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1、EMS 2 SCADA系统 齐郑 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 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 S
2、CADA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 SCADA Actual Fixed Accurate simulation 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
3、DTS工作站 模拟屏 GPSGPS MODEM SPDnet 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 n n 实际系统 实际系统 1 1 NN 前置系统 系统实时数据来源 远动通信技术 传统的远动通信技术 串行通信 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 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
4、出 现在的通道切换装置 使用智能通道板 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 串口扩展设备原理 串口扩展卡 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
5、设备 将串行设备连接到网络 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 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 MS SQL Server Oracle Sybase 服务器系统 数据存储中心 调度员工作站 Window 20
6、00 XP 其他人机工作站 维护 PAS分析等 WEB发布服务器 PC服务器 Window 2000 Server IIS服务 操作系统 UNIX LINUX Windows NT 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 W E B 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 A G C SCADA系统数据流图 实
7、时数据库 以关系库为模板的 简化了的 基于内存的数据库 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 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 T
8、opology 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 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
9、 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 SCADA
10、 DB 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
11、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 IEC 61970 CIM 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 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
12、 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 2001年基于CIM的
13、第二次互操作试 验图示 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 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 IEC 61970 403 CIS Generic Data Access IEC 61970 404 CIS High Speed Data Access IEC 61970 405 CIS Generic Eventing and Subscription IEC 61970 407 CIS Time Series Data Acces IEC 61970 501 CIM RDF概要 图形交换草案 SVG 图形 电力信息系统集成的未来
