電網調度自動化系統(tǒng)基礎介紹

1、電網調度自動化系統(tǒng)基礎介紹高紀湘1我國電網調度分層結構21.1電力系統(tǒng)組織和結構分層21.2電力系統(tǒng)調度的分層控制22電網調度信息32.1分類32.2特點43電力系統(tǒng)遠動及調度自動化系統(tǒng)43.1電力系統(tǒng)遠動43.1.1電力系統(tǒng)遠動功能43.1.2電力系統(tǒng)遠動信息及傳輸模式43.1.3遠動信息編碼43.1.4檢錯糾錯編碼的基本概念：53.1.5遠動通道：63.1.6遠動終端73.1.7遠動系統(tǒng)83.2調度自動化系統(tǒng)93.2.1調度自動化系統(tǒng)的發(fā)展過程103.2.2調度自動化系統(tǒng)組成103.2.3調度自動化系統(tǒng)功能113.2.4調度自動化系統(tǒng)分層113.2.5分層實例123.2.6調度自動化系統(tǒng)主

2、站結構143.2.7調度自動化系統(tǒng)主站功能163.2.8調度自動化系統(tǒng)主站性能指標224 配電自動化234.1配網自動化系統(tǒng)與地/縣級電網調度自動化系統(tǒng)的異同244.2配電自動化的意義及難點254.3配電自動化功能254.4配電自動化的實施方式275 展望281我國電網調度分層結構電能的特點之一是不能儲存。電能從分散在廣大地域上的發(fā)電廠發(fā)出，經高壓變電站升壓，經高壓輸電線、降壓變電站、配電網直到用戶。用戶配電網高壓變電站輸電線發(fā)電廠配電管理系統(tǒng)（DMS）能量管理系統(tǒng)（EMS）配電SCADA需方管理調度自動化AGC 圖1 EMS和DMS在電力系統(tǒng)中的關系1.1電力系統(tǒng)組織和結構分層調度中心是對發(fā)

3、電廠、變電所、線路等進行調度控制的中心，由于電力系統(tǒng)是一個龐大復雜的跨地區(qū)系統(tǒng)，必須實行分層管理。我國電網實行的統(tǒng)一調度分層管理：設有國家電力調度通信中心（國調）、網調、省調、地調、配調/縣調。隨著西電東送、全國聯網的推進，國調的作用將發(fā)生改變。調度管理的主要任務是：充分利用發(fā)供電設備和調節(jié)手段向用戶提供合格的電能；在不發(fā)生超過設計規(guī)定的條件下，使電力系統(tǒng)安全運行和對用戶不間斷供電；合理使用燃料、水力等資源使電力系統(tǒng)在安全穩(wěn)定運行的前提下達到最大的經濟性和減少對環(huán)境的污染。調度管理的主要內容是：（1）電力系統(tǒng)運行計劃的編制；（2）電力系統(tǒng)運行控制；（3）電力系統(tǒng)運行分析；（4）繼電保護、通信和

4、調度自動化等設備的運行管理；（5）有關規(guī)程的編制和人員培訓等專業(yè)管理。1.2電力系統(tǒng)調度的分層控制世界各國電力系統(tǒng)都采用分層調度控制。全系統(tǒng)的調度控制任務分屬于不同層次，下級調度除完成本層的調度控制任務外，還要接受上層調度的命令并向其傳達有關信息。采用分層控制的優(yōu)點主要是：（1）與組織結構相適應：（2）系統(tǒng)可靠性提高；（3）系統(tǒng)響應改善。我國調度任務的分層大體是：大型發(fā)電廠、500KV及以上變電所由網調管理，中小型電廠、220KV變電所由省調調度，110KV及以下變電所和配電網由地調調度。調度任務可分為系統(tǒng)監(jiān)視、系統(tǒng)控制操作、調度計劃、運行記錄及其它調度管理業(yè)務。2電網調度信息電力系統(tǒng)運行時，

5、各級調度中心及發(fā)電廠、變電所相互間傳遞的反映運行狀態(tài)和進行控制調節(jié)的信息以及與系統(tǒng)運行有關的其它信息。2.1分類可按功能要求、信息流向、信息制式等分類：l 功能要求 實時信息（Real Time Information）：反映電力系統(tǒng)運行狀態(tài)和進行設備控制調節(jié)的信息，如：- 遙信（Telesignaling/YX）-反映各斷路器、隔離開關的分合狀態(tài)、變壓器分接頭位置以及保護自動裝置動作狀態(tài)等；- 遙測（Telemetering/YC）-反映線路、變壓器、發(fā)電機、母線、負荷等的有功功率、無功功率、電流、電壓、頻率以及電量等；- 遙控（Telecommand/YK）-向管轄范圍內的電氣設備發(fā)送的斷

6、路器分/合閘、發(fā)電機起/停、電容器以及保護和其它自動裝置的投入、切除；- 遙調（Teleadjusting/YT）- 向管轄范圍內的發(fā)電機發(fā)送的調節(jié)有功功率、無功功率和電壓、變壓器分接頭位置等的調節(jié)命令。 批次信息（Batch Information）-為管理服務的數據、報表以及對電力系統(tǒng)安全、經濟運行進行情況進行運算分析得到的一些數據； 水情信息（Information of Regimen）- 反映電力系統(tǒng)有關地區(qū)內的水情、氣象信息。l 信息流向：上行信息和下行信息；l 信息制式 模擬量 隨時間變化的連續(xù)量 開關量 又稱狀態(tài)量，只有兩種狀態(tài)； 數字量 一次儀表以數字量輸出的量，如頻率、水位

7、； 脈沖量 一次儀表以脈沖量輸出的量，如電度。2.2特點數量多、分布地域廣，運行狀態(tài)變化頻繁，變化過程快，干擾強，因此要求調度信息具有高實時性和高可靠性。3電力系統(tǒng)遠動及調度自動化系統(tǒng)綜合利用電子計算機技術、遠動和遠程通信技術，實現電力系統(tǒng)調度自動化。調度自動化系統(tǒng)是現代電力系統(tǒng)運行不可缺少的重要組成部分。3.1電力系統(tǒng)遠動3.1.1電力系統(tǒng)遠動功能運用通信、電子和計算機技術采集電力系統(tǒng)實時數據，對電力網和遠方發(fā)電廠、變電所的運行進行監(jiān)視和控制，即運用遠程通信技術完成四遙功能。遠動在歐洲被稱為Telecontrol，在北美被稱為SCADA（Supervisory Control And Dat

