1.1 系统作用

宁河县电网调度自动化是项复杂的系统工程，是县调调度员工作的重要工具，为调度人员提供电力系统运行信息、决策支撑和数据处理，其作用主要有以下几个方面：

（1）数据收集和监视

对电力系统设备的遥测、遥信信号、周波、电压、潮流、负荷与电流等方面的工况指标进行收集、监视、显示，使调度人员根据数据情况作出相应调整，保证电能安全、优质、持续供应。

（2）经济调度

通过对电网数据收集和监视，应用高级应用软件功能，实现经济调度的目的，以达到降低损耗、调配负荷，多发多供的目的。

安全分析和事故处理

    电网结构复杂，引起故障或异常运行的因素也非常多，而且时间紧、情况杂，如果不能及时预测、分析判断、处理，不仅会影响人身安全、设备安全，甚至会造成电网瓦解崩溃，造成大面积停电，给国民经济和社会生产生活造成较大影响。因此实现电网安全分析、事故处理对策和相应的监控手段就成为调度自动化系统的重中之重。

1.2 系统设计原则

贯彻“可靠、稳定、实用、经济”的原则，设计上依据《电网调度自动化设计技术规程》、《县级电网调度自动化系统实用化要求》、《县级电网电力调度自动化功能规范》、《国家电网公司系统县城电网建设与改造技术导则》等，构建适合县级电网实际的调度自动化系统。设计原则如下：

（1）系统必须是第三代及以上系统，具有领先的技术水平，适合县级电网自动化运行水平的需求，具有开放的平台接口及良好的兼容性，优先考虑安全，并兼顾经济和实用；

（2）电网调度自动化主站系统设计规模必须达到中型县调水平，硬件配置釆用双机双网的冗余配置，具备和调度大屏及地调之间的数据交换；

（3）电网的通信方式可以支持多种方式互为备用，其中以光纤通信为主方式、以载波通信或通信电缆通信作为备用方式；

（4）电网的接口标准应通用，可以支持多种系统和软件的接入，包括视频监控系统、安防系统等；

（5）系统的功能在传统意义上实现遥测、遥信、遥控、遥调的基础上，应考虑增加遥视功能；

（6）系统的功能考虑高级应用软件，为调度员提供决策支撑；

（7）要充分考虑系统的安全性，做好系统的安全分区。把不同的系统划分为不同的区域，保障系统的安全性；

（8）增设网上发布功能，充分让调度自动化系统为各级管理人员服务。

1.3 系统设计基本要求

系统设计要充分考虑系统的安全、可靠、实用、方便，能够把先进的技术应用于系统中，既方便专业人员维护，又方便使用人员直观面对。

（1）安全性和可靠性

系统的设计要保障系统的安全可靠运行，安全可靠运行是系统的基础。安全性要求系统采用安全的分区，必要时设置硬件防火墙、软件防火墙及相应的数据隔离装置，保证不同的系统、不同的功能在自己分区范围内实现，不会引起数据的越权访问和跨区操作；系统可靠性要求对系统所用硬件设备及软件功能要超前配置，对系统实行双机双网双电源等的冗余配置，提高系统的运行率和可靠性。

（2）开放性和可扩展性

系统应遵循IEC61970国际标准，采用通用的操作系统及数据库技术，釆用大众的通信协议，以便系统能够满足多种系统和软件的接入，并且对于系统的重建或升级改造都能够提供很好的支撑。根据电网的发展和系统的需要，可以方便的扩展或缩减系统的功能。

（3）先进性和实用性

在系统的选型上即要满足于系统实用化的要求，具有友好的界面、图模一体化功能、方便用户使用，符合自动化系统设计的各项指标。同时，又要兼顾先进性的要求，选用超前的硬件配置和前沿的技术水平，保持系统的领先水平。

