安远县调度自动化系统初步设计.docx
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安远县调度自动化系统初步设计
安远县调度自动化主站系统
初步设计
前言
1设计范围：
●安远县调度自动化系统
●安远县调度大楼UPS
●安远县调度大楼机房改造
2安远县调度自动化系统现状
2.1现状
安远县在2002年建成一套调度自动化系统，设备厂家是南京力导，主站为单网、单机全PC结构；并将现有的7座变电站接入，详见下表：
序号
变电站名称
是否综自
通道形式
备注
1
110KV窑头变电站
综自
租用2M
2
35KV云州变电站
综自
光纤
3
35KV黄塘变电站
数字化
租用2M
4
35KV富坑口变电站
综自
光纤
5
35KV上彭变电站
数字化
租用2M
6
35KV新村变电站
综自
光纤
7
35KV田西变电站
综自
租用2M
8
110KV安远变电站
综自
光纤
市公司管辖
现存的UPS电源为CASTLE10KV单机运行。
2.2现状分析
原系统已经运行7年，近年来故障率增加，厂家售后服务困难，不能满足现行电力调度特别是变电站无人值班的需要。
因此需要建设一套新的调度自动化系统，用以越来越复杂及高可靠性的要求。
第一部分调度自动化主站系统
1总的技术要求
1.1适用的标准和协议
必须遵循的标准
●ISO国际标准化组织标准
●IEC国际电子技术委员会标准
●ITU-T国际电信联盟标准
●IEEE美国电气电子工程师协会标准
●EIA电子工业协会标准
●GB中华人民共和国国家标准
●DL中华人民共和国电力行业标准
需遵循的其它工业标准
●操作系统符合开放系统的IEEEPOSIX和OSF标准
●SQL语言符合ANSI标准
●GUI符合X-WINDOWS和OSF/MOTIF标准
●C/C++和FORTRAN语言符合ANSI标准
需遵循的通信标准
●IEEE802.2，IEEE802.3
●TCP/IP
●DL451-91（循环式RTU规约）
●符合IEC60870-5的问答式RTU规约
●IEC60870-5-101通信协议
●IEC60870-5-104通信协议
●甲方指定的其它通信协议
1.2安装和存放条件
所有设备均将放置在电力调度室和相应的计算机机房内。
调度室和机房均为无屏蔽房间，室内装有空调。
乙方提供的所有主站设备将在下列状况运行：
（1）计算机机房温度：
15℃～28℃，温度每小时变化率＜±5℃。
（2）计算机机房湿度：
40%～75%。
*1.2.1安装地点
电网调度自动化主站系统安装在安远县供电大楼调度机房。
1.2.2外部影响
（1）辅助电源
1）交流电源
●额定电压：
AC220V，允许偏差-15%～+10%。
●频率：
50Hz，允许偏差±0.5Hz。
●波形：
正弦，波形畸变不大于5%。
2）直流电源
●额定电压：
110V。
●允许偏差：
-20%～+10%。
●纹波系数：
不大于5%。
3）UPS电源
●为保证调度自动化系统的高可靠性供电，调度自动化设备均将采用UPS电源供电。
甲方所提供的UPS电源应保证足够的供电容量，交流失电后能保证可靠供电2小时。
●电压：
220V±2%；频率：
50Hz±0.2%。
（2）接地
机柜以及电缆屏蔽层的接地线均将与电力调度大楼主接地网可靠连接。
1.3系统的综合性技术要求
1.3.1可靠性要求
（3）系统的重要单元或单元的重要部件为冗余配置，保证整个系统功能的可靠性不受单个故障的影响。
（4）系统能够隔离故障，切除故障应不影响其它各节点的正常运行，并保证故障恢复过程快速而平稳。
（5）硬件设备的可靠性：
系统所选设备是符合现代工业标准，并具有相当的生产历史，在国内计算机领域占有一定比例的标准产品。
所有设备具有可靠的质量保证和完善的售后服务保证。
