SCADA自動化軟件在電力系統監控中的應用

劉小春

LIU Xiao-chun

（湖南鐵道職業技術學院，株洲 412001）

0 引言

隨著科學技術的發展，電力系統監控也得到了發展。在電力系統監控中，SCADA自動化軟件系統是目前應用最為廣泛的，而且隨著SCADA技術的持續發展相對而言也最為成熟。該系統在實際運行過程中有著完整的信息和較高的實用價值，而且與此同時還能夠快速的反應和診斷出電力系統的故障問題等優勢。SCADA軟件系統已經成為電力系統監控過程中不可缺少的必備工具。它對提高電網運行安全和可靠性有著重要的保障作用，極大的提高了電力調度的效率和水平。與此同時，伴隨著高速公路交通電力自動化水平的提高，相應的電力系統監控也要得到改善，SCADA軟件系統的應用也就成了必然選擇。

1 SCADA軟件概述

1.1 SCADA自動化軟件

SCADA自動化軟件系統，全稱為：Supervisory Control And Data Acquisition，也就是數據的采集與監視控制系統。SCADA自動化軟件系統主要是以計算機技術為支撐的，對生產過程進行控制與調度自動化控制系統。目前SCADA自動化軟件系統的應用領域十分廣泛，它不僅涉及到電力系統和給水系統，而且也應用于石油和化工行業中的數據信息采集以及監事和控制等。它不僅僅可以監事和控制現場的運行設備，而且還可以實現數據的采集等各項功能。

1.2 SCADA自動化軟件的發展趨勢

SCADA系統發展至今，總共經歷了三次重大的變革，第一次是專用的計算機操作系統的SCADA軟件，主要盛行于上個世紀五六十年代。第二次則是指八十年代通用計算機的出現，促進了SCADA軟件系統的發展這一階段的SCADA技術主要應用于電網調度等。然而第三次的變革，也是最為重要的一次歷史性變革，主要是指基于分布式計算機網絡以及關系數據庫技術的聯網SCADA軟件系統。

電力系統監控技術的發展初期，主要是為了解決遠程數據信息的傳輸及共享等功能，隨著SCADA自動化技術的發展，電力系統監控正在向綜合控制、故障分析以及處理的綜合自動化方向發展。

1.3 SCADA軟件系統的主要功能

1）控制功能

針對SCADA自動化軟件系統中的控制功能，主要是指在電力系統控制過程中，可以遠程控制某一遙控對象的實際運行狀態，或者是按照一定的順序控制整個運行過程，用以簡化繁瑣的操作步驟。

2）信息數據的采集和處理功能

隨著計算機網絡技術的不斷發展，SCADA自動化軟件系統也得到了持續的發展，然而軟件的控制中心調度系統對各被控制點進行數據的實時采集，并且通過顯示器等設備顯示各被控制點的工作運行狀態，主要是監視供電設備的非正常運行狀態。

3）遙控功能

所謂控制功能主要是指可以對電力傳輸的載體進行實時調節與控制，并將傳輸的結果通過大屏幕顯示出來。其中的單獨控制主要是對被控站內的其中某一個設備的工作狀態進行單獨的調節與控制。開關閉鎖控制主要是指對被控站內所有的電力系統開關設備的日常操作根據具體的要求進行調節與控制。當對該開關再次進行操作控制時，將會出現適當的信息提示。手動模擬置位操作是指當電力系統監控發生故障時，可以通過手工方式設置開關的位置以及工作狀態。除此之外，手動隔離開關的狀態也可采用手動置位操作方式。當置為手動方式時，監控系統的控制功能失效。

4）復視系統功能

在電力系統監控中，復視系統功能主要是指在供電車間設電力監控復視系統，主要用于接收來自于控制中心轉發的復視數據信息，并對這些數據信息進行顯示和處理，以及監視和控制設備的整體運行情況。

5）數據處理與報表處理功能

報表系統具有豐富強大的電子制表功能，通過ODBC/JDBC標準，可方便地將系統的實時數據、歷史數據、應用數據與報表系統鏈接。可生成各種類型的狀態展示圖片，并且最終形成圖文并貌的圖文數據信息報表，直觀清晰一目了然。SCADA自動化軟件系統，針對電力控制系統可以根據用戶自身的實際需求，可以對報表進行個性化定制。

6）自動檢測和防止外界干預

SCADA軟件系統，可以自行控制和管理大量的數據信息，而且自動化的對各設備運行狀況進行實時的監控。也可對通過對各部門的運行管理人員進行口令以及級別進行特殊化設置和檢查，確定每個操作員的具體操作權限，并且實時記錄每一個操作員的日常操作活動。該功能的系統具有以下四個方面的特點：1）防止錯誤操作所導致的一系列后果；2）可以很好的防止和免受外來的侵害；3）該功能與調試相結合使用；4）在檢查設備工作狀態的同時也能快速的顯示其工作運行的狀態等。

2 SCADA在電力系統監控中的應用

在實際應用過程中，為了極大的提高SCADA自動化軟件系統的可靠性，在自動化系統的終端，也就是通常所稱的主站網絡主要采用以太網結構和主機工作站以及網絡服務器主要是通過各自所配備的網卡連接到網絡集線器上的。如圖1所示。

