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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)問題、經(jīng)濟(jì)問題、管理問題統(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,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)充及用戶的二次開發(fā),在不過多依靠廠家的情況下,容易地增加和開發(fā)新的應(yīng)用軟件,將系統(tǒng)的開放性延伸到了應(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;
畫面調(diào)用響應(yīng)時(shí)間<2秒;
畫面實(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)。