新型電力系統(tǒng)數(shù)字技術(shù)支撐體系核心內(nèi)容（SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則）

　　新型電力系統(tǒng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，它強(qiáng)調(diào)的是以“新能源”為主體，逐步提升光伏、風(fēng)電等新能源發(fā)電的比例，并通過電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的變革，實(shí)現(xiàn)新能源高效開發(fā)利用和各類負(fù)荷的友好接入，提升終端電氣化率，通過發(fā)電、輸電、配電、用電等各環(huán)節(jié)的共同發(fā)力完成建設(shè)新型電力系統(tǒng)。

　　一、SCADA 系統(tǒng)

　　SCADA 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、總體結(jié)構(gòu)、功能詳解

　　SCADA是“SupervisoryControl And Data Acquisition”的縮寫，所以SCADA系統(tǒng)即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。它可以實(shí)時(shí)的采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程的自動(dòng)控制，對(duì)生產(chǎn)工藝執(zhí)行情況進(jìn)行全面的實(shí)時(shí)的監(jiān)控，為生產(chǎn)和管理提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

　　第四代新型電力系統(tǒng)下SCADA/EMS系統(tǒng)將是采用Internet技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和Java等技術(shù)，繼續(xù)擴(kuò)大系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成，并且提高系統(tǒng)的安全性，綜合安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的需要。

　　SCADA系統(tǒng)在新型電力系統(tǒng)調(diào)度生產(chǎn)管理過程中的應(yīng)用，論述了SCADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、總體結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)?？梢詭椭{(diào)度管理人員及時(shí)快捷地了解到調(diào)度生產(chǎn)運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)管理的信息化、智能化、增強(qiáng)系統(tǒng)的整體性能。SCADA系統(tǒng)能夠很好地完成日常的生產(chǎn)調(diào)度，達(dá)到電網(wǎng)輸配的平衡，大大提高電網(wǎng)生產(chǎn)和管理效率，降低成本，節(jié)約能源，具有很高的實(shí)用性。

　　二、SCADA系統(tǒng)構(gòu)建

　　SCADA 系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，是基于計(jì)算機(jī)控制的遙測(cè)、遙訊、遙控、遙調(diào)系統(tǒng)，它的應(yīng)用使電網(wǎng)生產(chǎn)輸配管理更加科學(xué)化、現(xiàn)代化。

　　系統(tǒng)具有高度的安全性，可靠性，穩(wěn)定性，有多種通訊方式可選，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)合理，模塊組合方便維護(hù)，系統(tǒng)功能強(qiáng)大，界面友好，使用簡(jiǎn)便，更具有遠(yuǎn)程維護(hù)功能，系統(tǒng)軟硬件全部模塊化，擴(kuò)充能力極強(qiáng)。SCADA 系統(tǒng)能為企業(yè)生產(chǎn)和管理提供巨大的幫助。

　　SCADA系統(tǒng)的構(gòu)成

　　SCADA系統(tǒng)主要有以下部分組成：

　　監(jiān)控計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程終端單元（RTU、DTU/FTU）、 邏輯控制器（PLC）、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、人機(jī)界面（HMI）。

　　1、監(jiān)控計(jì)算機(jī)

　　SCADA系統(tǒng)的核心，主要進(jìn)行收集過程數(shù)據(jù)并向現(xiàn)場(chǎng)連接的設(shè)備發(fā)送控制命令。它是指負(fù)責(zé)與現(xiàn)場(chǎng)連接控制器通信的計(jì)算機(jī)和軟件，現(xiàn)場(chǎng)控制器指的是RTU和PLC，包括運(yùn)行在操作員工作站上的HMI軟件。

　　2、遠(yuǎn)程終端單元

　　遠(yuǎn)程終端單元，即RTU，連接到過程中的傳感器和執(zhí)行器，并與監(jiān)控計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。RTU是“智能I/O”，并且通常具有嵌入式控制功能，例如梯形邏輯，以實(shí)現(xiàn)布爾邏輯操作。

