电网调度自动化系统的设计研究.doc

1、电网调度自动化系统的设计研究摘要：随着国家经济发展，社会各项建设也取得了明显的进步，电网作为国民生产、生活的重要保障，他的调度自动化系统功能也有了更新更高的要求，本文针对电网调度自动化系统发展现状，结合国内电网调度自动化系统的相关研究，提出系统整体结构设计；系统功能设计；实时系统的开发方法；实时数据仓库的具体实现方案；通过对上述方案的研究得出多协议通信协议栈的实现；分布式数据处理；人机界面设计及系统集成的结果，并对其结果进行进一步分析。 关键词：电网调度；自动化；设计研究 Abstract: with the national economic development, social cons

2、truction also has made obvious progress, power grid as an important guarantee of national production, living, he of the dispatching automation system function also has the higher request, this article in view of the current situation of the development of power grid dispatching automation system, co

3、mbining with the domestic researches of the power grid dispatching automation system, put forward the overall system structure design; System functional design; Real-time systems development approach; The realization of a real-time data warehouse solution; Based on the above study of multi-protocol

4、communication protocol stack implementation; Distributed data processing; Man-machine interface design and system integration of the results, and the results for further analysis. Key words: power grid scheduling; Automation; Design research. 中图分类号：V242.3 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 一、 国内调度自动化系统发展介

5、绍 电网调度自动化系统发展到今天已经是第四代了。最初是 70 年代基于专用计算机和专用操作系统的 SCADA 系统，然后是 80 年代基于通用计算机的 EMS 系统，进而发展到 90 年代基于 RISC/UNIX 的开放式分布式EMS/DMS 系统（国家电力调度通信中心、福建、山东、西北、宁夏、湖北、湖南、安徽等单位引进的 SCADA/EMS,电力科学研究院和东北电力集团公司合作开发的 CC-2000 系统,电力自动化研究院开发的 RD-800 系统、OPEN-2000 系统、SD-6000 系统等）,第三代系统已发展了十几年。随着计算机、数据网络、数据库等技术的飞速发展以及电力市场的要求,第

6、四代电网调度自动化系统的基础条件已经发展起来,该系统的主要特征是采用 JAVA、因特网、面向对象等技术,综合考虑电力市场环境中的安全运行及商业化运营的要求。 二、 方案设计 2.1 系统整体结构设计 本系统是一个通过计算机网络技术、通信技术、工业自动化控制技术等对电力系统的发电、输电、变电、配电和用电等过程进行监视、控制和管理的系统。它作为一个集成的信息系统，软件在其中起着非常重要的作用，所以，应按照软件工程的观点分析和组织系统，即按照抽象和信息隐藏、模块化和局部化的原则来设计和实现。电网调度自动化的主要功能模块有安全监视(SCAAD)、自动发电控制(AGC)、网络分析(NA)和计划、调度员培

7、训模拟 D(TS)及配电自动化(AD)等几个部分。包括以上全部功能的系统称为能量管理系统(Energy Management System)，简称MES。在电力系统中采取按电压等级分级管理和调度的模式。我们研制的属于地区电网调度自动化系统，具有的主要功能有安全监视(SCAAD)、网络建模、网络拓扑、状态估计、调度员潮流、电压无功优化和调度员培训模拟(DTS)等，并非具备完整的 EMS 功能。本章主要讨论电网调度自动化系统的系统结构、硬件组成、软件功能模块等。 2.1.1 设计原则 从可靠性、开放性、实用性、先进性、可扩展性和安全性等原则出发，力求做到技术较先进、经济较合理。 2.1.2 系统规

8、模和容量 应以当年变电站数最为参考，考虑 8 一 lO 年发展，按技术规范划分原则进行系统规模设计，保证系统的信息处理能力能满足未来电网发展要求。 2.1.3 SCADA 功能设计 SCADA 功能是调度自动化的基本应用，包括：数据采集和处理、控制和调节、事故追忆(PDR)、报警处理、历史数据管理、报表管理、趋势记录、人机联系、模拟盘控制、旁路代供、电子值班、系统时钟、安全管理功能、外部网络通信、实时信息发布功能。 2.1.4 硬件配置设计 系统的硬件应满足设计水平年调度自动化系统的功能要求，并考虑投运后 81O 年的发展需要。硬件设备必需是标准化的通用设备，具有良好的开放性，而且需符合 SC

9、ADA 系统体系原理，满足系统实时性、安全性和可靠性要求。关键设备采用冗余配置，考虑到系统的重要性，将采用双网架构，主要服务器采用工作组级基于 RISC 64bit 技术 UNIX 服务器。 数据采集节点：数据采集采用通道板顺端服务器模式或交换机路由器模式。 图 2-1 2.2 系统功能设计 本系统由 RTU 或变电站监控系统和电网调度中心两部分组成。各个变电站、发电厂内的 RTU 或监控系统负责收集当地电气设备的各种电气信息。 电网调度中心将接收到的信息经过 SCAAD 系统处理，经调度人员判断后下发各种控制命令，以实现对所辖整个电网的控制。 站端 RUT 的组成及工作流程 原来的老变电站都

