上海石化电力调度自动化系统技术规划方案文档格式.docx
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(1)变电站站控系统:
已部分建成热电一站电气监控系统。
(2)自动调功系统:
新增热电总厂发电机组自动调功系统,供货商为南京力导公司,可实现达到两个功能:
a、根据给定的负荷曲线调节机组出力,要求热电一站、热电二站分别根据给定的负荷曲线调节机组出力,负荷曲线由热电总厂下达到热电一站、热电二站。
b、根据给定的两条(今后可能3条线)与上海电网系统交换容量的220KV线路总量值(总量值可以是零、可以是负、可以是正)调节热电一站、热电二站的机组出力,总量值由热电总厂下达。
(3)量数据采集系统:
新增热电总厂电能量数据采集系统,采集热电总厂范围内的10KV、35KV、110KV、220KV及发电机组的电能量数据。
(4)电气五防系统:
新增热电总厂电气五防及电气操作票生成系统,供货商为珠海优特公司。
(5)MIS系统:
已建成热电总厂OA系统。
(三)上海石化电力系统调度管理中存在的问题和需求
无论是公用事业公司,还是上海石化热电总厂目前都未建立公司级的调度SCADA系统,因此目前系统级的电网调度方式基本上停留在人工调度的阶段,系统监视、控制以及大量的数据采集整理、运行分析工作仍然由调度运行人员人工完成,极大地浪费人力资源,且效率低下。
为了满足经济和社会发展的需要,上海石化电网在今后几年将有更快的发展。
随着用电量的迅速增长,电网不断扩大,结构日益复杂,数据信息大量增加,原有的调度管理方法已经不适应电网发展的形势,公用事业公司和热电总厂迫切需要实现电网调度自动化,提高电网调度运行水平。
调度自动化系统是一项涉及继电保护、远动、通讯、工业控制和计算机软硬件等学科的系统工程,是生产技术的重大改进,是减员增效的有力措施之一;
调度自动化系统所引起的在管理方式上的改进,将会影响企业绝大多数部门的管理工作。
做好调度自动化系统及企业网的规划设计工作,是最终可靠、经济、全面地实现调度自动化功能和企业网的根本保证。
上海石化电力系统在电气系统上有其特殊性,系统覆盖了发电厂、变电站、输配电网等部分组成,因此上海石化电力调度自动化系统有别于传统的电网调度自动化系统,应综合考虑发电厂、变电站、输配电网调度管理的特征。
综上所述,必须对上海石化电力系统现状和需求进行科学的分析,制定出调度自动化系统建设的全局规划,既能满足发展,又要考虑到投资保护,接入、容纳现有的各种自动化子系统。
(四)系统设计目标
本规划设计旨在给出上海石化电力调度自动化系统建设的整体解决方案。
调度自动化系统是利用现代电子技术、计算机、通信技术、软件技术及网络技术,将上海石化电网在线数据和离线数据、电网结构数据进行信息集成,构成完整的区域自动化系统,实现上海石化电网综合调度自动化。
调度自动化建设将充分考虑到公用事业公司和热电总厂目前的运行现状以及发展需求,规划在统一的接口标准以及开放的架构上分层实现的调度自动化主站、站控、厂站自动化。
调度自动化系统将和已有的自动化系统进行有效集成。
逐步增强调度主站端功能,建立发电、供电电网网络模型,并扩充能量管理管理、电网分析、市场管理、辅助决策等功能,最终实现上海石化电力系统的综合调度信息平台。
(五)系统设计内容
本方案就上海石化电力系统调度自动化主站系统实现给出全面设计。
设计内容包括以下部分:
l调度自动化系统总体结构
l调度自动化主站系统软硬件配置和功能规范
l调度信息交换系统的功能规范
l调度主站系统硬件设备清单和工程概算
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二、系统总体方案设计
图2-1上海石化电力调度自动化系统结构
图2-1是上海石化电力调度自动化系统方案的总体结构图,该系统方案采用分层集结原则,系统具有很好的开放性、互连性和可扩充性。
调度自动化系统总体上由公用事业公司调度自动化系统和热电总厂调度自动化系统两大部分组成。
对于公用事业调度自动化系统,除了需要接入集控中心转发的若干变电站信息外,还要接入其他变电站远动信息。
调度自动化系统还要接入电能量采集系统信息。
对于热电总厂调度自动化系统,现场远动信息分别由热电一站、热电二站、石化变监控系统的接口工作站转发获得。
调度自动化系统还要接入电能量采集系统信息,调度自动化系统也需要与自动调功系统进行交互。