8、a Acquisition）。3.1.2電力系統(tǒng)遠動信息及傳輸模式遠動信息包括遙測信息、遙信信息、遙控信息和遙調信息。信息傳輸模式可分為循環(huán)式（CDT）和問答式（Pooling）：l 循環(huán)式被控站將采集的實時數據按約定的規(guī)則循環(huán)不斷地向主站(控制站)傳送；l 問答式控制站要獲得實時信息，需先向被控站查詢，然后數據才從指定的被控站送往控制站。3.1.3遠動信息編碼采集的遠動信息在傳輸前必需按照有關規(guī)約的規(guī)定，把遠動信息變換成各種信息字或各種報文。這種變換工作叫遠動的信息編碼。編碼由數據采集裝置完成。我國原電力部頒發(fā)的循環(huán)式傳輸規(guī)約的信息字格式見下圖：功能碼信息碼校驗碼8位8位圖2 循環(huán)式傳輸規(guī)約

9、的信息字格式32位循環(huán)式傳輸規(guī)約規(guī)定，任何信息字都由48字節(jié)組成，前8位是功能碼，它有28種取值用來區(qū)分各種不同信息內容。最后8位是校驗碼，其產生規(guī)則是在40位信息碼的基礎上后面添加8個零，再模二除以生成多項式g(x)=x8+x2+x+1，將所得余式取非后作為8位校驗碼。問答式傳輸規(guī)約中的報文（Message）格式見圖3字節(jié)N-1報文頭數據區(qū)校驗碼字節(jié)0圖3 問答式傳輸規(guī)約的報文格式報文頭通常有3至4字節(jié)，它指出問答雙方的地址、報文種類、報文數據區(qū)的字節(jié)數等。數據區(qū)的內容、字節(jié)數和字節(jié)中各位的含義由報文頭有關字節(jié)指出，校驗碼按照規(guī)約指定的某種編碼規(guī)則，用報文頭和數據區(qū)的碼字運算得到。報文的長度

10、按字節(jié)增減。3.1.4檢錯糾錯編碼的基本概念：數字信號在傳輸過程中受到干擾而造成錯碼難以避免。數據通信、計算機及自動控制的發(fā)展和廣泛應用，提出了如何提高抗干擾能力，有效而可靠地進行數字傳輸等要求，從而促進了編碼理論的發(fā)展，目前糾錯編碼已成為應用數學的一個分支。要發(fā)現或糾正傳輸過程中的錯誤就必需進行檢錯和糾錯。其基本做法是在發(fā)送信息碼元時，附加若干冗余碼元，使碼元之間的關系符合某一確定的規(guī)則，收信端按此規(guī)則進行檢查便可知道是否有錯碼。數字信號序列是分組傳送的，若每組有k個信息碼元，便有了2k個組合（碼字）。將這些碼字按確定的規(guī)則變換成n個碼元的數字序列相互間應有盡可能多的差異，這個過程叫編碼，此

11、2k個的組合叫（n, k）分組碼。其中n為碼長，k為信息碼元數，n-k為冗余碼元數，冗余碼元又稱為監(jiān)督碼元、保護碼元。因為監(jiān)督碼元是根據信息碼按線性方程式規(guī)則算出來的，故又稱為線性分組碼。k個信息碼元在前，n-k個冗余碼元在后的（n, k）碼稱為系統(tǒng)碼，反之稱為非系統(tǒng)碼。碼長為n共有2n個碼字，其中2k個為有效碼字，2n-2k個為禁用碼字。接收端對收到的碼元序列按預定規(guī)則進行效驗，如屬于有效碼字就認為是無錯碼，若屬于禁用碼字則肯定出錯，這個過程叫檢錯譯碼。進一步還可以進行糾錯。最直觀的是采取最大似然譯碼法，即將收到的碼字與合法碼字進行比較看它與哪個碼字差別最小就譯成該碼字。碼距：在編碼中用碼距

12、來表示兩個碼字差異的大小。碼字集合中，碼距的最小值稱為最小碼距dmin，又稱漢明距離，它是衡量其糾錯/檢錯能力的重要指標。dmin愈大，糾錯檢錯能力愈強，它們的關系如下：（1）一個（n, k）分組碼要能發(fā)現任意e個碼元錯誤，則其中碼字間的最小距離dmin應滿足：dmine+1（2）如果要能糾正t個碼元錯誤，則應滿足：dmin2t+1（3）如果要能糾正t個碼元錯誤，又要發(fā)現e個（et）碼元錯誤，則應滿足：dmint+e+1。在二進制的前提下，一個碼字中非零元素數目（即1的個數）稱為碼字的漢明重量，簡稱碼重，用w表示，線性碼的最小碼距等于該碼字集合中的最小碼重。主要檢錯糾錯編碼有奇偶效驗碼、恒比碼

13、、循環(huán)碼、BCH碼和卷積碼。3.1.5遠動通道：遠動通道是指主站與遠方終端間進行數據通信的設備，也稱信道。通信介質包括有線（專用有線通道、復用電力線載波、光纖）、無線（微波、無線擴頻、移動通信、衛(wèi)星通信）等。通道質量的好壞直接影響信號傳輸的可靠性。為加強電力系統(tǒng)的信道建設，我國現已建成以光纖為主干的國家電力調度數據網絡（State Power Data network, SPDnet）和電力數據通信網絡（State Power Telecommunication network，SPTnet）構成的四級數據網，為遠動信息傳輸提供了良好的基礎。數據傳輸的工作方式：全雙工-可同時進行雙向通信；單工

