第五节 SCADA功能概述 1)电力系统调度自动化系统即EMS能量管理系统主要由六个部分组成:计算 机、操作系统、支持系统、数据收集( SCADA)、能量管理(发电控制和发 电计划)和网络分析 2)前三部分,即计算机、操作系统和支持系统能量管理系统 培训模拟 好比是运载工具;后三部分,即数据收集、 能量管理和网络分析好比是战斗部分。而且 网络分析 网络分析 战斗部分又可以再分为两类:仅包括收集功 能量管理 能量管理 能者为“常规武器”;而包括能量管理和网络 SCADA 分析功能者为“核武器”(一般称为高级应用 SCADA 软件) 3)数据收集与监控( SCADA)是电力系统自动 支持系统 支持系 操作系统 化最基本的功能。 操作系统 一、 SCADA硬件系统 计算机 计算机 (一)远程量测终端 我国当前使用的有布线式数字远动装置和微 图5-13EMS的总体结构 机远动装置两种,其主要功能如下: 1、收集现场(发电机和变电站)的量测值(遥测)状态量 (遥信),接受主站(调度中心)命令对现场进行控制 2、采集数据的简单处理,如:量测量死区比较、状态量变 位比较、数字滤波、越限报告等 次系统 二次系统 发电厂变电站 变送器 远程量测终端 传输信道 电压互感器 电压变送器 多模 电流互感器 乜流变送器 路数凵扰 发信机 采「1转 样|换 功率变送器卜 主站计算机 传输媒体 调度中心 前 模拟盘 主机 机 调 数据库 前 调 收信机 彩色显示器 置 5-14 SCADA数据流程示意图
第五节 SCADA 功能概述 1）电力系统调度自动化系统即 EMS 能量管理系统主要由六个部分组成：计算 机、操作系统、支持系统、数据收集（SCADA）、能量管理（发电控制和发 电计划）和网络分析。 2）前三部分，即计算机、操作系统和支持系统 好比是运载工具；后三部分，即数据收集、 能量管理和网络分析好比是战斗部分。而且 战斗部分又可以再分为两类：仅包括收集功 能者为“常规武器”；而包括能量管理和网络 分析功能者为“核武器”（一般称为高级应用 软件） 3）数据收集与监控（SCADA）是电力系统自动 化最基本的功能。 一、SCADA 硬件系统 （一）远程量测终端 我国当前使用的有布线式数字远动装置和微 机远动装置两种，其主要功能如下： 1、 收集现场（发电机和变电站）的量测值（遥测）状态量 （遥信），接受主站（调度中心）命令对现场进行控制； 2、 采集数据的简单处理，如：量测量死区比较、状态量变 位比较、数字滤波、越限报告等； 网络分析 能量管理 SCADA 支持系统 操作系统 计算机 网络分析 能量管理 SCADA 支持系统 操作系统 计算机 能量管理系统 培训模拟 图 5-13 EMS 的总体结构 变送器 传输信道 远程量测终端 一次系统 发电厂变电站 变送器 远程量测终端 一次系统 发电厂变电站 二次系统 电压互感器 电流互感器 电流变送器 电压变送器 功率变送器 监控 调度中心 模拟盘 彩色显示器 数据库 主机 主机 主站计算机 样 采 路 多 换 转 数 模 码 编 扰 干 抗 器 调 解 制 调 机 信 发 机 信 收 体 媒 输 传 机 置 前 机 置 前 口 接 能 智 器 调 解 制 调 图 5-14 SCADA 数据流程示意图
3、与主站通信,进行通信规约处理,将数据传送至主站, 接收主站下达的数据。 数据传送分为两种方式:一是应主站要求的直接报告方式;二是在量侧量变 化(超过死区)或状态量变位时的例外报告方式 当前数据收集按两种形式进行:一是循环式,即现场发送端循环不断地将数 据送给主站的接收端,需独占信道;二是应答式,由主站依次查询远程终端有无 信息发送,几台远程终端可共用信道 传输信道 传输信道是指信号传送时所经过的通道,有狭义和广义之别。 狭义信道也称传输媒体,分为有线和无线两类。架空线、同轴电缆等属前者, 电磁波自由传输空间属后者。 广义信道包括调制信道和编码信道。当前常用的载波属调制信道,微波属编 码信道。 信道中存在着噪声和干扰,通常以信噪比和误码率反映其质量 另外信道的可靠性十分重要,主要信道应考虑备用,并实现监视与切换。 二、主站计算机(已在上一节中介绍过) 三、数据流程 以图5-14为例说明 SCADA数据流程,左侧为一次系统,右侧为二次系统。 