圖1 SCADA在電力系統控制中的系統構成

2.1 電力系統監控的體系結構

1）通信節點

在電力控制系統中，通信的節點的作用主要是指作為本地端口監控系統與上級或其他本地信息的遠程節點的通信接口。

2）維護員以及操作員節點

在系統的實際應用中，SCADA軟件維護員節點主要是指在系統中通常設有一個維護節點機用于生產、維護、管理系統的實時數據庫以及歷史數據庫等。在特殊情況下，維護員節點機可實現操作員工作站點的部分功能乃至全部功能。然而操作員節點的主要功能卻是操作命令的發布以及系統的監視等，主要是通過網絡適配器與網絡相連接，進行獨立工作。

3）系統的后臺處理

在自動化軟件電力系統監控技術中，所謂的后臺處理也就是指對后臺主機的控制，其中后臺處理主機也就是人們通常所說的SCADA節點機，后臺處理主機是整個電力系統監控的中心，該后臺處理主要負責數據信息處理的功能。由于后臺處理機的地位十分重要，所以在大部分情況下電力調度監控系統對其采用的主要是雙重配置技術，但是也容易導致冗余結構。后臺的處理主機的主要功能包括：遙測、遙信以及遙控等功能。與此同時，電力系統監控與此同時也具有在線顯示監控的功能。

4）通信處理機

在電力系統控制中，通信處理機的主要功能是負責處理大量遠程的數據信息通信，主要作為傳輸數據信息通道的接口，擴大遠程輸入以及輸出端口的容量，從而保障數據的傳輸和接收以及對數據信息的處理等。

5）電力系統下位機

在電力系統監控系統中，在通常情況下下位機主要是指硬件層上的設備，也就是人們常說的數據信息采集設備，它主要負責將現場的各種情況及時的傳輸到后臺的數據庫中，而且與此同時也轉發后臺中相應的控制命令。

6）其他相應的輔助設備

在該系統軟件中，輔助設備主要有打印服務器、模擬盤以及主時鐘等。其中打印機的服務器是直接連接到局域網上的，并非互聯網，打印服務器主要負責系統日常的管理過程中所有打印機，并且必須要保證報表以及數據信息的打印工作順利進行等。但是模擬盤和大屏幕投影的主要功能是負責SCADA軟件系統的運行狀態以及維護等。與此同時，一般性的系統都會在在控制站中配置一套GPS衛星時鐘系統，主要是作為后臺控制中心的主時鐘，實現自動校準時間的目的。

2.2 SCADA軟件系統的數據庫

在實際運用中，每一個軟件系統，都必須有一個完整的后臺數據庫作為支撐。而對于SCADA軟件系統主要有靜態數據和動態數據的存儲，因此對于該系統后臺支撐的數據庫也有相應的要求。

在電力系統監控中，靜態數據主要有以下三種，1）監控系統硬件和軟件的相關配置數據；2）電力系統監控設備參數與運行的數據信息；3）電力系統項目有關的參數數據信息。而動態數據則是指隨著時間的變化，數據信息也會自動更新變化的。這種情況下的數據信息資料主要包括：1）電力系統監控中的實時數據采集；2）針對該系統所作出的預測估算和研究開發數據信息；3）對電力系統監控運行過程中的數據信息進行歷史歸檔管理。

根據該系統中數據信息的分類，可以將它用來模擬實際電力系統監控的整體運行情況，也可以充分的反應電網運行的模型特征，而且同時也可以利用該數據對電力系統監控的整個運行狀況進行簡要的分析。軟件系統中數據庫的應用總體規劃SCADA需要接入該系統的監控點，根據電力系統的實際情況作出相應的決策。

3 應用過程中的問題

目前，雖然SCADA技術已經相對成熟，但是SCADA技術的發展更新速度相對而言比較緩慢，軟件系統在日常運行過程中也存在著大量的問題，但是這些故障基本上都是由于電力系統的故障算法還沒有找到更好的計算機方法而導致的。對于日常運營的電力系統監控來說，卻是仍然沒有達到國家的相應標準，難以滿足電力系統監控的后期發展需求。

對于電力系統監控的大電網來說，其數據結構相對而言比較繁雜、數據信息的種類也是比較多，這些問題對于計算機來說都不是關鍵性問題，然而在電力系統的運行過程中所面臨的真正問題卻是對電網的結構采集數據信息的數據采集設備裝置的精度有待于提高，而且通訊效率十分低下，由于上述這些原因，因此不可能在短暫的時間內完成對整個數據信息的采集和分析。

事實上，對于軟件系統的數據結構，最重要的要求就是結構簡單算法明確而且快捷方便等。在目前的電力系統監控中，SCADA軟件的潮流計算模塊大多數還是采用經典的Newton算法，在實際應用中尋求新的算法仍然是解決計算機處理和分析數據信息的一種重要途徑。但是隨著社會的發展，也對電力系統監控提出了新的要求和新的挑戰。

4 結束語

綜上所述，在電力系統監控中應用SCADA自動化軟件系統，雖然給企業帶來了諸多的便利，但是與此同時企業在應用過程中也面臨著一些必須解決的問題。為此SCADA自動化軟件系統伴隨著通信網絡以及互聯網技術的持續迅速發展，也要引入相應的先進監控技術，保證電力系統監控中的數據傳輸安全以及傳輸途徑的可靠。

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