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配網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)方案構(gòu)建論文
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，系統(tǒng)硬件性能的不斷提高，為配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)的處理存儲(chǔ)提供了強(qiáng)大的硬件支撐。
目前，主流硬件廠家的服務(wù)器性能指標(biāo)都能夠完全滿足配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的要求。而且目前硬件的發(fā)展要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出應(yīng)用軟件的發(fā)展速度，采用目前主流的硬件平臺(tái)，在將來很長一段時(shí)間內(nèi)都不會(huì)形成瓶頸而制約系統(tǒng)功能的擴(kuò)充。通過集群技術(shù)的應(yīng)用可以最大限度的避免單點(diǎn)故障導(dǎo)致的系統(tǒng)停運(yùn)；利用集群技術(shù)可以輕松的將工作負(fù)載分配給集群之中的不同服務(wù)器并且無需將重要數(shù)據(jù)和應(yīng)用脫機(jī)即可對服務(wù)器進(jìn)行“滾動(dòng)升級”;利用集群技術(shù)的高可擴(kuò)展性在必要的時(shí)候可通過增加服務(wù)器的數(shù)量在滿足系統(tǒng)的運(yùn)行需求，而無需對原有的設(shè)備進(jìn)行硬件加固，通過集群技術(shù)的應(yīng)用可以最大限度的避免單點(diǎn)故障導(dǎo)致的系統(tǒng)停運(yùn)，極大的保證了系統(tǒng)的高可用性。
目前國內(nèi)主流的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)無論是廠家技術(shù)水平還是軟件功能的穩(wěn)定性、適用性、全面性均已成熟。已經(jīng)有很多類似的成功經(jīng)驗(yàn)，并經(jīng)過了實(shí)際運(yùn)行的檢驗(yàn)，在安全性、先進(jìn)性、技術(shù)性上有保證。當(dāng)前，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、TMR 系統(tǒng)、節(jié)能管理系統(tǒng)、用電集抄系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)涵蓋了配電網(wǎng)所有關(guān)口點(diǎn)的有功、無功及電流值，通過整合不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)可以滿足配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行對數(shù)據(jù)的需求。
1 系統(tǒng)總體構(gòu)架
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為雙網(wǎng)方式，前置接入為雙通道接入。歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器采用三臺(tái)集群方式，通過集群技術(shù)的負(fù)載均衡同時(shí)完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢及統(tǒng)計(jì)計(jì)算等功能；前置服務(wù)器均采用雙機(jī)冗余配置，服務(wù)器電源模塊均為熱插拔配置。
配調(diào)工作站直接接入系統(tǒng)主網(wǎng)，配調(diào)子站采用遠(yuǎn)程工作站的方式接入系統(tǒng)主網(wǎng)，中間通過 2M 專用通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其他用戶可通過系統(tǒng) WEB 發(fā)布平臺(tái)了解配網(wǎng)運(yùn)行狀況。
2 系統(tǒng)硬件
采用 HP、IBM 等主流廠商的 PC 服務(wù)器、工作站，硬件配置為目前同等規(guī)模系統(tǒng)主流配置，硬件指標(biāo)能滿足 5-8 年內(nèi)電網(wǎng)的發(fā)展。在系統(tǒng)壽命期間，硬件廠商能提供可靠的維護(hù)及充足的備品備件支持。
3 軟件平臺(tái)
系統(tǒng)支持混合平臺(tái)，主要服務(wù)器可采用 UNIX、Linux、Windows 等操作系統(tǒng)；工作站采用 Windows 操作系統(tǒng)，系統(tǒng)支撐軟件應(yīng)遵循 IEC 61970 標(biāo)準(zhǔn) , 支持符合 CIM/XML 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)文件的輸入和輸出及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) API 接口，具備良好的開放性和二次開發(fā)的能力。
4 主要功能及技術(shù)指標(biāo)
4.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量
調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)滿足系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)電網(wǎng)的規(guī)模要求，并且能夠隨電網(wǎng)的發(fā)展，在不影響現(xiàn)有系統(tǒng)功能和運(yùn)行狀況的條件下，實(shí)現(xiàn)整個(gè)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的擴(kuò)容。
