SCADA系统设计

SCADA系统
一、系统简介
TY-300主站系统是集多年电力自动化系统开发经验、工程经验和最新的计算机技术于一体，结合电力系统及设备的发展方向，推出的新一代分布式系统。

软件设计思想遵循开放性的原则，采用面向对象的模块化设计，利用了多线程技术，系统稳健、可靠；针对电力系统的运行特点和要求，在大众式调动自动化系统功能上又增加了许多新功能：如微机五防功能等，系统功能力求强大而且要实用；基于WindowsNT/98/2000操作系统，界面友好，操作使用方便。

采用MS SQL SERVER或其他支持ODBC的商业数据库，与实时库相结合的技术，既保证了系统的实时性，又满足了系统开放的原则。

网络结构采用国际流行的以太网、TCP/IP协议，硬件选型灵活多样，可适应不同规模、多种需求的调度系统和监控系统。

适用于电力调度自动化、变电站监控、变电站综合自动化、集控站监控、水电站监控、电气化铁路变电站监控等。

面向的是以生产电力测控装置、保护装置为主的自动化系统集成厂商和最终用户。

二、技术特点
1、面向对象的数据库组织方式
TY-300采用系统、域、厂站、设备等对象化的概念，数据库的描述方式为关系方式，能够更直观、更方便地反映系统的构成。

结合综合自动化和微机保护的应用，引入了事件量的概念。

微
机保护设备的自检事件、故障报告描述为事件量，克服了转换为开关量而容易产生的保护事件漏报、误报现象。

TY-300为了广泛的适应不同的厂商，也为了厂商设备扩充改型的方便，提供通用的、图形界面方式的保护设备模板的定义方法，以方便操作。

工程技术人员可以通过增加设备模板来定义新的装置，包括装置含有何种保护事件信息、保护定值、测量数据等等。

一经定义，可在不同的工程中重复使用。

2、流行商业数据库的运用
TY-300的参数库、历史库、事件记录库使用SQL SERVER或其他的支持ODBC的关系数据库，支持SQL查询、访问，便于同其他系统接口及数据共享。

历史库以名称检索，增加或删除历史点，不会影响以前历史数据的访问。

历史点除模拟量(包括计算量)、脉冲量(电度量)外，还特意增加了开关量统计。

TY-300的SCADA主机以嵌入式实时库为核心，实时数据的读写完全从内存获得，满足调度系统对实时性的要求。

3、内置微机软件五防功能
开关、隔离刀闸、接地刀闸、临时接地线相互关联为一个对象，遥控合闸、拉合刀闸、封接地线进行五防检查，操作不合理时，系统拒绝执行并给出相应错误提示，避免误操作。

4、模拟挂地线及设置标牌
TY-300能实现模拟挂、拆地线及设置标牌操作。

最显著的特点是：不仅在画面上标出符号位置，而且与开关等设备相关联，融入五防功能；在设备带电的情况下，禁止封地线和挂牌。

5、开关量动作统计及存盘
TY-300能对开关量(线路、电容器、电抗器、发电机等)动作统计作为历史点存入历史库，供系统查询、显示。

分闸可按拉闸、检修、限电、故障四种情况分别统计，记录日、月累计动作次数、动作时间、影响负荷，积算总损失电量，统计供电保证率(投切率)。

6、强大的图形编辑功能
TY-300提供更为强大的图形制作和修改功能，例如：多个图元可在不同画面间相互复制；图元多重拷贝；图元无级缩放、图元的对齐、等间隔、等大小等等。

历史数据支持时间增量复制，可快速地制作出各种报表格式。

7、可定制的界面风格和更加灵活的图形显示功能
TY-300的在线图形显示基于流行的单窗口风格（浏览器风格），同时也可以定制特定功能和风格的弹出式窗口，例如保护定值窗口、保护信息窗口等。

画面可缩放、平移、漫游，支持导航浏览。

8、内置光字牌对象对象定义、显示
结合变电站(所)的运行特点，TY-300特别开发了光字牌动态
对象，其提示内容、暗色、亮色均可灵活定义，可关联遥信量、保护量，能够特别快速、方便地制作出光字牌画面。

在报警情况下，可推出相应的光字牌画面，光字牌明暗交替闪烁显示，直观地模拟出变电站(所)的中央信号系统。

9、灵活和完善的安全机制
TY-300提供多级用户权限（例如：操作员、监护员、维护员、管理员等），不同用户拥有不同的操作权限，以适应安全机制的要求。

工程人员可以对操作员、监护员、维护员的权限进行增加和裁减。

10、完善、美观的事件查询工具
TY-300事件查看器仿OutLook界面，内容有模拟量越限、开关量变位、保护事件、SOE记录、遥控遥调记录、设备事件、操作记录、异常事件。

