电力调度SCADA数据转发配网SCADA系统的方案分析

【摘要】杭州电力调度SCADA系统实现对实时运行的电力系统进行数据采集、监视、控制和安全分析功能，是杭州电力调度最重要的系统。杭州配网SCADA系统基本目标是在市中心区域建立完善的配电自动化系统，实现配电SCADA、馈线自动化等功能，显著提高供电可靠性，并在调控一体化、智能配电网方面进行积极的探索和实践。本文主要分析配网SCADA系统的变电站10kV及以上实时数据通过调度SCADA系统通过网络方式转发获取方式，这些实事数据包括变电站设备信息、拓扑信息、实时信息及故障分析信息。并选择最佳方案。

【关键词】SCADA；转发；配网；调度；接口

1.引言

杭州电力局地调调度自动化系统包括三部分，第一部分为调度自动化系统主站，第二部分为变电站监控系统，第三部分为数据网络。杭州市电力局地调调度自动化系统基于计算机、通信、控制技术，是在线为杭州电力调度机构生产运行人员提供电力系统运行信息、分析决策工具和控制手段的数据处理系统。包含安装在发电厂、变电站的变电站监控系统、数据采集和控制装置以及安装在杭州市电力局调度大楼的主站设备（包含计算机软硬件及计算机网络），通过通信介质及数据传输网络构成系统。当前杭州市电力局地调调度自动化系统主要功能模块有：监视控制和数据收集系统（SCADA）、电网高级应用分析软件系统（PAS）、区域电压无功控制系统（AVQC），系统采集变电站四遥信息（遥测、遥信、遥脉、遥控），为调度人员及运行人员提供电网运行的实时信息，并为其监控、指挥电网运行提供控制手段，是重要的用于电网实时控制及信息采集、分析的调度生产系统。地调调度自动化系统承载的调度控制业务相对独立。

杭州电力调度SCADA/EMS系统是山东烟台东方电子有限公司生产的DF8900系统，实现对实时运行的电力系统进行数据采集、监视、控制和安全分析功能，是杭州电力调度最重要的系统，整个系统横跨安全I区、安全II区、安全III区。处于安全I区部分是EMS主体，网络设备由系统交换机、广域纵向交换机、广域纵向防火墙构成。安全II区部分是DTS系统，网络设备由系统主交换、广域纵向防火墙构成。安全III区部分是EMS WEB浏览部分，网络设备由系统主交换、防火墙等部分组成。安全I/II之间采用防火墙进行逻辑隔离，安全I/III区、安全II/III区之间采用正方向电力专用安全隔离装置进行隔离。系统通过数据网络直接采集变电站四遥信息。

杭州配网SCADA系统采用的是南瑞科技有限公司生产的OPEN3200系统。国网公司为探索智能电网的建设，把杭州列为第一批配电自动化试点建设城市之一。作为国家电网公司的一项示范工程，杭州市电力局配电自动化试点工程的基本目标是在市中心区域建立完善的配电自动化系统，实现配电SCADA、馈线自动化等功能，显著提高供电可靠性，并在调控一体化、智能配电网方面进行积极的探索和实践。杭州配电自动化主站系统建设基于IEC61968国际标准的信息交互总线，实现与企业内各个与配电相关的系统实现互连，整合配电信息。配网实时信息采集基于配电通信网络进行广域分布式数据采集，获取10kV及以下的配网测控终端实时信息。作为统一支撑平台，按照接入4000个终端、可接入实时数据容量600000设计，信息采集范围为市区220KV、110KV及35KV变电所。截至2011年中，该系统共接入543个终端、5个子站。整个系统处在安全I区，网络设备由系统交换机、前置数采交换机、纵向加密装置、终端主站公钥和验签模块构成。现杭州局配网没有使用公网、全部是专用网络。

配网SCADA系统的变电站10kV及以上实时数据通过调度SCADA系统通过网络方式转发获取，这些实事数据包括变电站设备信息、拓扑信息、实时信息及故障分析信息。采取转发的原因主要有两个：一个是系统建设前期工期紧、工作量大的原因；第二是要考虑二次安全防护的要求。