（6）软件设计的可靠性：
软件的开发遵循软件工程的方法，经过充分测试，程序运行稳定可靠，系统软件平台选择可靠和安全的版本。
（7）系统集成的可靠性：
不同厂家的软、硬件产品应遵循共同的国际国内标准，以保证不同产品集成在一起能可靠地协调工作。
1.3.2开放性要求
（1）系统应遵循国际标准，满足开放性要求。
选用通用的或者标准化的软硬件产品，包括计算机产品、网络设备、操作系统、网络协议、商用数据库等均遵循国际标准和电力工业标准。
（2）系统应采用开放式体系结构，提供一体化支撑平台。
能支持多种硬件平台；支撑平台采用国际标准开发，所有功能模块之间的接口标准应统一；支持用户应用软件程序的开发，保证能和其它系统互联和集成一体，或者很方便地实现与其他系统间的接口。
系统应能提供以下开放式环境，包括：
●标准的数据库访问接口
●基于标准的图形用户编辑、生成工具及访问接口
●标准的网络通信应用层协议、应用基本函数及调用接口
●开放式系统软件运行任务调用接口
●系统软件集成的开放环境
（3）系统具有良好的可扩展性，可以逐步建设、逐步扩充、逐步升级。
●系统容量可扩充，包括可接入的厂站数量、系统数据库的容量等，不应该有设计容量上的限制，从而能使系统可以整体设计、分步实施。
●系统功能可扩充，能不断增加新的功能模块，以满足电网监控与运行管理不断发展的要求。
1.3.3安全性要求
（1）系统具有高度的安全保障特性，能保证数据的安全和具备一定的保密措施，执行重要功能的设备应具有冗余备份。
系统运行数据要有双机热备份，防止意外丢失。
（2）系统构筑坚固有效的专用防火墙和数据访问机制，最大限度地阻止从外部对系统的非法侵入，有效地防止以非正常的方式对系统软、硬件设置及各种数据进行访问、更改等操作。
（3）调度自动化系统与其它电力监控系统之间是相对独立的关系。
可采用“路由器+网络交换机”方式完成调度自动化系统与其它电力监控系统（如配电自动化系统等）的互联。
（4）禁止非电力监控系统对调度自动化系统数据的直接调用。
为保证调度自动化系统的独立性和安全性，通过电力专用安全防护设备实现调度自动化系统（安全I区）到电力管理信息（MIS）系统（安全III/IV区）的单向数据迁移，在安全III区建立调度自动化系统数据平台，进而实现安全WEB服务及电力管理信息（MIS）系统的通信接口。
（5）系统实现主机加固。
通过合理地设置系统配置、服务、权限，减少安全弱点，止不必要的应用和服务；及时更新系统安全补丁和数据库补丁，消除系统内核漏洞与后门；保证对系统的资源（包括数据与进程）的访问符合定义的主机安全策略，防止主机权限被滥用；坚决杜绝“弱口令”问题，提供方便的定期更改系统口令的手段，尤其是安全区边界节点服务器、工作站口令。
（6）系统的管理上采取各种措施防止内部人员对系统软硬件资源、数据的非法利用，对计算机病毒的防护应覆盖调度自动化系统的所有服务器和工作站，提供定期、及时更新病毒代码的机制，严格控制各种计算机病毒的侵入与扩散。
当入侵发生时，系统能及时报告、检查与处理。
系统万一被入侵成功或发生其它情况导致数据服务崩溃时要能在短时间内恢复。
1.4系统性能指标
1.4.1可靠性指标
（1）系统的年可用率≥99.99%。
（2）在任何时刻保证冗余配置的节点之间可相互切换。
（3）保证系统各工作节点数据的完全一致、正确，并保持热备用节点之间数据的一致性，使备用节点可随时接替值班节点投入运行。
（4）备用节点采用最近的实时数据断面接替主节点运行。
（5）冗余配置节点的切换方式为手动和自动。
（6）冗余热备用节点之间实现无扰动切换，热备用节点接替值班节点的切换时间小于5s。
（7）冷备用设备接替值班设备的切换时间小于5min。
（8）设备电源故障切换必须无间断，对设备无干扰。
主站系统平均无故障运行时间（MTBF）：
>25000小时。
