（电气工程专业论文）监控系统在调度中心应用的研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：2 茏龟奎 日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部f - j 或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：z 瑟亟奄导师签名：旌日期：凶。1 日，g 日 监控系统在调度中心应用的研究 摘要 在调度中心，监控系统充当变电站保护、测量、控制以及通信装置与 调度值班人员之间的接口，在调度自动化乃至电网自动化系统都起到重要 的作用。 本文对监控系统做了较详细的分析：同时对超高压公司调度中心监控 系统软件i e s 一5 0 0 进行了分析和介绍：重点介绍了系统中的通讯和数据库模 块。 针对系统监控数据库过于庞大，通讯信息容易造成通道堵塞，有可能影 响调度人员对事故进行迅速正确分析和判断的现象，利用对信号采用取舍、 归并等方法，对监控系统i e s 一5 0 0 的信号进行优化，利用此方案后，不用增 加监控系统硬件，不用对通讯和数据库模块进行升级，就能解决信息堵塞 的问题，具有很强的实用价值，提高了调度人员监控的效率。 关键词：调度中心 监控系统信息堵塞优化 r e s e a r c ho f s c a d a ( s u p e r v is o r yc o n t r oia n dd a t a a c q u i s i t i o n ) s y s t e m i n d i s p a t c h i n gc e n t r e a b s t r a c t i nt h ed i s p a t c h i n gc e n t e r ，t h es c a d as y s t e mi st h ei n t e r f a c eo f p r o t e c t i o n ，m o n i t o r i n g ，c o m n u n i c a t i o ns e t t i n g s a n ds u b s t a t i o n o p e r a t o r i ta l s om u s ts e n d d a t ab e t w e e ns u b s t a t i o na n dd i s t a n t d i s p a t c h e r so f f i c e s o ，i t i sv e r yi m p o r t a n ti nt h es u b s t a t i o n i n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e m t h i sp a p e ra n a l y s e st h es c a d as y s t e mp a r t i c u l a r l y ，a n di n t r o d u c e s t h es c a d as o f t w a r ei e s 一5 0 0w h i c hi su s e di nt h ed i s p a t c h i n g c e n t e r e s p e c i a l l y ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec o m m u n i c a t i o na n dd a t a s y s t e m s t h es c a d ad a t ab a s ei ss ol a r g e rt h a tt h ec h a n n e li se a s yt ob e b l o c k e d s o ，d i s p a t c h e r sc a nn o tt od e a lw it ht h ef a u l t sr i g h t l ya n d q u c k l y u s i n gt h em e a s u r eo fm e r g i n gs i g n a l sc a no p t i m i z i n gt h es c a d a s y s t e m n oa d d i n gt h eh a r d w a r ea n du p d a t et h es o f t w a r e ，u s i n gt h i s m e a s u r e ，w ec a nm a k et h ec h a n n e lw e l1 i tm a k e sb i gv a l u e ，a n di tr i s e s t h ee f f i c i e n c yo ft h ed i s p a t c h e r ss u p e r v i s o r yc o n t r 0 1 k e y w o r d s ：d i s p a t c h i n gc e n t e r s c a d as y s t e m s i g n a lb l o c k a g e 2 1引 言 i i 选题的背景和意义 “1 超高压公司调度中心监控系统建立于2 0 0 1 年，当时仅有5 0 0 k v 变电 站6 个。