　　3、可編程邏輯控制器

　　可編程邏輯控制器，即我們所熟悉的PLC，它們連接到過程中的傳感器和執(zhí)行器，并以與RTU相同的方式聯(lián)網(wǎng)到監(jiān)控系統(tǒng)。與RTU相比，PLC具有更復(fù)雜的嵌入式控制功能，并且采用一種或多種IEC 61131-3編程語(yǔ)言進(jìn)行編程。PLC經(jīng)常被用來(lái)代替RTU作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，因?yàn)樗鼈兏?jīng)濟(jì)，多功能，靈活和可配置。

　　4、通信基礎(chǔ)設(shè)施

　　這將監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接到遠(yuǎn)程終端單元（RTU）和PLC，并且可以使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或制造商專有協(xié)議。RTU和PLC都使用監(jiān)控系統(tǒng)提供的最后一個(gè)命令，在過程的近實(shí)時(shí)控制下自主運(yùn)行。通信網(wǎng)絡(luò)的故障并不一定會(huì)停止工廠的過程控制，而且在恢復(fù)通信時(shí)，操作員可以繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)視和控制。一些關(guān)鍵系統(tǒng)將具有雙冗余數(shù)據(jù)高速公路，通常通過不同的路線進(jìn)行連接。

　　5、人機(jī)界面

　　人機(jī)界面（HMI）是監(jiān)控系統(tǒng)的操作員窗口。它以模擬圖的形式向操作人員提供工廠信息，模擬圖是控制工廠的示意圖，以及報(bào)警和事件記錄頁(yè)面。HMI連接到SCADA監(jiān)控計(jì)算機(jī)，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以驅(qū)動(dòng)模擬圖，警報(bào)顯示和趨勢(shì)圖。在許多安裝中，HMI是操作員的圖形用戶界面，收集來(lái)自外部設(shè)備的所有數(shù)據(jù)，創(chuàng)建報(bào)告，執(zhí)行報(bào)警，發(fā)送通知等。

　　模擬圖則是由用來(lái)表示過程元素的線圖和示意符號(hào)組成，或者可以由工藝設(shè)備的數(shù)字照片覆蓋動(dòng)畫符號(hào)組成。

　　三、SCADA 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

　　1、先進(jìn)性

　　系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)具有較高的技術(shù)起點(diǎn)采用主從分布式體系結(jié)構(gòu)，選用統(tǒng)一的軟件平臺(tái)操作系統(tǒng)，以求最佳的性能價(jià)格比。

　　2、安全可靠性

　　系統(tǒng)所選硬件設(shè)備要符合現(xiàn)代工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)采用雙機(jī)、雙網(wǎng)、雙電源，接入雙通道等冗余設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，發(fā)生故障時(shí)可自動(dòng)切換，保障系統(tǒng)的不間斷可靠運(yùn)行。

　　系統(tǒng)軟件平臺(tái)應(yīng)成熟、可靠、安全，SCADA軟件開發(fā)應(yīng)遵循軟件工程的方法，經(jīng)過充分測(cè)試使程序運(yùn)行穩(wěn)定可靠方便使用，易于維護(hù)。

　　網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)具有雙重和多重幾種，在數(shù)據(jù)庫(kù)的管理上分層次，分級(jí)授權(quán)。系統(tǒng)應(yīng)具有可靠的備份，保證在系統(tǒng)故障時(shí)，能盡快地恢復(fù)系統(tǒng)的運(yùn)行。

　　3、開放性

　　開放性主要體現(xiàn)在支撐平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)兩個(gè)方面。

　　對(duì)支撐平臺(tái)而言，選用標(biāo)準(zhǔn)化的軟硬件產(chǎn)品，系統(tǒng)中的設(shè)備應(yīng)具有很好的通用性，不同廠家的產(chǎn)品可相互集成，系統(tǒng)可擴(kuò)充和升級(jí)。

　　對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)而言，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)提供一體化支撐平臺(tái)，具有模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、接口標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)支持用戶應(yīng)用軟件的開發(fā)，保證能和其它系統(tǒng)互聯(lián)和無(wú)縫集成。

　　4、可擴(kuò)展性

　　SCADA系統(tǒng)應(yīng)具有良好的功能可擴(kuò)展性，從而使系統(tǒng)的建設(shè)可以總體規(guī)劃，分步建設(shè)，逐步擴(kuò)充，逐步升級(jí)。

