新型电力系统数字技术支撑体系核心内容（SCADA系统设计原则）

　　新型电力系统与传统电力系统相比，它强调的是以“新能源”为主体，逐步提升光伏、风电等新能源发电的比例，并通过电网系统运行的变革，实现新能源高效开发利用和各类负荷的友好接入，提升终端电气化率，通过发电、输电、配电、用电等各环节的共同发力完成建设新型电力系统。

　　

　　一、SCADA 系统

　　SCADA 系统的设计原则、总体结构、功能详解

　　SCADA是“SupervisoryControl And Data Acquisition”的缩写，所以SCADA系统即数据采集与监视控制系统。它可以实时的采集现场数据，对工业现场进行本地或远程的自动控制，对生产工艺执行情况进行全面的实时的监控，为生产和管理提供必要的数据支撑。

　　第四代新型电力系统下SCADA/EMS系统将是采用Internet技术、面向对象技术、神经网络技术和Java等技术，继续扩大系统与其他系统的集成，并且提高系统的安全性，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。

　　SCADA系统在新型电力系统调度生产管理过程中的应用，论述了SCADA系统的设计原则、总体结构、功能特点。可以帮助调度管理人员及时快捷地了解到调度生产运行情况，实现管理的信息化、智能化、增强系统的整体性能。SCADA系统能够很好地完成日常的生产调度，达到电网输配的平衡，大大提高电网生产和管理效率，降低成本，节约能源，具有很高的实用性。

　　二、SCADA系统构建

　　SCADA 系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，是基于计算机控制的遥测、遥讯、遥控、遥调系统，它的应用使电网生产输配管理更加科学化、现代化。

　　系统具有高度的安全性，可靠性，稳定性，有多种通讯方式可选，系统硬件结构合理，模块组合方便维护，系统功能强大，界面友好，使用简便，更具有远程维护功能，系统软硬件全部模块化，扩充能力极强。SCADA 系统能为企业生产和管理提供巨大的帮助。

　　SCADA系统的构成

　　SCADA系统主要有以下部分组成：

　　监控计算机、远程终端单元（RTU、DTU/FTU）、 逻辑控制器（PLC）、通信网络设施、人机界面（HMI）。

　　1、监控计算机

　　SCADA系统的核心，主要进行收集过程数据并向现场连接的设备发送控制命令。它是指负责与现场连接控制器通信的计算机和软件，现场控制器指的是RTU和PLC，包括运行在操作员工作站上的HMI软件。

　　

　　2、远程终端单元

　　远程终端单元，即RTU，连接到过程中的传感器和执行器，并与监控计算机联网。RTU是“智能I/O”，并且通常具有嵌入式控制功能，例如梯形逻辑，以实现布尔逻辑操作。

　　

　　3、可编程逻辑控制器

　　可编程逻辑控制器，即我们所熟悉的PLC，它们连接到过程中的传感器和执行器，并以与RTU相同的方式联网到监控系统。与RTU相比，PLC具有更复杂的嵌入式控制功能，并且采用一种或多种IEC 61131-3编程语言进行编程。PLC经常被用来代替RTU作为现场设备，因为它们更经济，多功能，灵活和可配置。

　　4、通信基础设施

　　这将监控计算机系统连接到远程终端单元（RTU）和PLC，并且可以使用行业标准或制造商专有协议。RTU和PLC都使用监控系统提供的最后一个命令，在过程的近实时控制下自主运行。通信网络的故障并不一定会停止工厂的过程控制，而且在恢复通信时，操作员可以继续进行监视和控制。一些关键系统将具有双冗余数据高速公路，通常通过不同的路线进行连接。

　　5、人机界面

　　人机界面（HMI）是监控系统的操作员窗口。它以模拟图的形式向操作人员提供工厂信息，模拟图是控制工厂的示意图，以及报警和事件记录页面。HMI连接到SCADA监控计算机，提供实时数据以驱动模拟图，警报显示和趋势图。在许多安装中，HMI是操作员的图形用户界面，收集来自外部设备的所有数据，创建报告，执行报警，发送通知等。

　　

