QTouch-3500智能變電站SCADA技術方案
1 概述
智能電網中的智能化變電站是採用先進的、可靠的、節能的、環保的、集成的設備組合而成的，以高速網絡通信的平臺為信息傳輸的基礎，自動地完成信息的採集功能、測量功能、控制功能、保護功能、計量功能和監測功能等基本功能，並可根據需要支持電網產時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級應用功能。智能化變電站的特點是通過採用先進的電子式傳感器、電子、信息、通信、控制、人工智能等技術，以智能化的一次設備和統一的信息平臺為基礎，實現變電站的實時全景監測、自動運行控制、設備狀態的檢修、運行狀態的自適應、智能分析決策等功能，對智能電網進行安全狀態評估、預警和控制，優化智能系統的運行，實現新能源的實時接入和退出，並與調度中心、電源及相關變電站能夠協同互動提供支撐。
2 系統方案介紹
2.1 與傳統變電站自動化的區別
在信息採集方面，數字化變電站對數據的全面數字化採集、傳輸和共享，而智能變電站全面覆蓋的智能傳感器根據分析要求進行採集；在通信方面，數字化變電站採用高速可靠的數字化通信，而智能變電站採用多種通訊介質實現的集成的、雙向的通信；在決策方面，數字化變電站根據系統實時狀態給出準確的處置方案，而智能變電站實時評估，快速判斷，並自動生成控制策略；在控制方面，數字化變電站根據輔助決策結果進行人工控制，而智能變電站，智能控制系統對人工的代替，實現電網自愈。
2.2 智能變電站拓撲圖
智能變電站拓撲圖如下所示：
變電站到調度中心模型分佈如下圖所示：
2.3 智能變電站關鍵性技術
智能變電站的關鍵技術使得智能變電站與傳統變電站的區別如下：
(1)智能變電站系統應是一種面向服務的架構 (SOA)
(2)建立起以設備為對象的分佈式智能節點。實現既分佈又協同的信息共享機制。
(3)從業務需求出發。把技術問題、經濟問題、管理問題統籌考慮。實現能量流、信息流、業務流一體化。
(4)通過智能電子裝置（IED） 整合有價值的能量流、信息流。突出標準化規範化。強調功能性和互操作性。提供模型統一、規約統一、時標統一、來源唯一的高品質基礎信息。
(5)智能變電站作為智能電網的基礎環節，將統一和簡化變電站的數據源，形成基於同一斷面的唯一性、一致性基礎信息，以統一標準方式實現變電站內外的信息交互和信息共享，形成縱向貫通、橫向互通的電網信息支撐平臺，並提供以此為基礎的多種業務應用。
(6)採用更加高速(快速以太網)和更加經濟的技術手段。傳輸變電站內外信息，包括與變電站。相關電源。負荷及線路的信息。掌握整個電網的狀態。
(7)將高級調度中心的部分功能下放到智能變電站實現。智能變電站系統管理好站內網絡數據的同時可以根據運行需求，以更高的頻率來儲存數據。實現基於實時數據倉庫的數據挖掘，完成智能電網所要求的高級分析和優化功能。
(8)智能變電站(Smart Substation )建設需要採用先進的理念重新設計新建變電站。也需要採用先進的技術改造現有變電站，以便遠程監測臨界和非臨界運營數據。分析和處理大量實時數據。將斷路器、變壓器、變電站的環境因素等數據進行綜合分析。並與相臨變電站互通信息。
2.4 通訊標準化
智能變電站和常規變電站在站內通信協議上的主要差別是分別採用了IEC61850 標準和 60870-5-103 傳輸規約，兩者應用範圍差別較大，IEC 61850 標準定義了變電站內智能電子設備之間的通信和相關的系統要求，對變電站內自動化系統做出了全面詳細的規範和描述。IEC61850 標準採用了開放的協議並支持設備自我描述，面向對象的建模技術，具有強大的可擴展性。 IEC 61850 標準分為系統部分（IEC61850-1、2、3、4）、配置部分(IEC61850-6)數據模型、通信服務及映射部分(IEC61850-7、8、9)、測試部分(IEC61850-10)四大類，包括十部分內容。
3 QTouch在智能變電站上的SCADA方案
3.1 QTouch技術特點
3.1.1 系統開放性
1) 系統遵循已頒佈的各種國際、國內標準，滿足開放性的要求，支持IEC60870，IEC60970，DL/T645，DNP3.0，EtherNet，ProfiNet等規約。
2) 系統的數據庫由自行開發的實時數據庫和大型商用關係數據庫兩部分組成，提供統一標準的實時數據庫與歷史數據庫訪問接口，支持如MySQL、SQLServer、Oracle等數據庫。
3) 支持IEC61850數字化變電站標準。
4) 圖形系統基於國際標準的跨平臺圖形引擎，可在Windows、Unix、Linux等各種操作系統下運行。
5) 網絡通信採用標準的TCP/IP，HTTP協議。
6) 系統能夠使用微機、服務器、高檔RISC工作站等各種硬件，當系統需要進一步擴展時，可較容易地將各種計算機廠家的工作站/服務器接入網絡。
7) 系統具有良好的擴展能力。系統軟件可以選用各種主流的操作系統和關係數據庫軟件，同時採用了針對電力系統的面向對象的數據結構和程序設計、三層體系結構、組件等技術，提供標準的應用函數及調用接口，方便系統功能的擴充及用戶的二次開發，在不過多依靠廠家的情況下，容易地增加和開發新的應用軟件，將系統的開放性延伸到了應用系統。
