淺議牽引供電SCADA系統調度端的結構組成及發展趨勢

苑雋

【摘要】 主要講述牽引供電SCADA系統調度端的基本概念，組成部分，重點說明調度端的結構、集中式、分布式以及面向服務構架SOA的結構和在我國高速鐵路發展的趨勢。

【關鍵詞】 SCADA系統 調度端 遠動系統 分布式 分析管理功能

在牽引供電系統中，SCADA系統應用較早，且非常廣泛，技術發展也較為成熟，在鐵道電氣化遠動系統中占有十分重要的地位，保證電氣化鐵路安全可靠供電，提高鐵路運輸的調度管理水平，特別是針對近幾年發展迅速的高速鐵路來說，更需要SCADA系統進行一次革新，對現場的運行設備包括牽引變電所、AT所、開閉所、接觸網電動隔離開關進行監視和控制，實現“五遙”功能，在現今的變電所綜合自動化建設中起到了重要的作用。遠動系統是用電氣化手段通過一個或多個相互連接的通道，對遠方出于分散狀態的生產過程的集中監測，控制和集中管理實現“五遙”技術。

SCADA系統是以計算機為主構成的遠方監視控制和數據收集系統，對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。SCADA系統作為能量管理系統中一個最主要的子系統，有著信息完整、正確掌握系統運行狀態、提高效率、快速診斷系統故障狀態等優勢，已經成為牽引供電調度不可缺少的工具。

一、 遠動系統的“五遙”功能

1、遙控：從調度端發出命令以實現遠方操作和切換，如開關的“分”、“合”、故障信號的復歸等，又分為單控、程控；2、遙調：調度端直接對被控站某些設備的工作狀態和參數的調整，如變壓器的電壓等級；3、遙測：將被控站的某寫運行參數傳送給調度端，如有功和無功功率、電度、電壓、電流等電氣參數，溫濕度、接觸網故障點的距離等非電參數；4、遙信：將被控站的設備狀態信號遠距離傳給調度所，如開關位置信號、報警信號等；5、遙視：調度端直接對被控站設備進行遠程監視控制。

二、SCADA調度端的構成和主要技術指標

調度端設在電力調度所內完成遠動對象的監控、數據統計及管理功能等，處理影響整個牽引供電系統正常運行的事故和異常情況，對所有數據進行分析、處理、儲存及打印，以友好人機界面向調度員顯示，轉發其他系統共享，主要設備有服務器、Web服務器、調度員工作站、維護工作站、分析員工作站、計算機網絡、通訊處理設備、大屏幕顯示器、UPS電源、打印機等；

1、根據TB 10117-2008 鐵路供電調度系統設計規范，調度端應符合下列原則：（1）硬件配置應遵循冗余化、分布式配置原則，服務器配置2個及以上中央處理單元，宜采用雙機或多機集群方式互為熱備用；（2）計算機網絡應選擇通用性局域網，冗余配置，采用國際標準化網絡協議；（3）計算機系統配置應選擇滿足遠動系統功能和技術要求的前提下，力求技術先進、成熟，并做到制式統一，資源共享；（4）新建計算機系統應具有良好的可擴性、可維護性、兼容性及較高的可靠性和性能價格比；（5）系統應采用安全隔離措施，保障網絡和信息的安全。

2、SCADA調度端主要技術指標：

（1）系統可靠性：可用率超過99.99%；

（2）系統時鐘精度：穩定性：< ± 1.0E-6（25±5℃）；時間誤差：<±5毫秒（有標準鐘）

（3）SOE分辨率及時間同步精度

RTU內：1ms 系統內（RTU間）：<20ms

（4）CPU負荷率

平均CPU負荷<40%

（5）系統平均無故障時間：3000小時

三、 SCADA系統調度端結構類型

1、 集中式。系統特點：計算機之間采用接口與接口的連接方式，可達到一機多用的模式，在硬件上節約資源，但缺點是軟件的功能模塊之間界面不清晰，信息交換困難，運行維護比較復雜，成本較高。

2、分布式。配置特點：集SCADA系統為一體，功能節點可分散可集成，配置靈活，把各項功能進一步分散到多臺計算機中去，有局域網絡將各臺計算機連接起來，主網結構采用雙LAN進行數據交換，提高了網絡通信的可靠性，主、備數據庫服務器通過第三網絡接口連接至企業MIS，實現與外部系統的開放數據訪問，關鍵節點均采用主-備結構的雙機熱備份冗余配置，當一節點故障時，另一節點升級為主服務器。分布式在硬件接口和軟件接口中都遵循一定的國際標準或工業標準，使不同廠家的產品容易互聯，容易擴充，形成開放系統。