14、：只能進行單向通信；半雙工-雙方交替進行發(fā)送和接收。數據傳輸通道類型：傳統(tǒng)的遠動通道和網絡通道。傳統(tǒng)的遠動通道見下圖。主站通信口調制解調器通信設備TXDRXDRTU通信口通信設備調制解調器TXDRXD通信線路通信媒體遠動通道TXD-發(fā)送數據線，RXD-接收數據線圖4 遠動通道示意圖3.1.6遠動終端遠動終端（Remote Terminal Unit, RTU）定時采集包括模擬量、脈沖量及開關量等實時數據并進行數據處理，按遠動通信規(guī)約發(fā)給主站。從主站下發(fā)的命令通過遠動終端接收識別后輸出至執(zhí)行機構或調節(jié)器。有的廠站遠動終端還可以向當地值班人員提供一般控制屏上所沒有的監(jiān)控信息，如功率總加、越限告警等

15、。如當地有監(jiān)控計算機，遠動終端僅需要與其接口，而不需要當地功能。RTU的功能：采集并向遠方發(fā)送遙信、遙測量接收并執(zhí)行遙控、遙調，合稱“四遙”。此外還有事件順序記錄、數據總加、信息轉發(fā)、越限告警、與兩個以上調度中心通信、接收并執(zhí)行校時命令、復歸命令、主備通道自動切換等。RTU的分類：RTU、DTU、FTU、TTU、ERTU。遠動終端結構見下圖。調制解調器網絡接口當地顯示/監(jiān)控計算機遠動終端脈沖量模擬量開關量調節(jié)器執(zhí)行機構時鐘上行 下行上行 下行圖5 遠動終端結構簡圖3.1.7遠動系統(tǒng)遠動系統(tǒng)配置的基本模式如圖示。（a） (b) (c)(d) (e)圖6 遠動配置的類型（a）點對點 (b) 多路點

16、對點 (c) 多點星形 (d) 多點共線 (e) 多點環(huán)形遙控命令編碼遙調命令編碼遙控輸入遙調輸入調制信道打印送模擬屏送主計算機遙測遙信顯示解調譯碼同步返送校核電流變送器電壓變送器功率變送器模擬多路開關A/D調制編碼傳感器脈沖計數數字多路開關傳感器遙控執(zhí)行解調譯碼遙調執(zhí)行同步ivp電量輸入非電量輸入脈沖量輸入狀態(tài)量輸入非電量輸入上行信息上行信息下行信息下行信息前置機部分通道終端裝置部分圖7 遠動系統(tǒng)的功能結構框圖遠動系統(tǒng)是調度自動化系統(tǒng)的重要組成部分，是實現調度自動化的基礎。3.2調度自動化系統(tǒng)遠動技術在電力系統(tǒng)中的應用，使電力系統(tǒng)調度工作進入自動化階段。當運動裝置從布線邏輯的全硬件發(fā)展到廣泛

17、采用計算機技術后，就出現了調度自動化系統(tǒng)。傳統(tǒng)的調度自動化系統(tǒng)被認為是保證電網安全運行的三大支柱之一（其他兩個是安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、電力專用通信系統(tǒng)），在電力系統(tǒng)的安全運行中發(fā)揮了并繼續(xù)發(fā)揮著不可替代的作用。3.2.1調度自動化系統(tǒng)的發(fā)展過程l 20世紀30年代，電力系統(tǒng)就有了集中式自動調頻和機電型遠動裝置；l 60年代開始用計算機實現SCADA、AGC/EDC功能；l 我國調度自動化始于70年代。70年代基于專用計算機和專用操作系統(tǒng)的SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，如SD 176；l 80年代基于通用計算機的EMS（Energ

18、y Management System）系統(tǒng)，如四大網引進系統(tǒng)，VAX/VMS的SCADA/EMS系統(tǒng)；l 90年代基于RISC/UNIX的開放式分布式EMS/DMS（Distribution Management System）系統(tǒng)，如：RD 800、OPEN 2000、SD 6000、CC 2000等；l 進入21世紀以來，遵循IEC 61970 CIM（Common Information model）/CIS(Component Interface Standard)，以采用JAVA、因特網、面向對象技術、綜合考慮電力市場環(huán)境中安全運行及商業(yè)化運營要求等為特征的新一代EMS系統(tǒng)，如OP

19、EN 2000E、TH21000等。3.2.2調度自動化系統(tǒng)組成一般調度自動化系統(tǒng)的結構如下圖示。RTU發(fā)電廠RTU發(fā)電廠RTU變電所RTU變電所通道前置機下級主站上級主站數據采集和執(zhí)行主站主計算機顯示器、鍵盤、鼠標人機聯系子系統(tǒng)主計算機遠動子系統(tǒng)模擬屏圖8 調度自動化系統(tǒng)簡圖3.2.3調度自動化系統(tǒng)功能調度自動化系統(tǒng)的功能可分為數據采集和系統(tǒng)監(jiān)控以及能量管理兩大部分。SCADA：完成信息采集、傳輸、監(jiān)視和控制，通過人機界面實現對系統(tǒng)的在線安全監(jiān)視，并有越限告警、記錄、打印制表、事故追憶、系統(tǒng)自身監(jiān)視等；對系統(tǒng)中的重要開關進行遙控、對有載調壓變壓器、調相機、電容器等設備進行調節(jié)或投切，并完成記

20、錄、統(tǒng)計、制表等日常工作；隨著調度自動化的發(fā)展，把原來獨立的頻率及有功自動調節(jié)系統(tǒng)以及自動發(fā)電控制（Automatic Generation Control, AGC）和經濟調度（Economic Dispatching）包括進來，擴展成AGC/ED功能。EMS：隨著電力系統(tǒng)的擴大和接線更加復雜，僅僅監(jiān)視運行工況是遠遠不夠的，近年來在網絡和通信技術的支持下發(fā)展成包括SCADA、AGC/ED、PAS、DTS的能量管理系統(tǒng)（EMS）。隨著電網互聯和電力改革的步伐的加快，對電網運行調度和控制的要求提出了許多更新更高的要求。傳統(tǒng)的EMS的概念、結構和功能都將發(fā)生很大的變化。3.2.4調度自動化系統(tǒng)分層

