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智能變電站SCADA
產(chǎn)品時(shí)間：2021-11-11
智能電網(wǎng)中的智能變電站SCADA是采用先進(jìn)的、可靠的、節能的、環(huán)保的、集成的設備組合而成的，以高速網(wǎng)絡(luò )通信的平臺為信息傳輸的基礎，自動(dòng)地完成信息的采集功能、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
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、節能的、環(huán)保的、集成的設備組合而成的，以高速網(wǎng)絡(luò )通信的平臺為信息傳輸的基礎，自動(dòng)地完成信息的采集功能、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，并可根據需要支持電網(wǎng)產(chǎn)時(shí)自動(dòng)控制、智能調節、在線(xiàn)分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級應用功能。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)，以智能化的一次設備和統一的信息平臺為基礎，實(shí)現變電站的實(shí)時(shí)全景監測、自動(dòng)運行控制、設備狀態(tài)的檢修、運行狀態(tài)的自適應、智能分析決策等功能，對智能電網(wǎng)進(jìn)行安全狀態(tài)評估、預警和控制，優(yōu)化智能系統的運行，實(shí)現新能源的實(shí)時(shí)接入和退出，并與調度中心、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系統方案介紹
2.1 與傳統變電站自動(dòng)化的區別
在信息采集方面，數字化變電站對數據的全面數字化采集、傳輸和共享，而智能變電站全面覆蓋的智能傳感器根據分析要求進(jìn)行采集；在通信方面，數字化變電站采用高速可靠的數字化通信，而智能變電站采用多種通訊介質(zhì)實(shí)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(shí)時(shí)狀態(tài)給出準確的處置方案，而智能變電站實(shí)時(shí)評估，快速判斷，并自動(dòng)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(jìn)行人工控制，而智能變電站，智能控制系統對人工的代替，實(shí)現電網(wǎng)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變電站的區別如下：
（1）智能變電站系統應是一種面向服務(wù)的架構？（SOA）
（2）建立起以設備為對象的分布式智能節點(diǎn)。實(shí)現既分布又協(xié)同的信息共享機制。
（3）從業(yè)務(wù)需求出發(fā)。把技術(shù)問(wèn)題、經(jīng)濟問(wèn)題、管理問(wèn)題統籌考慮。實(shí)現能量流、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。突出標準化規范化。強調功能性和互操作性。提供模型統一、規約統一、時(shí)標統一、來(lái)源唯yi的高品質(zhì)基礎信息。
（5）智能變電站作為智能電網(wǎng)的基礎環(huán)節，將統一和簡(jiǎn)化變電站的數據源，形成基于同一斷面的唯yi性、*性基礎信息，以統一標準方式實(shí)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(wǎng)信息支撐平臺，并提供以此為基礎的多種業(yè)務(wù)應用。
（6）采用更加高速（快速以太網(wǎng)）和更加經(jīng)濟的技術(shù)手段。傳輸變電站內外信息，包括與變電站。相關(guān)電源。負荷及線(xiàn)路的信息。掌握整個(gè)電網(wǎng)的狀態(tài)。
（7）將高級調度中心的部分功能下放到智能變電站實(shí)現。智能變電站系統管理好站內網(wǎng)絡(luò )數據的同時(shí)可以根據運行需求，以更高的頻率來(lái)儲存數據。實(shí)現基于實(shí)時(shí)數據倉庫的數據挖掘，完成智能電網(wǎng)所要求的高級分析和優(yōu)化功能。
（8）智能變電站（Smart Substation）建設需要采用先進(jìn)的理念重新設計新建變電站。也需要采用先進(jìn)的技術(shù)改造現有變電站，以便遠程監測臨界和非臨界運營(yíng)數據。分析和處理大量實(shí)時(shí)數據。將斷路器、變壓器、變電站的環(huán)境因素等數據進(jìn)行綜合分析。并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(xié)議上的主要差別是分別采用了IEC61850標準和60870-5-103傳輸規約，兩者應用范圍差別較大，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(guān)的系統要求，對變電站內自動(dòng)化系統做出了全面詳細的規范和描述。IEC61850?標準采用了開(kāi)放的協(xié)議并支持設備自我描述，面向對象的建模技術(shù)，具有強大的可擴展性。 IEC61850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(wù)及映射部分（IEC61850-7、8、9）、測試部分（IEC61850-10）四大類(lèi)，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(shù)特點(diǎn)
3.1.1 系統開(kāi)放性
1）系統遵循已頒布的各種、國內標準，滿(mǎn)足開(kāi)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(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)數據庫和大型商用關(guān)系數據庫兩部分組成，提供統一標準的實(shí)時(shí)數據庫與歷史數據庫訪(fǎng)問(wèn)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）圖形系統基于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(wǎng)絡(luò )通信采用標準的TCP/IP，HTTP協(xié)議。
6）系統能夠使用微機、服務(wù)器、高檔RISC工作站等各種硬件，當系統需要進(jìn)一步擴展時(shí)，可較容易地將各種計算機廠(chǎng)家的工作站服務(wù)器接入網(wǎng)絡(luò )。
