淺議牽引供電SCADA系統(tǒng)調(diào)度端的結(jié)構(gòu)組成及發(fā)展趨勢(shì)

苑雋

【摘要】 主要講述牽引供電SCADA系統(tǒng)調(diào)度端的基本概念，組成部分，重點(diǎn)說明調(diào)度端的結(jié)構(gòu)、集中式、分布式以及面向服務(wù)構(gòu)架SOA的結(jié)構(gòu)和在我國(guó)高速鐵路發(fā)展的趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】 SCADA系統(tǒng) 調(diào)度端 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng) 分布式 分析管理功能

在牽引供電系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)應(yīng)用較早，且非常廣泛，技術(shù)發(fā)展也較為成熟，在鐵道電氣化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中占有十分重要的地位，保證電氣化鐵路安全可靠供電，提高鐵路運(yùn)輸?shù)恼{(diào)度管理水平，特別是針對(duì)近幾年發(fā)展迅速的高速鐵路來說，更需要SCADA系統(tǒng)進(jìn)行一次革新，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備包括牽引變電所、AT所、開閉所、接觸網(wǎng)電動(dòng)隔離開關(guān)進(jìn)行監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)“五遙”功能，在現(xiàn)今的變電所綜合自動(dòng)化建設(shè)中起到了重要的作用。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)是用電氣化手段通過一個(gè)或多個(gè)相互連接的通道，對(duì)遠(yuǎn)方出于分散狀態(tài)的生產(chǎn)過程的集中監(jiān)測(cè)，控制和集中管理實(shí)現(xiàn)“五遙”技術(shù)。

SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為主構(gòu)成的遠(yuǎn)方監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。SCADA系統(tǒng)作為能量管理系統(tǒng)中一個(gè)最主要的子系統(tǒng)，有著信息完整、正確掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、提高效率、快速診斷系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為牽引供電調(diào)度不可缺少的工具。

一、 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的“五遙”功能

1、遙控：從調(diào)度端發(fā)出命令以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作和切換，如開關(guān)的“分”、“合”、故障信號(hào)的復(fù)歸等，又分為單控、程控；2、遙調(diào)：調(diào)度端直接對(duì)被控站某些設(shè)備的工作狀態(tài)和參數(shù)的調(diào)整，如變壓器的電壓等級(jí)；3、遙測(cè)：將被控站的某寫運(yùn)行參數(shù)傳送給調(diào)度端，如有功和無功功率、電度、電壓、電流等電氣參數(shù)，溫濕度、接觸網(wǎng)故障點(diǎn)的距離等非電參數(shù)；4、遙信：將被控站的設(shè)備狀態(tài)信號(hào)遠(yuǎn)距離傳給調(diào)度所，如開關(guān)位置信號(hào)、報(bào)警信號(hào)等；5、遙視：調(diào)度端直接對(duì)被控站設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視控制。

二、SCADA調(diào)度端的構(gòu)成和主要技術(shù)指標(biāo)

調(diào)度端設(shè)在電力調(diào)度所內(nèi)完成遠(yuǎn)動(dòng)對(duì)象的監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及管理功能等，處理影響整個(gè)牽引供電系統(tǒng)正常運(yùn)行的事故和異常情況，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、儲(chǔ)存及打印，以友好人機(jī)界面向調(diào)度員顯示，轉(zhuǎn)發(fā)其他系統(tǒng)共享，主要設(shè)備有服務(wù)器、Web服務(wù)器、調(diào)度員工作站、維護(hù)工作站、分析員工作站、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通訊處理設(shè)備、大屏幕顯示器、UPS電源、打印機(jī)等；

1、根據(jù)TB 10117-2008 鐵路供電調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范，調(diào)度端應(yīng)符合下列原則：（1）硬件配置應(yīng)遵循冗余化、分布式配置原則，服務(wù)器配置2個(gè)及以上中央處理單元，宜采用雙機(jī)或多機(jī)集群方式互為熱備用；（2）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)選擇通用性局域網(wǎng)，冗余配置，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；（3）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置應(yīng)選擇滿足遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)功能和技術(shù)要求的前提下，力求技術(shù)先進(jìn)、成熟，并做到制式統(tǒng)一，資源共享；（4）新建計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可擴(kuò)性、可維護(hù)性、兼容性及較高的可靠性和性能價(jià)格比；（5）系統(tǒng)應(yīng)采用安全隔離措施，保障網(wǎng)絡(luò)和信息的安全。

2、SCADA調(diào)度端主要技術(shù)指標(biāo)：

（1）系統(tǒng)可靠性：可用率超過99.99%；

（2）系統(tǒng)時(shí)鐘精度：穩(wěn)定性：< ± 1.0E-6（25±5℃）；時(shí)間誤差：<±5毫秒（有標(biāo)準(zhǔn)鐘）

