1 智能變電站SCADA概述
智能電網中的智能化變電站是采用先進的、可靠的、節(jié)能的、環(huán)保的、集成的設備組合而成的，以高速網絡通信的平臺為信息傳輸?shù)幕A，自動地完成信息的采集功能、測量功能、控制功能、保護功能、計量功能和監(jiān)測功能等基本功能，并可根據需要支持電網產時自動控制、智能調節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級應用功能。智能化變電站的特點是通過采用先進的電子式傳感器、電子、信息、通信、控制、人工智能等技術，以智能化的一次設備和統(tǒng)一的信息平臺為基礎，實現(xiàn)變電站的實時全景監(jiān)測、自動運行控制、設備狀態(tài)的檢修、運行狀態(tài)的自適應、智能分析決策等功能，對智能電網進行安全狀態(tài)評估、預警和控制，優(yōu)化智能系統(tǒng)的運行，實現(xiàn)新能源的實時接入和退出，并與調度中心、電源及相關變電站能夠協(xié)同互動提供支撐。
2 智能變電站SCADA系統(tǒng)方案介紹
2.1 與傳統(tǒng)變電站自動化的區(qū)別
在信息采集方面，數(shù)字化變電站對數(shù)據的全面數(shù)字化采集、傳輸和共享，而智能變電站全面覆蓋的智能傳感器根據分析要求進行采集；在通信方面，數(shù)字化變電站采用高速可靠的數(shù)字化通信，而智能變電站采用多種通訊介質實現(xiàn)的集成的、雙向的通信；在決策方面，數(shù)字化變電站根據系統(tǒng)實時狀態(tài)給出準確的處置方案，而智能變電站實時評估，快速判斷，并自動生成控制策略；在控制方面，數(shù)字化變電站根據輔助決策結果進行人工控制，而智能變電站，智能控制系統(tǒng)對人工的代替，實現(xiàn)電網自愈。
2.2 智能變電站拓撲圖
智能變電站拓撲圖如下所示：
變電站到調度中心模型分布如下圖所示：
2.3 智能變電站關鍵性技術
智能變電站的關鍵技術使得智能變電站與傳統(tǒng)變電站的區(qū)別如下：
（1）智能變電站系統(tǒng)應是一種面向服務的架構？（SOA）
（2）建立起以設備為對象的分布式智能節(jié)點。實現(xiàn)既分布又協(xié)同的信息共享機制。
（3）從業(yè)務需求出發(fā)。把技術問題、經濟問題、管理問題統(tǒng)籌考慮。實現(xiàn)能量流、信息流、業(yè)務流一體化。
（4）通過智能電子裝置（IED）整合有價值的能量流、信息流。突出標準化規(guī)范化。強調功能性和互操作性。提供模型統(tǒng)一、規(guī)約統(tǒng)一、時標統(tǒng)一、來源唯yi的高品質基礎信息。
（5）智能變電站作為智能電網的基礎環(huán)節(jié)，將統(tǒng)一和簡化變電站的數(shù)據源，形成基于同一斷面的唯yi性、*性基礎信息，以統(tǒng)一標準方式實現(xiàn)變電站內外的信息交互和信息共享，形成縱向貫通、橫向互通的電網信息支撐平臺，并提供以此為基礎的多種業(yè)務應用。
（6）采用更加高速（快速以太網）和更加經濟的技術手段。傳輸變電站內外信息，包括與變電站。相關電源。負荷及線路的信息。掌握整個電網的狀態(tài)。
（7）將高級調度中心的部分功能下放到智能變電站實現(xiàn)。智能變電站系統(tǒng)管理好站內網絡數(shù)據的同時可以根據運行需求，以更高的頻率來儲存數(shù)據。實現(xiàn)基于實時數(shù)據倉庫的數(shù)據挖掘，完成智能電網所要求的高級分析和優(yōu)化功能。
（8）智能變電站（Smart Substation）建設需要采用先進的理念重新設計新建變電站。也需要采用先進的技術改造現(xiàn)有變電站，以便遠程監(jiān)測臨界和非臨界運營數(shù)據。分析和處理大量實時數(shù)據。將斷路器、變壓器、變電站的環(huán)境因素等數(shù)據進行綜合分析。并與相臨變電站互通信息。
2.4 通訊標準化
智能變電站和常規(guī)變電站在站內通信協(xié)議上的主要差別是分別采用了IEC61850標準和60870-5-103傳輸規(guī)約，兩者應用范圍差別較大，IEC?61850?標準定義了變電站內智能電子設備之間的通信和相關的系統(tǒng)要求，對變電站內自動化系統(tǒng)做出了全面詳細的規(guī)范和描述。IEC61850?標準采用了開放的協(xié)議并支持設備自我描述，面向對象的建模技術，具有強大的可擴展性。 IEC61850標準分為系統(tǒng)部分（IEC61850-1、2、3、4）、配置部分（IEC61850-6）數(shù)據模型、通信服務及映射部分（IEC61850-7、8、9）、測試部分（IEC61850-10）四大類，包括十部分內容。
3 QTouch在智能變電站上的SCADA方案
3.1 QTouch技術特點
3.1.1 系統(tǒng)開放性
1）系統(tǒng)遵循已頒布的各種、國內標準，滿足開放性的要求，支持IEC60870，IEC60970，DL/T645，DNP3.0，EtherNet，ProfiNet等規(guī)約。
2）系統(tǒng)的數(shù)據庫由自行開發(fā)的實時數(shù)據庫和大型商用關系數(shù)據庫兩部分組成，提供統(tǒng)一標準的實時數(shù)據庫與歷史數(shù)據庫訪問接口，支持如MySQL、SQLServer、Oracle等數(shù)據庫。