遙測點(diǎn)數(shù) 30000 點(diǎn)，并可擴(kuò)到 50000 點(diǎn)以上遙信點(diǎn)數(shù) 30000 點(diǎn)，并可擴(kuò)到 50000 點(diǎn)以上遙控點(diǎn)數(shù) 1500 點(diǎn)，可擴(kuò)到 5000 點(diǎn)以上電能量點(diǎn)數(shù) 5000 點(diǎn)報(bào)表 500 套畫面 600 幅 遠(yuǎn)景增加到 1000 幅虛擬點(diǎn) 15000 點(diǎn)計(jì)算點(diǎn) 5000 點(diǎn)狀態(tài)點(diǎn) 6000 點(diǎn)4.2 數(shù)據(jù)來源==采集可來自以下不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)：配變終端（FTU、TTU 等）、EMS 系統(tǒng)、TMR 化系統(tǒng)、節(jié)能管理系統(tǒng)、用電集抄系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘 / 頻、人工錄入的數(shù)據(jù)等。不同的數(shù)據(jù)源可以采用不同的采集方式。
4.3 支持多種類型的通道，通訊方式靈活
支持多種介質(zhì)的通道，包括電力載波、微波、CDMA/GPRS/SCD、公用電話網(wǎng)、光纖、擴(kuò)頻、以太網(wǎng)；支持不同傳輸速率的模擬 / 數(shù)字信號傳輸（300 波特~ 2M波特）；支持不同類型，不同通訊規(guī)約；具備友好的人機(jī)界面，各終端及參數(shù)（包括幀類別、功能碼等）選擇均通過軟件在線設(shè)置。
4.4 豐富的規(guī)約
系統(tǒng)具有豐富的規(guī)約庫包括 IEC101、IEC104、IEC102、IEC103、DNP3.0、DL476-92、SCI1801 、CDT92、CDT82、N4F、、DISA3 系列、BJ-3 系列等規(guī)約，并且可以擴(kuò)充。
具有用戶自定義規(guī)約，對特殊的規(guī)約用戶可以自己定義，縮短了調(diào)試時(shí)間。
4.5 計(jì)算與檢索功能
�。�1）多種計(jì)算公式支持各類腳本計(jì)算，包括：四則運(yùn)算、指數(shù)運(yùn)算、對數(shù)運(yùn)算、三角和反三角運(yùn)算、絕對值運(yùn)算、布爾運(yùn)算（與、或、和、異）、條件判斷運(yùn)算（IF、THEN、ELSE）、循環(huán)運(yùn)算（DO…LOOP、FOR…NEXT）、比較運(yùn)算（<、>、=、≠等）統(tǒng)計(jì)計(jì)算等。也可進(jìn)行邏輯和條件判斷運(yùn)算。計(jì)算公式既可來自軟件包中常用計(jì)算公式庫，也可有用戶自行定義，所定義公式自動(dòng)加入計(jì)算公式庫中。
�。�2）豐富的計(jì)算在計(jì)算中，電力系統(tǒng)的通用計(jì)算均可完成：總加計(jì)算：用戶自由設(shè)定總加公式進(jìn)行總加計(jì)算；限值計(jì)算：計(jì)算模擬量越限的越限時(shí)間，合格率等；平衡計(jì)算：用戶可以對線路、變壓器及地區(qū)進(jìn)出功率 / 電度進(jìn)行平衡計(jì)算，并能進(jìn)行線損計(jì)算；累加計(jì)算：計(jì)算地區(qū)及各縣（市）的電度累計(jì)值、累計(jì)值包括時(shí)、日、月、季、年累計(jì)，日設(shè)置三個(gè)時(shí)段，因而月、季、年也可以有電度表的累計(jì)及三個(gè)時(shí)段的累計(jì)及有關(guān)分析功能；統(tǒng)計(jì)計(jì)算：統(tǒng)計(jì)計(jì)算可實(shí)現(xiàn)針對一段時(shí)間內(nèi)（時(shí)、日、月、年）的統(tǒng)計(jì)處理，可定義統(tǒng)計(jì)條件；計(jì)算的觸發(fā)方式：用戶可以靈活定義計(jì)算的啟動(dòng)方式：周期觸發(fā)（按定義的周期時(shí)間啟動(dòng)計(jì)算）、隨機(jī)觸發(fā)（按定義的數(shù)值變化啟動(dòng)計(jì)算）、定時(shí)觸發(fā)（按定義的時(shí)間觸發(fā)）。
�。�3）計(jì)算判斷旁路替代線路處理；當(dāng)線路檢修用旁路替代時(shí)，將旁路的有功、無功、電流等值替代線路的值進(jìn)行記錄和計(jì)算。遙信節(jié)點(diǎn)抖動(dòng)造成遙信誤動(dòng)時(shí)，通過慢遙信處理功能予以辨別并進(jìn)行屏蔽處理。對由于瞬間干擾或故障造成的遙測值不合理跳變，能用低通數(shù)字濾波方式進(jìn)行處理。
�。�4）派生量計(jì)算對采集的所有量（遙測、遙信、電度）能進(jìn)行綜合計(jì)算，以派生出新的模擬量、狀態(tài)量。派生計(jì)算量能和采集量一樣進(jìn)行數(shù)據(jù)庫定義、處理、存檔、計(jì)算等。
4.6 模擬量數(shù)據(jù)處理
（1）數(shù)據(jù)合理性檢驗(yàn)可根據(jù)需要設(shè)置條件關(guān)系對任何數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性校驗(yàn)，濾除不合理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（如不帶電線路的量值，即零漂處理；某量值特大，超過可能范圍等等）。（2）越限檢查任何數(shù)據(jù)均可設(shè)置多個(gè)上、下限，用以對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警，上下限值可以是常數(shù)也可以是計(jì)算量，可以通過條件計(jì)算得到超限量，（3）遙測可疑當(dāng)開關(guān)是斷開的，而遙測有數(shù)即開關(guān)同遙測矛盾時(shí)，設(shè)置遙測可疑標(biāo)志（4）數(shù)據(jù)自動(dòng)替代可根據(jù)需要人工設(shè)置數(shù)據(jù)的變化梯度來確定數(shù)據(jù)的自動(dòng)刷新，由更新標(biāo)志決定其值是否被前置新采集的值取代。允許人工封鎖：人工封鎖應(yīng)在圖表中存相應(yīng)標(biāo)志；封鎖期間參與計(jì)算。