发电厂变电站中通过电压互感器和电流互感器采集电气量; 利用变送器将互感器采集到的电气量转化成微小的直流电压信号; 在远程终端中经过多路采样、模数转换、抗干扰编码形成待传送的数字 信号,然后将其调制在信息载体上,调制方式一般为调幅、调频和调相 传输信道完成信号处理、发送与接收 在主站计算机中解调后的信息经智能接口进行串并转换和译码处理;在 前置机对信息进行刻度转换及初检测;主机确认其可用性后送入数据库; 计算机通过模拟盘和彩色显示器将现场量测量和状态量提供给调度中心 的调度员, 以实现调度员对一次系统的监视与控制。 数据收集与控制功能 (一)数据收集 变电站 现场设备收集 发电厂 远程通信 配电网 人工输入、计算 SCADA数据库中包括三种量:状态量、量测量、和电量值 、状态量 断路器状态、隔离开关状态、报警和其它信号等均用状态量表示。一般状 态量用1或2位二进制的位表示,1位可以表示开与合两种状态;2位可分 别表示开与合,可以检测状态量出错(例如00配合);用3位甚至可以表 示合一开一合的重合闸过程。 状态量在应答式远动中正常情况下每次要采集全部状态量,这要有足够的缓 冲区和传送容量。 无论哪种远动采集方式,保存和传送状态量最严峻的要求是在电力系统故障 过程中,这时出现变化的状态量数量大而且时间间隔短,最容易丢失信息
3、 与主站通信，进行通信规约处理，将数据传送至主站， 接收主站下达的数据。 数据传送分为两种方式：一是应主站要求的直接报告方式；二是在量侧量变 化（超过死区）或状态量变位时的例外报告方式。 当前数据收集按两种形式进行：一是循环式，即现场发送端循环不断地将数 据送给主站的接收端，需独占信道；二是应答式，由主站依次查询远程终端有无 信息发送，几台远程终端可共用信道。 一、 传输信道 传输信道是指信号传送时所经过的通道，有狭义和广义之别。 狭义信道也称传输媒体，分为有线和无线两类。架空线、同轴电缆等属前者， 电磁波自由传输空间属后者。 广义信道包括调制信道和编码信道。当前常用的载波属调制信道，微波属编 码信道。 信道中存在着噪声和干扰，通常以信噪比和误码率反映其质量。 另外信道的可靠性十分重要，主要信道应考虑备用，并实现监视与切换。 二、 主站计算机（已在上一节中介绍过） 三、 数据流程 以图 5-14 为例说明 SCADA 数据流程，左侧为一次系统，右侧为二次系统。 发电厂变电站中通过电压互感器和电流互感器采集电气量； 利用变送器将互感器采集到的电气量转化成微小的直流电压信号； 在远程终端中经过多路采样、模数转换、抗干扰编码形成待传送的数字 信号，然后将其调制在信息载体上，调制方式一般为调幅、调频和调相 等； 传输信道完成信号处理、发送与接收； 在主站计算机中解调后的信息经智能接口进行串并转换和译码处理；在 前置机对信息进行刻度转换及初检测；主机确认其可用性后送入数据库； 计算机通过模拟盘和彩色显示器将现场量测量和状态量提供给调度中心 的调度员， 以实现调度员对一次系统的监视与控制。 二、 数据收集与控制功能 （一）数据收集 变电站 现场设备收集 发电厂 远程通信 配电网 人工输入、计算 SCADA 数据库中包括三种量：状态量、量测量、和电量值。 1、 状态量 断路器状态、隔离开关状态、报警和其它信号等均用状态量表示。一般状 态量用 1 或 2 位二进制的位表示，1 位可以表示开与合两种状态；2 位可分 别表示开与合，可以检测状态量出错（例如 00 配合）；用 3 位甚至可以表 示合－开－合的重合闸过程。 状态量在应答式远动中正常情况下每次要采集全部状态量，这要有足够的缓 冲区和传送容量。 无论哪种远动采集方式，保存和传送状态量最严峻的要求是在电力系统故障 过程中，这时出现变化的状态量数量大而且时间间隔短，最容易丢失信息