（9）由于偶发性故障而发生自动热启动的平均次数应<1次/360小时。
（10）所有设备的寿命在正常使用（具有一定备品条件）下不少于15年，所有设备（包括电源设备）在给定的性能指标下运行，连续4000小时内不需要人工调整和维护。
1.4.2实时性指标
（1）调用画面响应时间：
≤1s～2s
（2）画面数据响应时间：
3s～5s
（3）遥测传送时间：
<2s
（4）遥信传送时间：
<5s
（5）全系统数据更新周期：
3s～8s
（6）事故推画面时间：
≤2s
（7）变位响应时间：
≤2s
（8）主备机切换时间：
≤10s
（9）遥调命令响应时间：
≤4s
（10）遥控命令响应时间：
≤3s
（11）SOE站间分辨率：
≤10ms
1.4.3准确率指标
（1）遥测综合误差≤1.5%
（2）遥测正确率≥99%
（3）遥信正确率≥99%
（4）遥控遥调正确率100%
1.4.4负荷率指标
电网正常状态下：
（1）在任意30分钟内，服务器CPU的平均负荷率：
≤15%。
（2）在任意30分钟内，工作站CPU的平均负荷率：
≤30%。
（3）在任意30分钟内，局域网的平均负荷率：
≤15%。
电网事故状态下：
（1）在任意10秒内，服务器CPU的平均负荷率：
≤30%。
（2）在任意10秒内，工作站CPU的平均负荷率：
≤60%。
（3）在任意10秒内，局域网的平均负荷率：
≤30%。
1.4.5事件顺序记录（SOE）分辨率
（1）系统分辨率≤20ms
（2）站内分辨率≤2ms
1.4.6系统容量指标
（1）可接入的工作站数：
>20台
（2）历史数据保存周期：
≥1年
（3）可接入的遥测量：
≥10,0000
（4）可接入的遥信量：
≥10,0000
（5）可接入的遥控量：
≥1,0000
1.4.7符合的IEC标准
所有主站设备应具有良好的防止静电、电火花、雷电、过电压、电磁辐射破坏的性能，其耐压及抗干扰性能应符合以下IEC标准：
（1）绝缘符合IEC338/IEC060标准
（2）过电压阻抗符合IEC338/060标准
（3）耐过压频率符合IEC2554标准
（4）静电放电符合IEC801-2标准
（5）电磁场干扰符合IEC801-3标准
（6）电力快速传送符合IEC801-4标准
（7）防无线电干扰符合VDE875标准
2系统结构
2.1系统体系结构
1、采用双网、双机、混合平台（历史数据服务器采用UNIX平台、其他采用PC平台）
2、电网调度自动化系统是在统一平台基础上的，将SCADA功能、实用软件等各种应用功能集成在一起的计算机系统。
系统的各应用模块具有一体化设计的图形、数据库，统一的人机交互界面和数据库管理维护界面，功能扩展灵活，维护运行方便。
3、采用功能分布式的系统设计和全分布的网络体系结构。
系统基于TCP/IP网络，所有功能采用客户/服务器（Client/Server）模式分布于网络中，支持和管理网络中各自独立的处理节点，使数据共享。
4、系统采用模块化的软件层次结构，从支撑平台到应用功能的各个组成部分，全部按模块化结构进行设计。
其中，支撑平台在每一台机器上均要安装运行，但每一台机器运转哪几个应用模块可按需要配置。
模块化的软件设计结构，使得系统软件结构清晰，便于维护，避免重复开发，配置灵活。
5、系统在逻辑上由客户（Client）和服务器（Server）两部分组成。
服务器的基本任务是数据维护和数据处理，并响应客户机的请求向客户机传送格式化的数据信息。
客户机则负责提供用户界面，如图形、表格以及声音、动画等。
系统客户机不拥有自己的数据库，所有需要的数据及信息均取自于服务器，所以每台客户机在任何时候均可以开启或关停而不影响其历史数据及信息查询。
因此，系统没有数据一致性问题，并能使系统信息资源在广域网范围内实现共享。