随着山东电网建设的迅猛发展，超高压公司已管辖1 6 座5 0 0 k v 变 电站，随着山东电网的迅猛发展，面对越来越庞大的数据系统，原有的监 控系统已经不能满足信息发展的需要，主要表现在以下几个方面： i ) 超高压监控系统承担的负荷已经越来越重，超高压调度接收并处理 分站遥信、遥测、电度信息总量近三万条，运行过程中会出现信息堵塞的 现象。 2 ) 监控系统硬件不堪重负，前置机c p u 占用率有时高达8 0 之多，长 期超负荷运转已经严重影响到系统性能，致使前置上运行的各模块不能发 挥其最佳性能，随着数据库的越来越庞大，历史服务器也不堪重负。 3 ) 历史数据存储对我们分析、查询数据起着至关重要的作用，随着历 史数据的越来越庞大，磁盘阵列的可用空问已经越来越少，预计明年下旬 将全部用完。 随着德州、黄岛、烟台西、莱芜站的建成投运，2 0 0 7 年，超高压公司 调度自动化主站将接收2 0 座5 0 0 k v 变电站的实时信息，同时将从主站延伸 4 5 个集控站。旧的监控系统信息模式已经不能满足需要，为此必须寻找 出一种对信息进行优化的方案，以满足电网不断发展的需要。 通过实施对信号采用取舍、归并等方法对信息进行优化的方案，对监控 系统有以下几点意义： 1 ) 通过信息优化，直接解决了调度中心监控系统信息传输中出现的堵塞 问题、信息存储空间不够问题。 2 ) 省去了公司对调度中心监控系统硬件的增加和软件升级，降低了超高 压公司调度中心监控系统的成本和维护费用。 3 ) 优化后的信息量减少，将缩短调度人员对事故进行正确分析和判断的 时间，提高事故处理效率。 总之，信息优化方案的应用，将让监控系统更好的在超高压调度中心得 到应用，更好的保证电网的安全运行。 1 2 本课题所做的工作 本课题本着贴近基层，服务于现场的原则，以山东电力超高压公司调 度中心监控系统为对象，以解决实际中的问题为目的。 本课题做了以下工作： 1 ) 发现山东电力超高压公司调度中心监控系统存在的信息堵塞和信息 存储空间不够的实际问题，确立为需要解决的目标。 2 ) 对监控系统的配置、功能、特点等进行分析讨论，查找造成问题的 原因。 3 ) 根据监控系统的特点，结合实际工作，确立解决问题的具体手段为 对信息进行优化的方案。 2 监控系统( s c a d a ) 概述 2 1 监控系统( s c a d a ) s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ) 系统，即监 视控制与数据采集系统( 简称监控系统) 。s c a d a 系统一般用于工业过程控 制，以完成远方现场运行参数、开关状态的采集和监视、远方开关的操作、 远方参数的调节等任务，并为采集到的数据提供共享的途径。 s c a d a 系统一般由中央监控系统、通信信道、现场执行设备等三部分 4 组成。如图卜1 是s c a d a 系统的一个简单示意图。“”由于计算机和微电子 技术的飞速发展以及工业自动化技术带来的显著经济效益，s c a d a 技术己经 在工业控制领域得到广泛应用。 翱l - ls 满( 螨轰绕麓哮g 嚣灞 s c a d a 系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关。s c a d a 系 统发展到今天已经经历了三代。 第一代是基于专用计算机和专用操作系统的s c a d a 系统，如电力自动 化研究院为华北电网开发的s d l 7 6 系统以及日本日立公司的h 一8 0 m 铁道电 气化远动系统。7 0 年代一8 0 年代初主要采用第一代s c a d a 系统。 第二代是8 0 年代基于通用计算机的s c a d a 系统，在第二代中，广泛采 用v a x d 型计算机以及其它通用工作站，操作系统一般是通用的u n i x 操作 系统。在这一阶段，s c a d a 系统在电网调度自动化中与经济运行分析，自 动发电控制( a g c ) 以及网络分析结合到一起构成了e m s 系统( 能量管理系 统) 。 第一代与第二代s c a d a 系统的共同特点是采用集中式计算机系统结 构，并且系统不具有开放性，因而系统维护、升级以及与其它系统联网很 困难。随着计算机软硬件技术的发展，第三代s c a d a 系统开始应用p c 机和 网络技术，同时系统逐步从集中式结构转向客户服务器结构；这一阶段是 我国s c a d a 系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都汇集进s c a d a 系统中。这一阶段也是我国对电力系统自动化以及电网建设投资最大的时 期，国家计划三年内投资2 7 0 0 亿元改造城乡电网，可见国家对电力系统自 动化以及电网建设的重视程度。 5 | | 一一一 一 一 | 一 一一 一一一 一 道一 骱一 竺 竺 以智旎化和网络化必标志的第蹦j s c a d a 系统的雏形已经嬲现。基础 条件已经或邸将其备。