调度自动化系统结构图

电力调度自动化系统简介第一局部EMS简介第一章电力调度自动化系统的构成本章介绍调度自动化系统的构成。

通过全然结构形式介绍和全然功能介绍，熟悉调度自动化系统的结构及其设备，掌握电力调度自动化系统的全然功能。

一、电力调度自动化系统的结构以计算机为核心的电力调度自动化系统的框架结构如图1-1所示。

调度自动化主站系统图1-1电力调度自动化系统的框架结构图1-1中能够瞧到，调度自动化系统采取的是闭环操纵，由于电力系统本身的复杂性，还必须有人〔调度人员〕的参与，从而构成了完整、复杂、紧密耦合的人一机一环境系统。

〔一〕子系统构成电力调度自动化系统按其功能能够分成如下四个子系统：1、信息采集命令执行子系统该子系统是指设置茬发电厂和变电站中的子站设备、远控执行屏等。

子站设备能够实现“四远〞功能，包括：采集并传送电力系统运行的实时参数及事故追忆报告；采集并传送电力系统继电保卫的动作信息、断路器的状态信息及事件顺序报告(SOE)；同意并执行调度员从主站发送的命令，完成对断路器的分闸或合闸操作；同意并执行调度员或主站计算机发送的远调命令，调整发电机功率。

除了完成上述“四远〞的有关全然功能外，还有一些其他功能，如系统统一对时、当地监控等。

2、信息传输子系统该子系统完成主站和子站设备之间的信息交换及各个调度中心之间的信息交换。

信息传输子系统是一个重要的子系统，信号传输质量往往直截了当碍事整个调度自动化系统的质量。

3、信息的收集、处理与操纵子系统该系统由两局部组成，即发电厂和变电站内的监控系统，收集分散的面向对象的RTU(RemoteTerminalUnit)的信息，完成管辖范围内的操纵，同时将通过处理的信息发往调度中心，或同意操纵命令并下发RTU执行。