　　5、易用性

　　系統(tǒng)應(yīng)具有簡(jiǎn)學(xué)，易懂，易于操作的用戶界面，操作人員不需要很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)即可使用和維護(hù)系統(tǒng)，同時(shí)系統(tǒng)軟件的各功能模塊以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心靈活分布在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，除個(gè)別模塊需要相關(guān)硬件外，都能在任意節(jié)點(diǎn)機(jī)上運(yùn)行，做到“即裝即用”。

　　四、SCADA系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　SCADA系統(tǒng)一般采用光纖傳輸方式完成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸，使用的設(shè)備也可為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方式。無(wú)線傳輸一般采用主從應(yīng)答方式，主站利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)下達(dá)命令，從站接收到命令后執(zhí)行相應(yīng)操作，產(chǎn)生回應(yīng)。回應(yīng)可以為數(shù)據(jù)，也可以為系統(tǒng)信息。

　　電網(wǎng)生產(chǎn)過程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）包括：

　　監(jiān)控中心系統(tǒng)（主站）、首站監(jiān)控系統(tǒng)（從站）、多個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)（從站）、末站監(jiān)控系統(tǒng)（從站）及無(wú)線電臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

　　系統(tǒng)以監(jiān)控中心為中央節(jié)點(diǎn)各本地監(jiān)控系統(tǒng)為子節(jié)點(diǎn)組成星型網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成生產(chǎn)過程本地站監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度中心遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合的雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

　　五、SCADA 系統(tǒng)的功能

　　1、實(shí)時(shí)遙測(cè)、遙信、遙視

　　SCADA系統(tǒng)能夠掃描系統(tǒng)控制單元，對(duì)監(jiān)控中心所需的多種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使管理和調(diào)度人員能及時(shí)、準(zhǔn)確地了解系統(tǒng)工況，同時(shí)通過遙控系統(tǒng)上主要控制設(shè)備的開啟，來(lái)優(yōu)化線路管網(wǎng)的電壓和電流量等參數(shù)。還可以根據(jù)SCADA系統(tǒng)的需要增加遙視功能通過控制器可以直接將各種數(shù)據(jù)（可設(shè)定）通過GPRS網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送到管理人員的手機(jī)等通訊設(shè)備上。

　　2、分析、治理實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)

　　SCADA系統(tǒng)可將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)還能監(jiān)視從遠(yuǎn)程終端單元返回的信息，并更新鏈路狀態(tài)，使得操作員能夠監(jiān)視和識(shí)別通信故障，以便確定遠(yuǎn)程終端單元的工作狀態(tài)。

　　3、對(duì)采集的各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

　　對(duì)歷史數(shù)據(jù)不但記錄其數(shù)值，還記錄其狀態(tài)，表明該數(shù)據(jù)是否有效根據(jù)其狀態(tài)來(lái)確定是否參加運(yùn)算。具有事故分析與記錄、越限報(bào)警功能。SCADA除對(duì)電網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)、首末站進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集外，還要檢驗(yàn)它們是否超過各自的運(yùn)行極限、安全極限或設(shè)備極限，如有越限則報(bào)警并作出相應(yīng)處理。

　　通過對(duì)操作員設(shè)置不同級(jí)別的數(shù)據(jù)使用與瀏覽等權(quán)限，保證數(shù)據(jù)的安全性。SCADA 系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)多種曲線繪制圖表顯示、報(bào)表的統(tǒng)計(jì)和打印等功能，方便調(diào)度人員查詢了解。

　　4、故障量預(yù)測(cè)及時(shí)報(bào)警

　　SCADA系統(tǒng)一方面通過建立系統(tǒng)中數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)據(jù)庫(kù)的積累，逐步進(jìn)行修整，最終達(dá)到監(jiān)測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行的目的。另一方面，根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)和管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，結(jié)合氣象信息、節(jié)假日信息等建立預(yù)測(cè)子系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布對(duì)全網(wǎng)的調(diào)度命令。

　　5、總結(jié)

　　針對(duì)新型電力系統(tǒng)配電網(wǎng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)開發(fā)的SCADA 系統(tǒng)，在軟硬件成功選型和安裝實(shí)施的基礎(chǔ)上，通過高速、穩(wěn)定的傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各站點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和綜合調(diào)度，可以較大地提升企業(yè)信息化水平和生產(chǎn)管理水平，促進(jìn)企業(yè)快速發(fā)展。

　　編輯：黃飛