（4）灵活性和易维护性

在系统的功能应用上应方便、快捷使用，硬件配置上做到“即插即用”，软件功能上做到“即装即用”。在系统的维护上面又能做到“易学揚用”，面对对象，直观方便的去维护系统的运行。

（5）实时性和共享性

系统应能够实时保存数据到内存中，同时又能分布实现其他计算功能。在数据的使用上面，既能满足实时数据库的调用、查询，又能满足历史数据库的统、计、计算。能够在不同安全区域内，通过有效的控制手段，实现系统与系统之间数据的共享，可根据情况灵活的调配使用系统资源。 

1.4 系统设计功能要求

按照《电网调度自动化设计技术规程》和《县级电网电力调度自动化功能规范》的要求，县级电网调度自动化系统功能主要为：

（1）通讯转发

通讯功能：可采用通讯服务器和终端服务器作为数采通讯部件（前置系统），与数采子系统连接；也可采用路由器作为数采通讯部件或网络交换机方式；可采用串口方式收发厂站数据，也可直接通过网络方式与其他智能装置联系；通讯规约和通讯速率可分别设置。

转发功能：提供多种转发方式，既可以设置独立的转发工作站，也可设为通道转发、网络转发。转发数据、转发对象、转发速率和规约可任意设置。

（2）数据采集

SCADA系统实时采集各厂站的遥测、遥信、电度、保护、交直流系统、UPS电源及其他智能装置等数据，同时，向各厂站发送各种信息及控制命令。

（3）数据处理

SCADA系统采集到数据后，立即进行数据处理，主要包括模拟量数据处理，状态量处理，脉冲量处理及各种量的计算功能。而对于开关量的输出应本着选点、发令、内部校验、校验返回、确认执行、执行结果返回、操作登录的过程执行，以确保变电站控制的安全性。

（4）实时数据库和商用数据库

实时数据库应具有Client/Server模式的数据库管理系统，具有极快的响应时间，能很好的满足电力系统实时性的要求。同时其作为一个网络数据库管理系统应能管理分布于网络中各节点上的分布式数据库，以便为系统的灵活配置和功能的任意组合提供技术基础。

在进行数据库建模、历史数据存储、告警信息登录、管理信息及地理信息的保存，整个系统数据安全性的检查，一致性和完整性的保证等方面，应采用效率高、支持Client/Server模式，支持SQL访问的关系型数据库Sybase或Oracle。

系统应采用先进的管理机制，向用户提供统一的访问接口和人机界面。应

用层在访问数据时，只要指出访问的对象就可检索到相应的数据。

数据库的存储容量要大，应用层可以指定数据的存储周期，包括SCADA数据、PAS数据、DTS数据。

应采用硬件和软件的方法，保证系统任何一台节点机（包括数据服务器）上的数据完全一致。

SCADA数据库的结构应按照电力系统中设备作为对象来进行组织，掘弃原来按库名、厂站名、设备名、域名安排数据的方式。同时建立PAS、DTS的数据库，即一体化数据库。

应提供基于Windows窗口和Motif的全图形的交互式数据编辑器和浏览器，并以全图形方式进行数据库的安装、卸除、断面存取、重载等操作。

（5）PAS高级应用功能

PAS是常规的电网分析功能软件，对于提高低压配电网运行的安全性、可靠性和经济性十分重要。应具备网络拓扑分析、配电网潮流计算、短路电流计算、电压无功优化等功能。

（6）人机界面

系统人机会话部分釆用中文全图形人机会话界面，界面友好直观，操作简单方便；具有方便的调图功能，可通过键盘的组合键、鼠标调出画面。

    事件发生时，可自动推出报警画面，并伴有声音或语音报警，根据故障级别可以分为长报警声和短报警声，支持语音录入和语音报警。调度员确认或报警原因消失后，报警自动关闭。

具有多种类型图表，如地理接线图、电网结构图、厂站接线图、潮流分布图和工况图；报警一览表、常用数据表、厂站设备参数表、目录表、备忘录等。画面形式可为多种曲线图、棒形图、饼形图、混合图、模拟表图等。