21、與調度管理體制相適應，我國實行五級調度自動化系統(tǒng)，不同系統(tǒng)承擔不同功能。l 國調EMS：通過計算機數據通信與各大區(qū)電網控制中心相聯，協(xié)調、確定大區(qū)間的聯絡線潮流和運行方式，監(jiān)視統(tǒng)計和分析全國電網運行情況： 采集各大區(qū)網和有關省網信息，監(jiān)視大區(qū)電網的重要測點工況及全國電網運行概況，并進行統(tǒng)計分析； 進行電力互聯系統(tǒng)的潮流、穩(wěn)定、短路電流及經濟運行計算，校核計算的正確性，并通過計算機數據網向下傳達； 處理所采集的有關信息，作長期安全經濟運行分析，并提出對策。l 大區(qū)網調EMS：按統(tǒng)一調度、分級管理原則，負責超高壓電網的安全運行，并按規(guī)定的發(fā)電計劃及監(jiān)控原則進行管理，提高電能質量和經濟運行水平： 數

22、據采集和監(jiān)控、經濟調度以及有實用效益的安全分析； 進行負荷預測，制定開停機計劃和水火電經濟調度的日分配計劃、閉環(huán)或開環(huán)AGC； ?。ㄊ校╅g和有關大區(qū)網的供受電量計劃編制和分析； 進行潮流、穩(wěn)定、短路電流及離線或在線的經濟運行分析計算，通過計算機通信校核各種分析計算的正確性，并上報和下傳。l 省調EMS：負責省網的安全運行，并按規(guī)定的發(fā)電計劃及監(jiān)控原則進行管理，提高電能質量和運行水平。獨立省網和大區(qū)網內作為一個獨立的控制區(qū)域，與相鄰的省網實行聯絡線控制的省級調度： 數據采集和監(jiān)控、經濟調度以及有實用效益的安全分析； 進行負荷預測，制定開停機計劃和水火電經濟調度的日分配計劃、閉環(huán)或開環(huán)AGC； 地

23、區(qū)間和有關省網的供受電量計劃編制和分析； 進行潮流、穩(wěn)定、短路電流及離線或在線的經濟運行分析計算，通過計算機通信校核各種分析計算的正確性，并上報和下傳，并提供給運行方式部門作為計劃編制的依據。l 地調：一般是SCADA系統(tǒng)加部分PAS、DTS功能，不包括AGC： 實現所轄地區(qū)的安全監(jiān)控； 對所轄有關站點（直接站點和集控站點）開關的遠方操作，變壓器分接頭的調節(jié)和電力電容器的投切； 用電負荷管理和自動投切。l 縣調/配調：隨著農村電氣化和城鄉(xiāng)配電自動化而發(fā)展起來，基本功能包括基本數據采集和監(jiān)控和擴展的據采集和監(jiān)控，PAS、DTS大多是選項，對于配網的網絡分析具有不同于輸電網的網絡分析功能，有的雖然

24、名稱相同，但算法不同。此外配調還需考慮和GIS接口。3.2.5分層實例合理確定分層數和各層的調度分工是非常重要的。主要采取兩層和三層控制。如日本的電力調度控制系統(tǒng)分中央、中間和集中三層控制所。中央控制所（總局）負責整個系統(tǒng)可靠性運行及有效利用設備，包括負荷頻率控制、主干系統(tǒng)電壓控制、系統(tǒng)發(fā)電計劃等。中間控制所（分局）負擔主干系統(tǒng)以下地區(qū)系統(tǒng)的調度工作，包括地方系統(tǒng)安全監(jiān)控、調度操作、地方電廠調度、信息采集和向中央控制所傳送信息。集中控制所主要管理向負荷供電的變電所群進行遠方控制和變電所設備維修。計算中心中央控制所主干系統(tǒng)變電站火電廠、核電廠、抽水蓄能水電站等中間控制所一次變電站地方火電廠、大型

25、水電站等集中控制所一般變電站一般水電站總局分局大用戶10101001030300圖9 日本電力系統(tǒng)調度三層控制系統(tǒng)模型（圖中數字為一般數量）PSPSRCCRCCDCCDCCDCCDCCDCCRCCMCC-主調度中心；RCC-區(qū)域調度中心；DCC-地區(qū)調度中心；PS-發(fā)電廠； -變電所、被控站MCC圖10 電力系統(tǒng)遠動系統(tǒng)典型分層結構（IEC 870-1-1）3.2.6調度自動化系統(tǒng)主站結構專用安全隔離裝置數據服務器SCADA/AGC服務器PAS服務器工作站數據采集與通訊子系統(tǒng)串行通訊設備路由器安全區(qū)Web子系統(tǒng)DTS子系統(tǒng)安全區(qū)安全區(qū)防火墻圖11 一個典型的能量管理系統(tǒng)基本配置圖從硬件結構來看

26、，整個系統(tǒng)分布在三個安全區(qū)中，分別為安全區(qū)、安全區(qū)和安全區(qū)，主系統(tǒng)位于安全區(qū)，DTS子系統(tǒng)位于安全區(qū)，WEB子系統(tǒng)位于安全區(qū)，安全區(qū)與安全區(qū)使用防火墻，安全區(qū)與安全區(qū)之間設置正向與反向電力專用隔離裝置隔離。主系統(tǒng)包括雙冗余局域網子系統(tǒng)、數據采集與通訊子系統(tǒng)、各種應用服務器與工作站。1.局域網子系統(tǒng)系統(tǒng)采用冗余的雙交換式局域網結構，大型用戶可采用具備三層交換功能的企業(yè)級或部門級交換機，重要的服務器還可采用1000M速率接入，普通用戶可采用中檔交換機，構成功能分布的開放系統(tǒng)。2.實時數據采集子系統(tǒng)數據采集服務器通過兩塊網卡分別聯到主干網，網上傳輸的為經過數據采集服務器處理的、向SCADA應用服務器

