电能管理监控系统整体解决方案

电能管理监控系统

整体解决方案正泰电力自动化公司2006年8月应用领域及特点10kV/0.4KV区域电网如高速公路、机场、港口、高校、医疗机构、科研及国家省重点建筑特点：多10kV/0.4KV开关站/变电站远程集中监视控制应用对象电能管理监控系统以大用户10KV变电站及10KV电网；10KV/380V变电所及配电网；380V配电动力控制箱/照明控制箱等等形成的区域配电网为对象；电网的规划、设计、建设、运行、资产则在一个法人主体或法人委托机构的统一管理之下；整体解决方案将突出两大核心主题：监控中心与区域内变电站所基础自动化之间的系统架构与实现；变电站、所、箱自动化及局部系统的形成与实现。例如：山区多隧道区域电网组成图例如：短隧道照明和照明配电箱主接线图例如：互通收费站/服务区接线图系统的目标与效果优化电网结构合理，降低线路电线电缆及电器设备装备成本的同时提供可靠性；可以将有人值班的变电所实现无人值班，将被动的无人看守的变电所实现能动的心中有低，决策千里之外到，了解于心；解放人力资源，减少人力资源投入；通过对厂站进线、出线、变压器等状态的监视，对故障动作信号的采集，将加快对电网事故的反映和处理速度，缩短故障的停电时间，为安全生产提供了保障；通过对电网各站点各级母线电压实时采集，可及时进行调节，使电压合格率进一步提升，为电气设备稳定运行打下坚实的基础；有条件的项目，还可以进一步开展谐波监测及谐波源定位，把电能质量进一步提高；电能量的全网自动抄表统计分析，能更好地进行电量平衡计划，进行生产生活用电成本核算，进一步和节能降耗，提高综合产出效益。校园网平台/科研网络平台/矿业集团的安全、销售网络资源/高速公路通信系统平台等资源是实现再利用，鼓励技术进步，实现了资源的综合产出效益；通过中心监控主站的遥控/设置参数还可以远程遥控分合相应开关回路（尤其是照明通风及环网点,双电源切换开关等）；三项（电压/电流）平衡的监视对380V电缆的电气安全起到很大的效果；自动化系统将为线路/电缆/变电站电气设备巡回检查制度提高更好保障与补充；对电气设备尤其是自动化设备本身的运行进行远程的诊断与维护，为系统内的一次设备，二次设备及相关设备达到设计目标提供了有力有效的途径与手段。建设系统的有利条件各个领域都在向规模要经济效益要发展空间；目前党中央更是提出了规模基础上要技术，要创新，要提高产品附加值，为开展电能管理监控系统提供了这强有力动力与政策支持。电气领域是专家型科班出身的人员在主持工作，技术人员具有大量的新技术理论与实践经验，这为开展电能管理监控系统营造了一个良好的组织与人力资源环境。形成了规划、设计、运行、验收等一系列的法规与条例；也培养了一大批高科技公司与专业技术队伍；这些是建设好电能管理监控系统这为宝贵的财富。人们的观念发生了改变；都对配电网建设尤其是自动化建设给予了极大的肯定与认同。信息化步伐加快，光纤通信，网络，上网等就是生活的一部分了，基于信息化的自动化，以自动化带到产业化等等有了充分的认识，这为推进新技术更高层次的自动化系统提供良好的认识公识。我们向界业推出电能管理监控系统整体解决方案，希望能和业界更好地交流，希望能为配电网自动化建设做出更大的贡献。技术名称说明SCADA： SupervisoryControlandDataAcquisition监视控制与数据采集CCServer： 控制中心服务器（ControlCenterServer）也称控制中心ServerSCServer： 监控服务器（SupervisoryControlServer）也称监控ServerSClient： 智能监控端（SmartClient，也称智能客户端）SOA： 面向服务架构（ServiceOrientedArchitecture）RIA： 丰富互联网应用程序（RichInternetApplication）IEC61970 EMS-API能量管理系统应用程序接口系列标准IEC61850 CommunicationNetworksandSystemsinSubstation变电站通信、网 络和系统标准XML： extensibleMarkupLanguage可扩展标记语言OPC： OLEforProcessControl过程控制的OLEOLE： ObjectLinkingEmbedded对象连接嵌入（微软公司）SSL： SecureSocketLayer成为网络用来鉴别网站和网页浏览者身份，以 及在浏览器使用者及网页服务器之间进行加密通讯的全球化标准。