電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化第7章_EMS-SCADAppt課件

1、EMS(2)-SCADA系統(tǒng)齊鄭何為SCADA? SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition -不是一個(gè)全面的控制系統(tǒng),主要是基于管理層面的 -位于硬件頂層的軟件系統(tǒng),通過PLC,RTU等模塊于被控系統(tǒng)聯(lián)系 -廣泛應(yīng)用于工業(yè)的過程控制系統(tǒng)中 -運(yùn)行于DOS,VMS,UNIX,NT,LINUX等操作系統(tǒng)之上 -是一種軟實(shí)時(shí)的控制系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)中它是一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)群 電話調(diào)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(yùn)行人員就地完成大部分監(jiān)控功能 廠站端人員不了解系統(tǒng)狀態(tài)，不了解全局 大規(guī)模電力系統(tǒng)的需求SC

2、ADA的必要性： 實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài) 迅速、準(zhǔn)確、可靠地將廠站端信息傳送到調(diào)度中心SCADA的位置電力系統(tǒng)SCADAActualFixedAccuratesimulation快照狀態(tài)估計(jì)拷貝電力系統(tǒng)AGCAVC在線閉環(huán)控制在線閉環(huán)控制操作控制在線開環(huán)控制在線開環(huán)控制電力系統(tǒng)調(diào)度計(jì)劃、模擬和培訓(xùn)離線分析和規(guī)劃培訓(xùn)模式SCADA是調(diào)度的“眼和“手”數(shù)據(jù)流分類數(shù)據(jù)流分類控制任務(wù)分類控制任務(wù)分類SCADA系統(tǒng)平臺(tái)大型調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)配置路由器調(diào)度員工作站報(bào)表工作站運(yùn)方工作站程序員工作站維護(hù)工作站網(wǎng)管工作站數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)采集服務(wù)器SCADA服務(wù)器數(shù)據(jù)通訊服務(wù)器WEB服務(wù)器DTS服務(wù)器DTS工作站模擬

3、屏GPSGPSMODEMSPDnet安全I(xiàn)I區(qū)安 全 I I I區(qū)SPTnet磁盤陣列終端服務(wù)器千兆/百兆交換機(jī)服務(wù)器路由器物理隔離高級(jí)應(yīng)用服務(wù)器撥號(hào)服務(wù)器認(rèn)證加密裝置 前置系統(tǒng) 主要功能：與變電站RTU的數(shù)據(jù)通信 單機(jī)系統(tǒng)：11 前置系統(tǒng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來源遠(yuǎn)動(dòng)通信技術(shù)遠(yuǎn)動(dòng)通信技術(shù)RTUMODEM板RS232模擬通道MODEM板RS232數(shù)據(jù)接入設(shè)備模擬信號(hào)RTU光隔板RS232數(shù)字通道光隔板RS232數(shù)據(jù)接入設(shè)備RS232a. 使用模擬通道，如載波、微波等通信方式b. 使用數(shù)字通道，如擴(kuò)頻等通信方式前置工作站RS232前置工作站RS232傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)通信技術(shù) 串行通信RTUTCP/IP光纖光纖收

4、發(fā)裝置TCP/IPTCP/IP前置工作站TCP/IP光纖收發(fā)裝置實(shí)時(shí)局域網(wǎng)高級(jí)的通信方式網(wǎng)絡(luò)通信采用光纖聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，連接距離10-100公里前置A前置BRTU 1RTU 2RTU N.光纖基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)動(dòng)傳統(tǒng)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(jī)A前置機(jī)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(gè)輸入 2N個(gè)輸出現(xiàn)在的通道切換裝置使用智能通道板智能通道板前置機(jī)A前置機(jī)BRTU備通道主通道智能通道板是一種可編程的MODEM板?？梢酝ㄟ^程序控制通道板在輸入的主備雙通道之間自動(dòng)切換。前置機(jī)和通道

5、板之間采用內(nèi)部協(xié)議進(jìn)行通信，可以在線向通道板發(fā)送控制命令。前置系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入技術(shù) RTU采用串行通信，前置系統(tǒng)需要接入大量的串行信號(hào) 必須提供某種設(shè)備，使前置機(jī)能夠訪問多個(gè)RS232串口 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入方式 采用串口擴(kuò)展設(shè)備 先進(jìn)的數(shù)據(jù)接入方式 采用通信服務(wù)器 采用通信服務(wù)器接入通信數(shù)據(jù)已成為SCADA系統(tǒng)的發(fā)展趨勢采用串口擴(kuò)展設(shè)備接入數(shù)據(jù)控制卡CPU模塊連接電纜擴(kuò)展模塊14串口18插入前置工作站串口擴(kuò)展設(shè)備原理串口擴(kuò)展卡前置工作站A前置工作站B串口擴(kuò)展設(shè)備串口擴(kuò)展設(shè)備通道柜RTU信號(hào)1N采用串口擴(kuò)展設(shè)備接入數(shù)據(jù)采用通信服務(wù)器接入數(shù)據(jù)通信服務(wù)器 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，將串行設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，串口1161

