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新型電力系統(tǒng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，它強調(diào)的是以“新能源”為主體，逐步提升光伏、風(fēng)電等新能源發(fā)電的比例，并通過電網(wǎng)系統(tǒng)運行的變革，實現(xiàn)新能源高效開發(fā)利用和各類負(fù)荷的友好接入，提升終端電氣化率，通過發(fā)電、輸電、配電、用電等各環(huán)節(jié)的共同發(fā)力完成建設(shè)新型電力系統(tǒng)。
一、SCADA 系統(tǒng)
SCADA 系統(tǒng)的設(shè)計原則、總體結(jié)構(gòu)、功能詳解
SCADA是“SupervisoryControl And Data Acquisition”的縮寫，所以SCADA系統(tǒng)即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。它可以實時的采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對工業(yè)現(xiàn)場進行本地或遠(yuǎn)程的自動控制，對生產(chǎn)工藝執(zhí)行情況進行全面的實時的監(jiān)控，為生產(chǎn)和管理提供必要的數(shù)據(jù)支撐。
第四代新型電力系統(tǒng)下SCADA/EMS系統(tǒng)將是采用Internet技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和Java等技術(shù)，繼續(xù)擴大系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成，并且提高系統(tǒng)的安全性，綜合安全經(jīng)濟運行以及商業(yè)化運營的需要。
SCADA系統(tǒng)在新型電力系統(tǒng)調(diào)度生產(chǎn)管理過程中的應(yīng)用，論述了SCADA系統(tǒng)的設(shè)計原則、總體結(jié)構(gòu)、功能特點?？梢詭椭{(diào)度管理人員及時快捷地了解到調(diào)度生產(chǎn)運行情況，實現(xiàn)管理的信息化、智能化、增強系統(tǒng)的整體性能。SCADA系統(tǒng)能夠很好地完成日常的生產(chǎn)調(diào)度，達(dá)到電網(wǎng)輸配的平衡，大大提高電網(wǎng)生產(chǎn)和管理效率，降低成本，節(jié)約能源，具有很高的實用性。
二、SCADA系統(tǒng)構(gòu)建
SCADA 系統(tǒng)是以計算機為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)，是基于計算機控制的遙測、遙訊、遙控、遙調(diào)系統(tǒng)，它的應(yīng)用使電網(wǎng)生產(chǎn)輸配管理更加科學(xué)化、現(xiàn)代化。
系統(tǒng)具有高度的安全性，可靠性，穩(wěn)定性，有多種通訊方式可選，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)合理，模塊組合方便維護，系統(tǒng)功能強大，界面友好，使用簡便，更具有遠(yuǎn)程維護功能，系統(tǒng)軟硬件全部模塊化，擴充能力極強。SCADA 系統(tǒng)能為企業(yè)生產(chǎn)和管理提供巨大的幫助。
SCADA系統(tǒng)的構(gòu)成
SCADA系統(tǒng)主要有以下部分組成：
監(jiān)控計算機、遠(yuǎn)程終端單元（RTU、DTU/FTU）、 邏輯控制器（PLC）、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、人機界面（HMI）。
1、監(jiān)控計算機
SCADA系統(tǒng)的核心，主要進行收集過程數(shù)據(jù)并向現(xiàn)場連接的設(shè)備發(fā)送控制命令。它是指負(fù)責(zé)與現(xiàn)場連接控制器通信的計算機和軟件，現(xiàn)場控制器指的是RTU和PLC，包括運行在操作員工作站上的HMI軟件。
2、遠(yuǎn)程終端單元
遠(yuǎn)程終端單元，即RTU，連接到過程中的傳感器和執(zhí)行器，并與監(jiān)控計算機聯(lián)網(wǎng)。RTU是“智能I/O”，并且通常具有嵌入式控制功能，例如梯形邏輯，以實現(xiàn)布爾邏輯操作。
3、可編程邏輯控制器
可編程邏輯控制器，即我們所熟悉的PLC，它們連接到過程中的傳感器和執(zhí)行器，并以與RTU相同的方式聯(lián)網(wǎng)到監(jiān)控系統(tǒng)。與RTU相比，PLC具有更復(fù)雜的嵌入式控制功能，并且采用一種或多種IEC 61131-3編程語言進行編程。PLC經(jīng)常被用來代替RTU作為現(xiàn)場設(shè)備，因為它們更經(jīng)濟，多功能，靈活和可配置。