3.1.2 系統分佈性
1) 系統採用全分佈式的功能設計和網絡結構，所有功能均採用Client／Server模式。在網絡環境下，實現數據共享功能。
2) 應用軟件按功能分配到網絡上的服務器和工作站上，所有功能模塊既可以集中在一個節點上運行，也可以分佈到不同的節點上運行。充分優化各節點資源，保證系統的負荷均衡和網絡負荷最小，以防止功能分佈不當而引起通信的"瓶頸"效應。
3.1.3 系統可用性
SCADA系統關鍵節點採用冗餘配置，以保證系統內任一節點故障不至引起重要功能的喪失和響應靈敏度低於系統性能要求。SCADA系統在完成主要功能的前提下，滿足以下性能指標：系統年可用率不小於99．98％；系統運行壽命大於15年。
可採用Windows 2000 Server或UNIX操作系統，數據庫採用Sybase、Oracle、DB2、SQL Server等。
支撐軟件和應用軟件成熟可靠，可維護性強、操作簡便。
3.2 QTouch系統配置
3.2.1 系統配置特點
系統按規模從小到大可分別採用單機、雙機、多機三種結構。多機情況下可採用單網或雙網兩種網絡結構。
採用多機結構時，按功能分為以下節點：前置機、後臺服務器、調度工作站、維護工作站、WEB服務器、物理隔離裝置。
整個系統採用開放式設計，能接入不同廠家的不同設備。
硬件平臺：支持多種基於RISC技術的服務器和工作站如：ALPHA系列、SUN系列、IBM、HP
或Intel系列PC等。
操作系統：POSIX/UNIX，LINUX或Windows系列操作系統。
語言：C、C++，JAVA等。
網絡：採用分流/冗餘的雙網機制，遵循ISO-OSI七層網絡參考模型、TCP/IP、X.25、PPP等。
數據庫: 關係型/SQL/CLIENT-SERVER體系結構, 如：SQL Server，Sybase，Oracle，
DB2 等。
圖形人機接口：X-WINDOW系統；OSI/MOTIF，Windows系列。
3.3 SCADA功能
SCADA系統是整個系統最基本也是最重要的部分,是調度員瞭解電網系統運行狀態並進行監控的主要手段,它包括以下功能:
數據採集
數據處理(包括計算量的處理)
控制和調節
事故追憶(PDR)
事件順序記錄(SOE)
報警處理
系統時鐘和時鐘同步
與大屏幕投影系統接口
通道監視與統計
網絡拓撲和動態著色
實時數據庫
人機聯繫
3.3.1 數據採集和處理
數據採集量如下：
1) 遙測量：有功功率和無功功率、電流、電壓、其它測量值；
2) 遙信量：開關位置、刀閘位置、有載調壓變壓器抽頭位置、無功補償狀態、開關儲能信號、各種告警信息；
3) 電度量；脈衝電度量及轉發脈衝電度量；
4) 接收其它SCADA系統中的實時數據。
3.3.2 監控畫面如下
3.4 系統可靠性
系統可靠性：
為保證系統的可靠性，可採用雙機、雙網冗餘的技術手段 ，主要文件和數據庫都有鏡像備份；
系統的年可靠率>99.9%；
單元（模塊）器件平均無故障時間>50000小時；
重要（關鍵）器件平均無故障時間>100000小時。
運行壽命：
所有設備的壽命在正常使用(具有一定備品)條件下不少於15年；
所有設備在給定的性能指標下運行,連續4000小時內不需要人工調整和維護。
系統實時性指標：
遙測量越死區傳送時間<3秒；
遙信變位傳送時間<2秒；
遙控、遙調命令傳送時間<1秒；
系統實時數據掃描時間1～10秒（可調）；
計算機遠程網絡通信中實時數據傳送時間<3秒；
畫面調用響應時間<2秒；
畫面實時數據刷新週期1～10秒（可調）；
模擬屏數據刷新週期2～5秒；
在線熱備用雙機自動切換及功能恢復的時間<15秒
數據存檔最小時間間隔為1s（事故狀態下），最長保存週期為2年。
準確度：
遙測正確率>99.5%；
遙信正確率>99.99%；
遙控準確率=100%；
遙調準確率=100%。
事件順序記錄(SOE)分辨率：
系統分辨率≤10ms；
站內分辨率≤2ms。
系統事故追憶(PDR)時間：
系統事故前追憶時間15分鐘；
系統事故後追憶時間20分鐘；
系統事故追憶數據掃描週期2～10秒。
系統的負載率指標：
電網正常情況下：
在任意5分鐘內，服務器CPU的平均負荷率≤20%；
在任意5分鐘內，MMI工作站CPU的平均負荷率≤30%；
在任意5分鐘內，主站局域網的平均負荷率≤10%。
電網事故狀態下：
在任意1分鐘內，服務器CPU的平均負荷率≤30%；
在任意1分鐘內，MMI工作站CPU的平均負荷率≤40%；
在任意1分鐘內，主站局域網的平均負荷率≤20%。
系統的可用性：
系統在工程環境中的因素，系統的可用性：≥99.95％。
系統的容錯性：
軟、硬件設備具有良好的容錯能力，當各軟、硬件功能與數據採集處理系統的通訊出錯，以及當運行人員或工程師在操作中發生錯誤時，均不引起系統的任何功能喪失或影響系統的正常運行。對上述故障，系統具有糾錯和自恢復能力。
系統的抗干擾能力：
系統中所有設備具有足夠的抗電磁干擾能力，並符合下列IEC標準：
IEC255-22-1 高頻干擾試驗標準；
IEC255-22-2 靜電放電干擾試驗標準；
IEC255-22-3 輻射電磁場干擾試驗標準。
1
閱讀更多 陳濤9348 的文章