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(guān)系數據庫軟件，同時(shí)采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(shù)，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(hù)的二次開(kāi)發(fā)，在不過(guò)多依靠廠(chǎng)家的情況下，容易地增加和開(kāi)發(fā)新的應用軟件，將系統的開(kāi)放性延伸到了應用系統。
3.1.2 系統分布性
1）系統采用全分布式的功能設計和網(wǎng)絡(luò )結構，所有功能均采用Client Server模式。在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，實(shí)現數據共享功能。
應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)節點(diǎn)2）上運行，也可以分布到不同的節點(diǎn)上運行。充分優(yōu)化各節點(diǎn)資源，保證系統的負荷均衡和網(wǎng)絡(luò )負荷小，以防止功能分布不當而引起通信的“瓶頸”效應。
3.1.3 系統可用性
SCADA系統關(guān)鍵節點(diǎn)采用冗余配置，以保證系統內任一節點(diǎn)故障不至引起重要功能的喪失和響應靈敏度低于系統性能要求。SCADA系統在完成主要功能的前提下，滿(mǎn)足以下性能指標：系統年可用率不小于99.98%；系統運行壽命大于15年。
可采用Windows 2000 Server或UNIX操作系統，數據庫采用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(jiǎn)便。
3.2 QTouch系統配置
3.2.1 系統配置特點(diǎn)
系統按規模從小到大可分別采用單機、雙機、多機三種結構。多機情況下可采用單網(wǎng)或雙網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò )結構。
采用多機結構時(shí)，按功能分為以下節點(diǎn)：前置機、后臺服務(wù)器、調度工作站、維護工作站、WEB服務(wù)器、物理隔離裝置。
整個(gè)系統采用開(kāi)放式設計，能接入不同廠(chǎng)家的不同設備。
硬件平臺：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：POSIX/UNIX，LINUX或Windows系列操作系統。
語(yǔ)言：C、C++，JAVA等。
網(wǎng)絡(luò )：采用分流/冗余的雙網(wǎng)機制，遵循ISO-OSI七層網(wǎng)絡(luò )參考模型、TCP/IP、X.25、PPP等。
數據庫： 關(guān)系型/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(gè)系統基本也是重要的部分，是調度員了解電網(wǎng)系統運行狀態(tài)并進(jìn)行監控的主要手段，它包括以下功能：
數據采集
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(shí)鐘和時(shí)鐘同步
與大屏幕投影系統接口
通道監視與統計
網(wǎng)絡(luò )拓撲和動(dòng)態(tài)著(zhù)色
實(shí)時(shí)數據庫
人機聯(lián)系
3.3.1 數據采集和處理
數據采集量如下：
1）遙測量：有功功率和無(wú)功功率、電流、電壓、其它測量值；
2）遙信量：開(kāi)關(guān)位置、刀閘位置、有載調壓變壓器抽頭位置、無(wú)功補償狀態(tài)、開(kāi)關(guān)儲能信號、各種告警信息；
3）電度量；脈沖電度量及轉發(fā)脈沖電度量；
4）接收其它SCADA系統中的實(shí)時(shí)數據。
3.3.2 監控畫(huà)面如下：
5 6 系統可靠性
為保證系統的可靠性，可采用雙機、雙網(wǎng)冗余的技術(shù)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*時(shí)間>50000小時(shí)；
重要（關(guān)鍵）器件平均*時(shí)間>100000小時(shí)。
運行壽命：
所有設備的壽命在正常使用（具有一定備品）條件下不少于15年；
所有設備在給定的性能指標下運行，連續4000小時(shí)內不需要人工調整和維護。
系統實(shí)時(shí)性指標：
遙測量越死區傳送時(shí)間<3秒；
遙信變位傳送時(shí)間<2秒；
遙控、遙調命令傳送時(shí)間<1秒；
系統實(shí)時(shí)數據掃描時(shí)間1——10秒（可調）；
計算機遠程網(wǎng)絡(luò )通信中實(shí)時(shí)數據傳送時(shí)間<3秒；
畫(huà)面調用響應時(shí)間<2秒；
畫(huà)面實(shí)時(shí)數據刷新周期1——10秒（可調）；
模擬屏數據刷新周期2——5秒；
在線(xiàn)熱備用雙機自動(dòng)切換及功能恢復的時(shí)間<15秒
數據存檔小時(shí)間間隔為1s（事故狀態(tài)下），長(cháng)保存周期為2年。
準確度：
遙測正確率>99.5%；
遙信正確率>99.99%；
遙控準確率=；
遙調準確率=。
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(shí)間：
系統事故前追憶時(shí)間15分鐘；
系統事故后追憶時(shí)間20分鐘；
系統事故追憶數據掃描周期2——10秒。
系統的負載率指標：
電網(wǎng)正常情況下：
在任意5分鐘內，服務(wù)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(wǎng)的平均負荷率≤10%。
電網(wǎng)事故狀態(tài)下：
在任意1分鐘內，服務(wù)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(wǎng)的平均負荷率≤20%。
系統的可用性：
系統在工程環(huán)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、硬件功能與數據采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(fā)生錯誤時(shí)，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*力：
系統中所有設備具有足夠的抗電磁*力，并符合下列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(chǎng)干擾試驗標準。