27、傳輸或接收的數據報文，以及各工作站間進行交換的報文；它還通過第三、四塊網卡與數據采集專用網段相聯。采用主網和數據采集網段分離的最大優(yōu)點是能減輕主網負荷，提高整個系統(tǒng)的安全性及可靠性。連接在第三、四網段的有數據采集前置設備和有雙重化冗余配置的交換式路由器、終端服務器、調制解調器/數字隔離板以及監(jiān)視切換設備等。每套前置系統(tǒng)具有對多個廠站進行通信的能力，且每路具有獨立的端口。串口通信速率能在300Bd和11500Bd之間可選，并能適應同步、異步和模擬以及數字通信方式，也可接入網絡RTU。支持CDT，Polling及網絡協(xié)議等能文字描述的通信規(guī)約，系統(tǒng)一般應提供規(guī)約庫或通用的國標庫，還應提供針對某些變

28、種協(xié)議的人機界面定義描述，提供標準接口供今后擴展之用，獲得授權的用戶可以方便地在規(guī)約庫中增加新規(guī)約。此外系統(tǒng)還應提供完善的軟硬件仿真、測試手段。3.SCADA/AGC子系統(tǒng)SCADA子系統(tǒng)完成遙信、遙測量的處理、越限判斷、計算等電網的實時監(jiān)控功能，AGC子系統(tǒng)完成自動發(fā)電控制功能，這兩個子系統(tǒng)配置在同一組物理服務器上，采用兩臺服務器以熱備用方式運行。4.歷史數據服務子系統(tǒng)該子系統(tǒng)主要完成歷史數據存儲、管理。系統(tǒng)按指定周期將實時數據服務器中的數據轉儲到該服務器中，實現實時數據的長期存檔。歷史數據管理的所有功能都基于關系型商用數據庫來實現。系統(tǒng)一般采用兩套RISC服務器及磁盤陣列作為系統(tǒng)管理及歷史

29、數據服務器。兩臺服務器按熱備用方式運行，雙服務器直接接入系統(tǒng)雙LAN上。 歷史數據庫中的實時記錄數據取自SCADA 處理后的數據。SCADA平臺發(fā)生切換時，不會造成歷史數據庫的數據丟失和數據庫損壞。5.PAS應用服務子系統(tǒng)該子系統(tǒng)用于實現電網的發(fā)電計劃和網絡分析功能?？膳渲脙商識ISC 服務器，兩臺服務器安裝相同的操作系統(tǒng)、電力應用及網絡分析軟件，同時運行（或單獨運行），自動均衡負載和自動平衡請求任務以完成各種應用功能。服務器接在系統(tǒng)雙LAN上，LAN網絡上的各種切換不會影響服務器功能和數據丟失。6.調度員培訓模擬子系統(tǒng)DTS系統(tǒng)自成一個局域網，用于對調度人員和EMS系統(tǒng)維護人員進行各種操作技

30、能和應用技能的培訓。配置1臺電網仿真服務器、1臺學員工作站、1臺教員工作站。該子系統(tǒng)是相對獨立于EMS系統(tǒng)，其局域網通過一臺網絡接口設備與EMS主局域網相連接。同時具備與大屏幕投影儀的接口。7.安全WEB子系統(tǒng)遵照有關電力二次系統(tǒng)安全防護文件的要求，將WEB子系統(tǒng)與主系統(tǒng)相對獨立， WEB服務器可配置一到兩臺。在安全區(qū)與安全區(qū)之間布置正向與反向專用電力專用隔離裝置，正向隔離用于從內向外的通訊，傳送實時數據、歷史數據及圖形文件等，反向隔離用于從外向內的通訊，傳送計劃值等。在安全區(qū)與安全區(qū)之間布置經過有關部門認可的國產硬件防火墻。8.人機界面子系統(tǒng)工作站一般配置UNIX工作站，也可配置高檔PC圖形

31、工作站。由于系統(tǒng)采用了C/S結構，主要任務都在服務器上處理，所以工作站的配置可以相對低一些。3.2.7調度自動化系統(tǒng)主站功能1.支持平臺 (1) 實時與商用數據庫相結合的數據庫管理系統(tǒng)目前，廣泛采用商用數據庫已成為工業(yè)界數據庫應用的潮流，有了商用數據庫的管理，才能方便地實現信息的共享，現有的商用軟件才可直接使用，與其它系統(tǒng)的互連才能按標準方式進行，系統(tǒng)才真正具有完全意義上的開放性。但如果全部直接使用商用數據庫，又難以滿足電力系統(tǒng)實時性的要求，所以我們在設計數據庫管理系統(tǒng)的時候，采用實時數據庫管理系統(tǒng)和商用數據庫管理系統(tǒng)相結合的方法。商用數據庫管理系統(tǒng)主要用來進行數據庫建模，歷史數據存貯，告警信

32、息的登錄、設備信息的存貯，管理信息和其他信息的保存，以及整個系統(tǒng)數據安全性的檢查，一致性和完整性的保證等。一般實時數據庫管理系統(tǒng)是自行開發(fā)的具有Client/Server模式的數據庫管理系統(tǒng)，具有很快的響應時間，能很好地滿足電力系統(tǒng)實時性的要求，同時它還是一個網絡數據庫管理系統(tǒng)，它可以管理分布于網絡中各個結點上的所有分布式數據庫，這就為系統(tǒng)的靈活配置和功能的隨意組合提供了技術基礎。兩種數據庫在系統(tǒng)中的有機結合，協(xié)調同步是一個系統(tǒng)設計成敗的關鍵，必需采用先進的管理機制，對兩種數據庫進行統(tǒng)一管理，向用戶提供統(tǒng)一的訪問接口和人機界面，用戶訪問數據庫時，只要指出要訪問的對象，就可檢索到相應的數據，而無