SSH： SecureShell是IETF（InternetEngineeringTaskForce）的Network WorkingGroup所制定的一族协议，其目的是要在非安全网络上提 供安全的远程登录和其他安全网络服务。远程自动化的特点如何构建远程自动化系统如何构建监控管理中心与各站所之间的主干信道建设；以及如何选择变电站自动化系统中“服务于监控中心的硬软件（站级接入设备）设计”；控制中心的系统及功能建设。方案1：集中监控模式方案2：厦门前埔小区配电自动化系统方案3：厦门海沧大桥电力监控系统方案4：山东新汶矿业集团电网监控系统方案5：北京航天部二院配电监控系统方案6：京福高速公路(福州段)电力监控系统集控中心B/S架构；中心对厂站直接WEB目前运行系统的评判可靠性低，可维护性差，监控中心负担重，站与中心变量与功能画面重复定义，系统实施周期长及不规范；但投入小就能突显监控中心与各站所的远程联系等等是目前运行系统的主要优缺点。近两年来，业界都慢慢转变观念：利用网络为主通道，利用嵌入式硬件软件技术，从WEB信息发布到提出B/S模式的SCADA系统等等，把“站级接入设备，主干网，控制中心系统”三部分结合起来综合设计是形成的主要共识。在此发展潮流下，我们在国内外首家提出三位一体平台WebSCADA。WEB-SCADA方案WEB-SCADA特点新技术IEC61850、IEC61970等国际标准纯面向对象技术丰富互联网应用程序RIA（RichInternetApplication）创新技术嵌入式硬件和软件技术引入SOA（ServiceOrientedArchitecture）面向服务架构实时对象（内存）数据库实时信息总线（面向WAN/LAN）实时消息总线实例村坪隧道；美菰林1号供电所；美菰林隧道左洞分站；美菰林隧道右洞分站；美菰林2号供电所分站；坪赖隧道；坑面兰隧道；金沙互通；过垄尾隧道；闽清互通；清洋隔隧道；里洋隧道；里洋10KV供电所；洋门格隧道；鸿尾1号隧道；鸿尾2号隧道；文山下隧道；竹岐10KV供电所；竹岐隧道；竹岐互通；上街互通等。实例通信集中器配有网络（RJ-45）端口，RS-485端口，RS-232端口；CANBUS端口，通过CANBUS端口实现对划定区域内的微型RTU装置按照CANBUD协议采集数据与信息，并将数据通过网络（RJ-45）端口按照CDT内容协转发到远程监控中心,通过网络（RJ-45）端口接受远程监控中心下发的命令并将命令转发到对应的独立点装置执行；接受对时命令并实现各独立点装置的对时,配置液晶的人机界面，可以设置IP号，向下通信速率等。实现对照明回路的时序自动控制。一体化工作站主机为嵌入式一体化工作站，网络接口两个，串行端口4个；配置了14寸触摸键盘构成友好人机界面，图像及中文菜单指引操作，表格图形方式显示实时采集数据及各种参数设置，通讯报文监视，与各类数字化装置通信以构成无人值班系统；通过串行端口实现对柜内装置或模块按照CANBUD协议采集数据与信息，并将数据通过网络（RJ-45）端口按照CDT或101协转发到远程监控中心,通过网络（RJ-45）端口接受远程监控中心下发的命令并将命令转发到对应的独立点装置执行；接受对时命令并实现各独立点装置的对时；实现对照明回路的时序自动控制；特别功能：通过串行接口与三大系统的PLC实现通讯，上送YC及YX数据，接受PLC传至的控制命令（照明控制或风机控制）并转发到对应的测控装置的输出口，实现隧道的灯光或通分控制。长隧道区域数据光纤通信短隧道屏蔽铠装双绞线通信三位一体WebSCADA平台设计原则可靠性的要求安全性的要求监控数据的实时性、准确度、完整性的性能要求扩展性的要求开放性的要求维护性的要求易用性的要求经济性的要求：WebSCADA平台架构WebSCADA平台的组成WebSCADA平台的组成CCServer（控制中心服务器）。CCServer通过网络和实时信息总线，接收来自所有变电站的SCServer的信息，同时可以进行远程实时数据监视，警报信息，事件信息，智能分析和操作控制等

