SCADA自动化软件在电力系统监控中的应用

2012-10-12刘小春

制造业自动化 2012年4期

刘小春

LIU Xiao-chun

（湖南铁道职业技术学院，株洲 412001）

0 引言

随着科学技术的发展，电力系统监控也得到了发展。在电力系统监控中，SCADA自动化软件系统是目前应用最为广泛的，而且随着SCADA技术的持续发展相对而言也最为成熟。该系统在实际运行过程中有着完整的信息和较高的实用价值，而且与此同时还能够快速的反应和诊断出电力系统的故障问题等优势。SCADA软件系统已经成为电力系统监控过程中不可缺少的必备工具。它对提高电网运行安全和可靠性有着重要的保障作用，极大的提高了电力调度的效率和水平。与此同时，伴随着高速公路交通电力自动化水平的提高，相应的电力系统监控也要得到改善，SCADA软件系统的应用也就成了必然选择。

1 SCADA软件概述

1.1 SCADA自动化软件

SCADA自动化软件系统，全称为：Supervisory Control And Data Acquisition，也就是数据的采集与监视控制系统。SCADA自动化软件系统主要是以计算机技术为支撑的，对生产过程进行控制与调度自动化控制系统。目前SCADA自动化软件系统的应用领域十分广泛，它不仅涉及到电力系统和给水系统，而且也应用于石油和化工行业中的数据信息采集以及监事和控制等。它不仅仅可以监事和控制现场的运行设备，而且还可以实现数据的采集等各项功能。

1.2 SCADA自动化软件的发展趋势

SCADA系统发展至今，总共经历了三次重大的变革，第一次是专用的计算机操作系统的SCADA软件，主要盛行于上个世纪五六十年代。第二次则是指八十年代通用计算机的出现，促进了SCADA软件系统的发展这一阶段的SCADA技术主要应用于电网调度等。然而第三次的变革，也是最为重要的一次历史性变革，主要是指基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的联网SCADA软件系统。

电力系统监控技术的发展初期，主要是为了解决远程数据信息的传输及共享等功能，随着SCADA自动化技术的发展，电力系统监控正在向综合控制、故障分析以及处理的综合自动化方向发展。

1.3 SCADA软件系统的主要功能

1）控制功能

针对SCADA自动化软件系统中的控制功能，主要是指在电力系统控制过程中，可以远程控制某一遥控对象的实际运行状态，或者是按照一定的顺序控制整个运行过程，用以简化繁琐的操作步骤。

2）信息数据的采集和处理功能

随着计算机网络技术的不断发展，SCADA自动化软件系统也得到了持续的发展，然而软件的控制中心调度系统对各被控制点进行数据的实时采集，并且通过显示器等设备显示各被控制点的工作运行状态，主要是监视供电设备的非正常运行状态。

3）遥控功能

所谓控制功能主要是指可以对电力传输的载体进行实时调节与控制，并将传输的结果通过大屏幕显示出来。其中的单独控制主要是对被控站内的其中某一个设备的工作状态进行单独的调节与控制。开关闭锁控制主要是指对被控站内所有的电力系统开关设备的日常操作根据具体的要求进行调节与控制。当对该开关再次进行操作控制时，将会出现适当的信息提示。手动模拟置位操作是指当电力系统监控发生故障时，可以通过手工方式设置开关的位置以及工作状态。除此之外，手动隔离开关的状态也可采用手动置位操作方式。当置为手动方式时，监控系统的控制功能失效。

4）复视系统功能

在电力系统监控中，复视系统功能主要是指在供电车间设电力监控复视系统，主要用于接收来自于控制中心转发的复视数据信息，并对这些数据信息进行显示和处理，以及监视和控制设备的整体运行情况。

5）数据处理与报表处理功能

报表系统具有丰富强大的电子制表功能，通过ODBC/JDBC标准，可方便地将系统的实时数据、历史数据、应用数据与报表系统链接。可生成各种类型的状态展示图片，并且最终形成图文并貌的图文数据信息报表，直观清晰一目了然。SCADA自动化软件系统，针对电力控制系统可以根据用户自身的实际需求，可以对报表进行个性化定制。

6）自动检测和防止外界干预

SCADA软件系统，可以自行控制和管理大量的数据信息，而且自动化的对各设备运行状况进行实时的监控。也可对通过对各部门的运行管理人员进行口令以及级别进行特殊化设置和检查，确定每个操作员的具体操作权限，并且实时记录每一个操作员的日常操作活动。该功能的系统具有以下四个方面的特点：1）防止错误操作所导致的一系列后果；2）可以很好的防止和免受外来的侵害；3）该功能与调试相结合使用；4）在检查设备工作状态的同时也能快速的显示其工作运行的状态等。

2 SCADA在电力系统监控中的应用

在实际应用过程中，为了极大的提高SCADA自动化软件系统的可靠性，在自动化系统的终端，也就是通常所称的主站网络主要采用以太网结构和主机工作站以及网络服务器主要是通过各自所配备的网卡连接到网络集线器上的。如图1所示。