33、須指明所需訪問的數據是在實時庫中還是在商用庫中，是在本地機器上還是在異地機器上，兩種數據庫對用戶完全透明，這就為用戶的訪問提供了極大的方便，減少了很多不必要的繁瑣細節(jié)。數據庫應支持實時方式及多種研究方式，以保證不同的計算和不同應用的要求，并支持多種應用功能，不僅支持SCADA、PAS、DTS、AGC/EDC，而且還支持DMS等。(2) 圖形系統(tǒng)圖形系統(tǒng)一般是基于OSF/Motif或OpenGl采用面向對象的技術開發(fā)的全圖形、全漢化系統(tǒng)。其基本功能有：l 應提供一功能強大、操作方便的圖形編輯器、圖元編輯器；l 圖形顯示功能應靈活、多樣、可放大、縮小、滾動、漫游、分層分平面顯示，并提供導航圖、如果

34、是多顯示屏的話，圖形的導航圖可分在兩個屏幕中，便于檢索和漫游；l 圖形具有多種形式，如接線路、潮流圖、地理圖、曲線、棒圖、餅圖、表盤圖、刻度尺等，支持多屏顯示；l 應具有地理信息圖的顯示，支持圖形信息的統(tǒng)計和檢索；l 具有動態(tài)著色功能，可根據電網網絡拓樸結構，自動判斷和推理，直觀用顏色區(qū)分電網的電壓等級和運行狀態(tài)(如：正常、停電、接地等)；l 操作功能應能配置靈活，所有操作控制菜單可在線定義，控制執(zhí)行模塊功能單一，正確可靠；l 采用圖形制導技術，作圖的同時可以在圖形界面上錄入數據庫，使作圖和錄入數據一次完成，自動建立圖形上的設備和數據庫中的數據的對應關系，所見即所得，快速生成系統(tǒng)。利用圖模庫一

35、體化技術根據接線圖上的連接關系自動建立整個電網的網絡拓樸關系，大大減少了EMS系統(tǒng)的工程化的復雜性和維護工作量，保證維護工作的正確性，避免人為錯誤，保證圖形、電網模型、數據庫的一致性，減少建模和建庫時間。 (3) 前置機系統(tǒng)前置機采用高性能的服務器（SUN、ALPHA、IBM等均可）作為硬件平臺，多任務多線程的UNIX操作系統(tǒng)作為軟件環(huán)境，可以接入與處理多個廠站的信息，系統(tǒng)配置靈活，裁剪方便。其主要功能應包括：l 不僅能采用終端服務器，實現分布式串口接入，還能接入網絡通道l 多種通信介質、多種通信規(guī)約、多種通信方式互為熱備用l 高可靠性設計，配置靈活、擴充方便、適應性強l 統(tǒng)一軟件支持平臺、人

36、性化界面l 基于構件方式的通訊規(guī)約庫l 遠程診斷（4）信息分層處理及責任區(qū)域管理調度中心/控制中心的調度員/值班員一般都會根據不同崗位有不同的職責范圍，針對這一情況，EMS系統(tǒng)應具有責任區(qū)域管理和信息分層處理功能。針對不同的信息，根據責任區(qū)域、操作權限按級別分層次處理，每個工作站只處理責任范圍內需要處理的信息，且只能監(jiān)視、操作、控制責任區(qū)域內的相關設備和信息，其他無關設備的信息將被屏蔽，不僅起到各個工作站節(jié)點之間信息分層和安全有效隔離的作用，而且在對信息進行了有效的分流和分層處理之后，網上的報文流量大大減輕，響應速度得到相應的提高，從而整個系統(tǒng)的性能和信息吞吐量也得到了提高。（5）安全管理依據

37、國家經貿委2002第30號令電網和電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)及調度數據網絡安全防護的規(guī)定的要求和全國電力二次系統(tǒng)安全防護總體方案（第7稿）的規(guī)定，采取必要的安全措施，以保證系統(tǒng)的安全性。安全管理一般應包括系統(tǒng)安全防護和內部安全管理兩部分。系統(tǒng)應在網絡邊界的安全防護方面除采取了上述防火墻和電力專用隔離裝置實現不同安全區(qū)間的可靠隔離外，還統(tǒng)一部署了入侵檢測系統(tǒng)（IDS）。對于安全區(qū)I與II，部署一套IDS管理系統(tǒng)，其IDS探頭主要部署在安全區(qū)I與II的邊界點、電力調度數據網絡（SPDnet）的接入點以及安全區(qū)I與II內的關鍵應用網段。其它的安全措施包括對系統(tǒng)的撥號訪問服務采取認證、加密、訪問控制等安全防護

38、措施；當條件具備時，安全區(qū)、接入SPDnet及對于一些重要業(yè)務也將采用認證加密機制。此外，還采取了多種措施（安全配置、安全補丁及主機加固等）以加強各主機自身的安全防護。在內部安全管理方面，應通過用戶管理、責任區(qū)、日志等方式，加強管理，堵塞安全漏洞。（6）Web子系統(tǒng)遵循電網調度信息披露實施細則的規(guī)定，OPEN2000通過Web服務器對外進行信息發(fā)布，允許非本系統(tǒng)用戶根據不同授權級別通過Web服務器采用桌面PC機的標準瀏覽器觀看EMS系統(tǒng)信息。為保證Web的安全，采用經國家有關部門認證的專用、可靠的電力安全隔離設施等，在Web 服務器和EMS網絡之間實現安全隔離。實時數據、歷史數據、圖形自動同步

39、更新正向隔離WE B 客戶端硬件防火墻WEB服務器SCADA系統(tǒng) 反向隔離計劃值等更新圖12 OPEN-2000 Web解決方案Web服務器應具有下列功能：l 為不同用戶設置不同級別的訪問權限，提供不同的數據、頁面、圖形和功能；l 用戶可瀏覽電網運行實時數據、準實時數據、歷史數據、畫面、報表、曲線、圖表等，如： 日報、月報和年報 各類統(tǒng)計數據和曲線所有事件分類列表 （包括遙信變位、RTU和廠站自動化系統(tǒng)運行情況、操作信息等）事件順序記錄重要參數越限EMS系統(tǒng)運行狀態(tài)l 可完成SCADA系統(tǒng)的所有瀏覽操作，即瀏覽主接線圖、廠站接線圖、潮流圖、地理圖、設備參數、遙測遙信參數、歷史事項、歷史曲線、準