6、系统前置机和服务器之间、服务器和客户机之间的网络通信和数据传输完全采用基于可靠连接的网络非透明通信方式（即点对点方式）。
前置机接收厂站远动设备的数据，通过点对点的方式写入服务器中；客户机则是以一问一答的方式向服务器请求数据；控制命令也是由客户机以点对点的方式传递给服务器，服务器再以点对点的方式传递给前置机。
采用基于可靠连接的网络非透明通信方式，其目的是保证数据传递的可靠性和完整性，从而可以完全避免原系统中经常遇到的事件信息丢失以及遥控操作成功率低等情况。
7、系统按照电力系统设备对象来建立系统数据库模型。
电力系统对象在电网数据采集监控以及电网分析中处于一个特殊的位置，一方面，它是在支撑平台的基础上形成一个完整的数据采集和监控系统；另一方面，它可以为电网分析软件提供实时数据和完整的、可直接使用的电力系统模型。
8、系统服务器是调度自动系统的核心，从系统可靠性要求考虑，配置双服务器。
前置机是特殊类型的客户机，完成系统和现场数据的接口任务，配置双前置机。
为保证整个系统的运转，至少有一台服务器处于运行状态，为保证数据的实时更新，至少有一台前置机处于运行状态。
系统其他各种工作站均是客户机，数量可根据需要任意配备。
9、调度自动化系统通过“路由器+网络交换机”的方式实现与其它电力监控系统的互联，通过电力专用安全防护设备将调度自动化系统（安全I区）的数据单向迁移至电力管理信息（MIS）系统（安全III/IV区），在安全III区建立数据平台，实现调度自动化系统安全WEB服务及与电力管理信息（MIS）系统的通信接口。
7系统软件结构
县级电网调度自动化系统的软件体系结构由操作系统、支撑平台、应用功能共三个层次组成，层次结构图见下图1。
其中：
1.操作系统可根据硬件平台选用Unix、Windows、Linux。
2.支撑平台为各种应用功能的实现提供通用的支撑服务。
支撑平台提供以下的通用服务功能：
网络数据传输、实时数据处理、历史数据处理、图形界面、报表、系统管理、权限管理、告警、计算等。
3.应用功能包括SCADA功能，集控监控功能，电网分析功能（网络建模、网络拓扑、电压无功优化AVQC、根据实际具体情况选择状态估计、调度员潮流、负荷预报、），配电自动化功能，安全WEB数据发布功能等。
图1：
系统软件层次结构图
8系统硬件结构
县级电网调度自动化系统采用双机双网结构，主要硬件设备采用冗余配置，避免单点硬件故障导致系统瘫痪。
典型的系统配置包括：
独立的数据采集网段；主网采用双网结构；主系统由两台数据采集服务器、两台数据服务器、一台网关/应用服务器、两台调度员工作站、一台PAS工作站、一台报表工作站、一台维护员工作站以及应用务器组成；设置一台物理隔离装置、硬件防火墙和WEB服务器实现信息的安全发布功能。
3、网络数据传输设备
网络数据采集设备包括前置采集交换机和主网络交换机，网络采用冗余交换式以太网结构。
网络交换速率采用100M/1000M自适应。
网络结构满足以下要求：
1.单网故障或单点网络故障不影响系统功能运行。
2.主网络交换机可具有SNMP网络管理协议，可以对交换机进行在线监视和控制，如端口运行工况、网络流量等。
4、数据通信与采集
数据通信与采集是整个系统的基础数据来源与控制通道，其组成包括前置数据采集服务器、串行通信设备、时间同步装置等。
通道及厂站装置冗余配置且正常工作条件下，前置数据采集服务器应分别使用不同的通道与厂站装置一一通信，实现负载均衡，通信资源优化利用。
前置数据采集服务器可配置Unix/PC服务器，应冗余配置。
两台数据采集服务器按照主备热备用工作方式。
串行通信设备包括模拟通道板、数字通道板、终端服务器或路由器等。
终端服务器用于常规远动串行通道接入，路由器和2M网络专线用于与网络RTU、RTU通过终端服务器接入数据网、综合自动化系统、上下级控制中心之间的通信。
5、数据服务器