6、0/100M以太網(wǎng)管理員給通信服務(wù)器分配一個(gè)IP地址，通信服務(wù)器自動(dòng)為每個(gè)串口分配一個(gè)端口號(hào)。訪問串口訪問網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，socket接口對(duì)每個(gè)串口，通信服務(wù)器提供高達(dá)230.4Kbps通信速率前置數(shù)據(jù)采集子網(wǎng)前置工作站A前置工作站B通信服務(wù)器組Anx16通信服務(wù)器組Bnx16通道柜RTU信號(hào)1N實(shí)時(shí)網(wǎng)A 實(shí)時(shí)網(wǎng)B數(shù)據(jù)采集網(wǎng)在前置工作站上安裝第三塊網(wǎng)卡。數(shù)據(jù)采集網(wǎng)上連接前置工作站和通信服務(wù)器組 主流的服務(wù)器平臺(tái) PC服務(wù)器 Unix服務(wù)器,Sun/HP 主流的服務(wù)器操作系統(tǒng)UnixWindows 2000 Server Linux 主流的數(shù)據(jù)庫 MS SQL Server

7、 Oracle Sybase服務(wù)器系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心 調(diào)度員工作站W(wǎng)indow 2000/XP 其他人機(jī)工作站維護(hù)、PAS分析等 WEB發(fā)布服務(wù)器 PC服務(wù)器 Window 2000 Server IIS服務(wù)操作系統(tǒng)(UNIX/LINUX,Windows NT)和商用數(shù)據(jù)庫軟件結(jié)構(gòu) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫人機(jī)交互系統(tǒng)軟總線(事件/通信服務(wù))API模型建立WEB瀏覽系統(tǒng)安全與用戶管理拓?fù)浞治黾皠?dòng)態(tài)著色無功電壓控制模擬操作統(tǒng)計(jì)計(jì)算告警歷史數(shù)據(jù)保存及查詢事故追憶遙控、遙調(diào)、對(duì)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件支持軟件應(yīng)用軟件報(bào)表AGCSCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖實(shí)時(shí)庫歷史庫畫面報(bào)警前置數(shù)據(jù)計(jì)算報(bào)表歷史管理事件記錄PDR記錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理

8、歷史數(shù)據(jù)處理PDR重演前置系統(tǒng)后臺(tái)系統(tǒng)歷史存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫以關(guān)系庫為模板的、簡化了的、基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)庫 實(shí)時(shí)應(yīng)用程序 實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度與管理 內(nèi)存數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫模式管理 實(shí)時(shí)資源管理 數(shù)據(jù)操作 數(shù)據(jù)通信 I/O 調(diào)度 關(guān)系數(shù)據(jù)庫 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu) SCADA的基本功能一） 數(shù)據(jù)采集(Data Acquisition) 遙控和遙調(diào)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(tǒng)計(jì)、計(jì)算S

9、tatistics, Calculation）SCADA的基本功能二） 雙機(jī)切換(Failover) 人機(jī)會(huì)話(Man Machine Interface) 報(bào)表(Report) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c動(dòng)態(tài)著色(Network Topology, Dynamic Coloring) 歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ) WEB瀏覽 模擬盤驅(qū)動(dòng)(Mimic Up Data) 系統(tǒng)模型的建立工具SCADA的基本功能數(shù)據(jù)預(yù)處理 遙測量合理性校驗(yàn) 遙測值變化率合理性校驗(yàn) 遙測值的平滑濾波 開關(guān)變位可信性校驗(yàn)SCADA的基本功能信息顯示和報(bào)警 質(zhì)量監(jiān)視 安全限制監(jiān)視 開關(guān)狀態(tài) 停電監(jiān)視 計(jì)劃值執(zhí)行情況 設(shè)備狀態(tài) 保護(hù)和自動(dòng)裝置的動(dòng)作狀態(tài)基