（3）SOE分辨率及時(shí)間同步精度

RTU內(nèi)：1ms 系統(tǒng)內(nèi)（RTU間）：<20ms

（4）CPU負(fù)荷率

平均CPU負(fù)荷<40%

（5）系統(tǒng)平均無故障時(shí)間：3000小時(shí)

三、 SCADA系統(tǒng)調(diào)度端結(jié)構(gòu)類型

1、 集中式。系統(tǒng)特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)之間采用接口與接口的連接方式，可達(dá)到一機(jī)多用的模式，在硬件上節(jié)約資源，但缺點(diǎn)是軟件的功能模塊之間界面不清晰，信息交換困難，運(yùn)行維護(hù)比較復(fù)雜，成本較高。

2、分布式。配置特點(diǎn)：集SCADA系統(tǒng)為一體，功能節(jié)點(diǎn)可分散可集成，配置靈活，把各項(xiàng)功能進(jìn)一步分散到多臺(tái)計(jì)算機(jī)中去，有局域網(wǎng)絡(luò)將各臺(tái)計(jì)算機(jī)連接起來，主網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用雙LAN進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，提高了網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性，主、備數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通過第三網(wǎng)絡(luò)接口連接至企業(yè)MIS，實(shí)現(xiàn)與外部系統(tǒng)的開放數(shù)據(jù)訪問，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)均采用主-備結(jié)構(gòu)的雙機(jī)熱備份冗余配置，當(dāng)一節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，另一節(jié)點(diǎn)升級(jí)為主服務(wù)器。分布式在硬件接口和軟件接口中都遵循一定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使不同廠家的產(chǎn)品容易互聯(lián)，容易擴(kuò)充，形成開放系統(tǒng)。

四、SCADA調(diào)度端分析管理的功能

1、調(diào)度端可設(shè)置系統(tǒng)分析工作站主要用于對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的分析，根據(jù)接入系統(tǒng)監(jiān)控范圍的供電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息、歷史事項(xiàng)對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)做出全局分析。2、對(duì)于常見事故或，對(duì)此供電設(shè)備進(jìn)行分析處理，判斷事故經(jīng)常發(fā)生的地點(diǎn)、時(shí)間及原因。3、設(shè)置有效的緊急預(yù)案，可保證供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，預(yù)防和減少事故的發(fā)生，同時(shí)對(duì)事故發(fā)生后提出有效的解決方案，在分析工作站上完成調(diào)用故障錄波，負(fù)荷錄波，故障報(bào)告等信息。4、調(diào)度端分析管理功能還可生成各種與調(diào)度管理相關(guān)的報(bào)表、文檔，完成相應(yīng)的牽引供電系統(tǒng)調(diào)度管理提供了讀寫整定和整定區(qū)切換的接口，實(shí)現(xiàn)道閘作業(yè)管理，檢修計(jì)劃管理和接觸網(wǎng)作業(yè)管理。

五、SCADA系統(tǒng)調(diào)度端發(fā)展趨勢(shì)

客戶/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)，是指網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)的提供方式，請(qǐng)求服務(wù)的一方叫客戶方，提供服務(wù)的一方叫服務(wù)器方。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布信息、分布數(shù)據(jù)，可以集中管理、安全可靠和數(shù)據(jù)一致性強(qiáng)，特性良好的人機(jī)界面，多用戶共享主機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源和外設(shè)資源，用戶需要的各種信息都可在客戶機(jī)上得到，用戶可通過客戶機(jī)交互工作界面，直接處理從服務(wù)器及其他客戶機(jī)得到的數(shù)據(jù)，共享資源能力強(qiáng)，使用分布式管理，均衡了負(fù)載，性價(jià)比高，降低系統(tǒng)成本；缺點(diǎn)是不同應(yīng)用使用不同客戶端軟件，維護(hù)工作量大，每一次的升級(jí)要更新所有客戶端，可移植性和可擴(kuò)展性差，無法滿足軟件規(guī)模的擴(kuò)大和集成的迫切需要。

瀏覽器/服務(wù)器（B/S）結(jié)構(gòu)，是將瀏覽器技術(shù)運(yùn)用于SCADA系統(tǒng)，對(duì)擴(kuò)大實(shí)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，減少了維護(hù)工作量；傳統(tǒng)的人機(jī)界面將保留，主要供調(diào)度員使用，管理部分用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器通過WEB訪問服務(wù)器，實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；缺點(diǎn)是應(yīng)用服務(wù)器運(yùn)行數(shù)據(jù)負(fù)荷較重，一旦服務(wù)器崩潰，后果不堪設(shè)想。