数据服务器由两台Unix/PC服务器组成。
数据服务器一方面运行商用数据库管理系统；另一方面承担数据处理、数据存贮、数据分发、数据检索、双服务器之间数据同步功能。
两台数据服务器采用主备热备用工作机制，可以实现无扰动自动/手动切换，在切换过程中应保证数据不丢失。
6、网关/应用服务器
配置一台网关/应用服务器，用于电网分析控制功能以及与第三方监控系统的数据交换功能。
对于大型县调可独立配置应用服务器和网关服务器，中小型县调应用服务器应与网关服务器合用。
7、人机界面交互工作站
人机界面交互工作站选用主流Windows图形工作站，可根据需要配置单屏或多屏显示器，并具有多媒体功能。
主要的人机工作站有：
调度员工作站、监控工作站、报表工作站、维护工作站等。
1.调度员工作站：
完成对电网的各种实时监视功能；
2.PAS工作站：
完成对电网分析的各种应用功能；
3.报表工作站：
主要进行报表的维护和打印；
4.维护工作站：
进行系统的数据库录入、画面编辑、报表制作以及系统性能调整工作；
8、WEB服务器
按照国调中心二次安全防护的要求，安全WEB发布与主系统相对独立，但图形、实时数据、历史数据等保持一致。
WEB服务器应选用PC服务器。
在I区和III区之间布置电力专用隔离装置，用于从内网向外网的单向通信，同步传送实时数据、历史数据、电量数据、各种统计数据、图形、报表、文件等，同时对I区的主系统形成保护，确保其不受病毒黑客等的攻击,在WEB服务器和MIS网之间安装硬件防火墙，避免WEB服务器免受病毒的入侵。
（4）支撑平台
支撑平台位于操作系统与应用功能之间，实现对所有应用功能的全面、通用服务和支撑，为应用功能的一体化集成提供平台，结构图见下图2。
图2：
支撑平台结构
支撑平台应提供以下通用服务：
网络数据传输、实时数据处理、历史数据处理、图形界面、报表、系统管理、权限管理、告警、计算等。
支撑平台应提供标准的服务访问或编程接口，支持用户新应用软件的开发以及第三方软件的集成。
6系统运行环境
3、操作系统
选用Unix/Winodws的主流通用版本，并应及时安装相应系统补丁，确保上层应用软件的稳定可靠运行。
4、商用数据库
应选用主流商用数据库管理系统，推荐选用Oracle9i和SQLServer2003等。
5、其它工具软件
在系统相应的节点上应根据实际需求安装C/C++/Java编译和运行环境、MSOffice软件、防病毒软件、防火墙软件等。
第三方软件的安装必须考虑与操作系统和应用软件的兼容性，并具有合法的使用授权。
7支撑平台
3、网络数据传输
网络数据传输应采用动态平衡双网技术，对底层网络数据传输进行封装，实现服务器和工作站各个节点之间透明的网络数据传输，同时可以监视网络流量、网络传输异常，并自动进行告警。
具体应满足以下要求：
1.网络数据传输应采用TCP/IP协议的分布式网络管理软件，可与各种网络设备相匹配。
2.网络数据传输应提供标准的应用程序接口，上层应用功能和用户开发的软件均通过此接口实现进程之间的透明网络通信。
3.网络数据传输应能支持单网、双网或单双网混合。
4.网络数据传输应采用动态双网平衡分流技术，正常工作时采用两个网段同时进行数据传输，异常情况下则通过动态网络路径管理将两种流量合并。
5.网络数据传输应能监视网络上所有节点的网络通信状态，自动监视和统计网络流量，自动诊断交换机故障和节点网卡故障，并具有网络异常和网卡故障告警功能。
4、实时数据处理
实时数据处理应采用C/S分布式结构，并借鉴IEC61970CIM数据模型，实现高效的实时数据处理、存取和管理。
具体应满足以下要求：
1.应面向电力设备和网络，借鉴IEC61970CIM模型建立系统数据模型。
2.应基于C/S模式实现分布式的实时数据库管理。
3.支持实时态、研究态等多态。
4.支持多应用：
