电力系统计算机网络

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1、计算机网络技术在电力系统中的应用计算机网络技术在电力系统中主要用于电力企业的运营和管理方面,随着计 算机网络技术的发展,电力系统的发展也越来越迅速。1. 电力系统的信息化建设 信息化建设的基础是电力数据网络的建设。电力数据网络不仅要为电网升级 为智能电网提供物质基础和必要手段，还要为商业化运营和现代化管理提供服务. 同时电力系统在运行过程中可以出现多种状态，如正常、替戒（应为告警）、紧急、 崩溃和恢复等。利用计算机网络技术该系统对内将各部门的计算机及其网络系统互联起来， 能支持对文本、图形、视频采集、语音传输、视频会议等多媒体电力业务数据的 处理，为电力业务及其办公自动化提供良好的网络及信息服

2、务；对上级供电公司 互联，实现信息交换和数据资源共享的信息枢纽和服务中心。并对通过通讯系统 收集上来的电力系统的各种数据进行分析和处理，自动做出判断或辅助人工做出 判断，并把控制命令又通过计算机网络技术传送到电力系统的执行设备，以实现 对电力系统的有效控制。2. 电力系统对信息网络的基本要求 能够支持文字、声音、图象，视频等多媒体数据处理。能够可靠运行电力系 统应用软件。能够支持同上级供电机关的网络互连和信息共享。能够满足今后视 频点播、视频会议、变电站监控等新业务的带宽需求。从近期需要和远期发展的 需求考虑，采用千兆以太网和第三层交换技术作为解决方案的核心。3. 信息网络的基本建设 一般的信

3、息网络采用分布式的体系结构，使用计算机网络技术实现一种基于 三层客户机服务器结构的电力系统自动化方案。在以往的电力自动化系统中， 由于系统限于历史条件，大多是面向具体的功能应用设计开发的，其系统的开放 性，可扩充性和二次开发性等方面都存在严重的不足。主要由单机实现各项系统 的功能：数据的采集和显示、数据库事务的操作，还需要提供比较完善的用户界 面，所以系统的负荷比较大，从而造成了系统性能的下降，同时由于单机的资源 有限，限制了整个系统的扩充。即使是有些系统采用了二层的C/s（客户机/服 务器）结构，但是由于二层 cs 结构本身的局限，系统的开放性和可扩充性存在 着问题。随着网络技术（特别是三层

4、体系结构）的日益成熟和完善，为了解决这 些问题，急切需要发展一种开放性的电力系统自动化方案。3.1 三层应用模型电力系统自动化方案的三层应用模型如图 1 所示:图 1 电力系统自动化方案的三层应用模型新型的基于三层c / s结构的电力自动化系统中，增加了一层应用服务器(中 间件)，它的功能主要是接受来自前置机的实时数据，并保存为历史数据，在应 用服务器上定义了数据访问的逻辑规则，电力工作站通过它上面的逻辑规则和数 据库打交道。应用服务器和电力工作站通过DCOM(RPC )进行通讯，和数据库服务 器通过 ADO 进行通讯。电力工作站变成了瘦客户机，而且由于电力工作站和应用 服务器之间是通过DCO

5、M(RPC)进行通讯的，所以不用考虑机器的物理位置。此外, 软件的可扩充性也大大增强了。比如当数据的逻辑规则发生改变时，只需修改应 用服务器的相应规则即可，对电力端影响不大。前端的客户不再直接和后端的数 据库连接，所有对数据库的访问都要通过应用服务器，数据库的安全性得到了保 障。4. 计算机网络技术在电力系统中的实现41 系统的应用服务器在三层c / s结构中，应该服务器层也就是中间件(Middleware)是最重要的 部件。所谓中间件是一个用API定义的软件层，是具有强大通信能力和良好可扩 展性的分布式软件管理框架。它的功能是在客户机和服务器或者服务器和服务器 之间传送数据，实现客户机群和服

