1、EMS(2)-SCADA系統齊鄭何為SCADA? SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition -不是一個全面的控制系統,主要是基于管理層面的 -位于硬件頂層的軟件系統,通過PLC,RTU等模塊于被控系統聯系 -廣泛應用于工業的過程控制系統中 -運行于DOS,VMS,UNIX,NT,LINUX等操作系統之上 -是一種軟實時的控制系統，在電力系統中它是一個復雜的計算機群 電話調度： 得到的信息是歷史的，不一致的 做出的判斷和決策是不可靠的 主要由廠站端的運行人員就地完成大部分監控功能 廠站端人員不了解系統狀態，不了解全局 大規模電力系統的需求SC

2、ADA的必要性： 實時了解系統的運行狀態 迅速、準確、可靠地將廠站端信息傳送到調度中心SCADA的位置電力系統SCADAActualFixedAccuratesimulation快照狀態估計拷貝電力系統AGCAVC在線閉環控制在線閉環控制操作控制在線開環控制在線開環控制電力系統調度計劃、模擬和培訓離線分析和規劃培訓模式SCADA是調度的“眼和“手”數據流分類數據流分類控制任務分類控制任務分類SCADA系統平臺大型調度自動化系統配置路由器調度員工作站報表工作站運方工作站程序員工作站維護工作站網管工作站數據庫服務器數據采集服務器SCADA服務器數據通訊服務器WEB服務器DTS服務器DTS工作站模擬

3、屏GPSGPSMODEMSPDnet安全II區安 全 I I I區SPTnet磁盤陣列終端服務器千兆/百兆交換機服務器路由器物理隔離高級應用服務器撥號服務器認證加密裝置 前置系統 主要功能：與變電站RTU的數據通信 單機系統：11 前置系統系統實時數據來源遠動通信技術遠動通信技術RTUMODEM板RS232模擬通道MODEM板RS232數據接入設備模擬信號RTU光隔板RS232數字通道光隔板RS232數據接入設備RS232a. 使用模擬通道，如載波、微波等通信方式b. 使用數字通道，如擴頻等通信方式前置工作站RS232前置工作站RS232傳統的遠動通信技術 串行通信RTUTCP/IP光纖光纖收

4、發裝置TCP/IPTCP/IP前置工作站TCP/IP光纖收發裝置實時局域網高級的通信方式網絡通信采用光纖聯網技術，連接距離10-100公里前置A前置BRTU 1RTU 2RTU N.光纖基于網絡的數據采集和遠動傳統的通道切換方式使用通道切換柜通道切換柜通道板A通道板BRTU主通道備通道通道板A通道板BRTU主通道備通道.前置機A前置機B通道切換柜中插入多塊通道切換板，所有的主備通道接入切換柜。 2N個輸入 2N個輸出現在的通道切換裝置使用智能通道板智能通道板前置機A前置機BRTU備通道主通道智能通道板是一種可編程的MODEM板。可以通過程序控制通道板在輸入的主備雙通道之間自動切換。前置機和通道

5、板之間采用內部協議進行通信，可以在線向通道板發送控制命令。前置系統數據接入技術 RTU采用串行通信，前置系統需要接入大量的串行信號 必須提供某種設備，使前置機能夠訪問多個RS232串口 傳統的數據接入方式 采用串口擴展設備 先進的數據接入方式 采用通信服務器 采用通信服務器接入通信數據已成為SCADA系統的發展趨勢采用串口擴展設備接入數據控制卡CPU模塊連接電纜擴展模塊14串口18插入前置工作站串口擴展設備原理串口擴展卡前置工作站A前置工作站B串口擴展設備串口擴展設備通道柜RTU信號1N采用串口擴展設備接入數據采用通信服務器接入數據通信服務器 標準的網絡設備，將串行設備連接到網絡，串口1161

6、0/100M以太網管理員給通信服務器分配一個IP地址，通信服務器自動為每個串口分配一個端口號。訪問串口訪問網絡設備，采用標準的TCP/IP協議，socket接口對每個串口，通信服務器提供高達230.4Kbps通信速率前置數據采集子網前置工作站A前置工作站B通信服務器組Anx16通信服務器組Bnx16通道柜RTU信號1N實時網A 實時網B數據采集網在前置工作站上安裝第三塊網卡。數據采集網上連接前置工作站和通信服務器組 主流的服務器平臺 PC服務器 Unix服務器,Sun/HP 主流的服務器操作系統UnixWindows 2000 Server Linux 主流的數據庫 MS SQL Server

7、 Oracle Sybase服務器系統數據存儲中心 調度員工作站Window 2000/XP 其他人機工作站維護、PAS分析等 WEB發布服務器 PC服務器 Window 2000 Server IIS服務操作系統(UNIX/LINUX,Windows NT)和商用數據庫軟件結構 實時數據庫人機交互系統軟總線(事件/通信服務)API模型建立WEB瀏覽系統安全與用戶管理拓撲分析及動態著色無功電壓控制模擬操作統計計算告警歷史數據保存及查詢事故追憶遙控、遙調、對時數據采集系統軟件支持軟件應用軟件報表AGCSCADA系統數據流圖實時庫歷史庫畫面報警前置數據計算報表歷史管理事件記錄PDR記錄實時數據處理

8、歷史數據處理PDR重演前置系統后臺系統歷史存儲網絡通信實時數據庫以關系庫為模板的、簡化了的、基于內存的數據庫 實時應用程序 實時任務調度與管理 內存數據庫 數據庫模式管理 實時資源管理 數據操作 數據通信 I/O 調度 關系數據庫 實時數據庫體系結構 SCADA的基本功能一） 數據采集(Data Acquisition) 遙控和遙調操作(Tele-control, Tele-adjust ) 告警(Alarm) 記錄(Logging) 事故追憶PDR, Post Disturbance Review） 事件順序記錄SOE, Sequence of Event Recording） 統計、計算S