调度中心收集分散在各个发电厂和变电站的实时信息，对这些信息进行分析和处理，结果显示给调度员或产生输出命令对对象进行操纵。

4．人机联系子系统从电力系统收集到的信息，通过计算机加工处理后，通过各种显示装置相应给运行人员。

电网调度自动化系统基础介绍高纪湘图5 远动终端结构简图远动系统远动系统配置的基本模式如图示.图6 远动配置的类型a 点对点b 多路点对点c 多点星形d 多点共线e 多点环形a b cd e脉冲量模拟量开关量调节器执行机构时钟图7 远动系统的功能结构框图远动系统是调度自动化系统的重要组成部分,是实现调度自动化的基础.调度自动化系统远动技术在电力系统中的应用,使电力系统调度工作进入自动化阶段.当运动装置从布线逻辑的全硬件发展到广泛采用计算机技术后,就出现了调度自动化系统.传统的调度自动化系统被认为是保证电网安全运行的三大支柱之一其他两个是安全稳定控制系统、电力专用通信系统,在电力系统的安全运行中发挥了并继续发挥着不可替代的作用.调度自动化系统的发展过程20世纪30年代,电力系统就有了集中式自动调频和机电型远动装置；60年代开始用计算机实现SCADA、AGC/EDC功能；我国调度自动化始于70年代.70年代基于专用计算机和专用操作系统的SCADASupervisory Control And Data Acquisition系统,如SD 176；80年代基于通用计算机的EMSEnergy Management System系统,如四大网引进系统,VAX/VMS的SCADA/EMS系统；90年代基于RISC/UNIX的开放式分布式EMS/DMSDistribution Management System系统,如：RD 800、OPEN 2000、SD 6000、CC 2000等；进入21世纪以来,遵循IEC 61970 CIMCommon Information model/CISComponent Interface Standard,以采用JAVA、因特网、面向对象技术、综合考虑电力市场环境中安全运行及商业化运营要求等为特征的新一代EMS系统,如OPEN 2000E、TH21000等.调度自动化系统组成一般调度自动化系统的结构如下图示.图8 调度自动化系统简图调度自动化系统功能调度自动化系统的功能可分为数据采集和系统监控以及能量管理两大部分. SCADA ：完成信息采集、传输、监视和控制,通过人机界面实现对系统的在线安全监视,并有越限告警、记录、打印制表、事故追忆、系统自身监视等；对系统中的重要开关进行遥控、对有载调压变压器、调相机、电容器等设备进行调节或投切,并完成记录、统计、制表等日常工作；随着调度自动化的发展,把原来独立的频率及有功自动调节系统以及自动发电控制Automatic Generation Control, AGC 和经济调度Economic Dispatching 包括进来,扩展成AGC/ED 功能.EMS ：随着电力系统的扩大和接线更加复杂,仅仅监视运行工况是远远不够的,近发电厂发电厂变电所变电所年来在网络和通信技术的支持下发展成包括SCADA、AGC/ED、PAS、DTS的能量管理系统EMS.随着电网互联和电力改革的步伐的加快,对电网运行调度和控制的要求提出了许多更新更高的要求.传统的EMS的概念、结构和功能都将发生很大的变化.调度自动化系统分层与调度管理体制相适应,我国实行五级调度自动化系统,不同系统承担不同功能.国调EMS：通过计算机数据通信与各大区电网控制中心相联,协调、确定大区间的联络线潮流和运行方式,监视统计和分析全国电网运行情况：采集各大区网和有关省网信息,监视大区电网的重要测点工况及全国电网运行概况,并进行统计分析；进行电力互联系统的潮流、稳定、短路电流及经济运行计算,校核计算的正确性,并通过计算机数据网向下传达；处理所采集的有关信息,作长期安全经济运行分析,并提出对策.大区网调EMS：按统一调度、分级管理原则,负责超高压电网的安全运行,并按规定的发电计划及监控原则进行管理,提高电能质量和经济运行水平：数据采集和监控、经济调度以及有实用效益的安全分析；进行负荷预测,制定开停机计划和水火电经济调度的日分配计划、闭环或开环AGC；省市间和有关大区网的供受电量计划编制和分析；进行潮流、稳定、短路电流及离线或在线的经济运行分析计算,通过计算机通信校核各种分析计算的正确性,并上报和下传.