该系统的主簧特征是采餍嗣祷网技术、蠢律分布系 统技术、面向对象技术、模糊控制和数据挖掘技术以及j a v a 等技术，实现 s c a d a 系绕与其它信息系统的增值集残，实现控铡和管理过程托智能纯。 2 2 电力系统自动他的簸控系统( s c a 触) 最初，s c a d a 系统只是在配电网上开发。2 0 世纪7 0 年代厝期，由于 实现配电刚囊动纯的需骚，s c a d a 系绕蔹萼| 遂到配魄飕监控中。疲建手电力 系统的s c a d a 是以计算机为基础调度鑫动化系统。它对现场的邋行设备进 行监视和控制，以实现数据采集、设备控制测试、参数调节以及各类信号 缀警等各项功毙。毒g 舄s e 矗d 矗系绞，壤凄员可以攀搓毫鼹当懿豹运行工嚣 以及发展麓势，给电网的调度带来了极大方便。此外，利用s c a d a 系统采 集的实时倍息，可以对电力系统的扰动进行在线快速分析计算，从而预测 事故魏耀戆矮栗：可瑷开发在线潮流诗终、系统傍囊、校正控肇l 等凑缓功能 软件。州“ 2 3 调度中心的监控系统( s c a d a ) “1 调度中心豹篮控系统圆c 矗熬) 建谲凄叁动耗瓣麓要缰残郝分，它终为 能量管理系统和配电管璃系统最主幕的子系统，具肖信息完整、掩高效率、 正确掌握系统运行状态、加快决策、帮助快速诊断出系统故障状态等优势。 蕊在已经成为电力谖凄不露鬣少夔王爨，奁提蔗毫瓣运孬懿可纛瞧、安全 性和经济效箍，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高 调度的效率和水平方而有着不可替代的作用。同时s c a d a 系统又是人与设 螯之藏熬辑粱，逶过s c a d a ，矮户霹叛了解帮控麓瓒场凌鍪。买髂泉说，篮 控系统的作用表现在以下几个方面： ( 1 ) 变电站有许多运行信息需要测量，这些倍息包括线路的电压、电 流、龟凄、开关熬分藤笔合耀等。要戆交邀菇委露运转，靛宓绥实嚣瑟瑟 这些量进行采集、分析和处理，同时为调度员观测到这些数据撮供窗口。 监控系统提供了这些功能。 ( 2 ) 灞凌员可浚遁避薤控系统两凌场戆溺控波餐下达控麓余令( 包括 开关的分、含闸等) ，从而实现通过计算机对变电站的运行进行肖效控制： 6 同时，监控系统还起到了对远程设备进行参数调节、修改以及向上级电力 调度系统发送数据、向中心监控系统上传电力系统的数据等作用。 ( 3 ) 变电站在运行的过程中不可避免的要出现各种异常情况，比如线路 短路、过载、过电压等。另外，变电站的一些运行状态也会不断的变化。 这些异常与状态的变化都需要进行及时的响应，因为它们可能会影响电力 系统的稳定，甚至还会引起重大的事故，造成经济损失和人员伤亡。监控 系统提供了事件与报警系统，使得电力系统运行的各种异常状态以及各种 情况的变化都能迅速得到响应，从而为电力系统的安全提供了保证。 3 超高压调度中心的监控系统 3 1 监控系统要满足的要求 调度中心监控的系统，监控软件充当中心前置机及通信装置与中心调 度人员之间的接口，要求其一方面能够接收站内r t u 上传的数据信息，对 数据进行一系列处理后，将结果通过人机界面反映给调度人员：另一方面能 接受中心调度人员的控制命令，将其下发给变电站内的保护装置，实现遥 控操作。而同时，监控系统还在变电站与远方调度的关系中担任着上传数 掘信息、下达遥控命令的角色。因此，监控软件在变电站综合自动化系统 乃至电网自动化系统都起到重要的作用。 。“”m 1 为了满足变电站综合自动化发展的需要，监控软件应该达 到如下要求： ( 1 ) 必须具有极高的可靠性。变电站能否正常运行直接关系到整个电 力系统能否正常供电，s c a d a 系统又对变电站的监控起着举足轻重的作用。 s c a d a 系统必需要求长时间的稳定工作。系统要求冗余配置，在发生故障时 要能够可靠的启动备用设备，保证系统安全正常运行。电力系统实现无人 值守变电站后，对监控系统的稳定可靠性提出了更高的要求。 ( 2 ) 必须具有开放性，要在向下、向上两个层面上开放。向下开放是 指s c a d a 系统要能够与不同协议的下位机通信：向上开放是指监控系统要能 充当其他系统的数据源，例如向上级电力调度系统发送数据、向中心监控 系统上传电力系统的数据等。除了实现强大的s c a d a 功能外，用户和可以 7 根据需要将s c a d a 系统与实时谲度管瑾系统( d m i s ) 、电网调度员培训系统 ( 孵s ) 、智熊撩馋鬃系统、电量讨费系统及地理信息系统( g i s ) 等摆集戏。 ( 3 ) 必须具有很好的实时性。监控系统所监视的信息必须及时反应到值 班入员面前，值班人员的操作也必须尽快得到执行。我国电力行业对变电 懿鉴控系统懿实孵瞧骞明壤具体豹要求。 ( 4 ) 必须具有可组态性。监控软件可以与不同的设备按照不同的通信方 式连接：数据的显示方式也可以根据用户的需求随意改变。 3 。2 整羧系统疲震| 毒琵熬鬻述 超离压调度中心监控系统用的是i e s 一5 0 0 ，作为一个开放式集成化应用 环境，可以为地区输电网调度中心、集控中心、电量采集计费中心、通信 秘篮控审心提供全瑟综合黢务，势离m i s 等其它信愚系统芹敖。 i e s - 5 0 0 m 3 系统采用c l i e n t s e r v e r ( 客户枧朋务器) 分布式体系结梅， 这是整个系统的基础。