可实现分类查询及条件检索，其内容能打印及打印预览，支持分页打印，页间可加入页眉、页脚。

11、结构灵活，支持多种工业总线及多种规约
TY-300具有多种服务器，例如数据服务器，SCADA主机服务器、Web服务器等。

任何服务器都同时连接在以太网上，而且任何服务器均可冗余配置，例如双数据服务器、双SCADA主机服务器等，从而达到系统的全面冗余热备，提高其安全可靠性。

TY-300可以连接lonwork、Can、ModBus、工业以太网等多种工业总线，支持多种国际、国内的标准规约以及各个厂家的设备规
约。

TY-300对各种通信介质的处理采用分层结构，从而使得一种规约可以无缝地运行在多种介质上。

TY-300前置机既可采用多串口卡，也可采用终端服务器作为扩展通道。

前置机的数量可多于2个，允许用户在网上加入自己的前置机，以扩展系统接入其他数据的能力。

网络数据流采用分组交换技术，可以有效地在节点间相互传送数据，减少网络报文冲突，提高系统的整体效能。

12、可嵌入ActiveX扩充模块
TY-300支持嵌入模块的运行，对于SCADA主机，嵌入模块可裁减和扩充系统的SCADA数据处理功能；对于MMI工作站，嵌入模块可增强图形显示和界面操作功能。

嵌入模块的二次开发大大提高了系统的适应性。

13、开放式数据接口
TY-300以独立的服务器对外提供开放接口。

它作为内部网络和外部网络的网关接口，一方面保证TY-300系统的独立性、安全性，另一方面也为EMS/DMS系统、MIS系统等提供数据及功能开放的接口。

三、系统结构配置
TY-300系统采用基于Client/Server(客户机/服务器)模式的分布式网络结构，采用高性能集线器(Hub)或网络交换机联网，以TCP/IP
协议交换数据。

既能满足用户对技术功能的要求，价格适中，又易于扩充和升级换代。

TY-300提供从简单到高档的不同结构，各种结构的差别主要体现在硬件选型、冗余配置上，可以根据资金和规模要求灵活选择。

按照系统配置，监控系统可分为微型、标准和完全配置多种配置方案。

1. 标准配置
系统配置图见“TY-300
配置有双前置机、双服务
器、双调度机和工程师工作
站，通过网络互联，通常适
于县级、小型地区级电网调
度系统和集控站综合监控系
统等。

2. 完全配置
配置有双前置机、双服
务器、双调度机和若干工作站，通过
网络互联，通常适用于地级、县级电网调度系统等。

四、功能简介
1、数据采集及规约处理
根据不同的规约类型从规约解释组件库中装载相应的规约解释组件，完成从与电力规约有关的原始数据到与电力规约无关的数据的转换。

采集的电网数据包括模拟量、开关量、电度量等电网数据。

1）数据采集系统支持128路（可扩）全双工多规约通道。

每个通道可分别设置通信速率，可以300、600、1200、9600Bps的速
率与RTU、模拟屏及其它智能设备、系统通信。

可与RTU通过
直接数字通道（RS232）进行通信，也可通过接入MODEM通信，或无线数据传输装置，或通过开放的10/100M以太网TCP/IP
方式与各采集点通讯，系统提供通信隔离、防雷技术措施，减少干扰和防止雷击。

2）多种传输速率：300bps—9600Bps
以太网：10/100M
无线数据传输：按当地公共网络运营商提供3）多种传输通道，微波、载波、光纤、电缆、局域网、无线局域网、移动（或联通）通讯网络。