在股份公司工作站上,可以监视两个调度自动化系统的全部工况。
同时热电总厂调度自动化系统和公用事业公司调度自动化系统要求数据可以互相转发和备份。
(二)调度主站系统
调度自动化主站系统是整个自动化系统的最高层,负责公用事业公司电网和热电总厂电网所有运行厂站的远方监视和控制管理。
热电总厂调度自动化主站系统除了实现站控中心的所有功能外(SCADA、调度管理),还需要从电网总体角度出发,建立发电以及电网网络模型,实施能量管理以及电网高级应用软件功能。
从而使电网调度自动化水平由“被动接收,简单处理”的SCADA阶段过渡到“主动分析”的EMS阶段。
并在此基础上扩展热电总厂辅助决策功能,建设热电总厂的调度自动化综合信息平台,这是热电总厂电网调度自动化系统的最终目标。
(三)通信系统
对于通信系统,将实现完全基于光纤的以太网通信模式。
无论是厂站RTU或者总控单元设备、集控中心的前置通信管理机,还是调度主站的前置通信管理机,都是等同的网络设备,都可以在基于光纤的局域网中实现基于TCP/IP协议的点对点通信,从而彻底消除常规调度自动化系统中的通信瓶颈,避免多级调度中心逐渐转发,实现调度中心与现场设备快速、可靠的通信。
(四)信息交换系统
信息交换系统实现和其他自动化系统的集成,包括DCS系统、电能量计费系统、OA/MIS系统、电气五防系统、自动调功系统等。
考虑将来可能的其他自动化应用,信息交换系统应保留足够的灵活性。
同时信息交换系统应该考虑足够的安全防范措施,保证调度自动化系统和其他自动化系统的有效安全隔离,防止网络攻击或者病毒侵入。
三、调度主站系统
(一)概述
调度自动化主站系统是上海石化电力自动化系统的最高层次,实现对所有厂区厂站的集中监视控制与信息处理。
调度自动化主站系统除了实现常规的SCADA功能外,也需要实现调度管理功能,实现调度管理无纸化。
除此之外,热电总厂调度自动化主站作为全厂调度中心,应建立全厂发电机以及全网网络拓扑模型和设备模型,并和SCADA系统相结合,实现能量管理硬件电网高级应用软件分析功能,为发电企业调度管理提供辅助决策。
纵观调度主站系统功能,呈献金字塔型结构,底层功能实现为上层更高级应用提供基础和保障,而上层应用是底层应用的功能扩展和提升。
调度主站系统还需要集成各种自动化子系统,接入其他自动化系统信息或者向其他系统提供数据和功能服务。
调度主站系统需要实现向上海市调以及上海石化股份公司的调度信息转发功能。
调度主站需要具有足够的开放性,以满足未来系统扩展的需求。
(二)硬件配置
图3-2调度主站系统硬件配置
(二)调度主站系统硬件配置
调度自动化系统主站计算机及网络配置示意图如图3-2所示,热电厂和公共事业中心分别设立一个调度主站系统。
每个调度主站系统配置2台SCADA服务器用于提供实时数据服务,同时充当系统数据库服务器,数据库服务器配置磁盘阵列,充分保证系统运行的可靠性。
每个调度主站配置2台数据采集工作站(前置机)和间隔层设备直接交互,完成规约转换与数据处理;
2台调度工作站用于实现调度SCADA功能;
1台维护工作站实现系统的日常维护工作。
每个调度系统分别配置一台WEB代理工作站,通过网络物理隔离设备连接外网WEB服务器,向OA系统发布调度系统实时信息。
各调度系统系统经网关(代理工作站)与其他自动化系统实现接口。
两个调度系统通过网关机(或者路由器)实现网络互连。
整个系统采用双网冗余结构,SCADA服务器、前置机均采用双机配置,确保系统的可靠性。
股份公司以及其他用户只通过WEB访问就可以获取系统实时运行工况。
(三)软件配置
对于调度自动化主站系统的软件系统结构和集控中心基本相同。
在系统配置上扩充了若干功能。
系统统一采用Windows操作系统平台,采用计算性能强,可靠性高的服务器作为服务器端的硬件平台,选用大型商用数据库作为数据库支撑平台(MSSQLServer)。
客户端选择高性能的PC图形工作站,服务器与工作站在网络环境下构成分布式系统。
SCADA功能是调度主站系统的基础和核心,通过SCADA系统实现了全网范围内电气设备运行工况的监视以及运行设备的远方控制。
和站控中心相比,调度自动化主站系统需要接入更多的间隔信息。
因此调度自动化主站和站控中心相比,有更高的硬件配置需求。
调度SCADA系统的实时信息通过WEB系统向MIS网发布;
调度自动化网络与MIS网通过WEB服务器隔离。
