难；3、随着信息系统规模的增大，甚至同一供应商的不同软件系统间集成也越来越困难。怎么办？如何表达？•如何交互？IEC61970-CIMIEC61970-CIS图形交换草案(ScalableVectorGraphicsBased)国外研究进展在1990年，美国电力科学研究院（EPRI）确立了CCAPI（控制中心应用程序接口）项目，EPRICCAPI项目的目标是：1、主要目标是形成一套导则或规范，以最小代价和无任何代码改动就可以将一个新应用软件安装在正在运行之中的EMS系统中，就象在台式机上安装软件包，或者在计算机中加块内存，实现EMS应用软件的“即插式”应用。2、最低目标是探讨一种方法，以减少目前需要在EMS系统中安装第三方软件的工作量。2000年12月，在美国Orlando，ABB、SIEMENS、ESCA、GEHarris等国际大公司基于IEC61970的公共信息模型（CIM）进行了第一次互操作试验获得成功；2001年5月，在美国的LasVegas，ABB、SIEMENS、ESCA、GEHarris等国际大公司基于IEC61970的公共信息模型（CIM）进行了第二次互操作试验获得成功；2002年6月在美国进行了第三次互操作实验，进行了XML文档的合并，进行了潮流计算。2001年基于CIM的第二次互操作试验图示ParticipantAParticipantBCIMXMLImportCIMXMLDoc1PowerFlowApplicationACIMXMLImportPowerFlowApplicationBCIMXMLExportCIMXMLDoc2CIMXMLValidatorCIMXMLExportCIMXMLDoc3SolutionSolution(1)(5)(4)(6)(3)(3)(2,8)(2,8)(1,7)(6)(4)(7)(5)Solution(8)(2)国内研究情况2004年9月14~2004年9月16日在北京国调中心举行了基于CISGDA接口的国内第五次互操作试验。基本实现了基于XMLCIM模型的交换、合并、拆分基于CIS的GDA接口的测试IEC61970标准简介IEC61970-1：导则和一般要求IEC61970-2：术语表IEC61970-301：公用信息模型（CIM）基本部分）IEC61970-302：（CIM）财务、能量计划和预定部分IEC61970-303：（CIM）SCADA部分IEC61970-401：组件接口规范（CIS）框架部分IEC61970-402：（CIS）公用数据接口工具部分IEC61970-403：（CIS）GenericDataAccessIEC61970-404：（CIS）HighSpeedDataAccessIEC61970-405：（CIS）GenericEventingandSubscriptionIEC61970-407：（CIS）TimeSeriesDataAccesIEC61970-501：CIMRDF概要图形交换草案-SVG图形CompaqSun通用平台（基于扩展ORB核心的中间件）基于IEC61970C