允許人工置數(shù)或由計(jì)算量替代，人工置數(shù)或由計(jì)算量替代應(yīng)在圖表上存相應(yīng)標(biāo)志。
4.7 圖形顯示
人機(jī)界面系統(tǒng)符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如 X - Window 及 OSF/Motif或 Windows）且分布式全圖形的人機(jī)界面。操作人員使用方便、直觀、顏色協(xié)調(diào)及顯示不抖動(dòng)，各種圖形、表格、漢字、文字可任意選擇顏色，對比度，色彩。完整統(tǒng)一的圖形規(guī)范、所有人機(jī)界面的操作及菜單系統(tǒng)風(fēng)格完全統(tǒng)一。在 SCADA 和 Web方式下均能進(jìn)行任意漫游（均勻漫游、橡皮帶式漫游）具有世界圖及輔助導(dǎo)航圖功能，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)一次結(jié)線的完整圖形顯示，漫游應(yīng)自然平滑，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能同步顯示。系統(tǒng)圖形采用svg 格式，支持 dwg、cdr、ai、fh 等矢量圖形的導(dǎo)入。具有多窗口技術(shù)、允許在屏幕的任意區(qū)域開辟多幅獨(dú)立畫面。采用分布式設(shè)計(jì)思想，用戶可以選擇調(diào)用任意一點(diǎn)的畫面。
4.8 多屏技術(shù)
SCADA 軟件應(yīng)支持 RISC 工作站帶 1 ~ 3 臺(tái)全圖形顯示器，每臺(tái)顯示器可獨(dú)立實(shí)時(shí)處理各種圖表和多窗口信息。雙屏（或 3屏）的圖形窗口要能實(shí)現(xiàn)拼接使用。調(diào)度員要能在一次接線圖上進(jìn)行操作，可完全取代調(diào)度模擬屏功能，其中置位、掛牌、掛接地線等操作應(yīng)符合調(diào)度習(xí)慣。
4.9 支持圖形分層顯示
圖形可支持多層顯示，使圖形顯示既有全景又有細(xì)節(jié)�？梢愿鶕�(jù)不同的比例因子選擇合適的層次，如可從地理網(wǎng)絡(luò)圖分層顯示到電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)圖級再到廠站級，最后到饋電線級�？梢苑謱恿私怆娋W(wǎng)的運(yùn)行情況。在對圖形放大、縮小時(shí)，可自動(dòng)根據(jù)比例因子選擇合適的層次。每個(gè)層可將圖中的圖形符號定義成元件，對每個(gè)元件定義其出現(xiàn)的平面圖，并賦予一個(gè)級別，可任意調(diào)用各個(gè)平面圖，可以獨(dú)立顯示或疊加顯示在層次中，對各平面圖均可變焦、漫游。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在平面圖內(nèi)可根據(jù)條件選擇顯示（如可選顯有功、電流等）
4.10 報(bào)表管理
報(bào)表管理應(yīng)有專門的報(bào)表管理系統(tǒng)，提供報(bào)表生成工具，具有全圖形的人機(jī)界面、所見即所得的功能、電子制表功能，能方便生成各種表格。報(bào)表系統(tǒng)的功能和操作完全與微軟 Excel兼容，能夠?qū)崿F(xiàn)二者文件隨意轉(zhuǎn)換。并可通過 WEB 系統(tǒng)提供xls 格式的報(bào)表文件下載。
4.11 數(shù)據(jù)鏡像與 WEB 瀏覽功能
通過正向隔離裝置可將內(nèi)外的所有歷史及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)導(dǎo)至外網(wǎng)，并可通過圖形界面人工設(shè)置需要導(dǎo)至外網(wǎng)的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)提供強(qiáng)大的 WEB 數(shù)據(jù)瀏覽服務(wù)，在 MIS 網(wǎng)的工作站（Windows95、98、NT、2000、XP）上，通過使用 IE 瀏覽器，可以瀏覽與調(diào)度員工作站風(fēng)格完全一致的電力圖形、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí) / 歷史曲線、電力設(shè)備信息等。管理員可以設(shè)定允許訪問該 WEB 站點(diǎn)的地址范圍，并對禁止訪問的用戶給出警告。
5 系統(tǒng)建設(shè)方案
5.1 系統(tǒng)總體模式
配網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)主站位于調(diào)度中心自動(dòng)化機(jī)房，采用統(tǒng)一處理、統(tǒng)一維護(hù)、圖庫一體化的方式。根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源的不同可實(shí)現(xiàn)部分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、部分準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的混合數(shù)據(jù)模式。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)具備遙測、遙信、遙控的功能。