SCServer（监控服务器），SCServer将完成一个变电站内和IEDs的通信，来实现数据采集、实时数据监视，警报信息，事件信息、智能分析和操作控制等变电站自动化功能，并通过实时信息总线和网络向远方发送本站信息三位：智能监控端，三位一体平台中的一体：三位必须是运行于网络环境下。是IP网络将各组件形成为综合的一体。嵌入式硬件平台基于Linux或Unix操作系统集成的RAM及DOM支持集成的网络模块及其他PCI支持功能单一，计算单元应用单一，针对性强体积小功耗低可靠性高剪裁性好软硬件集成度高嵌入服务器的配置性能650MHz嵌入式CPU，33MHzPCI总线，内存512MPC133SDRAM，工业级紧凑闪存模块（双256M，可扩展支持到2G），4网口，10/100BaseT（隔离的RJ-45接口），通信口：8/16通道RS-232/485串口。电源模块可在180－260VAC适应持续工作；功耗为135W；工作温度：-5~＋50℃；存储温度：-20~＋70℃。SCServer构成的变电站自动化由SCServer通过局域网/串口通信与10/0.4kV的智能测控装置组成了变电站自动化系统（目前，由于智能测控装置还很少能满足工业以太网的通信要求，还是使用串口与SCServer通信。后续的智能测控装置将会升级满足工业以太网的通信要求）。

SCServer

功能遵从《变电站通信网络和系统》IEC61850标准和《能量管理系统应用程序接口》IEC61970标准；与间隔层IED采用CANBUS或RS-485通讯方式，和IED进行实时数据交换。基于嵌入式服务器的监控服务器，采用实时信息总线技术，可与局域网或/和广域网相连，完全可以满足监控系统的实时性要求，提供智能监控端对本站的远程监视、控制和操作。基于JAVA的嵌入式SCADA应用，真正实现跨平台。特别提供就地维护网络接口，在系统开发生成与到站维护使用。提供基于站内及以其下局部区域闭环控制的功能实现。CCServer由CCServer构成的控制中心自动化系统包括了通过广域网/局域网与各个变电站自动化系统相联。每个变电站自动化系统由SCServer和10/0.4kV的智能测控装置组成。

