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　1　智能變電站SCADA概述

　　智能電網(wǎng)中的智能化變電站是采用先進(jìn)的、可靠的、節(jié)能的、環(huán)保的、集成的設(shè)備組合而成的，以高速網(wǎng)絡(luò)通信的平臺(tái)為信息傳輸?shù)幕A(chǔ)，自動(dòng)地完成信息的采集功能、測(cè)量功能、控制功能、保護(hù)功能、計(jì)量功能和監(jiān)測(cè)功能等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)產(chǎn)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)應(yīng)用功能。智能化變電站的特點(diǎn)是通過(guò)采用先進(jìn)的電子式傳感器、電子、信息、通信、控制、人工智能等技術(shù)，以智能化的一次設(shè)備和統(tǒng)一的信息平臺(tái)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)變電站的實(shí)時(shí)全景監(jiān)測(cè)、自動(dòng)運(yùn)行控制、設(shè)備狀態(tài)的檢修、運(yùn)行狀態(tài)的自適應(yīng)、智能分析決策等功能，對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行安全狀態(tài)評(píng)估、預(yù)警和控制，優(yōu)化智能系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)新能源的實(shí)時(shí)接入和退出，并與調(diào)度中心、電源及相關(guān)變電站能夠協(xié)同互動(dòng)提供支撐。

2　智能變電站SCADA系統(tǒng)方案介紹

2.1　與傳統(tǒng)變電站自動(dòng)化的區(qū)別

在信息采集方面，數(shù)字化變電站對(duì)數(shù)據(jù)的全面數(shù)字化采集、傳輸和共享，而智能變電站全面覆蓋的智能傳感器根據(jù)分析要求進(jìn)行采集；在通信方面，數(shù)字化變電站采用高速可靠的數(shù)字化通信，而智能變電站采用多種通訊介質(zhì)實(shí)現(xiàn)的集成的、雙向的通信；在決策方面，數(shù)字化變電站根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)給出準(zhǔn)確的處置方案，而智能變電站實(shí)時(shí)評(píng)估，快速判斷，并自動(dòng)生成控制策略；在控制方面，數(shù)字化變電站根據(jù)輔助決策結(jié)果進(jìn)行人工控制，而智能變電站，智能控制系統(tǒng)對(duì)人工的代替，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自愈。

2.2　智能變電站拓?fù)鋱D

智能變電站拓?fù)鋱D如下所示：

變電站到調(diào)度中心模型分布如下圖所示：


2.3　智能變電站關(guān)鍵性技術(shù)

智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)使得智能變電站與傳統(tǒng)變電站的區(qū)別如下：

（1）智能變電站系統(tǒng)應(yīng)是一種面向服務(wù)的架構(gòu)？（SOA）

（2）建立起以設(shè)備為對(duì)象的分布式智能節(jié)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)既分布又協(xié)同的信息共享機(jī)制。

（3）從業(yè)務(wù)需求出發(fā)。把技術(shù)問(wèn)題、經(jīng)濟(jì)問(wèn)題、管理問(wèn)題統(tǒng)籌考慮。實(shí)現(xiàn)能量流、信息流、業(yè)務(wù)流一體化。

（4）通過(guò)智能電子裝置（IED）整合有價(jià)值的能量流、信息流。突出標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化。強(qiáng)調(diào)功能性和互操作性。提供模型統(tǒng)一、規(guī)約統(tǒng)一、時(shí)標(biāo)統(tǒng)一、來(lái)源唯yi的高品質(zhì)基礎(chǔ)信息。

（5）智能變電站作為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，將統(tǒng)一和簡(jiǎn)化變電站的數(shù)據(jù)源，形成基于同一斷面的唯yi性、*性基礎(chǔ)信息，以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)方式實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)外的信息交互和信息共享，形成縱向貫通、橫向互通的電網(wǎng)信息支撐平臺(tái)，并提供以此為基礎(chǔ)的多種業(yè)務(wù)應(yīng)用。