40、實時曲線等；l 系統(tǒng)管理人員可通過Web頁面監(jiān)視EMS系統(tǒng)運行；l Web服務器配置能夠對訪問連接用戶進行監(jiān)視和管理；l 客戶端完全免維護；l 提供編程接口。（7）與上下級自動化系統(tǒng)的通信接口TASE.2協(xié)議（遠動應用服務元素協(xié)議，亦稱控制中心間通信協(xié)議ICCP）的基本目的是將多個控制中心聯為廣域網，實現在各個控制中心間資源共享。TASE.2已被國際電工委員會（IEC）定為電力自動化系統(tǒng)之間信息共享的標準協(xié)議，目前已被推薦用于我國國家標準等效采用的工作計劃中。DL476-92電力系統(tǒng)實時數據通信應用層協(xié)議是我國的電力行業(yè)標準。一般采用這兩種協(xié)議實現控制系統(tǒng)之間的遙信和遙測的相互傳送。交換信息由

41、電力系統(tǒng)監(jiān)控用的實時數據和歷史數據組成，包括測量數據、計劃數據、電能量結算數據以及操作信息等。在兩個系統(tǒng)間的遙控操作方面應提供了授權機制，從而使系統(tǒng)的安全性得到進一步的提高。2. SCADA功能1） 數據采集：采集模擬量、狀態(tài)量、脈沖量、數字量。除能采集各種RTU（包括網絡RTU）信息外，還能采集保護、綜合自動化及其它自動化系統(tǒng)的信息；2） 數據處理：對上述采集的各種數據進行相應的處理并存入數據庫；3） 計算功能：提供各種統(tǒng)計計算功能，如：總加計算、限值計算、平衡率計算、累加計算、功率因數計算等，并提供用戶自定義計算公式的手段；4） 遙控和遙調：在具有高分辨率全漢化的人機界面上進行實時、直觀的

42、操作，操作內容包括開關分閘/合閘、有載調壓變壓器分接頭的升/降、電容器/電抗器的遠方投切等。此外，還提供各種標志牌的設置和管理；5） 事件順序記錄及事故追憶；6） 報表的生成、修改及打?。?） 告警等。3. 自動發(fā)電控制（AGC）1） 負荷頻率控制2） 在線經濟調度3） 包括CPS在內的各項性能指標監(jiān)視4） 備用監(jiān)視5） 機組計劃6） 交易功率計劃7） 系統(tǒng)負荷預報8） 機組響應測試4. 電力系統(tǒng)應用軟件（PAS）1） 網絡建模及網絡拓撲2） 狀態(tài)估計3） 調度員潮流4） 電力系統(tǒng)負荷預報5） 最優(yōu)潮流6） 電壓/無功優(yōu)化7） 靜態(tài)安全分析8） 電力系統(tǒng)靜態(tài)等值9） 故障計算10) PAS運行

43、指標統(tǒng)計5.調度員培訓仿真（DTS）1） 電網仿真：電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)仿真、電力系統(tǒng)動態(tài)全過程仿真、繼電保護及安全自動裝置仿真；2） 控制中心仿真：數據采集仿真、控制中心及SCADA功能仿真等；3） 教員控制功能：培訓前的準備、培訓過程中的控制和操作、培訓后的處理等。6. 多種網絡互連功能1) 提供多種接入方式，既包括符合標準的接入方式：基于IEC 61970的組件接口方式、基于IEC 61970 CIM/XML接口方式，也包括非標準接入方式：基于數據庫的接口方式、基于文件的接口方式和基于專用通信協(xié)議的接口方式；2） 提供Web服務，非EMS系統(tǒng)用戶可以通過瀏覽器瀏覽本系統(tǒng)內圖形、報表與運行工況等靜

44、態(tài)和動態(tài)數據，實現客戶端免維護；3） 基于可靠的安全措施，在確保本系統(tǒng)安全的前提下，實現與上、下級調度自動化系統(tǒng)、同級其它自動化系統(tǒng)的互連，實現信息共享；4） 支持多種通道（可以是不同速度的局域網或廣域網，也可以是模擬或數字串口），多種通信規(guī)約（可以是TASE.2、也可以是DL476-92、或是101、104等），在保證安全的前提下實現與其它計算機系統(tǒng)互連。7. 與大屏幕投影顯示器及模擬屏的連接可與多種流行的大屏幕投影顯示器及模擬屏進行連接。3.2.8調度自動化系統(tǒng)主站性能指標1. 系統(tǒng)響應時間a) 狀態(tài)量變位傳輸到主站時間： 3 s；b) 遙測量超越定值變化（越閾值）傳輸到主站時間，或在循環(huán)

45、傳送方式下，重要遙測量更新時間： 3 s；c) 遙控命令選擇、執(zhí)行或撤消傳輸時間： 3 s；d) 遙調命令傳輸時間： 3 s；e) 實時數據畫面在人機界面屏幕整幅調出響應時間： 畫面的85%：3 s， 其余畫面：5 s；f) 實時數據畫面在電子型模擬屏整幅調出響應時間： 畫面的85%：5 s， 其余畫面： 10s；g) 畫面數據刷新周期：5 s 10 s（可調）h) 主備用機自動切換時間： 30 s2. 主要性能指標a) 模擬量遙測綜合誤差： 1.5%（包括變送器誤差1.0%）b) 廠站間事件順序記錄的時間分辨率： 20 msc) 電網正常情況下SCADA主要節(jié)點CPU負載： 30%（1 mi

46、n平均值）d) 電網事故情況下SCADA主要節(jié)點CPU負載 70%（10 s平均值）e) 電網正常情況下局域網負載： 20%f) 遠方終端裝置主要性能指標：符合GB/T 13729、DL/T 630規(guī)定3. 系統(tǒng)規(guī)模系統(tǒng)應具有良好的可擴展性，能滿足一定時間內（如，到設計水平年、遠景年等）系統(tǒng)擴展要求。4 配電自動化1 幾個名詞l 配電自動化（DA）、配電網自動化使配電企業(yè)能在遠方以實時方式監(jiān)視、協(xié)調和操作配電設備的功能。l 饋線自動化（FA）即配電線路自動化，主要指饋線故障自動定位、自動隔離和非故障區(qū)自動恢復供電。l 配電自動化系統(tǒng)（DAS）使配電企業(yè)能在遠方以實時方式監(jiān)視、協(xié)調和操作配電設備