在调度SCADA基础上建立调度管理模型,实现调度管理功能,如日志管理、两票管理、缺陷管理、检修管理等,实现调度无纸化,提高企业工作效率。
调度自动化主站接入了所有间隔层设备,具有全网的测量信息。
在此基础上建立面向全网电气设备的发电模型和电网拓扑模型,并建立设备参数模型以及设备测量配置模型。
建立了和SCADA相关的网络模型就可以实现能量管理功能以及电力系统高级应用软件分析功能,比如AGC、AVC、机组优化组合、经济调度、网络拓扑、状态估计等。
在电力市场机制下,热电总厂调度主站系统不可避免地需要实现部分发电侧辅助决策功能,利用底层完整的电网信息模型为发电侧竞价上网提供技术支持。
调度主站系统将最终实现辅助决策功能,为公用事业公司以及热电总厂的运行、管理和发展提供技术依据和导向。
四、调度主站系统产品选择
(一)产品选择
调度主站系统选用上海申瑞电网控制系统有限公司的成熟SCADA产品Super-2000系统。
Super-2000系统设计定位为电力系统实时图形组态平台,系统基于客户服务器体系结构,具有功能强大的组态功能,性能优异,在国内电力系统有数百套运行经验。
系统采用UNIX/Windows操作系统混合平台,服务器端可采用UNIX操作系统,客户端采用Windows操作系统;
系统采用计算性能强,可靠性高的UNIX服务器作为服务器端的硬件平台,选用大型商用数据库作为数据库支撑平台(ORACLE)。
客户端选择高性能的图形工作站作为调度与应用工作站。
服务器与工作站在网络环境下构成分布式系统,客户端SCADA应用通过Super-2000客户端网络环境与服务器端的数据、应用服务通信。
基于Super-2000系统开放的API接口可以灵活扩展新应用,便于实现能量管理功能,或者扩展其他自动化系统功能。
两套Super-2000系统可以实现数据互相转发,只需要配置转发端口和规约即可,在网络环境下,通过104规约互相转发数据。
Super-2000系统的SCADA服务器可以同时写多个数据库服务器。
除了本系统的双数据库服务器外,可配置另外一个系统的两个数据库服务器为系统的第三、第四数据库服务器,实现数据冗余备份。
(二)、Super-2000系统结构和特点
Super-2000系统基于客户/服务器(Client/Server)体系,但已经具备多层(N-Tier)体系特征。
针对数据源的不同,系统应用环境可分为实时环境和离线环境。
实时环境下主要实现针对实时数据库的应用。
实时环境在逻辑上由两部分组成,即实时服务器系统(Server)和实时客户机系统(Client)。
服务器系统负责实时数据库的维护,完成SCADA系统实时数据采样、处理、告警监视、控制等核心任务,并以服务的形式向客户端提供基本的功能调用,如实时数据库的操作,实时控制命令下发,告警信息获取等。
客户机负责提供用户界面,以各种直观的形式(如文字、表格、图形、声音、动画等)维护系统模型,显示系统的运行状况,完成各种SCADA和PAS客户端应用。
Super-2000系统的各种服务器端应用构成了实时系统的应用层,而服务器端网络服务和客户端和前置网络服务则构成了跨网络环境的系统通信软总线,整个实时系统具备多层结构的特征。
实时环境下的服务器端和客户机端的网络服务程序采取了基于TCP/IP协议的通信模式,因此服务器应用和各种客户机应用可以分布运行在基于局域网/广域网环境下的多种硬件平台上。
前置通信系统作为一个特殊的客户端应用存在,通过前置网络接口与服务器运行环境交互,通过调用数据服务把通过RTU采集的数据写入实时数据库。
同时服务器端的控制服务也通过前置网络接口与前置通信系统交互,完成控制命令的下发。
离线环境主要是针对历史(商用)数据库的应用,包括报表处理,历史数据管理等。
在这种应用环境中,系统为典型的客户/服务器工作模式。
离线环境也可以方便扩充应用层,扩展系统为三层次体系结构。
WEB服务的实时部分采用了基于ActiveX控件的实现方案,此时WEB服务作为一个实时客户端应用和实时系统交互,获取实时运行信息。
同时系统的WEB服务器又和历史数据库通过ODBC接口直接交互,查询、检索、编辑历史数据。
Super-2000系统采用基于TCP/IP协议的客户/服务器体系结构,完全保证数据的一致性,并能使系统信息资源在广域网范围内实现共享。
Super-2000系统前置机和服务器之间、服务器和客户机之间的网络通讯和数据传输采用基于可靠连接的网络通信方式。