（6）采用更加高速（快速以太網(wǎng)）和更加經(jīng)濟(jì)的技術(shù)手段。傳輸變電站內(nèi)外信息，包括與變電站。相關(guān)電源。負(fù)荷及線路的信息。掌握整個(gè)電網(wǎng)的狀態(tài)。

（7）將高級(jí)調(diào)度中心的部分功能下放到智能變電站實(shí)現(xiàn)。智能變電站系統(tǒng)管理好站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的同時(shí)可以根據(jù)運(yùn)行需求，以更高的頻率來(lái)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)挖掘，完成智能電網(wǎng)所要求的高級(jí)分析和優(yōu)化功能。

（8）智能變電站（Smart Substation）建設(shè)需要采用先進(jìn)的理念重新設(shè)計(jì)新建變電站。也需要采用先進(jìn)的技術(shù)改造現(xiàn)有變電站，以便遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)臨界和非臨界運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)。分析和處理大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。將斷路器、變壓器、變電站的環(huán)境因素等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。并與相臨變電站互通信息。

2.4　通訊標(biāo)準(zhǔn)化

智能變電站和常規(guī)變電站在站內(nèi)通信協(xié)議上的主要差別是分別采用了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)和60870-5-103傳輸規(guī)約，兩者應(yīng)用范圍差別較大，IEC?61850?標(biāo)準(zhǔn)定義了變電站內(nèi)智能電子設(shè)備之間的通信和相關(guān)的系統(tǒng)要求，對(duì)變電站內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)做出了全面詳細(xì)的規(guī)范和描述。IEC61850?標(biāo)準(zhǔn)采用了開(kāi)放的協(xié)議并支持設(shè)備自我描述，面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，具有強(qiáng)大的可擴(kuò)展性。 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)分為系統(tǒng)部分（IEC61850-1、2、3、4）、配置部分（IEC61850-6）數(shù)據(jù)模型、通信服務(wù)及映射部分（IEC61850-7、8、9）、測(cè)試部分（IEC61850-10）四大類(lèi)，包括十部分內(nèi)容。

3　QTouch在智能變電站上的SCADA方案

3.1　QTouch技術(shù)特點(diǎn)

3.1.1　系統(tǒng)開(kāi)放性

1）系統(tǒng)遵循已頒布的各種、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，滿足開(kāi)放性的要求，支持IEC60870，IEC60970，DL/T645，DNP3.0，EtherNet，ProfiNet等規(guī)約。

2）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)由自行開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和大型商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)兩部分組成，提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與歷史數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口，支持如MySQL、SQLServer、Oracle等數(shù)據(jù)庫(kù)。

3）支持IEC61850數(shù)字化變電站標(biāo)準(zhǔn)。

4）圖形系統(tǒng)基于標(biāo)準(zhǔn)的跨平臺(tái)圖形引擎，可在Windows、Unix、Linux等各種操作系統(tǒng)下運(yùn)行。

5）網(wǎng)絡(luò)通信采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP，HTTP協(xié)議。

6）系統(tǒng)能夠使用微機(jī)、服務(wù)器、高檔RISC工作站等各種硬件，當(dāng)系統(tǒng)需要進(jìn)一步擴(kuò)展時(shí)，可較容易地將各種計(jì)算機(jī)廠家的工作站服務(wù)器接入網(wǎng)絡(luò)。

7）系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展能力。系統(tǒng)軟件可以選用各種主流的操作系統(tǒng)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，同時(shí)采用了針對(duì)電力系統(tǒng)的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)、三層體系結(jié)構(gòu)、組件等技術(shù)，提供標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用函數(shù)及調(diào)用接口，方便系統(tǒng)功能的擴(kuò)充及用戶的二次開(kāi)發(fā)，在不過(guò)多依靠廠家的情況下，容易地增加和開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用軟件，將系統(tǒng)的開(kāi)放性延伸到了應(yīng)用系統(tǒng)。