显示内容：实时或置入的遥测量、遥信状态量、计算处理量、电度量、时间、周波、设备信息、统计信息、事项记录和多媒体信息等。

可以显示开关、变压器、变电站母线和出线开关的实时曲线（分钟曲线）、历史曲线，表格数据，曲线可动态显示任意时间段内的具体时间和测量值，可显示最大值、最小值，最大值时间、最小值时间。

通道通讯情况可直观的以状态量形式显示在画面上，对各种监控参数可做成多种形式。

可打印显示用户定义的任何图形、表格和记录文档，图形打印比例可以调节，表格内容可在线编辑。

支持大屏幕投影显示系统：提供接口控制模拟屏，可直接驱动模拟屏，实现工作站界面的拼接、拆分显示。

（7）报表

报表生成工具功能应较为丰富，以支持调度及其他生产部门的各种管理需要。

报表生成灵活方便。

支持运算符和函数运算以及用户自定义的算术表达式。

报表的显示与打印一致性。

报表打印支持多种系列的打印机。

能实现定时打印和召唤打印。

具有插入、删除、剪贴、拷贝、粘贴等丰富的编辑手段，能实现图文混排。

报表应能从实时数据库和商用数据库中检索和读取数据，时间段可任意设定。

（8）报警

报警类型：保护动作、开关跳闹、线路接地、遥测越限、遥信变位、通道故障告警等信息可分类显示、保存。

报警方式：图形动态、着色、闪动，文字信息、列表，语音告警，打印机启动。

报警发生后，各信息被数据库明确分类、归档。事件发生时，可自动推出报警画面，并伴有声音或语音报警，根据故障级别可以分为长报警声和短报警声，支持语音录入和语音报警。调度员确认或报警原因消失后，报警自动关闭。

开关本体动作和人员对开关的操作均形成事项，记录到数据中。

SOE处理功能：开关上送的事项记录到数据库中，可作为故障检测的数据依据。

事故追忆功能：发生事故跳闹时，系统可根据用户定义好的对应关系自动追忆有关数据，并将其存入数据库中，并能对事故进行重演。

 

 

 

2   宁河县电网调度自动化系统设计

2.1 系统总体结构设计

2.1.1 系统设计结构

系统由三部分组成：数据管理层，能量管理层和网络分析层，这些软件可以在实时态和研究态两种方式下运行，其总体组织结构如图3-1所示：

 

图3-1 系统设计结构图

（1）数据管理层

实时收集电力系统的数据，监视和控制系统的运行状态。它一方面将量测设备得到的“生数据”提供给网络分析软件，另一方面可以将处理后的“熟数据”返给的显示系统。

（2）能量管理层

能量管理层主要针对发电控制，它利用运行系统的频率、时差、联络线功率、交换计划、发电计划、负荷预报等实时和计划数据，对运行系统进行调节和控制，实现系统运行的经济性的目标。

（3）网络分析层

利用实时量测数据和伪量测数据，得到电力系统的实时运行状态，在此基础上，对系统运行的安全性和经济性进行分析，通过有效的调节措施，使系统达到安全和经济运行的状态。

2.1.2 EMS软件设计结构

开放的EMS系统可分为以下几个功能模块，1）数据库管理子系统；2）SCADA子系统；3）PAS子系统；4）DTS子系统；5）电力市场子系统；6）网络通讯子系统；7）管理维护子系统，如图3-2所示。

 

图3-2 幵放分布式的系统的结构

2.2 系统硬件及支撑软件平台设计

（1）硬件平台：基于CISC芯片的各种硬件构架，如COMPAQ、IBM、HP等，以及各类PC，系统的硬件平台选择应满足系统设计的功能要求，并保持一定的领先性，满足系统实时性、安全性和可靠性要求；