省调EMS：负责省网的安全运行,并按规定的发电计划及监控原则进行管理,提高电能质量和运行水平.独立省网和大区网内作为一个独立的控制区域,与相邻的省网实行联络线控制的省级调度：数据采集和监控、经济调度以及有实用效益的安全分析；进行负荷预测,制定开停机计划和水火电经济调度的日分配计划、闭环或开环AGC；地区间和有关省网的供受电量计划编制和分析；进行潮流、稳定、短路电流及离线或在线的经济运行分析计算,通过计算机通信校核各种分析计算的正确性,并上报和下传,并提供给运行方式部门作为计划编制的依据.地调：一般是SCADA系统加部分PAS、DTS功能,不包括AGC：实现所辖地区的安全监控；对所辖有关站点直接站点和集控站点开关的远方操作,变压器分接头的调节和电力电容器的投切；用电负荷管理和自动投切.县调/配调：随着农村电气化和城乡配电自动化而发展起来,基本功能包括基本数据采集和监控和扩展的据采集和监控,PAS、DTS大多是选项,对于配网的网络分析具有不同于输电网的网络分析功能,有的虽然名称相同,但算法不同.此外配调还需考虑和GIS接口.分层实例合理确定分层数和各层的调度分工是非常重要的.主要采取两层和三层控制.如日本的电力调度控制系统分中央、中间和集中三层控制所.中央控制所总局负责整个系统可靠性运行及有效利用设备,包括负荷频率控制、主干系统电压控制、系统发电计划等.中间控制所分局负担主干系统以下地区系统的调度工作,包括地方系统安全监控、调度操作、地方电厂调度、信息采集和向中央控制所传送信息.集中控制所主要管理向负荷供电的变电所群进行远方控制和变电所设备维修.图9 日本电力系统调度三层控制系统模型图中数字为一般数量图10 电力系统远动系统典型分层结构IEC 870-1-1MCC-主调度中心；RCC-区域调度中心；DCC-PS-发电厂； -变电所、被控站调度自动化系统主站结构图11 一个典型的能量管理系统基本配置图从硬件结构来看,整个系统分布在三个安全区中,分别为安全区Ⅰ、安全区Ⅱ和安全区Ⅲ,主系统位于安全区Ⅰ,DTS子系统位于安全区Ⅱ,WEB子系统位于安全区Ⅲ,安全区Ⅰ与安全区Ⅱ使用防火墙,安全区Ⅰ与安全区Ⅲ之间设置正向与反向电力专用隔离装置隔离.主系统包括双冗余局域网子系统、数据采集与通讯子系统、各种应用服务器与工作站.1.局域网子系统系统采用冗余的双交换式局域网结构,大型用户可采用具备三层交换功能的企业级或部门级交换机,重要的服务器还可采用1000M速率接入,普通用户可采用中档交换机,构成功能分布的开放系统.2.实时数据采集子系统数据采集服务器通过两块网卡分别联到主干网,网上传输的为经过数据采集服务器处理的、向SCADA应用服务器传输或接收的数据报文,以及各工作站间进行交换的报文；它还通过第三、四块网卡与数据采集专用网段相联.采用主网和数据采集网段分离的最大优点是能减轻主网负荷,提高整个系统的安全性及可靠性.连接在第三、四网段的有数据采集前置设备和有双重化冗余配置的交换式路由器、终端服务器、调制解调器/数字隔离板以及监视切换设备等.每套前置系统具有对多个厂站进行通信的能力,且每路具有独立的端口.串口通信速率能在300Bd和11500Bd之间可选,并能适应同步、异步和模拟以及数字通信方式,也可接入网络RTU.支持CDT,Polling及网络协议等能文字描述的通信规约,系统一般应提供规约库或通用的国标库,还应提供针对某些变种协议的人机界面定义描述,提供标准接口供今后扩展之用,获得授权的用户可以方便地在规约库中增加新规约.此外系统还应提供完善的软硬件仿真、测试手段.AGC子系统SCADA子系统完成遥信、遥测量的处理、越限判断、计算等电网的实时监控功能,AGC子系统完成自动发电控制功能,这两个子系统配置在同一组物理服务器上,采用两台服务器以热备用方式运行.4.历史数据服务子系统该子系统主要完成历史数据存储、管理.系统按指定周期将实时数据服务器中的数据转储到该服务器中,实现实时数据的长期存档.历史数据管理的所有功能都基于关系型商用数据库来实现.系统一般采用两套RISC服务器及磁盘阵列作为系统管理及历史数据服务器.两台服务器按热备用方式运行,双服务器直接接入系统双LAN上. 