6、务器群之间的通信。其实现流程是：在客户机 里的应用程序需要驻留网络上某个服务器的数据或服务时，搜索此数据的 C/ S 应用程序需访问中间件系统。该系统将查找数据源或服务，并在发送应用程序请 求后重新打包响应，将其传送回应用程序。在本文中，中间件(应用程序服务器) 的功能主要是接受来自前置机的实时数据，并保存为历史数据，在中间件(应用 程序服务器)上定义了数据访问的逻辑规则，电力工作站通过调用它上面的逻辑 规则和数据库打交道。中间件（应用程序服务器）和电力工作站通过DCOM进行通 讯，和数据库服务器通过ADO进行通讯。它既是一个普通的应用程序，又是一个 DCOM服务器。42 实时数据的获取和保存

7、中间件（应用程序服务器）需要将前置机送来的实时数据进行处理，并存入后 端的数据库中。实时数据分为原始的实时数据以及处理后的实时数据，其中前者 来自前置机，后者是由监视线程计算后得到的。在前置机与中间件之间的通讯中， 我们用到了 WinSock编程。电力自动化系统启动之时启动一个存盘线程 （SaveDataThread） ，在后台不停的运行，直至系统暂停或退出。存盘线程昀任务 是监测存盘实时结构，查看是否有满足存盘需要的电量，如果有，则存入该 Eb 的历史数据表中。存盘时间间隔有 5分钟、30分钟、60分钟三种。每当系统 时间的分钟数是5的倍数时，则从存盘实时结构中挑选出存盘间隔是5分钟的电 量

8、，然后将该电量的实时数据存入历史数据库中。当系统时间的分钟数是30的 倍数时，则挑选出存盘间隔是30分钟的电量，然后将该电量的实时数据存入历 史数据库中，依此类推。5. 总结电力自动化系统中数据传输量大，种类多，通讯功能的优劣直接影响着系统 的整体性能。电力自动化系统中的通讯问题是网络通讯的问题，即前置机与数据 库服务器、电力工作站等在内的通讯问题，由于实时网络通讯较为复杂等原因， 在电力系统中，计算机网络建设越来越庞大，且组网方式繁多而复杂。 从我国电力系统信息系统的发展来看，应用系统的膨胀是必然的趋势，网络系统 面临数据流量增大的压力，在设计电力系统信息网络时应充分考虑系统的可扩展 性，从

9、而保护网络系统投资。网络的扩展能力包括设备交换容量的扩展能力、端 口数量的扩展能力、主干带宽的扩展，以及网络规模的扩展能力。设备的选型应 充分考虑包转发能力以及数据交换能力。端口密度扩展需要认真分析用户和应用 系统的扩展可能性，在具备扩展可能性的信息节点配置高可扩展性的网络设备， 满足网络扩容时对用户接入以及系统互联的需要。主干设备应具备充足的接口， 满足4-8倍甚至更高的带宽扩展能力，以适应IP类应用及业务急速膨胀的需求。1 电力系统自动化技术概述 电力系统由发电、输电、变电、配电及用电等环节组成。通常将发电机、变压器、 开关、及输电线路等设备称作电力系统的一次设备，为了保证电力一次设备安全

10、、 稳定、可靠运行和电力生产以比较经济的方式运行，就需要对一次设备进行在线 测控、保护、调度控制等，电力系统中将这些测控装置，保护装置，有关通信设 备，各级电网调度控制中心的计算机系统，（火）电厂、（水、核能、风能）电站及 变电站的计算机监控系统等统称为电力系统的二次设备，其涵盖了电力系统自动 化的主要技术内容。11 电网调度自动化 电网调度自动化是电力系统自动化的主要组成部分，我国目前电网调度自动化分 为五级，即国家电网调度、大区电网调度、省级电网调度、地区电网调度和县级 电网调度。电网调度自动化主要组成部分由电网调度控制中心的计算机网络系 统、工作站、服务器、大屏蔽显示器、打印设备、通过电

11、力系统专用广域网连结 的下级电网调度控制中心、调度范围内的发电厂、变电站终端设备 0tn 测量控制 等装置）等构成。电网调度自动化的主要功能是电力生产过程实时数据采集与监 控电网运行安全分析、电力系统状态估计、电力负荷预测、自动发电控制（省级 电网以上）、自动经济调度（省级电网以上）并适应电力市场运营的需求等。国家 电网调度和大区电网调度控制中心的计算机设备配备比省级电网调度控制中心 的规模大，服务器及网络设备容量大，功能性应用软件也有差别。地区电网调度 是指城市供电网的调度，调度功能和调度范围要比大区电网和省级电网小得多， 地区电网调度不对发电厂进行控制，主要对供电网内的各级变电站和配电网进

