电力系统调度自动化简介(1)全解

通信
前置工作 站A
服务 器组
A
nx16
通信
前置工作 站B
服务 器组
B
nx16
实时网A 实时网B
数据采集网
通
道
RTU信号
柜
1～N
•服务器系统——数据存储中心
• 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 Unix
Windows 2000 Server
Linux • 主流的数据库
EMS-SCADA简介
Ver20150302v0.1
何为SCADA?
SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition
-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
串口1－16
➢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
➢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
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(Data Acquisition) 遥控和遥调操作(Tele-control, Tele-adjust ) 告警(Alarm) 记录(Logging) 事故追忆（PDR, Post Disturbance Review） 事件顺序记录（SOE, Sequence of Event
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。
2001年基于CIM的第二次互操作试 验图示
CIM XML Doc 1
CIM XML Doc 3
(7)
CIM XML
Validator
(6)
(1)
CIM XML
Doc 2
(4)
(3)
(2)
Solution (8) Solution
CIM XML Import
(2,8)
(1,7)
CIM XML Export
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
调制解调器 远程维护
• WEB发布服务器
– PC服务器 – Window 2000 Server – IIS服务
实时网 WEB服务器
MIS网
应用软件
软件结构
拓
系
历
扑
统
史
W
分
安
模
事
数
E
析
全
型
故
据
B
及
与
建
追
保
浏
动
用
立
忆
存
览
态
户
及
着
管
查
色
理
询
遥
无
控
告
模
功
数
、
统
报
拟
电
A
据
遥
计
操
压
G
采
调
警
计
表
作
控
C
集
、
算
怎么办？
如何表达？
IEC 61970-CIM
•如何交互？
IEC 61970-CIS 图形交换草案(Scalable Vector Graphics Based)
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， EPRI CCAPI项目的目标是：
串口扩展设备原理——串口扩展卡
控制卡 连接电缆
CPU 模 块 插入前置工作站
扩展模块1－4
串口1－8
采用串口扩展设备接入数据
前置工作 站A
串口 扩展 设备
前置工作 站B
串口 扩展 设备
通 道 柜
RTU信号 1～N
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，
10/100M以太网
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
电力系统
SCADA
Actual
Fixed Accurate simulation
快照 状态估计
拷贝
数据流分类
在线闭环控制
SCADA系统平台
AVC
AGC
在线开环控制
操作控制
控制任务分类
离线分析和规划
电力系统调度计划、 模拟和培训
前置工作站A PC/Win2K
前置工作站B PC/Win2k
通信服务器组B
通信服务器组A
GPS
Power Status Alert Tx Rx Link TD RD
SLOT 1
SLOT 2
SLOT 3
SD 3 Com
10BASE-T CONSOLE
SERIAL
OC-3
Alert Active
NETWORK
(3)
CIM XML Import
CIM XML Export
(4)
(6)
Solution
(5)
Power Flow Application A
(2,8)
Participant A
(5)
Participant B
Power Flow Application B
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CIS GDA接口的国内第五次 互操作试验 。
培训模式
SCADA是调度的“眼”和“手”
大型调度自动化系统配置
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
GPS
模拟屏
GPS
拨号服务器
认证加密装置
数据库服务器 磁盘阵列
路由器
数据采集服务器 SCADA服务器 数据通讯服务器
高级应用服务器
千兆/百兆交换机服务器 WEB服务器
Recording） 统计、计算（Statistics, Calculation）
SCADA的基本功能（二）
双机切换(Failover) 人机会话(Man Machine Interface) 报表(Report) 网络拓扑与动态着色(Network Topology, Dynamic
Coloring) 历史数据存储 WEB浏览 模拟盘驱动(Mimic Up Data) 系统模型的建立工具
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
量测系 统分析
维护
SCADA DB
网络 通信
短期负 荷预测
开停机 计划
水火电 发电计划
遥信
历史
遥测
断面
历史 外网
保存 断面 等值
网络 结构
拓扑 分析
母线 模型
可观 测性
实时 状态
SE结
在线 潮流
潮流结
分析 估计
果
果
智能化 网络建模
基于网络的数据采集和远动
光纤 收发 装置
TCP/IP TCP/IP
前置 工作 站
实时局域网
前置A
前置B
光纤 RTU 1
RTU 2
...... RTU N
传统的通道切换方式
使用通道切换柜
前置机A
前置机B
通道切换柜
通通
通通
道 板
道 板
......
道 板
道 板
AB
AB
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。
前置 工作 站
a. 使用模拟通道，如载波、微波等通信方式
光隔
RTU
RS232
板
数字通道
RS232
光隔 板
RS232
数据 接入 设备
RS232
前置 工作 站
b. 使用数字通道，如扩频等通信方式
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
RTU
TCP/IP
光纤 收发 装置
光纤
TCP/IP
MS SQL Server
Oracle
Sybase
系统服务器 Sun/UNIX
实时数据网
调度员工作站——Window 2000/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
制
对
…
时
API
人机交互系统
实时数据库
软总线(事件/通信服务)
操作系统(UNIX/LINUX,Windows NT)和商用数据库
系统软件
支持软件
SCADA系统数据流图
实时数据处理
画面
报警
计算
历史数据处理
报表
历史管理
PDR记录
实时库
历史存储
历史库
网络通信
后台系统
前置数据
前置系统
事件记录 PDR重演
实时数据库
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
2N个输入 2N个输出
主通道
备通道 主通道
备通道
RTU
RTU
现在的通道切换装置
使用智能通道板
前置机A
前置机B
主通道
智能通 道板
RTU 备通道
➢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。
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、GE Harris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Las Vegas，ABB、SIEMENS、 ESCA、GE Harris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。
超短期 负荷预测
预测数 据
经济评估分析 静态安全评定 自动故障选择
最优潮流
灵敏度分析 校正对策分析 在线故障计算 短路容量扫描 静态电压稳定
暂态稳定分析
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。
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
基本实现了基于XML CIM模型的交换、合并、 拆分
基于CIS的GDA接口的测试
IEC61970标准简介
IEC 61970-1：导则和一般要求 IEC 61970-2：术语表 IEC 61970-301：公用信息模型（CIM）基本部分） IEC 61970-302：（CIM）财务、能量计划和预定部分 IEC 61970-303：（CIM）SCADA部分 IEC 61970-401：组件接口规范（CIS）框架部分 IEC 61970-402：（CIS）公用数据接口工具部分
-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：
物理隔离 DTS服务器
DTS工作站
终端服务器
MODEM
路由器 SPDnet
安全II区
安 全 III 区
SPTnet
• 前置系统
– 主要功能：与变电站RTU的数据通信 – 单机系统：1－1
RTU
பைடு நூலகம்
RS232
前置机
实际系统：1－N
前置机
RTU1
RS232
RTU2
…… RTUNn
• 前置系统——系统实时数据来源
LINE Alert
Active 1234
SuperStack II PathBuilder S330
SUPER STACK
通道柜
RTU1 RTU2 …
RTU32
远动通信技术
传统的远动通信技术 —— 串行通信
MODEM
RTU
RS232
板
模拟通道
模拟信号
MODEM
板 RS232
数据 接入 设备
RS232