历史数据库中的实时记录数据取自SCADA 处理后的数据.SCADA平台发生切换时,不会造成历史数据库的数据丢失和数据库损坏.应用服务子系统该子系统用于实现电网的发电计划和网络分析功能.可配置两套RISC 服务器,两台服务器安装相同的操作系统、电力应用及网络分析软件,同时运行或单独运行,自动均衡负载和自动平衡请求任务以完成各种应用功能.服务器接在系统双LAN上,LAN网络上的各种切换不会影响服务器功能和数据丢失.6.调度员培训模拟子系统DTS系统自成一个局域网,用于对调度人员和EMS系统维护人员进行各种操作技能和应用技能的培训.配置1台电网仿真服务器、1台学员工作站、1台教员工作站.该子系统是相对独立于EMS系统,其局域网通过一台网络接口设备与EMS主局域网相连接.同时具备与大屏幕投影仪的接口.7.安全WEB子系统遵照有关电力二次系统安全防护文件的要求,将WEB子系统与主系统相对独立, WEB服务器可配置一到两台.在安全区Ⅰ与安全区Ⅲ之间布置正向与反向专用电力专用隔离装置,正向隔离用于从内向外的通讯,传送实时数据、历史数据及图形文件等,反向隔离用于从外向内的通讯,传送计划值等.在安全区Ⅰ与安全区Ⅱ之间布置经过有关部门认可的国产硬件防火墙.8.人机界面子系统工作站一般配置UNIX工作站,也可配置高档PC图形工作站.由于系统采用了C/S结构,主要任务都在服务器上处理,所以工作站的配置可以相对低一些.调度自动化系统主站功能1.支持平台1 实时与商用数据库相结合的数据库管理系统目前,广泛采用商用数据库已成为工业界数据库应用的潮流,有了商用数据库的管理,才能方便地实现信息的共享,现有的商用软件才可直接使用,与其它系统的互连才能按标准方式进行,系统才真正具有完全意义上的开放性.但如果全部直接使用商用数据库,又难以满足电力系统实时性的要求,所以我们在设计数据库管理系统的时候,采用实时数据库管理系统和商用数据库管理系统相结合的方法.商用数据库管理系统主要用来进行数据库建模,历史数据存贮,告警信息的登录、设备信息的存贮,管理信息和其他信息的保存,以及整个系统数据安全性的检查,一致性和完整性的保证等.一般实时数据库管理系统是自行开发的具有Client/Server模式的数据库管理系统,具有很快的响应时间,能很好地满足电力系统实时性的要求,同时它还是一个网络数据库管理系统,它可以管理分布于网络中各个结点上的所有分布式数据库,这就为系统的灵活配置和功能的随意组合提供了技术基础.两种数据库在系统中的有机结合,协调同步是一个系统设计成败的关键,必需采用先进的管理机制,对两种数据库进行统一管理,向用户提供统一的访问接口和人机界面,用户访问数据库时,只要指出要访问的对象,就可检索到相应的数据,而无须指明所需访问的数据是在实时库中还是在商用库中,是在本地机器上还是在异地机器上,两种数据库对用户完全透明,这就为用户的访问提供了极大的方便,减少了很多不必要的繁琐细节.数据库应支持实时方式及多种研究方式,以保证不同的计算和不同应用的要求,并支持多种应用功能,不仅支持SCADA、PAS、DTS、AGC/EDC,而且还支持DMS 等.2 图形系统图形系统一般是基于OSF/Motif或OpenGl采用面向对象的技术开发的全图形、全汉化系统.其基本功能有：应提供一功能强大、操作方便的图形编辑器、图元编辑器；图形显示功能应灵活、多样、可放大、缩小、滚动、漫游、分层分平面显示,并提供导航图、如果是多显示屏的话,图形的导航图可分在两个屏幕中,便于检索和漫游；图形具有多种形式,如接线路、潮流图、地理图、曲线、棒图、饼图、表盘图、刻度尺等,支持多屏显示；应具有地理信息图的显示,支持图形信息的统计和检索；具有动态着色功能,可根据电网网络拓朴结构,自动判断和推理,直观用颜色区分电网的电压等级和运行状态如：正常、停电、接地等；操作功能应能配置灵活,所有操作控制菜单可在线定义,控制执行模块功能单一,正确可靠；采用图形制导技术,作图的同时可以在图形界面上录入数据库,使作图和录入数据一次完成,自动建立图形上的设备和数据库中的数据的对应关系,所见即所得,快速生成系统.