12、行 实时监控，保证安全可靠供电。县级电网调度控制中心设备规模一般要比地区电 网调度小，并且工作站、服务器一般选用工业或普通商用PC机。12 变电站自动化 电力系统中变电站与输配电线路是联系发电厂与电力用户的主要环节。变电站自 动化的目的是取代人工监视和电话人工操作，提高工作效率，扩大对变电站的监 控功能，提高变电站的安全运行水平。变电站自动化的内容就是对站内运行的电 气设备进行全方位的监视和有效控制，其特点是全微机化的装置替代各种常规电 磁式设备：二次设备数字化、网络化、集成化，尽量采用计算机电缆或光纤代替 电力信号电缆：操作监视实现计算机屏幕化；运行管理、记录统计实现自动化。 变电站自动化除

13、了满足变电站运行操作任务外还作为电网调度自动化不可分割 的重要组成部分，是电力生产现代化的一个重要环节。我国变电站自动化系统从 初始研发最终到超高压变电站普及应用总共花了 78年时间。我国变电站自动 化系统 2O 世纪 9O 年代初先在 35kV 变电站投运试点，继而在 11OkV 变电站投运： 1998年前后在220kV变电站推广应用；2000年以后国500kV超高压变电站建设 全部采用了变电站自动化系统方案。变电站自动化系统与上一代常规 二次设备相比明显具有占地面积小、功能强、可靠性高等优点，很快在电网建设 中得到普及。1. 3发电厂分散测控系统(DCS)发电厂分散控制系统(DCS)一般采

14、用分层分布式结构，由过程控制单元(PCU)、运行员工作站(OS)、工程师 工作站(ES)和冗余的高速数据通讯网络(以太网)组成。过程控制单元(PCU)由可 冗余配置的主控模件(MCU)和智能I / o模件组成。MCU模件通过冗余的I/O总 线与智能 fO 模件通讯。 PCU 直接面向生产过程，接受现场变送器、热电偶、 热电阻、电气量、开关量、脉冲量等信号，经运算处理后进行运行参数、设备状 态的实时显示打印以及输出信号直接驱动执行机构，完成生产过程的监测、控制 和联锁保护等功能。运行员工作站(OS )和工程师工作站(ES)提供了人机接口。运 行员工作站接收PCU发来的信息和向PCU发出指令。为运

15、行操作人员提供监视和 控制机组运行手段。工程师工作站为维护工程师提供系统组态设置和修改、系统 诊断和维护等手段。2 电子技术、计算机技术的发展不断推动电力系统自动化进步上世纪 6O、 70 年代晶体管技术的发展及随后中小规模集成电路的问世为研发初 始的电力系统自动化装置提供了技术条件，电力开关信号检测、模拟量检测(电 力变送器)、晶体管及集成电路继电保护、自动装置、远动装置、模拟盘等二次 设备相继出现。这一时期自动化装置的特点是以模拟电路和布线逻辑为主进行设 计，这类装置的应用减轻了变电站值班员的劳动强度，提高了电力安全运行程度。 但这些自动化装置功能比较单一，互相之间缺少通信联系，装置不具备

16、故障自诊 断能力。随着上世纪80年代单片机技术的发展和应用，我国电力系统自动化设 备实现了全面的更新换代。由于采用了数字电路和模块 化软件设计技术，电力自动化装置的性能大大提高，特别是装置具有了通信功能， 可通过并行口、串行口与其他设备进行数据交换，数据和各种信息可通过外部设 备如CRT显示，打印机打印制表等，装置首次出现了人机联系功能。值得一提的 是从Intel公司引进的SBC系列OEM单板机技术加快了我国微机化电力系统二次 设备的开发进度，以单片机为基础的国产化自动化设备层出不穷，数字式故障录 波器替代了机械光学结构原理的老式录波装置：微机远动装置及巡回检测设备体 积小，容量大，通信规约适应性强；微机继电保护装置性能也大大提高，可方便 修改保护定值，使用和维护非常透明。同时，国产的工业计算机和引 进的 PC 机技术为电力系统调度自动化、电厂监控系统、变电站综合自动化奠定 了基础。开发的应用软件可以实现电力系统实时数据采集、汇总、分类、分析、 存档、显示、打印、