图1 SCADA在电力系统控制中的系统构成

2.1 电力系统监控的体系结构

1）通信节点

在电力控制系统中，通信的节点的作用主要是指作为本地端口监控系统与上级或其他本地信息的远程节点的通信接口。

2）维护员以及操作员节点

在系统的实际应用中，SCADA软件维护员节点主要是指在系统中通常设有一个维护节点机用于生产、维护、管理系统的实时数据库以及历史数据库等。在特殊情况下，维护员节点机可实现操作员工作站点的部分功能乃至全部功能。然而操作员节点的主要功能却是操作命令的发布以及系统的监视等，主要是通过网络适配器与网络相连接，进行独立工作。

3）系统的后台处理

在自动化软件电力系统监控技术中，所谓的后台处理也就是指对后台主机的控制，其中后台处理主机也就是人们通常所说的SCADA节点机，后台处理主机是整个电力系统监控的中心，该后台处理主要负责数据信息处理的功能。由于后台处理机的地位十分重要，所以在大部分情况下电力调度监控系统对其采用的主要是双重配置技术，但是也容易导致冗余结构。后台的处理主机的主要功能包括：遥测、遥信以及遥控等功能。与此同时，电力系统监控与此同时也具有在线显示监控的功能。

4）通信处理机

在电力系统控制中，通信处理机的主要功能是负责处理大量远程的数据信息通信，主要作为传输数据信息通道的接口，扩大远程输入以及输出端口的容量，从而保障数据的传输和接收以及对数据信息的处理等。

5）电力系统下位机

在电力系统监控系统中，在通常情况下下位机主要是指硬件层上的设备，也就是人们常说的数据信息采集设备，它主要负责将现场的各种情况及时的传输到后台的数据库中，而且与此同时也转发后台中相应的控制命令。

6）其他相应的辅助设备

在该系统软件中，辅助设备主要有打印服务器、模拟盘以及主时钟等。其中打印机的服务器是直接连接到局域网上的，并非互联网，打印服务器主要负责系统日常的管理过程中所有打印机，并且必须要保证报表以及数据信息的打印工作顺利进行等。但是模拟盘和大屏幕投影的主要功能是负责SCADA软件系统的运行状态以及维护等。与此同时，一般性的系统都会在在控制站中配置一套GPS卫星时钟系统，主要是作为后台控制中心的主时钟，实现自动校准时间的目的。

2.2 SCADA软件系统的数据库

在实际运用中，每一个软件系统，都必须有一个完整的后台数据库作为支撑。而对于SCADA软件系统主要有静态数据和动态数据的存储，因此对于该系统后台支撑的数据库也有相应的要求。

在电力系统监控中，静态数据主要有以下三种，1）监控系统硬件和软件的相关配置数据；2）电力系统监控设备参数与运行的数据信息；3）电力系统项目有关的参数数据信息。而动态数据则是指随着时间的变化，数据信息也会自动更新变化的。这种情况下的数据信息资料主要包括：1）电力系统监控中的实时数据采集；2）针对该系统所作出的预测估算和研究开发数据信息；3）对电力系统监控运行过程中的数据信息进行历史归档管理。

根据该系统中数据信息的分类，可以将它用来模拟实际电力系统监控的整体运行情况，也可以充分的反应电网运行的模型特征，而且同时也可以利用该数据对电力系统监控的整个运行状况进行简要的分析。软件系统中数据库的应用总体规划SCADA需要接入该系统的监控点，根据电力系统的实际情况作出相应的决策。

3 应用过程中的问题

目前，虽然SCADA技术已经相对成熟，但是SCADA技术的发展更新速度相对而言比较缓慢，软件系统在日常运行过程中也存在着大量的问题，但是这些故障基本上都是由于电力系统的故障算法还没有找到更好的计算机方法而导致的。对于日常运营的电力系统监控来说，却是仍然没有达到国家的相应标准，难以满足电力系统监控的后期发展需求。

对于电力系统监控的大电网来说，其数据结构相对而言比较繁杂、数据信息的种类也是比较多，这些问题对于计算机来说都不是关键性问题，然而在电力系统的运行过程中所面临的真正问题却是对电网的结构采集数据信息的数据采集设备装置的精度有待于提高，而且通讯效率十分低下，由于上述这些原因，因此不可能在短暂的时间内完成对整个数据信息的采集和分析。

事实上，对于软件系统的数据结构，最重要的要求就是结构简单算法明确而且快捷方便等。在目前的电力系统监控中，SCADA软件的潮流计算模块大多数还是采用经典的Newton算法，在实际应用中寻求新的算法仍然是解决计算机处理和分析数据信息的一种重要途径。但是随着社会的发展，也对电力系统监控提出了新的要求和新的挑战。