4）支持单通道和多通道，计算机之间切换和通过智能通道切换柜之间切换不丢失原始数据,。

5）支持串口同步/异步通信方式。

6）电力规约解释的组件库，能解释的电力传输规约有：CDT、Polling (sc1801)、u4F、CAE、IEC870-5-T101、SEL、DNP3.0等。

对于不同的电力传输规约，系统采用组件技术解决方案给以实现。

由于采用统一的实时数据描述方式，在增加新的电力规约时，只需开发相应的电力规约解释组件，即插即用便能满足用户的新的需求。

7）数据采集的方式包括显著变化的阀值方式和周期更新的扫描方式。

8）系统接收和转发的数据容量可根据需要进行扩充。

9）接收标准GPS卫星时钟信息，转化为与GPS时间格式无关SCADA 系统时间。

10）系统对厂站远动设备通讯数据进行实时接收处理。

通道出现故
障时将产生SCADA系统事件，同时伴随有音响报警，并能即时打印报警信息、统计信息等。

可以在线关闭、打开指定厂站通道。

11）前置通信子系统实现无扰动主辅切换，不丢失原始数据。

12）具有向上、下级调度自动化系统转发和接收遥测、遥信、电度等远动信息数据的功能。

13）系统支持与模拟屏的数据通信，实时数据上模拟屏。

14）完备调试、测试手段。

15）可以对上行、下行的各类数据在SCADA数据格式的基础上和规约传输格式的基础上进行原始数据监视，调试、测试系统和
通信通道的正确性。

2、模拟量处理及限值监视子系统
电网中模拟量主要有：母线电压、频率、主变及输电线路电流、有功及无功功率、母线功率因素、主变油温、主变气体浓度等。

●独特的数据点标识技术
采用该技术为系统中每一数据点，包括实际的电网采集点和SCADA 系统事件数据点，分配唯一的标识符。

且用户在不需要的情况下不会感觉到该标识符的存在。

●工程值转换
系统具有线性和非线性变换两种变换方法。

用户可选，只需设置相应的转换参数。

当电网数据转换为工程值后，根据用户设置的测量值的合理性范围进行合理性检查，去除明显不合理的采集数据，同时进行滤波和死区处理，消除通道干扰而带来的频繁报警。

●越限处理
系统测量点均可以设置上限、下限、上上限、下下限，系统根据当前测量值的大小来判断是否越限。

同时还设置报警死区，以避免测量值在限值附近振荡而出现反复报警。

越限作为系统事件记录入事件库，以备查询并可以生成各种各样的统计报表。

●允许人工干预测量点的处理。

允许在人机界面上人工地设置测量点的工程值，或者在实时处理系统中用计算量处理周期地或有条件地设置测量点的工程值。

●统计处理
系统自动地统计模拟量的最大值、最小值以及最大值、最小值发生的时间，自动计算平均值、累加值、越限时间、合格率、峰谷差，按用户自定义的时段，计算时段的最大值、最小值以及最大值、最小值发生的时间。

同时将这些统计值写入历史库中。

●历史存储
测量值的以可调的存储周期（秒级暂存、秒级、分钟级）存入历史库中，两历史数据库自动保持一致，同时按照历史数据的访问频率和规律，实施强大的缓冲机制，提供统一的数据访问接口，以快速的存取到所需的历史数据。

历史数据库的规模由系统需要保存的历史数据点个数和系统提供的最大的存储容量决定。

存储的历史数据很容易转储到磁带、光盘等存储介质上。

3、开关量状态监视子系统
电网开关量包括：事故总信号、断路器位置信号、刀闸位置信号、
主变分接头位置信号、保护动作信号、保护机构动作信号、系统事件对象信号等。

●状态量定义
用户可以在线或离线批量修改开关量的属性。

包括：事故判据、取反标志、报警状态、报警类型、是否报警、报警跳画面、变位打印输出、变位记录存档、变位统计、遥控闭锁条件计算量点等。

●支持单接点遥信、双接点遥信、单态遥信等不同性质的遥信处理。

●事故判断功能
根据事故总信号是否动作、相关保护动作信号是否动作等区分事故跳闸和人工遥控拉闸操作，并给出相应的报警提示。

●统计功能
自动累计断路器正常分合闸次数、事故跳闸次数，当达到用户设定的限值时，给出报警提示。

●人工置数
对于没有实际硬接点信号的开关量点，可以由用户人工设置为分或合状态，且在人机界面上用不同颜色和不同鼠标形状加以区分。

系统自动记录每一次人工置数操作，以备查询。

●保护信号
当保护信号动作时，检查保护相关的开关是否同时动作，判断系统事故，同时按用户设置自动推出光字牌报警画面，同时给出语音报警。

●单元投退
对于检修和不可用状态的开关可进行按单元或按站屏蔽，使其处于禁止或使能状态，以过滤因开关检修而产生的虚假报警。

●条件闭锁
对于有遥控操作的开关量点，当用户设置的条件发生时，禁止遥控操作，以防止遥控误操作。

4、算术逻辑运算及判断子系统
系统在实时处理过程中能完成SCADA系统常用的一些计算、统计功能。

同时系统提供了灵活的计算表达式处理能力，以完成用户的可变的、自定义的需求，
系统提供的计算包括：加、减、乘、除、乘方、开方、取整、取零等算术运算，大于、小于、不等于、逻辑与、或、非等逻辑运算，三角函数、取最大值、最小值、绝对值、Beep声音、字符串格式化等函数操作。