47、的自動化系統(tǒng)。包括：配電SCADA、GIS、DSM等。配電自動化系統(tǒng)的功能見附錄。l 配電管理系統(tǒng)（DMS）包括：配電SCADA、GIS、DSM、WMS、DTS等，配電自動化系統(tǒng)和配電管理系統(tǒng)的涵蓋關系見下表。進線監(jiān)視 10KV開閉所、變電站自動化配電SCADA系統(tǒng) 饋線自動化 變壓器巡檢與無功補償 配電自動化 地理信息系統(tǒng) 負荷監(jiān)控及管理 需方管理 DMS 遠方抄表與計費自動化 網絡分析和優(yōu)化工作管理系統(tǒng)調度員培訓模擬系統(tǒng)4.1配網自動化系統(tǒng)與地/縣級電網調度自動化系統(tǒng)的異同l 相同 都是為電力系統(tǒng)安全、經濟和優(yōu)質運行服務的計算機監(jiān)視、控制和輔助管理的系統(tǒng)； 需要進行大量數據采集、傳輸、處理

48、（包括靜態(tài)數據、實時數據、準實時數據）； 兩者的發(fā)展均建立在SCADA基礎上，并隨著電力系統(tǒng)、計算機技術的發(fā)展，向著“開放”和“集成”的方向不斷發(fā)展的。l 不同序號內容EMSDMS1發(fā)展過程SCADAAGC高級應用軟件向縱深發(fā)展FASCADA負荷管理、AM/FM/GIS、電量計費等橫向發(fā)展2系統(tǒng)規(guī)模10，000100，000500，00010，000，0003系統(tǒng)集成主要是內部系統(tǒng)集成大量是系統(tǒng)間集成4數據源較少外部數據源大量外部數據源5遙測、遙控對象%大少6饋線的處理負荷從變電站到用戶的詳細模型7電網結構網狀結構網狀結構，開環(huán)運行8電網結構變化不常變化經常變化9是否三相平衡三相平衡三相不平衡

49、10與GIS關系不密切十分密切11通信較簡單多種通信方式12主要應用包括：SCADA、AGC、PF、SE、SA、OPF等FA、SCADA、AM/FM/GIS、DWM、LM等13電源易難14環(huán)境要求一般高4.2配電自動化的意義及難點2 配電自動化的意義l 正常情況下，通過監(jiān)視配網運行情況，優(yōu)化配網運行方式；l 故障或異常時，迅速查出故障位置、原因，隔離故障，盡快恢復非故障區(qū)供電；l 合理控制無功負荷及電壓水平，提高電能質量；l 合理控制用電負荷，提高配電設備利用率；l 采用計算機進行配電管理、自動抄表等大量費時費力的工作，提高勞動生產率。3 配電自動化的難點l 配電自動化系統(tǒng)的監(jiān)控對象數量多、種

50、類繁雜、地域上分散性強；l 工作條件嚴酷；l 站端設備數量大，大大增加了通信系統(tǒng)建設的復雜性；l 控制電源和工作電源獲得困難；l 配電自動化必須建立在配電網接線及一次設備改造完成的基礎上，而配電網的改造需投入大量人力、物力和資金。4.3配電自動化功能l 配電SCADA配電網的數據采集及監(jiān)控功能與輸電系統(tǒng)大體相同，除了具有數據采集、報警、事件順序記錄、事故追憶、遙控、遙調、計算、趨勢曲線、歷史數據存儲和打印等傳統(tǒng)功能外，還支持無人值班變電站接口，實現饋線保護的遠方投切，定值的遠方設置和修改，多種動態(tài)著色，地理接線和GIS集成等功能。當前SCADA功能覆蓋了高、中壓的配電網，并正在向低壓發(fā)展，其范

51、圍也隨著試點范圍的擴大在不斷擴大。配電網的數據采集及監(jiān)控有如下特點： 所采集的數據和監(jiān)控對象很大； 它們來自分布在廣大地域的配電線路、一次設備以及配電終端，它們大多運行在溫度變化劇烈、環(huán)境污染、電磁干擾、存在外力破壞可能性的惡劣的環(huán)境中，要求它們及連接它們的通信系統(tǒng)具有很高的可靠性； 包括SCADA在內的所有配電自動化功能一般應在GIS的支持下實現。l 故障定位、故障隔離和非故障區(qū)恢復供電（FA）針對我國10KV饋線，故障處理的具體形式存在著多種分類，主要認為可分為分布智能模式和集中智能模式兩種。 分布智能模式是指現場的開關設備（重合器、分段器等）具備自動故障判斷、隔離及網絡重構的能力，不需要

52、通信與主站系統(tǒng)參與。這種模式主要有電壓時間型和電流計數型兩種。其顯著優(yōu)點是成本低，不依賴于通信系統(tǒng)。這種方法適用于網架結構比較簡單，不具備通信條件或通信條件不完善的場合，配電自動化的早期使用較多。 集中智能模式是指現場的FTU將檢測到的故障信息送至主站，由主站根據配電網絡的實時網絡拓撲結構，按照一定算法進行故障定位，下達跳閘命令給相關FTU，跳開與故障區(qū)域相鄰的開關，實現故障隔離。此后，主站根據電網的實際情況，通過分析計算，考慮網損、過負荷等因素確定最佳恢復供電方案，命令相關FTU執(zhí)行，完成非故障區(qū)域的恢復供電。這種方法的優(yōu)點十分顯著，其缺點是對通信系統(tǒng)的可靠性和通信速率要求很高。但是，隨著投資力度加大及配電自動化的逐步展開，配電自動化系統(tǒng)的通信條件得到很大改善，通信的可靠性和速率是能有保證的。l AM/FM/GIS配電地理信息系統(tǒng)又稱配電圖資系統(tǒng)，是自動繪圖（AM