利用图模库一体化技术根据接线图上的连接关系自动建立整个电网的网络拓朴关系,大大减少了EMS系统的工程化的复杂性和维护工作量,保证维护工作的正确性,避免人为错误,保证图形、电网模型、数据库的一致性,减少建模和建库时间.3 前置机系统前置机采用高性能的服务器SUN、ALPHA、IBM等均可作为硬件平台,多任务多线程的UNIX操作系统作为软件环境,可以接入与处理多个厂站的信息,系统配置灵活,裁剪方便.其主要功能应包括：不仅能采用终端服务器,实现分布式串口接入,还能接入网络通道多种通信介质、多种通信规约、多种通信方式互为热备用高可靠性设计,配置灵活、扩充方便、适应性强统一软件支持平台、人性化界面基于构件方式的通讯规约库远程诊断4信息分层处理及责任区域管理调度中心/控制中心的调度员/值班员一般都会根据不同岗位有不同的职责范围,针对这一情况,EMS系统应具有责任区域管理和信息分层处理功能.针对不同的信息,根据责任区域、操作权限按级别分层次处理,每个工作站只处理责任范围内需要处理的信息,且只能监视、操作、控制责任区域内的相关设备和信息,其他无关设备的信息将被屏蔽,不仅起到各个工作站节点之间信息分层和安全有效隔离的作用,而且在对信息进行了有效的分流和分层处理之后,网上的报文流量大大减轻,响应速度得到相应的提高,从而整个系统的性能和信息吞吐量也得到了提高.5安全管理依据国家经贸委2002第30号令电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护的规定的要求和全国电力二次系统安全防护总体方案第7稿的规定,采取必要的安全措施,以保证系统的安全性.安全管理一般应包括系统安全防护和内部安全管理两部分.系统应在网络边界的安全防护方面除采取了上述防火墙和电力专用隔离装置实现不同安全区间的可靠隔离外,还统一部署了入侵检测系统IDS.对于安全区I 与II,部署一套IDS 管理系统,其IDS 探头主要部署在安全区I 与II 的边界点、电力调度数据网络SPDnet 的接入点以及安全区I 与II 内的关键应用网段.其它的安全措施包括对系统的拨号访问服务采取认证、加密、访问控制等安全防护措施；当条件具备时,安全区Ⅰ、Ⅱ接入SPDnet 及对于一些重要业务也将采用认证加密机制.此外,还采取了多种措施安全配置、安全补丁及主机加固等以加强各主机自身的安全防护.在内部安全管理方面,应通过用户管理、责任区、日志等方式,加强管理,堵塞安全漏洞.6Web 子系统遵循电网调度信息披露实施细则的规定,OPEN －2000通过Web 服务器对外进行信息发布,允许非本系统用户根据不同授权级别通过Web 服务器采用桌面PC 机的标准浏览器观看EMS 系统信息.为保证Web 的安全,采用经国家有关部门认证的专用、可靠的电力安全隔离设施等,在Web 服务器和EMS 网络之间实现安全隔离.硬件防火墙 SCADA 系统 正向 WEB W E B 客户反向实时数据、历史数据、图形自动同步计划值等更新图12 OPEN-2000 Web 解决方案Web 服务器应具有下列功能：为不同用户设置不同级别的访问权限,提供不同的数据、页面、图形和功能；用户可浏览电网运行实时数据、准实时数据、历史数据、画面、报表、曲线、图表等,如：◆日报、月报和年报◆各类统计数据和曲线◆所有事件分类列表包括遥信变位、RTU和厂站自动化系统运行情况、操作信息等◆事件顺序记录◆重要参数越限◆EMS 系统运行状态可完成SCADA系统的所有浏览操作,即浏览主接线图、厂站接线图、潮流图、地理图、设备参数、遥测遥信参数、历史事项、历史曲线、准实时曲线等；系统管理人员可通过Web页面监视EMS系统运行；Web服务器配置能够对访问连接用户进行监视和管理；客户端完全免维护；提供编程接口.7与上下级自动化系统的通信接口协议远动应用服务元素协议,亦称控制中心间通信协议ICCP的基本目的是将多个控制中心联为广域网,实现在各个控制中心间资源共享.已被国际电工委员会IEC定为电力自动化系统之间信息共享的标准协议,目前已被推荐用于我国国家标准等效采用的工作计划中.DL476-92电力系统实时数据通信应用层协议是我国的电力行业标准.一般采用这两种协议实现控制系统之间的遥信和遥测的相互传送.交换信息由电力系统监控用的实时数据和历史数据组成,包括测量数据、计划数据、电能量结算数据以及操作信息等.