3.1.2　系統(tǒng)分布性

1）系統(tǒng)采用全分布式的功能設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所有功能均采用Client Server模式。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享功能。

應(yīng)用軟件按功能分配到網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器和工作站上，所有功能模塊既可以集中在一個(gè)節(jié)點(diǎn)2）上運(yùn)行，也可以分布到不同的節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行。充分優(yōu)化各節(jié)點(diǎn)資源，保證系統(tǒng)的負(fù)荷均衡和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷小，以防止功能分布不當(dāng)而引起通信的“瓶頸”效應(yīng)。

3.1.3　系統(tǒng)可用性

SCADA系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)采用冗余配置，以保證系統(tǒng)內(nèi)任一節(jié)點(diǎn)故障不至引起重要功能的喪失和響應(yīng)靈敏度低于系統(tǒng)性能要求。SCADA系統(tǒng)在完成主要功能的前提下，滿足以下性能指標(biāo)：系統(tǒng)年可用率不小于99.98%；系統(tǒng)運(yùn)行壽命大于15年。

可采用Windows 2000 Server或UNIX操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Sybase、Oracle、DB2、SQL Server等。

支撐軟件和應(yīng)用軟件成熟可靠，可維護(hù)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便。

3.2　QTouch系統(tǒng)配置

3.2.1　系統(tǒng)配置特點(diǎn)

系統(tǒng)按規(guī)模從小到大可分別采用單機(jī)、雙機(jī)、多機(jī)三種結(jié)構(gòu)。多機(jī)情況下可采用單網(wǎng)或雙網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

采用多機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)，按功能分為以下節(jié)點(diǎn)：前置機(jī)、后臺(tái)服務(wù)器、調(diào)度工作站、維護(hù)工作站、WEB服務(wù)器、物理隔離裝置。

整個(gè)系統(tǒng)采用開(kāi)放式設(shè)計(jì)，能接入不同廠家的不同設(shè)備。

硬件平臺(tái)：支持多種基于RISC技術(shù)的服務(wù)器和工作站如：ALPHA系列、SUN系列、IBM、HP或Intel系列PC等。

操作系統(tǒng)：POSIX/UNIX，LINUX或Windows系列操作系統(tǒng)。

語(yǔ)言：C、C++，JAVA等。

網(wǎng)絡(luò)：采用分流/冗余的雙網(wǎng)機(jī)制，遵循ISO-OSI七層網(wǎng)絡(luò)參考模型、TCP/IP、X.25、PPP等。

數(shù)據(jù)庫(kù)： 關(guān)系型/SQL/CLIENT-SERVER體系結(jié)構(gòu)， 如：SQL Server，Sybase，Oracle，DB2 等。

圖形人機(jī)接口：X-WINDOW系統(tǒng)；OSI/MOTIF，Windows系列。

3.3　SCADA功能

SCADA系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)基本也是重要的部分，是調(diào)度員了解電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行監(jiān)控的主要手段，它包括以下功能：

數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)處理（包括計(jì)算量的處理）

控制和調(diào)節(jié)

事故追憶（PDR）

事件順序記錄（SOE）

報(bào)警處理

系統(tǒng)時(shí)鐘和時(shí)鐘同步

與大屏幕投影系統(tǒng)接口

通道監(jiān)視與統(tǒng)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛣?dòng)態(tài)著色

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

人機(jī)聯(lián)系

3.3.1　數(shù)據(jù)采集和處理

數(shù)據(jù)采集量如下：

1）遙測(cè)量：有功功率和無(wú)功功率、電流、電壓、其它測(cè)量值；

2）遙信量：開(kāi)關(guān)位置、刀閘位置、有載調(diào)壓變壓器抽頭位置、無(wú)功補(bǔ)償狀態(tài)、開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能信號(hào)、各種告警信息；