参加运算的量既可以是实时的也可以是历史的，既可以是模拟量也可以是状态量、计算量或计算量本身、电度量及其在实时数据库的属性定义，还可以完成复杂的定时判断、控制操作。

计算周期缺省为3秒，对于特定的应用，用户可以自定义。

●厂站电量总加
●线路、主变功率因数计算
●数据点连续监视，如母线电压，计算越限时间、合格率等。

●动态设置遥测值报警的限值。

●连续监视计划值有功曲线，计算峰谷平越限电量、合格率等。

●累加积分计算
●母线电量平衡计算，
●开关事故跳闸次数及时间统计，当超过用户设置的限度时，系
统报警提示需要检修等。

●电容、电抗投切次数及时间统计。

●根据变压器三相分接头位置信号，自动计算变压器档位，当变
压器档位发生变化时，形成历史记录，同时记录用户指定的相
关量。

●月、年最大值、最小值，时段最大值、最小值统计月、年峰谷
平电度、电量统计
●对厂、全系统的最大值、最小值及其时间、平均值、合格率的
统计。

●拉闸限电统计，记录拉闸限电的起止时间，拉闸限电时负荷，
拉闸限电时间及损失电量等，同时统计拉闸限电操作次数，总
拉闸限电时间及损失电量。

●实时设置和检查遥控闭锁点条件
●存取指定站点的实时数据
●按满足用户设定的条件获取指定时间、站点的历史数据、历史
统计数据
5、电度量处理
能够接收并处理RTU发送的带时标或不带时标的实测脉冲计数值，分窗口值和变化值两种。

1)对于不带时标的电度量利用电度量冻结技术，取得指定时间的
电度量值，对于带时标的电度量，通过判断电度量的时标而取舍正确的电度量。

2)对于窗口值电度量，直接入库并被引用和使用，对于变化值的
电度量，通过电度累加计算出正确的电度量值。

3)对有功、无功进行累计积分，生成积分电度，包括送电、受电
累计。

4)人工设置电度量值
5)按用户自定义的峰、谷、平时段计算年、月、日的峰、谷、平
电度量
6)日总供电量、网供电量；
7)具有电能平衡功能，实现变电站内、线路上电能输入、输出平
衡计算对累计的各种时段的电量按不同费率进行电费的计算；
8)在历史库中记录电度量原始值处理结果和计算结果。

9)失电和测点退出时有保护措施，不丢失累计，以保证电量累计
的正确性。

6、遥控、遥调控制子系统
远方控制输出（遥控）主要有：
●对断路器分、合的远方操作
●开关设备和标志操作的统一处理
●互锁条件和安全特性的在线修改及研究方式的预测
●复杂开关操作如母线变化，线路开关等的条件定义
●在线可定义的控制序列，如变电站检修操作任务
●对补偿电容器投、切的远方操作对有载调压变压器分接头的远
方调节操作
●部分保护的远方启动、闭锁及信号复归。

遥控操作可在任何画面上预定义的操作对象上进行，系统具有多种校核方式，以满足系统对遥控操作的安全性、正确性和速度的要求。

权限验证：
操作者输入口令，以确认是否具备操作权限，操作权限有效时
间可人工设置。

选点：
操作者选择操作对象，程序校核该对象是否可控，并弹出遥控
对话窗口，显示启发对象的属性描述，供操作员再确认。

内部校验：
检验数据库中相应开关状态，确认对该开关操作是否合法。

统计：
具有遥控、拒动、正确比统计。

系统管理员有权对统计进行人
工设置。

遥控方式可分为：
●直接控制模式
无需返校，直接控制远方接点，如保护装置/通讯装置复位，风扇启停等
●SBO控制模式（选择—返校—执行）
选择对象命令发送到RTU后，系统接收RTU发出的返校信息，并显示于正在操作的MMI机屏幕上。

操作人员根据校核结果，确认执行或者撤消命令。

遥控超时、无校验返回将自动撤消本次操作。

超时时间范围可以灵活设置。

●批次控制模式
在系统需要紧急减负荷时，为了减少操作次数缩短操作时间,本系统可提供批次遥控设置功能，用户预先设置可限电开关、限电优先级等参数，当需要减负荷时，操作人员输入减荷值，系统自动根据用户设置的参数选择当前可限电开关累加限荷量，足够减荷量后，列表提示用户。