在两个系统间的遥控操作方面应提供了授权机制,从而使系统的安全性得到进一步的提高.2. SCADA功能1 数据采集：采集模拟量、状态量、脉冲量、数字量.除能采集各种RTU包括网络RTU信息外,还能采集保护、综合自动化及其它自动化系统的信息；2 数据处理：对上述采集的各种数据进行相应的处理并存入数据库；3 计算功能：提供各种统计计算功能,如：总加计算、限值计算、平衡率计算、累加计算、功率因数计算等,并提供用户自定义计算公式的手段；4 遥控和遥调：在具有高分辨率全汉化的人机界面上进行实时、直观的操作,操作内容包括开关分闸/合闸、有载调压变压器分接头的升/降、电容器/电抗器的远方投切等.此外,还提供各种标志牌的设置和管理；5 事件顺序记录及事故追忆；6 报表的生成、修改及打印；7 告警等.3. 自动发电控制AGC1 负荷频率控制2 在线经济调度3 包括CPS在内的各项性能指标监视4 备用监视5 机组计划6 交易功率计划7 系统负荷预报8 机组响应测试4. 电力系统应用软件PAS1 网络建模及网络拓扑2 状态估计3 调度员潮流4 电力系统负荷预报5 最优潮流6 电压/无功优化7 静态安全分析8 电力系统静态等值9 故障计算10 PAS运行指标统计5.调度员培训仿真DTS1 电网仿真：电力系统稳态仿真、电力系统动态全过程仿真、继电保护及安全自动装置仿真；2 控制中心仿真：数据采集仿真、控制中心及SCADA功能仿真等；3 教员控制功能：培训前的准备、培训过程中的控制和操作、培训后的处理等.6. 多种网络互连功能1 提供多种接入方式,既包括符合标准的接入方式：基于IEC 61970的组件接口方式、基于IEC 61970 CIM/XML接口方式,也包括非标准接入方式：基于数据库的接口方式、基于文件的接口方式和基于专用通信协议的接口方式；2 提供Web服务,非EMS系统用户可以通过浏览器浏览本系统内图形、报表与运行工况等静态和动态数据,实现客户端免维护；3 基于可靠的安全措施,在确保本系统安全的前提下,实现与上、下级调度自动化系统、同级其它自动化系统的互连,实现信息共享；4 支持多种通道可以是不同速度的局域网或广域网,也可以是模拟或数字串口,多种通信规约可以是、也可以是DL476-92、或是101、104等,在保证安全的前提下实现与其它计算机系统互连.7. 与大屏幕投影显示器及模拟屏的连接可与多种流行的大屏幕投影显示器及模拟屏进行连接.调度自动化系统主站性能指标1. 系统响应时间a)状态量变位传输到主站时间：≤ 3 s；b)遥测量超越定值变化越阈值传输到主站时间,或在循环传送方式下,重要遥测量更新时间：≤ 3 s；c)遥控命令选择、执行或撤消传输时间：≤ 3 s；d)遥调命令传输时间：≤ 3 s；e)实时数据画面在人机界面屏幕整幅调出响应时间：画面的85%：≤3 s,其余画面：≤5 s；f)实时数据画面在电子型模拟屏整幅调出响应时间：画面的85%：≤5 s,其余画面：≤ 10s；g)画面数据刷新周期： 5 s ～ 10 s可调h)主备用机自动切换时间：≤ 30 s2. 主要性能指标a)模拟量遥测综合误差：≤ %包括变送器误差%b)厂站间事件顺序记录的时间分辨率：≤ 20 msc)电网正常情况下SCADA主要节点CPU负载：≤ 30%1 min平均值d)电网事故情况下SCADA主要节点CPU负载≤ 70%10 s平均值e)电网正常情况下局域网负载：≤ 20%f)远方终端装置主要性能指标：符合GB/T 13729、DL/T 630规定3. 系统规模系统应具有良好的可扩展性,能满足一定时间内如,到设计水平年、远景年等系统扩展要求.4 配电自动化1．几个名词配电自动化DA、配电网自动化使配电企业能在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的功能.馈线自动化FA即配电线路自动化,主要指馈线故障自动定位、自动隔离和非故障区自动恢复供电.配电自动化系统DAS使配电企业能在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系统.包括：配电SCADA、GIS、DSM等.配电自动化系统的功能见附录.配电管理系统DMS包括：配电SCADA、GIS、DSM、WMS、DTS等,配电自动化系统和配电管理系统的涵盖关系见下表.。