2.现状

配网SCADA系统需从调度SCADA系统转发的遥信遥测以及事故跳闸信息范围为市区变电所。其中：遥测信息：需要变电所内所有上图设备的有功、无功、档位、温度、电流、电压值等；遥信信息：变电所内所有开关、刀闸状态及变位信息；事故信号：变电所内所有开关故障跳闸信息。要求：遥测信息可以延迟1分钟。其他遥信变位以及事故信息要求在15秒以内，越快越好。

（1）SVG和CIM/XML文件：当监测调度SCADA系统修改了图模信息时，系统会自动生成相应的SVG和CIM/XML文件，由转发程序经物理隔离或防火墙发送到配网侧接收服务器上，再按61968标准形成标准的图模服务，发送给南瑞的IEB，由南瑞的IEB发送给配网SCADA系统。

（2）实时数据：定期在调度SCADA系统上访问实时库获得遥信遥测数据、PAS的潮流、状态估计数据，生成E文件格式的数据文件，同样由转发程序经物理隔离发送到配网侧接收服务器上，再按61968标准形成标准的数据服务，发送给南瑞的IEB，由南瑞的IEB发送给配网SCADA系统。

3.存在的问题

（1）系统传输的稳定问题

连续多次在早上信息繁忙时段，从调度SCADA侧通过物理隔离传到配网侧的服务器，出现数据堵塞，到8点以后才恢复正常。内网侧生成文件时间正常，传输过程不稳定，同时需要检查配网侧接收接口的稳定性。

（2）实时数据的延时性问题：

由于配网SCADA系统馈线自动化功能是以变电所10kV出线开关的跳闸作为启动信号，因此要求配网SCADA系统中变电所10kV的出线开关变位、事故跳闸信息能够即时更新，既要求调度SCADA系统变电所10kV的E文件格式的事故跳闸信息生成及传输到配网SCADA系统底耗时应尽可能短。

但调度SCADA系统已运行10年，不可能无限制的缩短E文件生成时间，影响调度SCADA系统的性能和稳定性，所以在生成E文件时定的时间间隔比较长（约1分钟），再加上物理隔离转发和ESB转发等各中间环节的时延，（这个时延没有仔细测试，正常情况下估计应该大约在5秒左右），所以15秒的要求目前无法达到。

（3）调度SCADA系统与配网SCADA系统之间使用物理隔离的问题：

配网SCADA系统之前使用的ABB、南瑞示范系统，未按照电监会和国网二次安防规定进行安全分区改造，配网SCADA系统和三区的GIS系统未安装物理隔离，如跟调度SCADA系统直连，会严重影响实时系统的运行安全和调度安全。

4.总体思路

（1）方案一

经过综合考虑，对数据的实时性要求分两个等级，重点保证遥信数据满足在15秒内送达的要求（基本可保证8秒），对遥测数据，则按照50～60秒内送达来要求。可以考虑仍然采用目前的E文件方式，但需要对遥信单独处理，发现遥信变化就立刻生成一个仅含该变化遥信的E文件，直接发出去，（为了减少E文件的数量，可以采用3～5秒钟生成一个E文件），而遥测的定时生产E文件的时间间隔考虑调度SCADA稳定运行的基础上再稍微调短一些，如30～50秒生成一个E文件，生成的遥测遥信E文件仍然按目前的流转方式进行。配网SCADA需要对接收程序对接收程序尽快测试调整，保证其稳定性。硬件上，对发送和接收主要设备进行更新升级，提高系统可靠性。对配网SCADA系统安全分区进行改造，在满足电力二次系统安全防护方案的规定下，可以考虑把调度SCADA系统和配网SCADA系统之间的物理隔离改成防火墙，其他方式不变。

该方案的优点：

①对调度SCADA系统负载影响比较小，可以对配网SCADA系统的转发要求进行微调。

②把调度SCADA和配网SCADA进行了有效的安全隔离，对调度SCADA系统进行了有效的保护。

（2）方案二

考虑采用远动转发规约的方式。可以考虑把物理隔离换成防火墙，实现调度SCADA系统的前置机和配网SCADA系统的前置机（或其他服务器）实现直接转发通讯，由两家自动化系统厂家商定按104转发规约来实现。而对实时性要求不高的其他系统仍然按照IEB的模式来进行。