前置、SCADA、状态估计、调度员潮流、AVQC。
5.实时数据库提供各种访问接口，包括本地接口与网络接口。
6.应提供简便易用的基于CIM模型思想的实时数据库浏览、录入和维护的图形界面，所有的修改操作都有历史记录，以备查询。
7.应提供CIM模型数据智能快速变换、录入和校核功能。
8.应提供CIM模型倒出工具，实现系统之间模型的互换，并具备自动/手动两种手段。
9.提供基于CIM模型的数据检索器。
5、历史数据处理
历史数据处理主要用于实现系统与商用数据库的交互，实现各种数据在商用数据库中的存贮与管理。
应满足以下功能：
1.系统应提供访问历史数据库的接口和相关数据操作工具包，进行历史数据的查询和处理。
2.对商用数据库的访问应按照三层结构（客户-服务进程-商用数据库），客户进程不能直接访问数据服务器上的商用数据库，必须通过部署在数据服务器上的服务进程实现对商用数据库的访问。
3.商用数据库中的历史数据类型应至少包括下列内容：
量测数据、统计计算数据、状态数据、事件/告警信息、SOE信息、事故追忆数据、趋势数据及曲线、预测数据、计划数据、应用软件计算结果断面、其它数据。
4.可灵活定义商用数据库历史采样数据的时间周期。
5.数据的保存：
所有采样数据、事件、告警等信息至少保存3年。
6.应提供简单方便易操作的数据库备份和恢复工具，能按照表空间进行数据的备份和还原。
能方便地在两个商用数据库之间进行数据库中的数据及结构比较功能。
提供灵活方便的数据库维护工具。
7.具有灵活的历史数据统计、分析、处理和显示功能，具有灵活的查询和分析功能。
8.应具有商用数据库故障隔离与告警功能。
9.应具有基于动态SQL模板实现对各种历史事件告警数据的查询功能。
10.商用数据库应具备以下告警功能：
商用数据库异常告警，数据库磁盘空间告警，表空间告警，表记录最大个数告警，数据库状态告警。
6、图形界面
图形界面主要采用图模库一体化技术以及多应用数据切换技术，实现矢量化、多平面、多层次的一体化图形系统。
主要的功能包括图形编辑、图元编辑、间隔编辑、图形浏览功能。
系统的人机界面应采用面向对象技术，采用图模库一体化技术，建立多平面多层次矢量化无级缩放图形系统，生成单线图的同时，自动建立网络模型和网络库。
需具备全图形人机界面，画面可以显示来自不同分布服务器节点的数据。
系统的所有应用均应采用统一的人机界面。
提供方便、灵活的显示和操作手段以及统一的风格。
具有灵活易操作的图形用户界面和世界图功能。
系统应提供灵活、方便和丰富的图形编辑功能，可以利用系统自备的图元与用户编辑的图元，自主地定制各种接线图、目录、曲线等。
系统应提供按照面向对象的方法设计的基于CIM思想的图库一体化技术，提供一套先进的图形制导工具，图形和数据库录入一体化，作图的同时可在图形上录入数据库，使作图和录入数据一次完成，自动建立图形上的设备和数据库中的数据的对应关系。
所见即所得，便于快速生成系统。
系统应提供一套的图形应用切换技术。
对于一个厂站而言，不需要为每种应用分别绘制一幅图，而是使用同一幅图形，采用多图层技术将不同应用共用的图形元素以及独特的图形元素都画在同一幅图里，在用户调出图形后，根据用户所选择的不同应用，图形系统自动识别显示该应用下的内容。
在一次接线图上可以实现多应用数据的自动比对功能。
提供子图的编辑和保存功能：
对于系统中各种典型的间隔，可以预先在图形编辑器中编辑生成，保存为子图，作为一个整体直接加入一次接线图进行编辑。
提供图形模板的编辑、生成和浏览功能。
快速建设设备图元之间的拓扑关系，快速实现设备图元与数据库之间的关联关系。
自动检查和校核图形上连接关系的正确性，实现拓扑关系自动入库，自动生成设备的标注和测点。
7、报
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