每个“s e r v e r ”提供完整的数据及其应用服务，可 苏鬏疆设计灵溪增减裙应懿较辞功能模嫒“s e r v e r ”。i e s - 5 0 0 系统还可浚 集成第三方的符合c s 结构的功能模块。用户农网络上通过客户枧c 1 i e n t 向服务器s e r v e r 以提交“订单”的方式获取所需的数据和服务。 客户祝分布在不阋豹戆理莅誊，裰粥功能袋求联络不同豹服务器获褥 相应的服务。皮用光纾e t h e r n e t 技术可以使局域网蹬瘫延 孛( 多模光纾为 2 k m ，单模光纤为6 0 k m ) ，保证了实时性磐求。 系统实现完备酌s e a o a 功能，并掇供与p a s 、d m s 系统的接口，以 w e b 方式与m l s 系绫连接。数据采集采用双馈冗余设诗，以t c p i p 秘议 通过路由器接入网络r t u 信息。 3 2 1 硬件结构 系统服务嚣嚣台，基于c o , p r oa l p h a s e r v e re s 4 0 硬 粤平台，软 孛基 于t r u 6 4u n i x 操作平台，并配置磁盘阵列一套。s c a d a 工作站、调度员工 侔站、维护工作站、数据库维护工作站共9 台，采用d e l la w5 3 0 翻形工 终潍为爱锌平台，软传为w i n d o w s2 0 0 0 。 ( 1 ) s c a d a 工作站 前置机s c a d a 服务器硝来实现实时通讯的处理和实时数榴库的处理。 终端服务器直接接入该服务器以实现觞置通讯部份的网络接入与s c a d a 实 对礴段有效隔离。 根据体系结构的特点，本系统配置2 台邋合于数据处理、i o 操作和常 年不阀断运行的d e l la 氍5 3 0 嚣形工作站，势以双枫热备用方式工作。 ( 2 ) 系统罪务器 i e s 一5 0 0 采用了c 1 i e n t s e r v e r ( 客户服务器) 分布式体系结构，服 务器怒系统豹历史数据库衣描述数据库的管瑷中心，历史数据库积描述数 据瘁以及历史数瓣帮描述数据静处理模块均在其上运行。 根据体系结构的特点，本系统配置2 台适合于数据处理、i o 操作和常 年不阀叛运行的c o m p a qa l p h as e r v e re s 4 0m o d e l6 - 6 6 7 服务器。并粼嚣 磁盘阵列r a 3 0 0 0 套，硬盘窖鬣为1 8 2 g b x 6 。 ( 3 ) w e b 服务器 w e b 震来实现s c a d a 与终部系统共事实粒历史数据、睡形、掇表等， 为其它系统的访闯、共享提供多种方式和工疑，嗣时实现了与其它系统的 有效隔离( 网段物理隔离) ，可防止其它系统的侵入和物理访问，为实时系 统豹安全、可靠运行箍供了保障。 w e b 服务器提徽与主服务器究全一致豹数据库备份，实时数据库映射在 其内存中，提供作为s c a d a 与m i s 共享服务器的实时数据发布机制和数据 疼诱蜒抟嚣准接口，势提供测爨器谤翊的撂凇臻式懿舞存霆髟、摄表等嫠 息。 w e b 服务器同时可以作为远糨联网服务器，提供远程访问的管理及信息 共享，隽其宅部门、嚣长、雾戆绫护霹远程壤骧箍镁拨号慧入鼹务。 ( 4 ) 调度员工作站 主要供调度员嫩视电网运行状态、处理魄网事故等。配嚣5 台d e l la w 5 3 0 强彤工痒蘩。 ( 5 ) 维护工作站 维护工作站主要用于对系统图形、系统网络的维护、报寝生成维护蒋。 翻：系绫管理、嬲络管理，安全繁瑾、逶道謦遴，缢及维护人员穆改系绫 接线圈、遥测遥信点号、各种参数等。用于远动维护等各部门。 9 ( 6 ) 数据库维护工作站 数据库维护工佟站主要弼予对系统数撼的生成及维护。 ( 7 ) 时钟系统 g p s 卫星嗣步辩镑提供葛精度的标准时间，可作势i e s 一5 0 0 系统的麓 准时钟，精度为l o “秒，并可通过与r t u 豹运信同步全掰r t u 对阉。 g p s 时钟面板可以显示年、月、日、时、分、秒。 g p s 时锋装置建供4 个串孝亍鞠，可同对慰4 台辊器校瓣。 配嚣如下图3 一l ： 图3 - i 山东电力超高压调度中心监控系统硬件配置图 3 。2 2 瓣终鳍椽 ( 1 ) 双倍冗余 为适应电力调度系统的高可撒性要求，i e s 一5 0 0 系统的前罱机和其它有 装殊受求懿关键设誊，均设计秀双倍冗余维搀，在故障馕掇下霉戳自动切 换。 i e s 一5 0 0 系统的软件功能模块具有“即装即用”特性，每一功能模块可 l n 以备份安装在多个节点机上，互为热备用。当某一节点机出现故障时，系 统功能可自动切换到其它节点机，保证系统的可靠运行。这突破了传统的 冗余必须与具体硬件直接相关的约束。 ( 2 ) 网络切换 为进一步确保数据通讯的可靠性，采用双重网络结构。系统采用交换 网络技术，其网络传输速率可达i o o m b 。双网络同时工作，可实现自动切换， 单一网络故障不影响整个系统的正常工作。 主网络配置2 台2 4 口c i s c 0 2 9 5 0i o i o o m 交换机，每个节点配置2 3 块 o 1 0 0 m 网卡。 ( 3 ) 网络r t u 数据通讯 联网结构：直接将超高压公司光纤网络提供的2 个2 m 口接入同时接入 s c a d a 内网交换机两台c i s c o2 9 5 0 交换机，实现通过广域网与网络r t u 的通信。 双网络能够实现自动平衡负载。两台s c a d a 工作站运行在主各方式， 由主s c a d a 工作站负责数据接收解码和命令的发送，备用机同时实时接收 所有数据以保持数据的一致性，并相互监视运行状态和自动人工切换。信 息传输采用l o m l o o m b p s 速率。 网络数据传输：采用标准的t c p i p 协议，应用层采用 i e c 8 7 0 5 1 0 4 主站与子站之间的网络通讯协议。各r t u 的报文的解释工作均在主站端的 两台s c a d a 工作站中完成，并将解释好的报文发送到系统服务器，由服务 器作进一步处理。 3 2 3 软件结构 监控系统的软件层次模型”1 ：监控系统的软件可以分为三个层次：操作 系统、支撑软件、应用软件。如图3 2 所示。操作系统位于系统的最底层， 它的上面是支撑软件，应用软件位于系统的最上层。 l 绦体系绕 | 图3 - 2 监控系统软件层次系统图 监控系统是调度员以及运行管理人员和监控对象变电站的开关和线 路等设备的一个中介，因此，监控系统除了自身核心部分以外，还应该包 括系统和监控对象的接口、系统和使用者的接口。基于此，监控软件在逻 辑上可以分成三个部分：数据处理系统、| i i f 置机系统和人机联系工作站。如 图3 3 所示圆 圈3 - 3 监控系统的逻辑构成 数据处理系统是监控的核心部分。它起到监控数据库和数据库维护的 功能以及数据计算、统计等数据处理的功能。 前置机系统主要和下位机的保护测量装置打交道，完成系统和监控对 象的接口。前置机软件包括串行口通信功能、规约转换功能、数据预处理 功能以及和数据处理系统通信的功能。 人机联系工作站负责提供用户界面，如图形、表格、声音及动画等等。 此外，人机联系工作站还为用户提供向r t u f t u 发控制命令( 如遥控) 的手 段。监控系统本身的许多维护工作也是通过人机联系工作站进行的。 1 2 3 2 3 1 模块组成 i e s 一5 0 0 系统采熙了c o m p a qt r u 6 4u n i x 或w i n d o w s2 0 0 0 操终系统乎 台，并使用了和c o m p a qt r u 6 4u n i x 或w i n d o w s2 0 0 0 操作系统紧密集成的 商麓数据痒o r a c l e ，戳及m so f f i c e 的支持。系统应阁软件采用d i g i t a l c + + 、m s 粥+ + “6 帮憋据编写。 首先，u n i x + w i n d o w s2 0 0 0 的混合平台具有性能上的优势。在服务器端 u n i x 操作系统与o r a c l e 数据庠的结合是业界公认的最健性能组合，能充分 发撂6 4 霞诗算处理戆瞧戆。w i n d o w s2 0 0 0 乎套终恣应鼹羧广泛的橐瑟平台， 有着卓越的操作性能。用于工作站系统，其界面友好、易学易用等特点使 各种复杂的应用易于实现。 其次，混会警台遣窍系绞安全懿优势。采用u n i x + w i n d o w s2 0 0 0 懿混 合平台，可以防止某种病毒对整个系统的侵害。从而确保了系统的安全， 也有利于系统的快速恢复。 ，第三，系统麓秀缀维护雯缎麓擎。疆餐工 乍蝣溱静褥求瑗黼，工作菇 端的软件也日益丰富，w 以只升级工作站系统，搿数据库部份不用秀级换 代，这样可以节省大量的投资和工作。 i e s 一5 0 0 系统采用了c l i e n t s e r v e r 模袋结构，数撼簿稻系统处理功能 分布在各个软件模块中。软件模块通过标准的o d b c 接口期“软总线( s 8 ) ” 模块相互联接，并由s b 统一管理。各个模块可以随意西已置在备个节点机 孛，雨量慧“帮装帮角”的，非常容易扩充和秀缀。为了提高系统豹可用 性，可以在多个节点枫上为重要的功能模块聚备趸余模块。 i e s 一5 0 0 系统的各s c a d a 、p a s 软件功能模块以系统数据库为核心分布 于多螽诗算梳上，通过两络通信实现各功能模块蔺的数据筵享和信息交换， 构成不同功能蛇子系统。 i e s 一5 0 0 集成了许多当今市场上最优秀的软件，并在此基础上开发出自 己的应用层软件。i e s - 5 0 0 软件的层次结构j i i 图3 - 4 ： 图3 - 4i e s 5 0 0 软件的层次结构 如图1 所示，在c o m p a qt r u 6 4u n i x 或w i n d o w s2 0 0 0 操作系统平台上， 采用了o r a c l e 数据库、m so f f i c e 工具、d i g i t a lc + + 、m sv c + + 和v b 编程 语言等环境软件，定义和实施了实时数据库访问的软总线，实现了建造 s c a d a 应用环境的设计目标。 ie s 一5 0 0 是由若干个功能模块组成的，主要包括i ； f 置通信模块、实时数 据库处理模块、历史数据处理模块、拓扑分析模块、人机会话模块、报表 处理模块以及其它的辅助模块等。