（2）操作系统内核：Windows NT/2000；

（3）网络环境：遵循ISO-OSI七层网络参考模型的TCP/IP等；

（4）语言：VC，VB，java等；

（5）数据库：Client/Server体系结构的关系型数据库，如DB2、ORACLE、SYBASE以及MS SQL Server等；

（6）IEEE关于操作系统的POSIX 1003标准；

（7）处理图形用户界面（GUI）的X-Windows协议和OSF/MOTIF风格；

（8）满足能量控制中心工作组对EMS开放性的定义。

2.3 SCADA系统功能设计

 

宁河县县级调度自动化系统主要由SCADA系统和PAS系统组成，SCADA系统实现的功能是调度自动化系统的核心功能，主要实现数据采集、监视和控制，遥测、遥信、遥控、遥调功能，并实现向地调的转发和联网。系统不仅为调度员提供实时数据，通过WEB浏览器，还为公司各级管理及生产人员提供数据服务，成为公司生产系统不可缺少的技术支持。

 

2.3.1 主站系统硬件组成

一般县级电网调度自动化主站系统主要由以下硬件组成：数据采集装置、前置机、SCADA服务器、历史服务器、调度员工作站、PAS服务器、WEB服务器等构成。数

据采集装置包括调制解调器、交换机、切换箱、通讯服务器。调制解调器负责把厂站传上来的信号解调成标准RS-232数字信号；切换箱负责信号隔离和执行切换功能；通讯服务器负责汇集数字信号，通过交换机送到前置机，通过前置系统程序和规约解析，供系统分析使用。系统的软件功能是严格按照模块进行划分的，每个功能都单独是一个程序模块，各程序模块可以在同一个节点上运行，也可以根据需要分布在不同的节点上运行，根据每台机器所运行的程序和承担的功能不同，对系统内的机器定义如下：机器的配置根据系统的需要进行，对于数据采集和SCADA程序处理可以共用一台机器，我们把提供数据处理功能的机器叫做数据采集服务器；对于对数据进行处理的机器叫做SCADA服务器；对于安装数据库程序，提供数据存储的服务器叫做历史服务器；对于调度员直接进行操作的机器叫做调度员工作站；对于专用维护人员工作的机器叫做维护工作站；对于安装高级应用软件服务的机器叫做PAS服务器；对于提供服务的机器叫做WEB服务器。

 

2.3.2 遥测功能设计

（1）支持多种采集方式。可支持常规采集方式，网络RTU采集方式；

（2）工程量转换。采集量必须设置工程量转换相关参数：用来实现主站和

子站之间遥测值数据倍数的转换；

（3）标准计算功能。非采集遥测量须指定其“计算量标志”为1，支持功率因数、视在功率的标准计算，此类计算量可在“计算方式”域指定正确的计算方式；

（4）电压合格率计算。根据其“电压限值”域设定的合格范围，设定存盘数据的正确存盘标志（如“越不合格上限”、“越不合格下限”等）；

（5）跳变滤波处理。遥测跳变滤波处理。遥测本倾变化（当前点的值与上一点的差）大于此限值的遥测将被弃舍。如连续秒重复出现大于同侧跳变限值的数值时，则釆用此值；

（6）越限处理。限值设定：对须处理越限的遥测量，根据需要选择“事项处理”为适当的方式。同时设置其“上限”、“下限”、“上上限”、“下下限”；

（7）零漂处理。某些类型的遥测，当其值小于一定范围时被认为是变送器残差，应将其归零处理；

（8）多源数据处理。对同一个物理量，支持多个数据来源，并根据一定的规则，选用其中正确的或较合理的作为该物理量的值，赋予遥测参数表中的特定遥测记录；

（9）非法值过滤。对任何遥测，根据需要均可设置其可能的取值范围。超出该范围的值将被舍弃；

（10）实时统计功能。遥测参数表的所有遥测量，SCADA软件均自动实时统计其円最大、最小、平均值，及最大、最小值发生时间。

 