该方案的缺点：

①是要求调度SCADA系统的前置机和配网SCADA系统的前置机能够在网络层面上互通，并且双方自动化厂家需要联调104转发；

②调度SCADA系统2台前置机设备老化，需要增加专用网卡，现已经用了4个网口，在增加有可能影响稳定；

③调度SCADA系统转发熟数据有限制，500个量以上会出不稳定只能生数据转发。生数据转发是需要增加很多的工作量，维护远动参数（如遥测遥信号、变比等），这些参数目前CIM文件里没有，需要对CIM标准进行扩展，配网SCADA系统要做到自动接收，自动更新信息表，调度SCADA系统侧有大量的图形参数更新。

（3）方案三

如果既不想用通讯规约又要考虑遥测的实时性，还可以考虑从三区的SCADA镜像服务器上生成E文件，（这样就可以不用太考虑SCADA实时库的性能及稳定性而设置成5～10秒生成一个E文件），通过南瑞IEB的跨物理隔离功能送到配网SCADA系统中。

缺点：

①因为反向物理隔离按规定只能以文件的形式转发信息，所以原来的SCADA与WEB系统之间通过正向物理隔离进行镜像系统建设所开发的功能没法利用，只能重新开发新的跨反向物理隔离的镜像系统。

②中间环节多，稳定性差，同时反向物理隔离传送数据不一定能满足系统要求。

（4）三种方案综合比较

考虑到对调度SCADA系统的性能影响最小，建议采用第一种方案，同时把物理隔离更换为防火墙。

但要注意以下问题，馈线自动化的启动条件为主网变电站出线开关的事故跳闸信号。配网SCADA系统的对部分配网线路实施馈线自动化全自动试点区域运行，六个变电站的出线开关信息直采到配网SCADA系统中。杭州调度SCADA系统也将变电站内的开关事故变位信号以单独的E文件实时传递给配网SCADA系统。在变电所改造过程中，这两种传输方式将并存会产生同一开关的分合、故障信息重复发送，造成遥信抖动，将对馈线自动化功能的正常运行造成影响。

馈线自动化功能对故障识别的判据有4种：

①开关分闸+保护动作；

②开关事故分闸；

③开关分闸；

④开关分、合、分。

目前杭州配网SCADA系统的事故识别判据采用的是“开关事故分闸”。由调度SCADA系统将开关的动作分析为“事故分闸”后再告知配网调度SCADA系统系统。如果将变电站出线开关的信号直接采入配网SCADA系统，配网SCADA系统应用本身可以对开关的分闸信号进行分析，判断是否为“事故分闸”而后触发配网系统馈线自动化功能进行分析。如果调度SCADA系统仍然向配网系统发送该变电站的事故信息，则会造成馈线自动化重复启动分析。对重复启动的解决方法，将直采的变电站出线开关对应的DA启动判据由“事故跳闸”修改为“开关跳闸+保护动作”。对遥信抖动的解决方法，采取配网SCADA系统进行程序升级，在程序上进行屏蔽。

5.结论

在配网SCADA系统没有条件直接从变电所采集10kV及以上信息的情况下，从调度SCADA系统转发数据，在保障调度SCADA系统安全稳定运行的条件下，SVG和CIM/XML模型通过转发，实时数据通过E文件转发的方式是最合理、最现实的方案。当然，从系统实用化角度来说，电力部门主要关心的是系统的稳定性、数据的可用性，一个系统的主要数据靠别的系统转发，稳定性和可用性都建立在其他系统上，实用性就会大打折扣。配网SCADA的数据来源，随着资金的投入，系统的改造完善，最终会全部改为网络直收到方式。

参考文献

[1]张慎明.基于IEC 61970标准的电网调度自动化系统体系结构[J].电力系统自动化，2002（10）.

[2]潘国伟.消息中间件在电力调度自动化系统中的应用[J].电气应用，2008（10）.

作者简介：

杨帆（1971—），男，北京人，大学本科，高级技师，工程师，现供职于国网浙江省电力公司杭州供电公司电力调度控制中心，主要从事电力系统自动化运行管理工作。

孙姗（1979—），女，浙江杭州人，大学本科，工程师，技师，现供职于国网浙江省电力公司杭州供电公司检修公司检修试验工区，主要从事电力系统继电保护及自动化检修管理工作。

郭抒然（1986—），男，浙江杭州人，大学本科，助理工程师，现供职于国网浙江省电力公司杭州供电公司电力调度控制中心，主要从事电力系统自动化运行管理工作。