浅议牵引供电SCADA系统调度端的结构组成及发展趋势

苑隽

【摘要】 主要讲述牵引供电SCADA系统调度端的基本概念，组成部分，重点说明调度端的结构、集中式、分布式以及面向服务构架SOA的结构和在我国高速铁路发展的趋势。

【关键词】 SCADA系统 调度端 远动系统 分布式 分析管理功能

在牵引供电系统中，SCADA系统应用较早，且非常广泛，技术发展也较为成熟，在铁道电气化远动系统中占有十分重要的地位，保证电气化铁路安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平，特别是针对近几年发展迅速的高速铁路来说，更需要SCADA系统进行一次革新，对现场的运行设备包括牵引变电所、AT所、开闭所、接触网电动隔离开关进行监视和控制，实现“五遥”功能，在现今的变电所综合自动化建设中起到了重要的作用。远动系统是用电气化手段通过一个或多个相互连接的通道，对远方出于分散状态的生产过程的集中监测，控制和集中管理实现“五遥”技术。

SCADA系统是以计算机为主构成的远方监视控制和数据收集系统，对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。SCADA系统作为能量管理系统中一个最主要的子系统，有着信息完整、正确掌握系统运行状态、提高效率、快速诊断系统故障状态等优势，已经成为牵引供电调度不可缺少的工具。

一、 远动系统的“五遥”功能

1、遥控：从调度端发出命令以实现远方操作和切换，如开关的“分”、“合”、故障信号的复归等，又分为单控、程控；2、遥调：调度端直接对被控站某些设备的工作状态和参数的调整，如变压器的电压等级；3、遥测：将被控站的某写运行参数传送给调度端，如有功和无功功率、电度、电压、电流等电气参数，温湿度、接触网故障点的距离等非电参数；4、遥信：将被控站的设备状态信号远距离传给调度所，如开关位置信号、报警信号等；5、遥视：调度端直接对被控站设备进行远程监视控制。

二、SCADA调度端的构成和主要技术指标

调度端设在电力调度所内完成远动对象的监控、数据统计及管理功能等，处理影响整个牵引供电系统正常运行的事故和异常情况，对所有数据进行分析、处理、储存及打印，以友好人机界面向调度员显示，转发其他系统共享，主要设备有服务器、Web服务器、调度员工作站、维护工作站、分析员工作站、计算机网络、通讯处理设备、大屏幕显示器、UPS电源、打印机等；

1、根据TB 10117-2008 铁路供电调度系统设计规范，调度端应符合下列原则：（1）硬件配置应遵循冗余化、分布式配置原则，服务器配置2个及以上中央处理单元，宜采用双机或多机集群方式互为热备用；（2）计算机网络应选择通用性局域网，冗余配置，采用国际标准化网络协议；（3）计算机系统配置应选择满足远动系统功能和技术要求的前提下，力求技术先进、成熟，并做到制式统一，资源共享；（4）新建计算机系统应具有良好的可扩性、可维护性、兼容性及较高的可靠性和性能价格比；（5）系统应采用安全隔离措施，保障网络和信息的安全。

2、SCADA调度端主要技术指标：

（1）系统可靠性：可用率超过99.99%；

（2）系统时钟精度：稳定性：< ± 1.0E-6（25±5℃）；时间误差：<±5毫秒（有标准钟）

（3）SOE分辨率及时间同步精度

RTU内：1ms 系统内（RTU间）：<20ms

（4）CPU负荷率

平均CPU负荷<40%

（5）系统平均无故障时间：3000小时

三、 SCADA系统调度端结构类型

1、 集中式。系统特点：计算机之间采用接口与接口的连接方式，可达到一机多用的模式，在硬件上节约资源，但缺点是软件的功能模块之间界面不清晰，信息交换困难，运行维护比较复杂，成本较高。

2、分布式。配置特点：集SCADA系统为一体，功能节点可分散可集成，配置灵活，把各项功能进一步分散到多台计算机中去，有局域网络将各台计算机连接起来，主网结构采用双LAN进行数据交换，提高了网络通信的可靠性，主、备数据库服务器通过第三网络接口连接至企业MIS，实现与外部系统的开放数据访问，关键节点均采用主-备结构的双机热备份冗余配置，当一节点故障时，另一节点升级为主服务器。分布式在硬件接口和软件接口中都遵循一定的国际标准或工业标准，使不同厂家的产品容易互联，容易扩充，形成开放系统。