四、SCADA調度端分析管理的功能

1、調度端可設置系統分析工作站主要用于對整個供電系統的分析，根據接入系統監控范圍的供電設備運行狀態的實時信息、歷史事項對整個供電系統做出全局分析。2、對于常見事故或，對此供電設備進行分析處理，判斷事故經常發生的地點、時間及原因。3、設置有效的緊急預案，可保證供電系統的正常運行，預防和減少事故的發生，同時對事故發生后提出有效的解決方案，在分析工作站上完成調用故障錄波，負荷錄波，故障報告等信息。4、調度端分析管理功能還可生成各種與調度管理相關的報表、文檔，完成相應的牽引供電系統調度管理提供了讀寫整定和整定區切換的接口，實現道閘作業管理，檢修計劃管理和接觸網作業管理。

五、SCADA系統調度端發展趨勢

客戶/服務器（C/S）結構，是指網絡中服務的提供方式，請求服務的一方叫客戶方，提供服務的一方叫服務器方。這種結構的優勢是通過網絡發布信息、分布數據，可以集中管理、安全可靠和數據一致性強，特性良好的人機界面，多用戶共享主機系統的數據資源和外設資源，用戶需要的各種信息都可在客戶機上得到，用戶可通過客戶機交互工作界面，直接處理從服務器及其他客戶機得到的數據，共享資源能力強，使用分布式管理，均衡了負載，性價比高，降低系統成本；缺點是不同應用使用不同客戶端軟件，維護工作量大，每一次的升級要更新所有客戶端，可移植性和可擴展性差，無法滿足軟件規模的擴大和集成的迫切需要。

瀏覽器/服務器（B/S）結構，是將瀏覽器技術運用于SCADA系統，對擴大實時系統的應用范圍，減少了維護工作量；傳統的人機界面將保留，主要供調度員使用，管理部分用標準瀏覽器通過WEB訪問服務器，實時監控整個系統的運行狀態；缺點是應用服務器運行數據負荷較重，一旦服務器崩潰，后果不堪設想。

現今高鐵技術發展迅速，普通分布式結構不太適用于高鐵牽引供電，需要新的技術進行支持。

面向服務構架SOA，是三層或N層架構模式強調松散耦合和中立的接口定義，將應用程序的功能單元稱為服務，這些服務之間通過定義良好的接口和契約聯系起來，接口采用中立的方式進行定義，獨立于實現服務的硬件平臺、操作系統和編程語言，這種接口方式也稱為松耦合。松耦合有兩個優點，一是靈活性優越，二是適應系統應用程序的變化。當應用程序的每個服務內部結構和實體發生改變時，它可以繼續存在。

SOA的優勢是可以充分利用現有的資產，從現有的資源中獲取價值；更易于集成和管理復雜性，將基礎設施和發生改變帶來的影響降到最低；提高軟件的更新速度，減少軟件開發周期，包括收集需求、設計、開發和測試的時間；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務服務，是企業能夠根據業務要求輕松的使用和組合服務。SOA未出現前，之前的結構系統在技術上有很多不足，比如說在不同平臺上很難共享組件，不能簡單的實現跨平臺的內部操作，不能越過防火墻共享信息，更不能和外部系統共享信息，這些都給工作人員帶來很大的不便，而SOA這種技術就可以解決分布式結構所解決不了的難題。SOA的綜合構架包括牽引供電系統客戶端、服務層、業務層和表示層（圖1）。

在統一的硬件基礎構架上，可采用雙機、雙網、雙儲存熱備方式，采用高擴展的服務器、模塊化的網絡交換機和UPS設備，可保證具有較高的硬件擴展性。

現如今高速鐵路迅速發展，我國客運專線規劃四橫四縱以及三條城際快速客運系統，建設1.2萬公里客運專線，SOA構架系統更適用于高速鐵路的SCADA系統，需要統一的應用集成平臺幫助快速整合內部業務，形成靈活、易變、統一的自適應的智能化鐵路信息系統，但也有一些困難，需面臨大容量、高擴展、長周期的局面。我國正經歷高速鐵路發展階段，應按照規范分布進行實施，結合鐵路內部標準，建設一套適合當今鐵路牽引供電的標準，具備更先進、更成熟、更安全、更可靠的SCADA系統。

六、結束語

牽引供電SCADA系統的應用，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特別是高速鐵路的應用向著校準化、智能化和可靠的方向發展。牽引供電SCADA系統的調度端是整個系統的核心內容，采用高可靠性，自動化程度高的系統，特別是調度端SOA構架將是國內牽引供電系統自動化技術發展的必然趨勢。總之，未來牽引供電的發展還需不斷總結、測試、分析，最終得出最佳方案，使牽引供電更現代化，更合理化。

參 考 文 獻

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

[2] 程波.《牽引變電所綜合自動化》.中國鐵道出版社，2008年8月第一版

[3] 易小青.《SOA三層構架在SCADA系統調度端的應用研究》，2009年5月

[4] TB 10117-2008 鐵路供電調度系統設計規范