2.3.3 遥信功能设计

（1）支持多种采集方式。可支持常规采集方式，网络采集方式；

（2）支持双位遥信。支持两个遥信点釆集同一开关（或刀闸）状态，通常现场的这两个遥信的接线方式极性相反：分别为常开方式、常闭方式。设置参数时，只须一条遥信记录：“双遥信标志”域置1，“YX号”域填入正极性遥信的点号，“次XY号”域填入反极性遥信的点号，“取反标志”域置0；

（3）事项屏蔽。须永久性屏蔽变位事项的遥信，置“不生成事项”域为1；

（4）变位处理。慢遥信功能（主站端防抖动）需要由主站端进行防抖动处理的遥信量，置“慢遥信标志”为1；

（5）开关事故判别：对于幵关遥控操作产生的开关变分事项不判事故，对开关类型遥信进行事故判别。“判事故方式”域有五种方式可供选择：事故总、事故总与保护信号、事故总或保护信号、事故总与遥测归零、逻辑过程判断；

（6）变位次数、事故次数超限告警。若须使用上述功能，须在《遥信参数表》的“变位次数限”、“事故限值”域填入的值，则取消该项功能；变位次数、事故次数的基值可由调度员界面置入；

（7）告警语句自定义。变位事项、事项的事项描述语句可由用户自定义，分别对应域“事项句”、“SOE句”，注意不要填错，如“事项句”填的是告警语句等;

（8）挂牌后的变位事项处理。开关挂检修牌后，是否屏蔽变位事项。

2.3.4 遥控功能设计

遥信参数表中可遥控的遥信点，应置“可否遥控”域为1，“遥控号”域填入正确的遥控点号，并设置“遥控返校时间限”、“遥控发令时间限”、“遥控执行时间限”域为适当的值。

（1）安全级控制。每个遥控点可设置“遥控安全级”，为了使调度员能在某主机上遥控特定的遥控对象，首先保证《节点权限表》中有该调度员在该主机上进行遥控操作的权限，然后设置“点类n”的值为1，表示调度员有操作安全级为n的遥信点的权利（n为“遥控安全级”域指定的安全级）;

（2）双操作员监督。须由双操作员互相监督操作的重要遥控点，应设“双机监督”域为1。操作时，具有遥控该遥控点权限的调度员A发遥控预置命令，返校正确后，由同样具有权限的调度员B核对后发确认命令，然后由调度员A下发遥控执行命令；

（3）防误闭锁功能。《状态控制条件表》描述了可遥控点的闭锁条件。每个“控制对象”的每一种“控制类型”（控分或控合）可定义多组闭锁条件，每组条件可指定多达10个开关或刀闹的状态，只有该组条件内的幵关、刀阐同时处于指定的位置（分或合）时，该组条件得到满足，则遥控可以进行。若指定的多组条件均不满足则不能遥控。

2.3.5 遥调功能设计

遥调功能主要指变压器的调档。要实现遥调功能，《遥测参数表》中必须有变压器档位的遥测记录，且遥测的“类型”域为“档位”，同时，《升降参数表》中有相应的记录，该记录的“代码”域的域值与《遥测参数表》中的变压器档位遥测记录的“代码”域的域值相同。

2.4 系统PAS功能设计

    高级应用软件系统（PAS），作为能量管理系统的重要组成部分，是构建在平台和SCADA系统之上的电力系统分析和控制软件的总称。将现代电力系统理论和计算机技术有机的融为一体，成功地应用于电力系统的分析控制中，可极大的提高电网调度自动化水平，即由经验型调度上升转变至分析型调度，提高调度员的调度能力和素质，从而有效地提高电网的安全、优质和经济运行水平，更好地为电网的商业化运行服务。

    系统高级应用软件是在SCADA系统应用软件的基础上，数据处理由实时态向研究态的应用，实现由经验型调度向决策型调度的转变。高级应用功能主要有：网络建模、网络拓扑、调度员潮流、负荷预测等