i e s 一5 0 0 数据库可划分为四类，分别是实 时数据库、描述数据库、历史数据库和图形及报表库。这些模块之间的通 信以及模块与数据库之间的通信均通过s b ( 软总线) 和o d b c ( 开放数据库 连接) 完成，其结构如图3 - 5 所示： i 扑分析e m s 模块 前置通信 f 实时处理j j j 力史处理 人机会话数据库编辑器报表处理绘图 d b c i s b if l 实时数据库 描述数据库 历史数据库图形库和报表库 图3 5i e s 5 0 0 软件模块结构示意图 3 2 3 2 管理系统 i e s 一5 0 0 系统的应用平台包括数据库管理系统、图形管理系统、报表管 理系统、网络管理系统和安全管理系统。 ( 1 ) 数掘库管理系统 数据库是指以一定的组织形式存放在计算机存储介质上相互关联的数 据的集合。数据库技术经过3 0 多年的发展已成为计算机科学技术的重要分 1 4 支之一，多学科的技术内容与数据库技术相结合是当代数据库技术发展的 重要特征，它使数据库领域中新的技术内容层出不穷。数据库系统主要包 括数据库、数据库管理系统、数据库存储介质及用户。我们可以这样描述 实据库系统：它可以实现有组织的、动态的存储大量相关联的数据，能够为 多用户访问的计算机软硬件组成的系统服务。它的特点是数据可以充分共 享、交叉访问、与应用程序有高度的独立性。当前，数据库技术除了支持 传统的应用外，在众多的领域中得到了更广泛的应用，己成为计算机应用 技术中不可缺少的重要组成部分和核心。“”数据管理系统( d a t ab a s e m a n a g e m e n ts y s t e r r r d b m s ) 是一个专门负责数据库管理和维护的计算机软 件系统，它建立在计算机操作系统的基础上，对数据库进行统一的管理和 控制。用户使用的各种数据库命令以及应用程序的执行，都要通过数据库 管理系统。数据库管理系统还承担着数据库的维护工作，按照数据库管理 员所规定的要求，保证数据库的安全性和完整性。数据库管理系统是数据 库系统的核心，它对数据库系统的功能和性能有着决定性的影响。 目前流行的d b m s 包括m i c r o s o f ta c c e s s ，m i c r o s o f ts q ls e r v e r , o r a c l e s e r v e r , s y b a s es q ls e r v e r 和m i c r o s o f tv i s u a lf o x p r o 等，这些d b m s 都提供了标准的结构化查询语言( s o l ) 接口“”。 数据库是系统的核心。i e s 5 0 0 系统包括描述数据库、实时数据库、历 史数据库、图形库和报表库。 监控系统数据库采用面向实际电网的描述方式，以电网及其设备为“部 件”对象，系统共定义了2 1 个电网“部件”，如：电网、电压等级、厂站、 母线、线路、开关、刀闸、保护、变压器、发电机、p t 、c t 、负荷、注入、 调相机、静态补偿器、并联电容器、串联电抗器等，不对应具体远动设备。 表征某种电网属性的数据也作为部件统一处理，如单精度虚拟量、双精度 虚拟量、虚拟状态量等。 实时数据库保存在服务器内存中，以满足系统实时性的要求。服务器 中的实时信息是经过处理的面向电网描述的数据库，更方便应用。实时数 据的访问采用c 1 l e n t s e r v e r 技术，客户机通过网络获取其所需要的实时 信息，而不需要接收广播信息并各自维持完整的实时库，这保证了实时数 据的一致性，提高了数据响应的效率，降低了网络负载。同时为建立 i n t r a n e t 网的w e b 服务器提供了技术基础，为其它系统使用通用浏览器直 接访问提供了技术支持。 历史数据库可以保留多年，可保存全部遥测量、电度量的整点数据； 以1 分钟、5 分钟间隔采样的曲线数据；遥信量状态和动作次数；事项和 操作记录；通道状态及通道运行统计数据；主变、发电机、补偿电容等电 网设备的运行时间和运行率统计；事故追忆数据；事故周波数据等。历史 数据库可下载到磁带、可读写光盘上进行备份，备份的历年数据可回装系 统使用。 系统描述数据库和历史数据库均采用o r a c l e 商用数据库管理系统，使 用v c + + 和s o l 语言编程，实现了数据库管理的各种功能。数据流程如图 3 6 ： 避方涮艘 图3 - 6 数据流程图 “5 ”删针对实时数据库管理系统的各种功能模块，我们可以用一个单 一的进程来完成。在此进程中，有常驻的公共服务线程和相应用户访问数 据库请求而创建的非常驻的用户线程。实时数据管理系统针对不同的用户 对象，提供了不同的访问数据库的接口，其中包括：交互式人机接口。人机 接口以字典编辑器的形式出现，用户利用该编辑器能完成创建数据库表、 增删和修改表记录等功能。应用程序接口a p i ：应用程序接口a p i 是用户使 用实时数据管理系统的接口，一般以动态链接库的形式提供给用户使用。 1 6 动态链接库( d y n a m i cl i n kl i b r a r y ，筒称d l l ) ，是由函数对象以及资源等 组成的二进翘的痒文件，此库文件能丽辩被多个进程( 或旋用程序) 共享使 用。