5.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取
目前系統(tǒng)暫考慮不直接采集一次設(shè)備的數(shù)據(jù)，而是通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的模式從現(xiàn)有的 EMS 系統(tǒng)、TMR 系統(tǒng)、節(jié)能管理系統(tǒng)、用電集抄等系統(tǒng)獲得所需的數(shù)據(jù)。在現(xiàn)有的 EMS 系統(tǒng)及節(jié)能管理的系統(tǒng)內(nèi)新增配網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)廠站，新建轉(zhuǎn)發(fā)順序表，通過 101 或102 規(guī)約將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。待配變監(jiān)測的 TTU、FTU 上來之后再增加相應(yīng)的前置單元實(shí)現(xiàn)對配網(wǎng)數(shù)據(jù)的直接采集。
為符合《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》的要求，轉(zhuǎn)發(fā)廠站采用串口方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以避免不同系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。
5.2.1 從節(jié)能管理系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)節(jié)能管理系統(tǒng)是配網(wǎng)自動(dòng)化信息的主要數(shù)據(jù)來源，由于節(jié)能管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)（時(shí)間間隔 15m），可以采用定時(shí)召喚的 102 規(guī)約（電能量規(guī)約）將所需的遙測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾始巴ǖ缼�，建議根據(jù)不同的片、區(qū)設(shè)置多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)廠站。
節(jié)能管理系統(tǒng)位于客戶服務(wù)中心機(jī)房距離自動(dòng)化機(jī)房的線路距離超過 100m,兩個(gè)機(jī)房間放有一根 8 芯的單模光纜（已用4 根），可以考慮在客服機(jī)房加裝 1 臺(tái)終端服務(wù)器、1 臺(tái)單模光收發(fā)器；在自動(dòng)化機(jī)房安裝一臺(tái)單模光收發(fā)器，利用現(xiàn)有光纜剩余 4 芯中的 2 芯實(shí)現(xiàn) 2 套系統(tǒng)間通信的物理鏈接。
5.2.2 從 EMS 系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)EMS 系統(tǒng)可提供配網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（時(shí)間間隔 5 ~ 8s），可以采用 101 規(guī)約將所需的遙測、遙信量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。
由于 2 套系統(tǒng)都在自動(dòng)化機(jī)房可在 EMS 系統(tǒng)前置機(jī)柜安裝1 臺(tái)終端服務(wù)器，將 EMS 系統(tǒng)內(nèi)外終端服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù) IP 打包后通過超五類網(wǎng)線傳送至配網(wǎng)自動(dòng)化前置系統(tǒng)。
5.3 建設(shè)思路
本系統(tǒng)由公司自籌資金建設(shè)，系統(tǒng)建設(shè)一步到位固然很好，但會(huì)使公司面臨比較大的資金壓力。建議采用整體考慮、分布實(shí)施的思路來開展系統(tǒng)的建設(shè)工作。整體考慮即系統(tǒng)的運(yùn)行模式按最終模式考慮；分布實(shí)施即在實(shí)施過程中暫時(shí)只上配網(wǎng)調(diào)度工作站和維護(hù)工作站，其余工作站可利用系統(tǒng)的可擴(kuò)充性和集群技術(shù)的“滾動(dòng)升級”待日后逐步建設(shè)。
5.4 后期建設(shè)實(shí)施思路
精簡版的配網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)完畢且運(yùn)行正常后，在資金較為寬裕的情況下可分批、分期的購入3臺(tái)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器，利用集群技術(shù)的“滾動(dòng)升級”逐步的將暫時(shí)替代歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器的 4 臺(tái) PC 工作站替換下來。
替換下來的 PC 工作站首先考慮建立獨(dú)立的報(bào)表工作站，其余的可靠考慮城區(qū)、城郊、配檢中心及 95598 等遠(yuǎn)程工作站的建設(shè)。
系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)規(guī)模建設(shè)完畢后可以依據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況將報(bào)表工作站的 PC 機(jī)更換成性能更加強(qiáng)大的服務(wù)器。
參考文獻(xiàn)：
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