CCServer功能遵从《变电站通信网络和系统》IEC61850标准和《能量管理系统应用程序接口》IEC61970标准；完全网络化的控制系统（无Modem），控制系统可以在网络上任意后备。系统采用网络分布式设计，数据及进程可动态迁移，极大地发挥硬件资源的潜力，提高了系统的可靠性，优化了系统性能。实时对象数据库的描述采用面向对象、利用人机交互图形描述，使繁杂的工作更简单更方便，也提高了系统的可维护性。定义并生成基于全局的变量与功能画面。采用实时信息总线技术和智能客户端技术，控制中心服务器采用嵌入式应用服务器，可与局域网或/和广域网相连，真正实现智能客户端技术，并满足电力监控的实时性要求。可以访问应用服务器的用户不用安装任何客户端软件即可根据各自的权限通过浏览器对变电站进行监视、控制和操作系统基于全图形的人机界面，各功能节点机具有统一风格的操作方式，易学易用。其人机界面具有多种图形画面功能，同时支持多媒体功能。系统支持以组态图形方式动态、实时显示对象系统的运行状态和监测量，支持各类信号声光提示、越限告警计算、虚拟信号计算等。系统支持各种控制命令和策略：遥控、遥调、复归、校时、无功控制等。数据传输采用SSL，提供数据传输的安全性。采用SSH远程安全访问。系统还具有异地系统维护、系统调试、软件更新、故障排除等功能。SClient智能客户端本地资源和用户体验连接多种启动方式通过单击链接从Web浏览器启动。从JavaWebStart的内置“应用程序管理器”启动，管理器将跟踪最近使用的应用程序，并提供对喜好应用程序的快速访问。从桌面图标或“开始”菜单（仅适用于MicrosoftWindows）启动。智能部署和更新三位一体平台WebSCADA互动融合CCServer具备自动复制实现配置的自动升级整个WebSCADA平台上构建了实时信息总线来实现CCServer、SCServer和SClient之间的实时信息交换SCServer通过自身装置的串口或串口扩展，接收和处理来自变电站内所有IED的所有信息，还通过实时信息总线送至CCServer和与SCServer相联的SClient，使得SClient能够完成对该变电站的后台监视控制功能。CCServer通过实时信息总线接收来自所有变电站的SCServer的主要监视和控制信息。同时还将通过实时信息总线送至和CCServer相联的SClient，使得SClient能够完成对区域电网的监视控制功能。先进的三位一体平台WebSCADA传统SCADAWebSCADA对比优势系统架构客户端/服务器浏览器/服务器工程、安装、调试更加方便硬件平台工控机（IPC）嵌入式硬件无风扇、无旋转硬盘，可靠性较IPC更高升级维护需要对服务器端和客户端同时进行只需要对服务器段进行升级维护成本下降部署需要同时部署服务器和客户端采用智能客户端技术，只需要部署服务器端部署工作量减少人性化，多样化无止境的窗口重叠导致系统界面混乱继承了Web的优秀体验人性化，多样化的用户体验，使系统更加贴近用户综合（扩展性、灵活性、健壮性）接入和访问必须安装系统客户端随时随地接入和访问系统扩展和灵活性得到体现，服务器端的单一维护，提高系统健壮性。跨平台不同的操作系统需要开发相应的软件。基于JAVA开发，真正实现跨平台。跨平台技术方便用户，用户对客户端选择余地较大。IEC6185061970标准不满足完全满足信息表达一致性好，子站的变更信息在主站可以自动升级，而传统SCADA在主站端需要重新定义。投资成本100％80-90%左右投资成本降低先进的三位一体平台WebSCADA采用的新技术如下：IEC61850、IEC61970等国际标准纯面向对象技术丰富互联网应用程序RIA（RichInternetApplication）我们创新的技术如下：嵌入式硬件和软件技术引入SOA（ServiceOrientedArchitecture）面向服务架构实时对象（内存）数据库实时信息总线（面向WAN/LAN）实时消息总线IEC61850变电站通信网络和系统标准IEC61850变电站通信网络和系统标准向具体协议栈的映射(SCSM)Part8-1: MappingtoMMSandto

ISO/IEC8802-3Part9-1: SampledValuesoverSerial

Unidirectional

MultidropPoint-to-PointlinkPart9-2: SampledvaluesoverISO8802-3Part7-2: AbstractCommunicationServices(ACSI)Part7-1: PrinciplesandModels抽象通讯服务Part7-4: CompatibleLogicalNodeClasses

andDataClassesPart7-3: CommonDataClasses信息模型Part10: ConformanceTesting测试Part1:Introductionand