10、采用 RTU 的形式，随着技术的发展，我们现在的新建变电站全部采用综合自动化的形式采集现场信息。其它辅助设备有UPS 电源、GPS 时钟等。 根据完成功能的不同，变电站 RTU 或综合自动化系统可分为信息收集和执行子系统、信息传输子系统、信息处理子系统和人机联系子系统。三、研究结果与分析 3.1 多协议通信协议栈的实现 本系统中电网调度中心和子站设备通过载波、微波、电缆、光纤等通信介质来传输和交换数据，数据可分为上行和下行两部分。上行数据是指子站向电网调度中心发送的实时信息，下行数据是指调度中心向子站发送的控制、调节命令。在电网调度自动化系统中主要采用两种基本的通信规约，循环式远动规约和问答式

11、远动规约。 循环式远动规约适合于点对点的远动通道结构(即星型结构)及以循环字节同步方式传送远动信息的远动设备与系统。它在地区电网调度自动化系统中被广泛采用。 问答式远动规约规定了电网数据采集和监视控制系统(SCAAD)中主站和子站(远动终端)之间以问答方式进行数据传输。它适用于网络拓扑结构为点对点、多个点对点、多点共线、多点环形和多点星形网络配置的远动系统中。 循环式远动规约 一般技术要求 本规约采用可变帧长度、多种帧类别循环传送，变位遥信优先传送，重要遥测量更新循环时间较短，区分循环量、随机量和插入量采用不同形式传送信息，以满足电网调度安全监控系统对远动信息实时性和可靠性的要求。规定主站与子

12、站间进行以下信息的传送: a.遥信; b.遥测; c.事件顺序记录(SOE); d.电能脉冲计数值; e.遥控命令; f.设定命令; g.升降命令; h 对时; i.广播命令; j 复归命令; k 子站工作状态。 信息按其重要性有不同的优先级和循环时间，以便实现国家标准地区电网数据采集与监控系统通用技术条件和远动终端通用技术条件所规定的要求和指标。 1EC87-5-101 规约 IEC87-5-101 规约是针对工 EC870 一 5 基本标准中的 FTI.2 异步式字节传输帧格式，对物理层、链路层、应用层、用户进程作具体的规定和定义。它规定了 SACAD 系统中主站和子站之间以问答方式进行数

13、据传输的帧格式、链路层的传输规则、服务原语、应用数据结构、应用数据编码、应用功能和报文格式。它适用于网络拓扑结构为点对点、多个点对点、对点共线、多点环形和对点星形网络配置的远动系统中。通道可以是双工或半双工。 3.2 分布式数据处理 ORACLE 数据库 用户自行安装 ORACLE。建议使用 OARCLES.0.5.以上版本，程序是在该版下测试过。先在 ORACLE 数据库中建数据库空间(在此定为 SQLSCAAD)，根据提供的脚本建数据表。运行 DBSCadaforOARCLE.exe 程序。 数据转换设置: 在“数据转换设置”TAB 页中设置。 A:系统路径:该路径为 CSADA 的运行全

14、路径名。 B:数据源:OELDB 数据提供程序，目前可选范围只有三种，对 ORACEL可选 转换实时数据: 实时数据可以定时(周期在 1-30 秒可调)或者人为地手动转换一次。 转换历史数据: 历史数据可以定时(周期为 5 分钟)或者人为地手动转换某一时间段的历史数据。历史数据分历史采样数据(采样周期为 5 分钟)和当天的统计数据。 转换报警记录: 在 SCADA 系统中报警数据存于 ACCESS 数据库中，位于 SCAAD 系统目录下的 ACCESS 子目录，以月为单位存放。 转换到 SQLServer7.0(DB2)中时，为了统计方便，报警数据按年为单位存放。 3.3 人机界面设计及系统集

15、成 采用 100M/1000M 双以太网。服务器采用 ES25 服务器，工作站为DS15，分别用于实时数据采集、历史数据处理和应用软件。操作系统采用工业标准的 UNIX 操作系统，历史数据库采用大型商用关系 ORACLE 数据库管理系统。 SCADA 系统采用开放式、分布式体系结构。数据采集服务器和数据通信服务器可随时将实时数据送给 SCADA 服务器（或将 SCADA 功能分布到数据采集服务器和数据通信服务器） ，SCADA 服务器处理后的实时数据采用组广播方式同步有关服务器和工作站，应用、历史数据管理等服务器采用客户/服务器方式。 高级应用软件是在面向对象的支撑平台上开发完成的，与 SCA

16、DA 一起构成了一体化的系统。具有以下主要特点： 软件系统充分利用了丰富的软件资源和各种服务，采用一体化、系统化设计，实现了数据统一和界面统一。人机界面系统，统一风格设计，其中和实时系统有关的画面，如：厂站图和全网潮流图，采用和 SCADA系统完全一致的画面集，为调度员实时对比和分析数据提供了非常方便的手段。 图 3-3 应用软件能够达到实用，在电网调度运行中发挥应有的作用，专业技术人员掌握系统的维护和开发至关重要。任何应用软件系统都不可能完全适用于实际的应用要求。软件能否在实际应用中根据用户实际要求不断修改完善，是软件系统能否真正实用化的关键之一。而这些修改与调试工作主要依靠应用软件的运行维护技术人员来实现。 参考文献 1卢开澄， 图论及其应用 ，清华大学出版社，1992。 2王士政， 县级电网调度与通信 ，中国水利水电出版社，2004。 3陈章潮，谭浩强， 地区电网规划与监控 ，1990