4、通信基礎(chǔ)設(shè)施
這將監(jiān)控計算機系統(tǒng)連接到遠(yuǎn)程終端單元（RTU）和PLC，并且可以使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或制造商專有協(xié)議。RTU和PLC都使用監(jiān)控系統(tǒng)提供的最后一個命令，在過程的近實時控制下自主運行。通信網(wǎng)絡(luò)的故障并不一定會停止工廠的過程控制，而且在恢復(fù)通信時，操作員可以繼續(xù)進行監(jiān)視和控制。一些關(guān)鍵系統(tǒng)將具有雙冗余數(shù)據(jù)高速公路，通常通過不同的路線進行連接。
5、人機界面
人機界面（HMI）是監(jiān)控系統(tǒng)的操作員窗口。它以模擬圖的形式向操作人員提供工廠信息，模擬圖是控制工廠的示意圖，以及報警和事件記錄頁面。HMI連接到SCADA監(jiān)控計算機，提供實時數(shù)據(jù)以驅(qū)動模擬圖，警報顯示和趨勢圖。在許多安裝中，HMI是操作員的圖形用戶界面，收集來自外部設(shè)備的所有數(shù)據(jù)，創(chuàng)建報告，執(zhí)行報警，發(fā)送通知等。
模擬圖則是由用來表示過程元素的線圖和示意符號組成，或者可以由工藝設(shè)備的數(shù)字照片覆蓋動畫符號組成。
三、SCADA 系統(tǒng)設(shè)計原則
1、先進性
系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)具有較高的技術(shù)起點采用主從分布式體系結(jié)構(gòu)，選用統(tǒng)一的軟件平臺操作系統(tǒng)，以求最佳的性能價格比。
2、安全可靠性
系統(tǒng)所選硬件設(shè)備要符合現(xiàn)代工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)采用雙機、雙網(wǎng)、雙電源，接入雙通道等冗余設(shè)計結(jié)構(gòu)，發(fā)生故障時可自動切換，保障系統(tǒng)的不間斷可靠運行。
系統(tǒng)軟件平臺應(yīng)成熟、可靠、安全，SCADA軟件開發(fā)應(yīng)遵循軟件工程的方法，經(jīng)過充分測試使程序運行穩(wěn)定可靠方便使用，易于維護。
網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)具有雙重和多重幾種，在數(shù)據(jù)庫的管理上分層次，分級授權(quán)。系統(tǒng)應(yīng)具有可靠的備份，保證在系統(tǒng)故障時，能盡快地恢復(fù)系統(tǒng)的運行。
3、開放性
開放性主要體現(xiàn)在支撐平臺和應(yīng)用系統(tǒng)兩個方面。
對支撐平臺而言，選用標(biāo)準(zhǔn)化的軟硬件產(chǎn)品，系統(tǒng)中的設(shè)備應(yīng)具有很好的通用性，不同廠家的產(chǎn)品可相互集成，系統(tǒng)可擴充和升級。
對應(yīng)用系統(tǒng)而言，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)提供一體化支撐平臺，具有模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、接口標(biāo)準(zhǔn)化的特點支持用戶應(yīng)用軟件的開發(fā)，保證能和其它系統(tǒng)互聯(lián)和無縫集成。
4、可擴展性
SCADA系統(tǒng)應(yīng)具有良好的功能可擴展性，從而使系統(tǒng)的建設(shè)可以總體規(guī)劃，分步建設(shè)，逐步擴充，逐步升級。
5、易用性
系統(tǒng)應(yīng)具有簡學(xué)，易懂，易于操作的用戶界面，操作人員不需要很強的計算機專業(yè)知識即可使用和維護系統(tǒng)，同時系統(tǒng)軟件的各功能模塊以數(shù)據(jù)庫為核心靈活分布在網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點上，除個別模塊需要相關(guān)硬件外，都能在任意節(jié)點機上運行，做到“即裝即用”。
四、SCADA系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
SCADA系統(tǒng)一般采用光纖傳輸方式完成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸，使用的設(shè)備也可為無線網(wǎng)絡(luò)方式。無線傳輸一般采用主從應(yīng)答方式，主站利用無線網(wǎng)絡(luò)下達(dá)命令，從站接收到命令后執(zhí)行相應(yīng)操作，產(chǎn)生回應(yīng)。回應(yīng)可以為數(shù)據(jù)，也可以為系統(tǒng)信息。