3）電度量；脈沖電度量及轉(zhuǎn)發(fā)脈沖電度量；

4）接收其它SCADA系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

3.3.2　監(jiān)控畫(huà)面如下：
 

　　
        5 6 系統(tǒng)可靠性

為保證系統(tǒng)的可靠性，可采用雙機(jī)、雙網(wǎng)冗余的技術(shù)手段 ，主要文件和數(shù)據(jù)庫(kù)都有鏡像備份；

系統(tǒng)的年可靠率>99.9%；

單元（模塊）器件平均*時(shí)間>50000小時(shí)；

重要（關(guān)鍵）器件平均*時(shí)間>100000小時(shí)。

運(yùn)行壽命：

所有設(shè)備的壽命在正常使用（具有一定備品）條件下不少于15年；

所有設(shè)備在給定的性能指標(biāo)下運(yùn)行，連續(xù)4000小時(shí)內(nèi)不需要人工調(diào)整和維護(hù)。

系統(tǒng)實(shí)時(shí)性指標(biāo)：

遙測(cè)量越死區(qū)傳送時(shí)間<3秒；

遙信變位傳送時(shí)間<2秒；

遙控、遙調(diào)命令傳送時(shí)間<1秒；

系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)掃描時(shí)間1——10秒（可調(diào)）；

計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送時(shí)間<3秒；

畫(huà)面調(diào)用響應(yīng)時(shí)間<2秒；

畫(huà)面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新周期1——10秒（可調(diào)）；

模擬屏數(shù)據(jù)刷新周期2——5秒；

在線熱備用雙機(jī)自動(dòng)切換及功能恢復(fù)的時(shí)間<15秒

數(shù)據(jù)存檔小時(shí)間間隔為1s（事故狀態(tài)下），長(zhǎng)保存周期為2年。

準(zhǔn)確度：

遙測(cè)正確率>99.5%；

遙信正確率>99.99%；

遙控準(zhǔn)確率=；

遙調(diào)準(zhǔn)確率=。

事件順序記錄（SOE）分辨率：

系統(tǒng)分辨率≤10ms；

站內(nèi)分辨率≤2ms。

系統(tǒng)事故追憶（PDR）時(shí)間：

系統(tǒng)事故前追憶時(shí)間15分鐘；

系統(tǒng)事故后追憶時(shí)間20分鐘；

系統(tǒng)事故追憶數(shù)據(jù)掃描周期2——10秒。

系統(tǒng)的負(fù)載率指標(biāo)：

電網(wǎng)正常情況下：

在任意5分鐘內(nèi)，服務(wù)器CPU的平均負(fù)荷率≤20%；

在任意5分鐘內(nèi)，MMI工作站CPU的平均負(fù)荷率≤30%；

在任意5分鐘內(nèi)，主站局域網(wǎng)的平均負(fù)荷率≤10%。

電網(wǎng)事故狀態(tài)下：

在任意1分鐘內(nèi)，服務(wù)器CPU的平均負(fù)荷率≤30%；

在任意1分鐘內(nèi)，MMI工作站CPU的平均負(fù)荷率≤40%；

在任意1分鐘內(nèi)，主站局域網(wǎng)的平均負(fù)荷率≤20%。

系統(tǒng)的可用性：

系統(tǒng)在工程環(huán)境中的因素，系統(tǒng)的可用性：≥99.95％。

系統(tǒng)的容錯(cuò)性：

軟、硬件設(shè)備具有良好的容錯(cuò)能力，當(dāng)各軟、硬件功能與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的通訊出錯(cuò)，以及當(dāng)運(yùn)行人員或工程師在操作中發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，均不引起系統(tǒng)的任何功能喪失或影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。對(duì)上述故障，系統(tǒng)具有糾錯(cuò)和自恢復(fù)能力。

系統(tǒng)的抗*力：

系統(tǒng)中所有設(shè)備具有足夠的抗電磁*力，并符合下列IEC標(biāo)準(zhǔn)：

IEC255-22-1  高頻干擾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；

IEC255-22-2  靜電放電干擾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；

IEC255-22-3  輻射電磁場(chǎng)干擾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。