9、tatistics, Calculation）SCADA的基本功能二） 雙機切換(Failover) 人機會話(Man Machine Interface) 報表(Report) 網絡拓撲與動態著色(Network Topology, Dynamic Coloring) 歷史數據存儲 WEB瀏覽 模擬盤驅動(Mimic Up Data) 系統模型的建立工具SCADA的基本功能數據預處理 遙測量合理性校驗 遙測值變化率合理性校驗 遙測值的平滑濾波 開關變位可信性校驗SCADA的基本功能信息顯示和報警 質量監視 安全限制監視 開關狀態 停電監視 計劃值執行情況 設備狀態 保護和自動裝置的動作狀態基

10、于圖形界面的智能化支撐環境UNIX下Motif界面面向設備的圖形化、一體化建模面向設備的圖形化、一體化建模歷史數據查詢SCADA信息顯示的例子棒圖 適合顯示機組出力，電壓等數據SCADA信息顯示的例子餅圖 適合顯示份額數據，如水電占總出力的份額，某機組出力占總出力的份額，等SCADA信息顯示的例子曲線 適合顯示某個量的變化趨勢，如系統負荷，頻率，電壓等。SCADA的基本功能遙控和遙調操作 避免誤操作 返訊校驗 畫面提示操作信息 操作結果顯示 智能化防誤操作 調度錄音電話SCADA的基本功能 PDR，SOE 記錄系統發生異常情況和事故發生的順序 作用：事故后分析事故 PDR：記錄事故前后一段時間

11、間隔的重要實時數據。 SOE：對事故時各種開關、繼電保護、自動裝置的狀態變化信號按時間順序排隊。要求精確的時鐘同步。EMS應用軟件系統的數據流圖 拓撲分析可觀測性分析網絡通信SCADADB遙信網絡結構母線模型SE結果實時狀態估計遙測歷史斷面歷史斷面保存超短期負荷預測預測數據外網等值在線潮流潮流結果靜態安全評定自動故障選擇最優潮流校正對策分析在線故障計算智能化網絡建模靈敏度分析經濟評估分析量測系統分析維護短路容量掃描靜態電壓穩定暫態穩定分析短期負荷預測開停機方案水火電發電計劃原有系統的問題 1、信息模型私有，無標準；2、訪問接口私有，可移植性差；3、協議私有，互操作性差。因而，如果要實現信息的集

12、成和共享，則各信息孤島兩兩之間都需要開發專用的接口結果導致：1、不同供應商的軟件系統間集成困難；2、不同地區的電力部門間數據交換困難；3、隨著信息系統規模的增大，甚至同一供應商的不同軟件系統間集成也越來越困難。怎么辦？ 如何表達？如何交互？IEC 61970-CIMIEC 61970-CIS圖形交換草案圖形交換草案(Scalable Vector Graphics Based)國外研究進展國外研究進展 在1990年，美國電力科學研究院EPRI確立了CCAPI控制中心應用程序接口工程，EPRI CCAPI項目的目標是： 1、主要目標是形成一套導則或規范，以最小代價和無任何代碼改動就可以將一個新應

13、用軟件安裝在正在運行之中的EMS系統中，就象在臺式機上安裝軟件包，或者在計算機中加塊內存，實現EMS應用軟件的“即插式應用。 2、最低目標是探討一種方法，以減少目前需要在EMS系統中安裝第三方軟件的工作量。 2000年12月，在美國Orlando，ABB、SIEMENS、ESCA、GE Harris等國際大公司基于IEC61970的公共信息模型CIM進行了第一次互操作試驗獲得成功；2019年5月，在美國的Las Vegas，ABB、SIEMENS、ESCA、GE Harris等國際大公司基于IEC61970的公共信息模型CIM進行了第二次互操作試驗獲得成功；2019年6月在美國進行了第三次互操

14、作實驗，進行了XML文檔的合并，進行了潮流計算。 2019年基于CIM的第二次互操作試驗圖示 ParticipantAParticipantBCIM XML ImportCIM XMLDoc 1Power Flow Application ACIM XML ImportPower Flow Application BCIM XML ExportCIM XMLDoc 2CIM XMLValidatorCIM XML ExportCIM XMLDoc 3SolutionSolution(1) (5) (4) (6) (3) (3) (2,8) (2,8) (1,7) (6) (4) (7) (5)

15、 Solution(8) (2) 國內研究情況 2019年9月142019年9月16日在北京國調中心舉行了基于CIS GDA接口的國內第五次互操作試驗 。 基本實現了基于XML CIM模型的交換、合并、拆分 基于CIS的GDA接口的測試IEC61970標準簡介 IEC 61970-1：導則和一般要求 IEC 61970-2：術語表 IEC 61970-301：公用信息模型CIM基本部分） IEC 61970-302：（CIM財務、能量計劃和預定部分 IEC 61970-303：（CIMSCADA部分 IEC 61970-401：組件接口規范CIS框架部分 IEC 61970-402：（CIS公

16、用數據接口工具部分 IEC 61970-403：（CISGeneric 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概要圖形交換草案-SVG 圖形 CompaqSun通用平臺（基于擴展ORB核心的中間件）基于IEC 61970 CIM/CIS的數據庫中間件平臺IBMHPSolaris UNIX Tru64 UNIX AIX UNIX WindowsNT圖形界面前置通訊Web報表Web瀏覽器調度員培訓仿真系統（DTS）