電網(wǎng)生產(chǎn)過程自動化監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）包括：
監(jiān)控中心系統(tǒng)（主站）、首站監(jiān)控系統(tǒng)（從站）、多個監(jiān)控系統(tǒng)（從站）、末站監(jiān)控系統(tǒng)（從站）及無線電臺進行數(shù)據(jù)通信。
系統(tǒng)以監(jiān)控中心為中央節(jié)點各本地監(jiān)控系統(tǒng)為子節(jié)點組成星型網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成生產(chǎn)過程本地站監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度中心遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合的雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
五、SCADA 系統(tǒng)的功能
1、實時遙測、遙信、遙視
SCADA系統(tǒng)能夠掃描系統(tǒng)控制單元，對監(jiān)控中心所需的多種參數(shù)進行實時監(jiān)測，使管理和調(diào)度人員能及時、準(zhǔn)確地了解系統(tǒng)工況，同時通過遙控系統(tǒng)上主要控制設(shè)備的開啟，來優(yōu)化線路管網(wǎng)的電壓和電流量等參數(shù)。還可以根據(jù)SCADA系統(tǒng)的需要增加遙視功能通過控制器可以直接將各種數(shù)據(jù)（可設(shè)定）通過GPRS網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送到管理人員的手機等通訊設(shè)備上。
2、分析、治理實時和歷史數(shù)據(jù)
SCADA系統(tǒng)可將采集到的實時數(shù)據(jù)在歷史數(shù)據(jù)庫中進行存儲，同時還能監(jiān)視從遠(yuǎn)程終端單元返回的信息，并更新鏈路狀態(tài)，使得操作員能夠監(jiān)視和識別通信故障，以便確定遠(yuǎn)程終端單元的工作狀態(tài)。
3、對采集的各類實時數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。
對歷史數(shù)據(jù)不但記錄其數(shù)值，還記錄其狀態(tài)，表明該數(shù)據(jù)是否有效根據(jù)其狀態(tài)來確定是否參加運算。具有事故分析與記錄、越限報警功能。SCADA除對電網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)監(jiān)控點、首末站進行實時數(shù)據(jù)采集外，還要檢驗它們是否超過各自的運行極限、安全極限或設(shè)備極限，如有越限則報警并作出相應(yīng)處理。
通過對操作員設(shè)置不同級別的數(shù)據(jù)使用與瀏覽等權(quán)限，保證數(shù)據(jù)的安全性。SCADA 系統(tǒng)還可實現(xiàn)多種曲線繪制圖表顯示、報表的統(tǒng)計和打印等功能，方便調(diào)度人員查詢了解。
4、故障量預(yù)測及時報警
SCADA系統(tǒng)一方面通過建立系統(tǒng)中數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)據(jù)庫的積累，逐步進行修整，最終達(dá)到監(jiān)測電網(wǎng)運行的目的。另一方面，根據(jù)多年的經(jīng)驗和管網(wǎng)運行參數(shù)數(shù)據(jù)庫的建立，結(jié)合氣象信息、節(jié)假日信息等建立預(yù)測子系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布對全網(wǎng)的調(diào)度命令。
5、總結(jié)
針對新型電力系統(tǒng)配電網(wǎng)特點設(shè)計開發(fā)的SCADA 系統(tǒng)，在軟硬件成功選型和安裝實施的基礎(chǔ)上，通過高速、穩(wěn)定的傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對各站點實時監(jiān)控和綜合調(diào)度，可以較大地提升企業(yè)信息化水平和生產(chǎn)管理水平，促進企業(yè)快速發(fā)展。
編輯：黃飛
工商網(wǎng)監(jiān)
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