現(xiàn)今高鐵技術(shù)發(fā)展迅速，普通分布式結(jié)構(gòu)不太適用于高鐵牽引供電，需要新的技術(shù)進(jìn)行支持。

面向服務(wù)構(gòu)架SOA，是三層或N層架構(gòu)模式強(qiáng)調(diào)松散耦合和中立的接口定義，將應(yīng)用程序的功能單元稱為服務(wù)，這些服務(wù)之間通過定義良好的接口和契約聯(lián)系起來，接口采用中立的方式進(jìn)行定義，獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語言，這種接口方式也稱為松耦合。松耦合有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一是靈活性優(yōu)越，二是適應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)用程序的變化。當(dāng)應(yīng)用程序的每個(gè)服務(wù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實(shí)體發(fā)生改變時(shí)，它可以繼續(xù)存在。

SOA的優(yōu)勢(shì)是可以充分利用現(xiàn)有的資產(chǎn)，從現(xiàn)有的資源中獲取價(jià)值；更易于集成和管理復(fù)雜性，將基礎(chǔ)設(shè)施和發(fā)生改變帶來的影響降到最低；提高軟件的更新速度，減少軟件開發(fā)周期，包括收集需求、設(shè)計(jì)、開發(fā)和測(cè)試的時(shí)間；更有效的減少成本和增加重用，通過松散耦合方式公開的業(yè)務(wù)服務(wù)，是企業(yè)能夠根據(jù)業(yè)務(wù)要求輕松的使用和組合服務(wù)。SOA未出現(xiàn)前，之前的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在技術(shù)上有很多不足，比如說在不同平臺(tái)上很難共享組件，不能簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的內(nèi)部操作，不能越過防火墻共享信息，更不能和外部系統(tǒng)共享信息，這些都給工作人員帶來很大的不便，而SOA這種技術(shù)就可以解決分布式結(jié)構(gòu)所解決不了的難題。SOA的綜合構(gòu)架包括牽引供電系統(tǒng)客戶端、服務(wù)層、業(yè)務(wù)層和表示層（圖1）。

在統(tǒng)一的硬件基礎(chǔ)構(gòu)架上，可采用雙機(jī)、雙網(wǎng)、雙儲(chǔ)存熱備方式，采用高擴(kuò)展的服務(wù)器、模塊化的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和UPS設(shè)備，可保證具有較高的硬件擴(kuò)展性。

現(xiàn)如今高速鐵路迅速發(fā)展，我國(guó)客運(yùn)專線規(guī)劃四橫四縱以及三條城際快速客運(yùn)系統(tǒng)，建設(shè)1.2萬公里客運(yùn)專線，SOA構(gòu)架系統(tǒng)更適用于高速鐵路的SCADA系統(tǒng)，需要統(tǒng)一的應(yīng)用集成平臺(tái)幫助快速整合內(nèi)部業(yè)務(wù)，形成靈活、易變、統(tǒng)一的自適應(yīng)的智能化鐵路信息系統(tǒng)，但也有一些困難，需面臨大容量、高擴(kuò)展、長(zhǎng)周期的局面。我國(guó)正經(jīng)歷高速鐵路發(fā)展階段，應(yīng)按照規(guī)范分布進(jìn)行實(shí)施，結(jié)合鐵路內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)一套適合當(dāng)今鐵路牽引供電的標(biāo)準(zhǔn)，具備更先進(jìn)、更成熟、更安全、更可靠的SCADA系統(tǒng)。

六、結(jié)束語

牽引供電SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用，可以提高牽引供電的整體功能和管理水平，在鐵路牽引供電行業(yè)特別是高速鐵路的應(yīng)用向著校準(zhǔn)化、智能化和可靠的方向發(fā)展。牽引供電SCADA系統(tǒng)的調(diào)度端是整個(gè)系統(tǒng)的核心內(nèi)容，采用高可靠性，自動(dòng)化程度高的系統(tǒng)，特別是調(diào)度端SOA構(gòu)架將是國(guó)內(nèi)牽引供電系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。總之，未來牽引供電的發(fā)展還需不斷總結(jié)、測(cè)試、分析，最終得出最佳方案，使?fàn)恳╇姼F(xiàn)代化，更合理化。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王亞妮.《變電所綜合自動(dòng)化技術(shù)》.中國(guó)鐵道出版社，2008年8月第一版

[2] 程波.《牽引變電所綜合自動(dòng)化》.中國(guó)鐵道出版社，2008年8月第一版

[3] 易小青.《SOA三層構(gòu)架在SCADA系統(tǒng)調(diào)度端的應(yīng)用研究》，2009年5月

[4] TB 10117-2008 鐵路供電調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范