前置机和服务器之间的数据交换,客户机和服务器之间的数据交换,客户机与服务器之间的控制命令传递,服务器和前置机之间控制命令的传递,都基于可靠连接的点对点通信方式。
这种基于可靠连接的网络通信方式,能完全保证数据传递的可靠性和完整性。
常见的简单冗余分布式SCADA系统中由于采用不可靠连接的广播通信方式而造成的事件信息丢失以及遥控操作成功率低等情况在Super-2000系统中可彻底避免。
商用数据库服务器、实时数据库服务器、客户机、前置机、WEB服务器在Super-2000系统中只在逻辑功能意义上作这样的划分。
某种类型的节点只是装设了相应软件系统,并完成某种功能,系统没有对硬件设备作出任何特殊需求,所有的功能节点可以分布在系统中任何的硬件平台上。
在硬件实现上,服务器实现商用、实时数据库服务器功能,在Super-2000系统中起核心作用;
从系统可靠性要求考虑,可以配置双服务器甚至多服务器。
前置机是特殊类型的客户机,完成系统和现场远动设备的实时数据采集以及控制接口任务,根据具体情况可配单机或双机,前置机完全可以和服务器共用同一硬件平台。
客户机完成Super-2000系统客户端应用功能,根据需要可以配备任意多台。
Super-2000系统客户机和其他简单分布式SCADA系统的工作站不同,客户机不拥有自己的实时数据库环境,所有需要的数据及信息均取自于服务器,所以每台客户机在任何时候均可以开启或关停而不影响系统历史数据及信息查询。
系统支持多网环境,所有的客户端应用和服务器之间的通信都可以自动选择可连通的网络环境,充分保障系统通信的可靠性。
三)信息交换系统
Super-2000前置通信系统(前置机)基于以下基本思想设计:
前置机是特殊的客户机;
允许系统在线扩充新的规约。
前置机是一类特殊的客户机,主要体现在和系统服务器进行交互时使用的客户端网络服务通信接口和一般客户机节点的网络服务通信接口不同,主要完成通信规约处理后的实时数据传输以及服务器端控制命令的下发。
Super-2000前置通信系统和服务器的网络服务通信接口也采用了基于TCP/IP协议的点对点可靠通信连接方式,和传统SCADA系统的基于UDP协议的不可靠广播通信连接方式相比,大大减轻了系统通信开销,同时也极大地提高了数据传输的可靠性和准确性。
允许系统扩充新规约则是对系统开放性的基本要求。
传统的SCADA系统虽能为用户提供多种规约,但更改和追加新的规约,都必须依赖于生产厂家,而且需要更新前置系统的通信程序。
Super-2000系统采用了“即插即用”的前置通信设计方案,对应每一种规约提供一个单独的可执行应用程序,系统支持在线动态修改或者添加加新的规约处理程序而不影响系统的正常运行。
Super-2000系统提供完整的编程接口,用户或第三方厂商可以自行开发新的规约处理程序。
Super-2000的前置通信系统是一个逻辑概念,完全由软件系统实现。
由一个通信控制程序(WdCcm.exe)和多个规约处理程序组成,可以运行在单独的硬件平台上,也可以和服务器或客户机共用一个硬件平台。
Super-2000前置系统的设计与具体的硬件通信设备以及通信模式无关,无论和常规的RTU设备通过串行方式通信,还是和网络RTU设备通过TCP/IP协议通信;
无论是和电力系统的RTU通信,或者是与其他行业(水、气)的RTU通信;
也无论是与物理的硬件设备(比如模拟屏、双机切换装置、FTU),或者其他逻辑通信单元(转发远方调度、五防系统等)进行通信,唯一的区别仅在于规约处理程序的不同,系统体系结构无需改变。
Super-2000系统的服务器程序、通信管理程序、规约处理程序、物理通信设备之间的关系正如同应用程序、操作系统、设备驱动程序、物理外设。
在这个意义上讲,Super-2000的前置系统具有无限可扩充的特性。
此外,Super-2000系统服务器可同时有多个前置机,前置机也可以同时连接多个服务器;
系统可方便构筑分层、分布的远动通信系统。
Super-2000系统前置系统的体系结构特征,是Super-2000系统可以方便地和各种自动化系统实现信息交换的根本保证。
1、与DCS接口
Super-2000系统的实时数据库系统提供开放的API接口,可以向其他系统提供实时数据。
对于DCS系统中的信息,只要DCS系统提供标准的访问接口规约,利用Super-2000系统灵活的规约处理体系可方便接入DCS中的各种实时工况信息。