10、于圖形界面的智能化支撐環(huán)境UNIX下Motif界面面向設(shè)備的圖形化、一體化建模面向設(shè)備的圖形化、一體化建模歷史數(shù)據(jù)查詢SCADA信息顯示的例子棒圖 適合顯示機(jī)組出力，電壓等數(shù)據(jù)SCADA信息顯示的例子餅圖 適合顯示份額數(shù)據(jù)，如水電占總出力的份額，某機(jī)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(gè)量的變化趨勢，如系統(tǒng)負(fù)荷，頻率，電壓等。SCADA的基本功能遙控和遙調(diào)操作 避免誤操作 返訊校驗(yàn) 畫面提示操作信息 操作結(jié)果顯示 智能化防誤操作 調(diào)度錄音電話SCADA的基本功能 PDR，SOE 記錄系統(tǒng)發(fā)生異常情況和事故發(fā)生的順序 作用：事故后分析事故 PDR：記錄事故前后一段時(shí)間

11、間隔的重要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 SOE：對(duì)事故時(shí)各種開關(guān)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置的狀態(tài)變化信號(hào)按時(shí)間順序排隊(duì)。要求精確的時(shí)鐘同步。EMS應(yīng)用軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖 拓?fù)浞治隹捎^測性分析網(wǎng)絡(luò)通信SCADADB遙信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)母線模型SE結(jié)果實(shí)時(shí)狀態(tài)估計(jì)遙測歷史斷面歷史斷面保存超短期負(fù)荷預(yù)測預(yù)測數(shù)據(jù)外網(wǎng)等值在線潮流潮流結(jié)果靜態(tài)安全評(píng)定自動(dòng)故障選擇最優(yōu)潮流校正對(duì)策分析在線故障計(jì)算智能化網(wǎng)絡(luò)建模靈敏度分析經(jīng)濟(jì)評(píng)估分析量測系統(tǒng)分析維護(hù)短路容量掃描靜態(tài)電壓穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定分析短期負(fù)荷預(yù)測開停機(jī)方案水火電發(fā)電計(jì)劃原有系統(tǒng)的問題 1、信息模型私有，無標(biāo)準(zhǔn)；2、訪問接口私有，可移植性差；3、協(xié)議私有，互操作性差。因而，如果要實(shí)現(xiàn)信息的集

12、成和共享，則各信息孤島兩兩之間都需要開發(fā)專用的接口結(jié)果導(dǎo)致：1、不同供應(yīng)商的軟件系統(tǒng)間集成困難；2、不同地區(qū)的電力部門間數(shù)據(jù)交換困難；3、隨著信息系統(tǒng)規(guī)模的增大，甚至同一供應(yīng)商的不同軟件系統(tǒng)間集成也越來越困難。怎么辦？ 如何表達(dá)？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(jìn)展國外研究進(jìn)展 在1990年，美國電力科學(xué)研究院EPRI確立了CCAPI控制中心應(yīng)用程序接口工程，EPRI CCAPI項(xiàng)目的目標(biāo)是： 1、主要目標(biāo)是形成一套導(dǎo)則或規(guī)范，以最小代價(jià)和無任何代碼改動(dòng)就可以將一個(gè)新應(yīng)

13、用軟件安裝在正在運(yùn)行之中的EMS系統(tǒng)中，就象在臺(tái)式機(jī)上安裝軟件包，或者在計(jì)算機(jī)中加塊內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)EMS應(yīng)用軟件的“即插式應(yīng)用。 2、最低目標(biāo)是探討一種方法，以減少目前需要在EMS系統(tǒng)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(jìn)行了第一次互操作試驗(yàn)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(jìn)行了第二次互操作試驗(yàn)獲得成功；2019年6月在美國進(jìn)行了第三次互操

14、作實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了XML文檔的合并，進(jìn)行了潮流計(jì)算。 2019年基于CIM的第二次互操作試驗(yàn)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(nèi)研究情況 2019年9月142019年9月16日在北京國調(diào)中心舉行了基于CIS GDA接口的國內(nèi)第五次互操作試驗(yàn) 。 基本實(shí)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)簡介 IEC 61970-1：導(dǎo)則和一般要求 IEC 61970-2：術(shù)語表 IEC 61970-301：公用信息模型CIM基本部分） IEC 61970-302：（CIM財(cái)務(wù)、能量計(jì)劃和預(yù)定部分 IEC 61970-303：（CIMSCADA部分 IEC 61970-401：組件接口規(guī)范CIS框架部分 IEC 61970-402：（CIS公

16、用數(shù)據(jù)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(tái)（基于擴(kuò)展ORB核心的中間件）基于IEC 61970 CIM/CIS的數(shù)據(jù)庫中間件平臺(tái)IBMHPSolaris UNIX Tru64 UNIX AIX UNIX WindowsNT圖形界面前置通訊Web報(bào)表Web瀏覽器調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)（DTS）