Overview系统部分Part2:GlossaryPart3:GeneralRequirementsPart4:SystemandProject

ManagementPart5:Comm.Requirements

forFunctionsand

DeviceModels配置Part6: ConfigurationLanguage

forelectrical

SubstationIEDs

IEC61850变电站通信网络和系统标准互操作性

来自一个或多个厂家的IED之间交换信息和 正确使用信息完成各自功能的能力

功能自由分布

标准需要支持各种策略以允许功能的自由分 布，例如：集中式和分布式系统

长期稳定性

标准应向后兼容,以适应通讯技术和

系统要求的发展IEC61850数字化变电站控制中心HMI工程维护路由器保护A间隔控制新型开关新型

CT/VT保护B保护A间隔控制新型开关新型

CT/VT保护B以太交换环网IEC61850数字化变电站逻辑设备“合并单元”LNPCTRLNPCTRLN

TVTRLNPCTRLNPCTRLN

TCTR逻辑设备“断路器

IED”LNPCTRLNPCTRLN

XCBR逻辑设备“断路器

IED”LNPCTRLNPCTRLN

XCBRPDIS线路保护传感器执行机构采样值IEC61850保护跳闸IEC61970EMSAPI标准保护用户资源和已有投资系统升级的需要功能扩充的需要系统集成的需要Plug&Play无缝连接数据同步不同应用系统之间的互操作电力市场竞争的需要随着电力市场的有序进行，需要定义标准的接口实现信息共享新技术的推动如组件技术、OMG技术、SOA和RIA技术等IEC61970CIM的一些主要特点CIM是分级的CIM是标准的CIM是静态的CIM可用RationalROSE建模CIM可用RationalSODA自动产生IEC文档CIM是用XML的RDF进行表达CIM是OMG的标准CIM可用在许多生产应用系统CIM意味着它所包含的类和属性在不同的主要应用系统间经由公共的接口进行交换SOA面向服务架构技术SCADA作为一种系统框架，SOA着眼于SCADA的各种功能应用，并将他们划分为单独的业务功能和流程，即所谓的服务。SOA使用户可以构建、部署和整合这些服务，且无须依赖应用程序及其运行平台，从而提高业务流程的灵活性。SOA面向服务架构技术第一，组件。组件主要是指利用标准化的应用程序和资源服务接口；第二，互操作。这是为了实现应用程序和资源之间的轻松信息交换；第三，模块。这包括对业务流程与基础设施的混合、搭配、添加、删除；第四，可伸缩。即从现有资源起步，随企业需求添加其他资源。SOA面向服务架构技术对于SCADA系统如何使用SOA架构，从IEC61850和IEC61970的制定，其目标完全一致：即组件化、互操作、模块和可伸缩。服务层不依附于任何特定技术平台，能够在业务功能层和技术层之间沟通、组合，业务功能应用系统就变成了‘松耦合结构’，想用什么功能就调用什么功能，需要什么功能就装配什么功能，改动调整非常方便。SOA面向服务架构技术我们建立了一个实时信息总线，即服务总线，基于JAVA平台，完全可以满足不依赖于特定产品、语言、平台等底层技术的通讯联系基础结构IEC61850和IEC61970是基于面向对象技术制定的EMS/SCADA和变电站自动化的基础模型，同时也规范了抽象通信服务接口标准（ACSI，AbstractCommunicationServiceInterface）和公共数据访问接口标准（CDA，CommonDataAccess），这些标准完全可以封装成各种服务（Service），并可在实时服务总线上进行注册，供其他功能应用进行调用全遵从IEC61850和IEC61970标准的对象化模型，服务设计符合松散性的实践代码接口，同时跨平台、智能客户端的设计确保架构设计的灵活性，平台中立性和跨平台协调性。RIA丰富互联网应用程序RIA是集桌面应用程序的最佳用户界面功能与Web应用程序的普遍采用和快速、低成本布署以及互动多媒体通信的实时快捷于一体的新一代网络应用程序。RIA具有的桌面应用程序的特点包括：在消息确认和格式编排方面提供互动用户界面；在无刷新页面之下提供快捷的界面响应时间；提供通用的用户界面特性如拖放式（draganddrop）在线和离线操作能力。RIA具有的Web应用程序的特点包括：立即布署、跨平台、采用逐步下载来检索内容和数据可以充分利用被广泛采纳的互联网标准。RIA具有通信的特点则包括实时互动的声音和图像。实时对象（内存）数据库通过对IEC61970的标准定义，建立面向对象的实时数据模型，对象的属性描述符合了面向对象的基本原则，使得控制中心Server和监控Server的定义一致，使得数据的兼容性得到完美统一。