2、量测量(模拟量) 电压值、有功功率、无功功率、温度和变压器抽头位置等均用量测量表示 与状态量(也称逻辑量〕对照也称为模拟量。一般这些量随时间而变化, 量测量反映的是量测对象的瞬时状态 从数据来源看,量测量分为两种类型:模拟量和数码量,电压和功率等均属 于前者,需要经过模数转换才能化为二进制码。 量测量在显示或送给其它应用程序之前需要进行刻度变换,一般是线性变 化,偶尔也有非线性变化,因此每个量测量的标尺也要保持在数据库中。 量测量的采集在循环式远动中被循环扫描,可规定若干扫描组;在应答式远 动中,对比前一次传送的值超过某一死区时才传送一次。后一种方式经常用于低 速传送系统,在初始化或启动时也应进行循环式扫描。某些滤波技术可用于量测 量的初检测。关于循环组定义、死区、标尺和滤波参数等均可在显示器的画面上 进行检查和修改 3、电量值 电量值由脉冲计数方式得到。脉冲计数正常包括两项登录内容:一个连续 计数器和一个时间间隔记录。到指定的时间周期(时刻)要冻结其值,过 后再继续计数或清零后计数。全系统冻结时间的一致性有助于功率平衡。 为了控制交换功率符合计划或协议,交换功率点的电量值采用几分钟的时间 间隔。 (二)控制功能 这是直接作用于电力系统运行的功能,控制功能可以分为四类:单个设备控 制、向调节设备发调节信息、顺序控制计划和自动控制计划。 单个设备控制是直接控制电力系统的基本命令,对断路器和隔离刀闸发出的 是合/开命令,对机组发出的是启停命令等 给调节设备发出控制信息是较高级的控制功能,发出的是升/降或设置到某 工作点的信息。这些功能执行的方式是过渡型的,需对远方的设备的实际状态 不断进行监视,看是否越限,防止发出错误命令。 通常较复杂的控制需要执行一系列相关的命令,顺序控制计划可自动执行规 定好的一串命令,包括适当的安全校验和时间延迟。例如:某些照明和电热设备 的启动,变电设备的恢复和切换等均可做顺序控制计划进行自动操作 上面的开关设备的状态控制和调节设备的调节控制一般是人工发出的,而顺 序控制可以由事件启动或定时启动。还有一种自动启动的闭环控制方式,例如 自动发电控制(它是自动控制计划),它自动响应电力系统频率偏差和交换功率 偏差调整机组发电功率,它的量测量是机组发电功率、频率和交换功率,自动确 定各机组的控制量,送到各机组的调节设备上
2、 量测量（模拟量） 电压值、有功功率、无功功率、温度和变压器抽头位置等均用量测量表示， 与状态量（也称逻辑量）对照也称为模拟量。一般这些量随时间而变化， 量测量反映的是量测对象的瞬时状态。 从数据来源看，量测量分为两种类型：模拟量和数码量，电压和功率等均属 于前者，需要经过模数转换才能化为二进制码。 量测量在显示或送给其它应用程序之前需要进行刻度变换，一般是线性变 化，偶尔也有非线性变化，因此每个量测量的标尺也要保持在数据库中。 量测量的采集在循环式远动中被循环扫描，可规定若干扫描组；在应答式远 动中，对比前一次传送的值超过某一死区时才传送一次。后一种方式经常用于低 速传送系统，在初始化或启动时也应进行循环式扫描。某些滤波技术可用于量测 量的初检测。关于循环组定义、死区、标尺和滤波参数等均可在显示器的画面上 进行检查和修改 3、 电量值 电量值由脉冲计数方式得到。脉冲计数正常包括两项登录内容：一个连续 计数器和一个时间间隔记录。到指定的时间周期（时刻）要冻结其值，过 后再继续计数或清零后计数。全系统冻结时间的一致性有助于功率平衡。 为了控制交换功率符合计划或协议，交换功率点的电量值采用几分钟的时间 间隔。 （二）控制功能 这是直接作用于电力系统运行的功能，控制功能可以分为四类：单个设备控 制、向调节设备发调节信息、顺序控制计划和自动控制计划。 单个设备控制是直接控制电力系统的基本命令，对断路器和隔离刀闸发出的 是合/开命令，对机组发出的是启/停命令等。 给调节设备发出控制信息是较高级的控制功能，发出的是升/降或设置到某 一工作点的信息。这些功能执行的方式是过渡型的，需对远方的设备的实际状态 不断进行监视，看是否越限，防止发出错误命令。 通常较复杂的控制需要执行一系列相关的命令，顺序控制计划可自动执行规 定好的一串命令，包括适当的安全校验和时间延迟。例如：某些照明和电热设备 的启动，变电设备的恢复和切换等均可做顺序控制计划进行自动操作。 上面的开关设备的状态控制和调节设备的调节控制一般是人工发出的，而顺 序控制可以由事件启动或定时启动。还有一种自动启动的闭环控制方式，例如： 自动发电控制（它是自动控制计划），它自动响应电力系统频率偏差和交换功率 偏差调整机组发电功率，它的量测量是机组发电功率、频率和交换功率，自动确 定各机组的控制量，送到各机组的调节设备上