经操作人员确认后，执行遥控操作后，应将全部操作过程及操作人员姓名记录下来，并存档。

●顺序控制模式
对相互有逻辑闭锁关系的遥控点，如同一间隔里的开关和刀闸，用户可定义相互之间的遥控闭锁关系。

如闭锁关系成立，则不允许遥控。

遥调急停：
系统在正常运行状态和对变压器分接头进行调节时，对于变压器分接头无操作连续动作（滑档）的情况下，可以自动执行直接遥控操作（急停）。

并将发出报警。

操作记录：
操作人员姓名、操作时间、操作内容结果（状态量状态改变）
等记录下来，存档于遥控遥调操作记录中，可分类检索显示、
打印等。

7、电网事件、报警及事故处理
当系统任何节点、调度任务单元出现故障或异常，在处理系统实时的或历史的电网数据过程中发现电网异常、故障时，系统自动给出各种报警提示，包含音响报警、报警简报窗口显示、报警总表显示、报警流水帐即时打印、报警推画面、图元/线条/区域变色等。

可单独使用，也可组合使用，可在调度工作站或其他工作站上实现，并可根据工作站的职责范围有选择性地报警，如按站、按电压等级，按工作站类型。

1)正常分闸与事故分闸报警
2)可根据RTU发送的事故总信号，保护信号、相应模拟量或线路有
关刀闸状态区分开关正常分闸与开关事故分闸，用不同的音响和
文字分别报警。

3)报警时根据用户设置的推画面信息，推出指定的系统画面，可以
接线图，也可以是常规报表，还可以是用户专门用于研究目的的
画面。

4)报警队列与报警次数
系统可以按用户需求设置多个报警队列，不同的报警队列有不同
的优先级别，对于重要的报警提示优先报警；次数可以任意设置，重要报警可以无限制地重复，直到用户确认。

5)报警流水帐打印
当报警产生后，根据用户设置的打印机与配置，对需要流水帐的
报警提示在打印机上即时输出，供值班人员参考和备案。

6)预告信号
无人值守变电站各类信号（如油温，UPS失电，保护信号等）的
处理功能，能对这类信号的异常状态进行监视、告警、调图、事
项打印、声光或语音报警等；
7)变位闪烁
当开关、刀闸、保护信号等状态量发生变位(正常变位或事故变
位)，在接线图表中予以闪烁，提醒操作员的注意。

当报警被确
认或报警消失后，闪烁自动解除。

8)分类的报警窗口
不同种类的报警按用户设置放置在不同报警简报窗口中显示，包
括报警时间、站点信息、报警类别、报警内容等。

在醒目的报警
态颜色和闪烁态之间闪烁，报警被确认且报警状态未被消失则用
报警颜色显示报警信息，报警被确认且报警状态消失后用正常颜
色显示报警信息。

9)报警存储及统计查询
系统产生的报警全部存入事件库中，存入的信息包括告警时间、站点信息、告警类别、告警描述等。

同时可以按时间、站点信息、报警类别、描述等做复杂的关键字组合查询和进行复杂的统计。

8、事故追忆（PDR）及事故重演
1) 事故追忆的处理能力及配置：
●系统可以定义500个触发点，1000个被追忆对象；
●每个追忆对象最多可以关联512个被追忆对象；
●对于单个触发点，系统可并发处理4个追忆事件；
●每个触发点与被追忆对象的关联关系可单独设置，也可采用默
认方式----仅与本站的被追忆对象关联；
●每个触发点的追忆数据点数及记录周期可单独设置，最多可以
记录事故前后各3分钟的数据。

2)事故追忆的触发
●系统可正确区分事故与正常变位，由遥信量触发追忆事件；
●根据计算量的计算结果，由给定触发追忆事件；
●在PDR管理子功能中，可在触发点列表中，手动触发追忆事件；
3) 事故追忆的检索
●P DR数据按时间方式组织，可方便地检索定位某时刻的事故追忆
记录，检索相关详细信息：
4) 事故重演可采用接线图、数据表格、曲线等形式：
●直观回放----在一次接线图重演，可将被追忆对象的数据显示
到接线图中该点定义的相应位置，具有单步手动重演、自动重演等方式；
●报表格式----在PDR管理子功能中，可将整个追忆数据以表格
形式清晰表现、打印；
●曲线格式----在PDR管理子功能中，可选定几个特别关注的被
追忆点，以曲线形式，直观表现其对比变化关系，具有单步手。