　　模拟图则是由用来表示过程元素的线图和示意符号组成，或者可以由工艺设备的数字照片覆盖动画符号组成。

　　三、SCADA 系统设计原则

　　1、先进性

　　系统建设应具有较高的技术起点采用主从分布式体系结构，选用统一的软件平台操作系统，以求最佳的性能价格比。

　　2、安全可靠性

　　系统所选硬件设备要符合现代工业标准，应采用双机、双网、双电源，接入双通道等冗余设计结构，发生故障时可自动切换，保障系统的不间断可靠运行。

　　系统软件平台应成熟、可靠、安全，SCADA软件开发应遵循软件工程的方法，经过充分测试使程序运行稳定可靠方便使用，易于维护。

　　网络和关键设备应具有双重和多重几种，在数据库的管理上分层次，分级授权。系统应具有可靠的备份，保证在系统故障时，能尽快地恢复系统的运行。

　　3、开放性

　　开放性主要体现在支撑平台和应用系统两个方面。

　　对支撑平台而言，选用标准化的软硬件产品，系统中的设备应具有很好的通用性，不同厂家的产品可相互集成，系统可扩充和升级。

　　对应用系统而言，应用系统应提供一体化支撑平台，具有模块化、网络化、接口标准化的特点支持用户应用软件的开发，保证能和其它系统互联和无缝集成。

　　4、可扩展性

　　SCADA系统应具有良好的功能可扩展性，从而使系统的建设可以总体规划，分步建设，逐步扩充，逐步升级。

　　5、易用性

　　系统应具有简学，易懂，易于操作的用户界面，操作人员不需要很强的计算机专业知识即可使用和维护系统，同时系统软件的各功能模块以数据库为核心灵活分布在网络的各个节点上，除个别模块需要相关硬件外，都能在任意节点机上运行，做到“即装即用”。

　　四、SCADA系统的总体结构

　　SCADA系统一般采用光纤传输方式完成整个系统的数据采集和传输，使用的设备也可为无线网络方式。无线传输一般采用主从应答方式，主站利用无线网络下达命令，从站接收到命令后执行相应操作，产生回应。回应可以为数据，也可以为系统信息。

　　电网生产过程自动化监控系统（SCADA）包括：

　　监控中心系统（主站）、首站监控系统（从站）、多个监控系统（从站）、末站监控系统（从站）及无线电台进行数据通信。

　　系统以监控中心为中央节点各本地监控系统为子节点组成星型网络，构成生产过程本地站监控系统与调度中心远程监控系统相结合的双层网络结构。

　　五、SCADA 系统的功能

　　1、实时遥测、遥信、遥视

　　SCADA系统能够扫描系统控制单元，对监控中心所需的多种参数进行实时监测，使管理和调度人员能及时、准确地了解系统工况，同时通过遥控系统上主要控制设备的开启，来优化线路管网的电压和电流量等参数。还可以根据SCADA系统的需要增加遥视功能通过控制器可以直接将各种数据（可设定）通过GPRS网络直接发送到管理人员的手机等通讯设备上。

　　2、分析、治理实时和历史数据

　　SCADA系统可将采集到的实时数据在历史数据库中进行存储，同时还能监视从远程终端单元返回的信息，并更新链路状态，使得操作员能够监视和识别通信故障，以便确定远程终端单元的工作状态。

　　3、对采集的各类实时数据进行数据处理。

　　对历史数据不但记录其数值，还记录其状态，表明该数据是否有效根据其状态来确定是否参加运算。具有事故分析与记录、越限报警功能。SCADA除对电网设备网监控点、首末站进行实时数据采集外，还要检验它们是否超过各自的运行极限、安全极限或设备极限，如有越限则报警并作出相应处理。

　　通过对操作员设置不同级别的数据使用与浏览等权限，保证数据的安全性。SCADA 系统还可实现多种曲线绘制图表显示、报表的统计和打印等功能，方便调度人员查询了解。

　　4、故障量预测及时报警

　　SCADA系统一方面通过建立系统中数学模型，通过数据库的积累，逐步进行修整，最终达到监测电网运行的目的。另一方面，根据多年的经验和管网运行参数数据库的建立，结合气象信息、节假日信息等建立预测子系统，通过网络发布对全网的调度命令。

　　5、总结

　　针对新型电力系统配电网特点设计开发的SCADA 系统，在软硬件成功选型和安装实施的基础上，通过高速、稳定的传输网络，实现对各站点实时监控和综合调度，可以较大地提升企业信息化水平和生产管理水平，促进企业快速发展。

　　编辑：黄飞