基于面向对象技术的内存数据引擎支持，实时数据库的性能得到了充分发挥，性能、安全、效率的提升不言而喻。实时信息总线松散的实时信息总线定义了消息的传送方式，使得系统间的依赖减小，单个系统即单个服务，不依赖于其他系统的模型限制，将系统间的依赖减到了最低，这本身也完全符合SOA架构的描述。实时信息总线要求信息的开放性封装，信息的定义是独立的实体，就是说信息是能够进行自我描述的，自我解释的。监控服务器技术架构监控服务器运行时控制中心服务器技术架构CCServer与SCServer系统间的交互机制WebSCADA平台的安全性基于SSL的HTTPS连接基于IPTable的放火墙规则使用符合数据加密标准（DES）的加密技术具有任意时刻的用户操作日志使用SSH远程安全访问数据库安全策略访问控制策略本身的安全控制WebSCADA平台的安全性应用扩展和外部系统集成的支持面向服务是一种建构分布式系统的方法服务模型可以对外展示出一个全新的，整合的能力服务模型的基本要求就是接口和底层实现的分离服务包括：实时服务和非实时服务提供基于服务的SDK实时服务和非实时服务都遵循SOA架构定义提供基于实时信息总线的服务接口系统功能系统介绍画面系统工况监视画面配电网网络及潮流分布画面实时数据和信号列表显示（YC表，YX表）人工置数功能开关变位闪烁确认越限报警事件处理系统事件在线打印功能历史信息查询功能曲线生成功能其它图形监视功能，等等。系统功能：续特别重要的控制功能断路器和刀闸的开合电容器远方投切电抗器远方投切接触器回路的控制环网开关的合/分举例举例举例设计依据行业规定及背景自动化相关的技术标准规定继电器保护规定行业规定及背景各不同行业（煤矿，石化，建筑，冶金等）对区域电网都有依据自身特点的条例与制度，这是设计电能管理监控系统首要考虑；区域电网结构及变电所配电箱一次接线图；“统一管理主体”在区域电网内的远程信道资源调查。自动化相关的技术标准规定GB/T15153 远动设备及系统工作条件环境条件和电源GB/T16435.1 远动设备及系统接口（电气特性）DL476 电力系统实时数据通信应用层协议GB2887 计算机场地技术条件GB9813 微型数字电子计算机通用技术条件GB/T13729 远动终端通用技术条件DL/T451 循环式远动规约GB/T13729 远动终端通用技术条件DL/T547 电力系统光纤通信运行管理规程DL/T634 远动设备及系统第5部分传输规约第101篇 基本远动任务配套标准DL/T635-1997 县级电网调度自动化功能规范GB/T13730-92 地区电网数据采集与监控系统通用技术条件DL/T645-199 多功能电能仪表通信规约DL/T630-1997 交流采样RTU技术条件DL/T634-1997 问答式传输规约C37.1-1987 用于监控、数据采集和控制系统的定义、技术规范和分析IEC60870-2 远动设备和系统工作条件、环境条件和电源IEC60870-3 远动设备和系统接口（电气特性）IEC61850 变电站通信网络和系统继电器保护规定《电力系统的继电保护和安全自动装置设计规范》GB/T14598.9-1995 辐射电磁场干扰试验IEC255-6 高频干饶电压测试DL478-92 静态器及继电保护装置基本试验方法GB7261 继电器及继电保护装置基本试验方法DL/T587-1996 微机继电保护装置运行管理规程GB50062-92 电力装置的继电保护和自动装置设计规范DL/400-91 继电保护和安全自动装置技术规程DL478-92 静态继电保护及安全自动装置通用技术条件NDGJ889 火力发电厂、变电所二次接线设计技术规定系统性能指标内容指标模拟量1、遥测综合误差率2、遥测合格率≤1.5%≥98%状态量遥测动作正确率（年）≥99%遥控1、遥控正确率2、遥控误动率≥99.99%≤2%/月系统响应时间开关量变位由终端传送到子站开关量变位由终端传送到主站遥控完成时间双机切换时间站内事件分辨率（站内单个远方终端）重要模拟量越死区传递时间画面调用时间事故画面推出时间故障区段隔离非故障区段恢复送电<3s（光纤方式）<3s（光纤方式）<3s（光纤方式）<30s<10ms<15s<3s<5s<1min<2min子站、远方终端平均无故障时间（MTBF）≥8760h系统可用率≥99.9%其他装置设备的环境温度、湿度、耐压强度、抗电磁干扰、抗震动、防雷等满足GB/T13729和DL/T721要求10kV开关站自动化系统自动化系统组成在10KV变电所内自动化系统涉及到的对象主要包括：10KV各回路的保护与测控；站内直流屏或交流UPS屏系统的监控；数字电度形成的计量系统；其他辅助装置的接入10kV变电所自动化示意图NZB61微机综合保护测控装置在实现基于WebSCADA的电能管理监控系统中，10kV的微机综合保护测控装置是十分重要的设备。我们优先选配本公司的NZB61系列微机型保护测控