四、SCADA调度端分析管理的功能

1、调度端可设置系统分析工作站主要用于对整个供电系统的分析，根据接入系统监控范围的供电设备运行状态的实时信息、历史事项对整个供电系统做出全局分析。2、对于常见事故或，对此供电设备进行分析处理，判断事故经常发生的地点、时间及原因。3、设置有效的紧急预案，可保证供电系统的正常运行，预防和减少事故的发生，同时对事故发生后提出有效的解决方案，在分析工作站上完成调用故障录波，负荷录波，故障报告等信息。4、调度端分析管理功能还可生成各种与调度管理相关的报表、文档，完成相应的牵引供电系统调度管理提供了读写整定和整定区切换的接口，实现道闸作业管理，检修计划管理和接触网作业管理。

五、SCADA系统调度端发展趋势

客户/服务器（C/S）结构，是指网络中服务的提供方式，请求服务的一方叫客户方，提供服务的一方叫服务器方。这种结构的优势是通过网络发布信息、分布数据，可以集中管理、安全可靠和数据一致性强，特性良好的人机界面，多用户共享主机系统的数据资源和外设资源，用户需要的各种信息都可在客户机上得到，用户可通过客户机交互工作界面，直接处理从服务器及其他客户机得到的数据，共享资源能力强，使用分布式管理，均衡了负载，性价比高，降低系统成本；缺点是不同应用使用不同客户端软件，维护工作量大，每一次的升级要更新所有客户端，可移植性和可扩展性差，无法满足软件规模的扩大和集成的迫切需要。

浏览器/服务器（B/S）结构，是将浏览器技术运用于SCADA系统，对扩大实时系统的应用范围，减少了维护工作量；传统的人机界面将保留，主要供调度员使用，管理部分用标准浏览器通过WEB访问服务器，实时监控整个系统的运行状态；缺点是应用服务器运行数据负荷较重，一旦服务器崩溃，后果不堪设想。

现今高铁技术发展迅速，普通分布式结构不太适用于高铁牵引供电，需要新的技术进行支持。

面向服务构架SOA，是三层或N层架构模式强调松散耦合和中立的接口定义，将应用程序的功能单元称为服务，这些服务之间通过定义良好的接口和契约联系起来，接口采用中立的方式进行定义，独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，这种接口方式也称为松耦合。松耦合有两个优点，一是灵活性优越，二是适应系统应用程序的变化。当应用程序的每个服务内部结构和实体发生改变时，它可以继续存在。

SOA的优势是可以充分利用现有的资产，从现有的资源中获取价值；更易于集成和管理复杂性，将基础设施和发生改变带来的影响降到最低；提高软件的更新速度，减少软件开发周期，包括收集需求、设计、开发和测试的时间；更有效的减少成本和增加重用，通过松散耦合方式公开的业务服务，是企业能够根据业务要求轻松的使用和组合服务。SOA未出现前，之前的结构系统在技术上有很多不足，比如说在不同平台上很难共享组件，不能简单的实现跨平台的内部操作，不能越过防火墙共享信息，更不能和外部系统共享信息，这些都给工作人员带来很大的不便，而SOA这种技术就可以解决分布式结构所解决不了的难题。SOA的综合构架包括牵引供电系统客户端、服务层、业务层和表示层（图1）。

在统一的硬件基础构架上，可采用双机、双网、双储存热备方式，采用高扩展的服务器、模块化的网络交换机和UPS设备，可保证具有较高的硬件扩展性。

现如今高速铁路迅速发展，我国客运专线规划四横四纵以及三条城际快速客运系统，建设1.2万公里客运专线，SOA构架系统更适用于高速铁路的SCADA系统，需要统一的应用集成平台帮助快速整合内部业务，形成灵活、易变、统一的自适应的智能化铁路信息系统，但也有一些困难，需面临大容量、高扩展、长周期的局面。我国正经历高速铁路发展阶段，应按照规范分布进行实施，结合铁路内部标准，建设一套适合当今铁路牵引供电的标准，具备更先进、更成熟、更安全、更可靠的SCADA系统。

六、结束语

牵引供电SCADA系统的应用，可以提高牵引供电的整体功能和管理水平，在铁路牵引供电行业特别是高速铁路的应用向着校准化、智能化和可靠的方向发展。牵引供电SCADA系统的调度端是整个系统的核心内容，采用高可靠性，自动化程度高的系统，特别是调度端SOA构架将是国内牵引供电系统自动化技术发展的必然趋势。总之，未来牵引供电的发展还需不断总结、测试、分析，最终得出最佳方案，使牵引供电更现代化，更合理化。

参 考 文 献

[1] 王亚妮.《变电所综合自动化技术》.中国铁道出版社，2008年8月第一版

[2] 程波.《牵引变电所综合自动化》.中国铁道出版社，2008年8月第一版

[3] 易小青.《SOA三层构架在SCADA系统调度端的应用研究》，2009年5月

[4] TB 10117-2008 铁路供电调度系统设计规范