2、OA/MIS系统接口
Super-2000WEB系统提供Super-2000调度自动化系统的WEB支持。
与Super-2000系统运行环境通过局域网/广域网相连的任何计算机,都可以在一定权限控制下通过WEB浏览器完成如下功能:
浏览实时画面;
查询历史报表;
查询历史事件记录;
查询并修改历史采样数据、计划数据;
WEB用户权限管理。
如图7-1所示,Super-2000WEB系统的实时画面显示功能通过在HTML页面中嵌入ActiveX控件(RealGraph.ocx)实现。
RealGraph控件封装了Super-2000画面浏览器的核心功能,提供Super-2000图形文件的显示。
图形文件存放在WEB服务器的FTP站点上,RealGraph支持FTP站点上的图形文件自动下载和更新。
同时RealGraph负责和WEB服务器的Super-2000客户端网络服务程序WdWrk通信,完成实时数据交换。
此时WEB服务器上的Super-2000客户端网络服务程序充当一个“实时数据转发中心”的角色,客户端网络服务程序一面和实时数据库服务器通信,访问实时数据;
一面接受WEB客户端的请求,发送实时数据。
因此对于实时系统来讲,整个WEB系统就相当于一个客户端应用,因此不会因为WEB用户的增加而增加系统开销。
报表查询、历史事件查询、用户管理等功能基于ASP技术实现,根据用户的查询条件从历史数据库或者报表文件目录中查询出用户所需信息,生成HTML页面返回给WEB浏览器。
Super-2000系统在生成系统报表的时候自动把Excel格式的报表另外保存为HTML格式,这样,根据用户的查询条件,可以方便地提交报表HTML文件到浏览器。
对于历史数据修改功能,Super-2000WEB系统基于ISAPI实现。
图7-1Super-2000WEB系统结构图
3、与自动调功系统接口
自动调功系统提供基于RS-232接口的规约,Super-2000系统可方便接入此类规约并根据AGC计算结果下发控制目标。
4、与电气五防系统接口
电气五防系统类似RTU设备提供RS-232接口规约,Super-2000系统可方便接入此类规约并根据电气五防系统的闭锁条件闭锁相应的遥控。
5、与电能量采集系统接口
电能量采集系统提供基于RS-232接口规约,Super-2000系统可方便接入此类规约并对采集到的实时数据进行数据处理或者图形组态。
建议采用国际标准的电能量采集系统规约IEC-60870-5-102。
6、网络物理隔离方案
根据国家经贸委30号令,电力系统实时调度系统必须与其他计算机信息系统实现物理安全隔离。
本方案设计采用珠海鸿瑞的网络物理隔离设备,配合Super-2000系统,实现调度SCADA系统和外网的物理安全隔离。
系统结构如下。
图7-2物理隔离实现方案
如图7¬
-2所示,物理隔离设备连接内网、外网。
物理隔离设备提供文件服务,内网文件可以安全地通过隔离设备提交到WEB服务器上。
此外物理隔离设备只允许内网到外网的单向TCP/IP连接,反向连接相应不超过四个字节。
内网的WEB代理为Super-2000系统客户机,存储有系统的图形画面以及报表模板文件,可通过物理隔离设备提供的文件服务提交到WEB服务器上。
此外,当系统实时数据库发生改变后(记录修改),WEB代理上将自动生成一个数据库结构描述文件,此文件也将同时提交到WEB服务器上。
WEB服务器将安装完整的Super-2000系统,WEB服务器作为一个独立的SCADA系统运行。
WEB服务器的实时数据来自WEB代理的实时数据转发,因此WEB代理工作站同时也是内网Super-2000系统的一个前置机。
转发规约采用DL476-92,转发方为客户端(WEB代理),接收方为服务器(WEB服务器),这样就可保证单向TCP/IP连接。
同时WEB服务器上安装Super-2000WEB子系统,向外围局域网用户提供WEB服务。
采取上述策略可保证内网与外网的安全隔离,可有效防止病毒侵入或者黑客攻击。
五、结论
作为电力系统的生产指挥自动化系统,电力调度自动化的正确设计和产品选择关系到整个电力系统的安全、稳定生产的关键,一个良好的前期规划设计将决定后期实施方案的顺利实现,我们有
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