也就是说，它怒其他应用程序在运行时可以调用的一缎服务和函数的 模块。鉴于动态数援痒躬数据摩动态链接库( d 转d 乙卜d a t a b a s ed l l ) 实 现的数据库管理系统，具有较强豹数据管理鞠处理能力，满足电力系统的 实时性舞求。d b d l l 为系统提供数据，资源共攀，不仅保存了各种实时的和 历史的数提，还缳移了各种数撂之耀的关系，馒冬秘数撂不是孤立豹存在 于数攒霹中，而是曩相关联的缀成一个统一的整体；d b d l l 还为系统提供了 统一的库操作函数，供应用程序调用，如库创建、打开、拷风、关闭和席 云录黪撬入、莲| | 除、修改、遥热、读写露蠹鸯簿，这样大穴增热7 健磷豹 利用攀和系统的可靠性：d b d l l 对数据进行分类，对于不同髋质的数据，采 用不同的存取方法以满足实时性要求。 “”鼗 整3 - 6 可苏看遗，数疆嚣走由采集逶薅模块生残，枣实孵数撵黪 管理系统( r t d b m s ) 送到内存实时数据库，并按照用户设定的时间间隔自幼 通过历史数据库管理系统( d b m s ) 保存到历史数据库：应用稷序需要的数据 由r t d b m s 帮d b i s 分裂取壹实辩数攥瘁积压雯数攥痒：嚣露，数摇羡塞遴避 对上通信管理模块送摄远方调度：另外，历史数据库的数据可以根据需要邀 到报表系统进行报表打印。 系统瑷标准懿离蹋数掇露系缓隽数攥簿平台，在冀蒸璃主努挂令 r t d b m s 密时数据库管理系统) ，由实时数据库篱理系统管蠼内存实时数据 库。应用程序通过r t d b m s 访问内存实时数据库。对于商用数据库，客户糨 痔可 以用标准的s q l 络构化查询谱富或用o d b c 接口直接访问，也可以通过 r t d b m s 间接访问。r t d b m s 中的所脊二维表格都怒通过磁盘商用数据库来定 义静，焱系统塞露嚣雩纛後获磁盘鬻璃数据淳孛读褥。弱露，这些内存表格， 在磁盘商用数据库中均有其映射，当用户增删内存表中的记录时，同时也 增删磁缴商用数据库中相应表的配袋，这就使数据保持了一致性“1 。 ( 2 ) 爱影管理系统 i e s 一5 0 0 系统的图形编辑器支持a c t i v e x 超级文本意义的世界图绘阁 琢境，爨供了绘裁整赛瑟爨霈的各静绘瑟工兵。奉蚕彩系统疆韩莛多种字 体，美观丈方。 可直接嵌入处理位图( b m p ) 等多种标准格式的图像，使得图形系统具 有趸强的表现能力，也更方便用户的使用。 支持三维盈形标准o p e n g l 。 蓬影管理软徉垂动维护筹节煮狡图形文释静一致熬。 利用该系绞可随心蹶欲骢绘制以下霆形： 一各种形式的电力设备符，包含各种形式的断路器、刀闸、变压器、接地 符等。 i 各种彩式壹线、拆线、斜线。 一各种矩形、圆、椭凰、扇形，圆弧、多边形以及任意形状的封闭图形( 用 于画地形图) 。 一形象垒动静横叛表鬻和佼袭表盘。 网格，发电枧、交流符。 一电感、屯抗器等。 - 各静实对量。 器种字体的中英文字和特殊符号。 一棒图、曲线、饼图。 _ 多种计算视、打印枫、显示器、键盘、鼠标等粪彩位圈，并能实时履示 该机器的运行状态。 系统提供“图元组”功能，利用该功能用户w 保存自定义的图元组， 供绘图对直接调用，避一步提搿绘图的效率。 对手多透形、褥线等可送孝亍逐煮修正。 霹方便黪霹颦形进行拷贝、移蘸、改交大参，雯按蕨惫、剿除等撩终。 ( 3 ) 报表綮理系统 该系统支持的报表类型分班、日、月、零、年等几种，报表格式和报 表数褥都保存在系统菔务器硬盘上，报表格式可永久保存，报袭数据可保 1 8 存两年。报表子系统通过访问系统描述数据库生成报表参数并且以附注的 形式保存在报表格式的相应单元格中，通过访问系统历史数据库生成报表 数据。 i e s 一5 0 0 报表子系统的开发采用了e x c e l 2 0 0 0 内置的新颖且易学易 用的可视化设计工具- - v i s u a lb a s i ca p p l i c a t i o n ，主要完成报表格式 设计、报表属性设置、报表参数设置、报表生成、报表打印、报表修改、 报表浏览等功能。可定时或人工手动生成各类报表，报表打印既可定时自 动打印昨日全部或部分报表，也可随时召唤打印已生成的任一天的报表。 ( 4 ) 网络管理系统 i e s 一5 0 0 系统利用标准的o d b c 和独创的软总线( s b ) 实现商用数据库 和实时数掘库的信息共享。而o d b c 和软总线提供的所有功能是在网络协议 之上的，因此，c o m p a qt r u 6 4u n i x 或w i n d o w s2 0 0 0 支持的网络协议，i e s - 5 0 0 系统也完全支持。由于c o m p a qt r u 6 4u n i x 或w i n d o w s2 0 0 0 具有非常强大 的网络互联功能，因而我们可根据用户的需要提供多种形式的网络系统。 w i n d o w s2 0 0 0 操作系统已经集成了s n m p 网管协议，b a c k o f f i c e 中的s m s 软件提供完备的系统管理和网络监视功能。另外，i e s 一5 0 0 系统中的软总线 可监视系统本身的网络运行状况，也可监视各节点机上软件模块的运行状 态。 ( 5 ) 安全管理系统 ( a ) 操作系统提供可靠的安全性管理。 c o m p a qt r u 6 4u n i x 或w i n d o w s2 0 0 0 操作系统均提供的安全性，能满 足商业界严格的安全性要求。 ( b ) 应用系统的安全管理。 各种应用软件都提供安全性管理功能。通过口令登录模式，可以提供 不同人员的不同访问权限和应用功能，可以限定各种设备的部分硬件使用 权限。可根据用户的需要提供多重安全登录级别、功能使用口令和口令限 时自动失效管理，可防止误用和盗用。 ( d ) 与外部连接的安全管理 系统互联可采用路由器设备，通过路由协议的安全性校验和密码管理， 可限制和防止外界的非法访问。为进一步提高安全性可增加“防火墙”软 件，防止网络黑客的非法访问和网络病毒的感染。 系统内置了自行设计的网关，建立了第三服务器概念，实现了m i s 服 务器或w e b 服务器的单向访问功能。有效地防止了外部直接防问s c a d a 实 时网。同时在物理上通过在服务器上安装多网卡以划分多个网段，由互联 服务器将多个网段物理地分开，以保证实时系统的安全性。 系统提供w e b 服务器的功能，外部客户的访问只能通过标准的浏览器 工具。这样也限制了其他工具的访问。 3 2 4 监控系统i e s 一5 0 0 的功能应用 3 2 4 1 数据通信功能 通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和，一般由信息源、信 息接收者、发送设备、接收设备和传输媒介几部分组成。信息的流程一般 是这样的：由信息源产生消息信号，经过发送设备进行编码变化，与传输媒 介匹配以后，由传输媒介传递给接收设备，接收设备把信号进行解调、译 码、解密等一系列反变化，送至信息接受者。根据信息的流向，可以把通 信方式分成以下三种0 1 ： ( 1 ) 单工通信。该种方式是指传送的信息始终是一个方向，而不进行与 此相反方向的传送，单工通信线路一般采用二线制。 ( 2 ) 半双工通信。用半双工通信方式进行通信，信息流可以在两个方向 上传输，但因为采用的是二线制线路，同一个时刻只限于一个方向传输，a 和b 都有发送器和接收器，即a 和b 都既是发送终端，也是接受终端。当a 站向b 站发送信息时，a 站将发送器接在主信道上，b 站将接收器接在主信 道上；而b 站向a 站发送信息时，b 站将自己的接收器从主信道上断开把发 送器接入，a 站则把自己的发送器从主信道断开，把接收器接入。这种在一 条信道上进行转换，实现两个方向通信的方式称为半双工通信。半双工方 式可以实现两个方向通信，但是不能同时进行。 ( 3 ) 全双工通信。该种方式可以实现同一时刻两个方向的信息传输。它 相当于把两个相反方向的单工通信方式组合在一起。因此全双工通信要采 用四线制结构。这种通信方式效率高，控制简单，但是结构较复杂，成本 较高。 通信数据一般分为下面几种川旧： ( 1 ) 常规采集数据。包括模拟量、开关量和电度量。其中模拟量般是 下位机通过a d 转换采得的数据，如：电压、电流、频率、功率等都属于模 拟量。这些数据是直接对反映电力系统的状态，同时也是监视的重要对象。 开关量是现场断路器的状态量，只有两种状态0 或l ，可以为这两种状态分 别命名。对某一个断路器的位置状态，可以命名状态0 为“合闸”，状态1 为“分闸”。电度量即有功电能和无功电能。 ( 2 ) 事件顺序记录s o e 。包括了断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录。 ( 3 ) 故障录波。记录继电保护动作前后与故障有关的电流量、电压量。 ( 4 ) 遥控操作：遥控操作主要是通过当地监控主机对现场开关进行分、 合闸操作以及保护功能的投入、退出等控制。 数据通讯功能包含在前置通信及监控软件模块中，能以全双工方式同 采用各种类型的c d t 和p o l l i n g 规约的r t u 通信，可同国内外多种微机 保护综合自动化系统接口，能同变电站小电流接地等多种外设接口。该模 块还包括对接收数据的预处理，合理性校核等功能。通信模块为数据处理 模块提供数据源，并提供多文档监视界面，实现对r t u 各参量及变量的监 视和测试，并可监视各通道运行状况。 ( 1 ) 可以通过网络设备如路由器，以t c p i p 协议直接接收网络r t u 实 时信息，或接收s p d n e t i i i 上的实时信息，共同构成完整的实时数据库。 ( 2 ) 实现多规程r t u 收发功能，可以单通道或双通道方式接收和发送 同一r t u 数据。双通道时，主备通道可设置不同的规约和波特率，双通道 同时接收数据，判优自动切换。 ( 3 ) 将收到的各种r t u 数掘进行预处理。主要包括有功功率，无功功 率，电流，母线电压，主变油温，电网频率等模拟量；断路器位置，刀闸 位置，各种保护信号，有载凋压变压器抽头位置，装置主电源停电信号， 2 1 主保护自动装置动作信号，各种s o e 数据等状态量；各种脉冲量、数字量； 微机保护动作信息，保护定值，保护故障信息，保护自诊断信息等。 ( 4 ) 统计各通道运行情况，包括通信次数，通信误码次数，通信无回