3）支持IEC61850數(shù)字化變電站標準。
4）圖形系統(tǒng)基于標準的跨平臺圖形引擎，可在Windows、Unix、Linux等各種操作系統(tǒng)下運行。
5）網絡通信采用標準的TCP/IP，HTTP協(xié)議。
6）系統(tǒng)能夠使用微機、服務器、高檔RISC工作站等各種硬件，當系統(tǒng)需要進一步擴展時，可較容易地將各種計算機廠家的工作站服務器接入網絡。
7）系統(tǒng)具有良好的擴展能力。系統(tǒng)軟件可以選用各種主流的操作系統(tǒng)和關系數(shù)據庫軟件，同時采用了針對電力系統(tǒng)的面向對象的數(shù)據結構和程序設計、三層體系結構、組件等技術，提供標準的應用函數(shù)及調用接口，方便系統(tǒng)功能的擴充及用戶的二次開發(fā)，在不過多依靠廠家的情況下，容易地增加和開發(fā)新的應用軟件，將系統(tǒng)的開放性延伸到了應用系統(tǒng)。
3.1.2 系統(tǒng)分布性
1）系統(tǒng)采用全分布式的功能設計和網絡結構，所有功能均采用Client Server模式。在網絡環(huán)境下，實現(xiàn)數(shù)據共享功能。
應用軟件按功能分配到網絡上的服務器和工作站上，所有功能模塊既可以集中在一個節(jié)點2）上運行，也可以分布到不同的節(jié)點上運行。充分優(yōu)化各節(jié)點資源，保證系統(tǒng)的負荷均衡和網絡負荷小，以防止功能分布不當而引起通信的“瓶頸”效應。
3.1.3 系統(tǒng)可用性
SCADA系統(tǒng)關鍵節(jié)點采用冗余配置，以保證系統(tǒng)內任一節(jié)點故障不至引起重要功能的喪失和響應靈敏度低于系統(tǒng)性能要求。SCADA系統(tǒng)在完成主要功能的前提下，滿足以下性能指標：系統(tǒng)年可用率不小于99.98%；系統(tǒng)運行壽命大于15年。
可采用Windows 2000 Server或UNIX操作系統(tǒng)，數(shù)據庫采用Sybase、Oracle、DB2、SQL Server等。
支撐軟件和應用軟件成熟可靠，可維護性強、操作簡便。
3.2 QTouch系統(tǒng)配置
3.2.1 系統(tǒng)配置特點
系統(tǒng)按規(guī)模從小到大可分別采用單機、雙機、多機三種結構。多機情況下可采用單網或雙網兩種網絡結構。
采用多機結構時，按功能分為以下節(jié)點：前置機、后臺服務器、調度工作站、維護工作站、WEB服務器、物理隔離裝置。
整個系統(tǒng)采用開放式設計，能接入不同廠家的不同設備。
硬件平臺：支持多種基于RISC技術的服務器和工作站如：ALPHA系列、SUN系列、IBM、HP或Intel系列PC等。
操作系統(tǒng)：POSIX/UNIX，LINUX或Windows系列操作系統(tǒng)。
語言：C、C++，JAVA等。
網絡：采用分流/冗余的雙網機制，遵循ISO-OSI七層網絡參考模型、TCP/IP、X.25、PPP等。
數(shù)據庫： 關系型/SQL/CLIENT-SERVER體系結構， 如：SQL Server，Sybase，Oracle，DB2 等。
圖形人機接口：X-WINDOW系統(tǒng)；OSI/MOTIF，Windows系列。
3.3 SCADA功能
SCADA系統(tǒng)是整個系統(tǒng)基本也是重要的部分，是調度員了解電網系統(tǒng)運行狀態(tài)并進行監(jiān)控的主要手段，它包括以下功能：
數(shù)據采集
數(shù)據處理（包括計算量的處理）
控制和調節(jié)
事故追憶（PDR）
事件順序記錄（SOE）
報警處理
系統(tǒng)時鐘和時鐘同步
與大屏幕投影系統(tǒng)接口
通道監(jiān)視與統(tǒng)計
網絡拓撲和動態(tài)著色
實時數(shù)據庫
人機聯(lián)系
3.3.1 數(shù)據采集和處理
數(shù)據采集量如下：
1）遙測量：有功功率和無功功率、電流、電壓、其它測量值；
2）遙信量：開關位置、刀閘位置、有載調壓變壓器抽頭位置、無功補償狀態(tài)、開關儲能信號、各種告警信息；
3）電度量；脈沖電度量及轉發(fā)脈沖電度量；
4）接收其它SCADA系統(tǒng)中的實時數(shù)據。
3.3.2 監(jiān)控畫面如下：
5 6 系統(tǒng)可靠性
為保證系統(tǒng)的可靠性，可采用雙機、雙網冗余的技術手段 ，主要文件和數(shù)據庫都有鏡像備份；
系統(tǒng)的年可靠率>99.9%；
單元（模塊）器件平均*時間>50000小時；
重要（關鍵）器件平均*時間>100000小時。
運行壽命：
所有設備的壽命在正常使用（具有一定備品）條件下不少于15年；
所有設備在給定的性能指標下運行，連續(xù)4000小時內不需要人工調整和維護。
系統(tǒng)實時性指標：
遙測量越死區(qū)傳送時間<3秒；
遙信變位傳送時間<2秒；
遙控、遙調命令傳送時間<1秒；
系統(tǒng)實時數(shù)據掃描時間1——10秒（可調）；
計算機遠程網絡通信中實時數(shù)據傳送時間<3秒；
畫面調用響應時間<2秒；
畫面實時數(shù)據刷新周期1——10秒（可調）；
模擬屏數(shù)據刷新周期2——5秒；
在線熱備用雙機自動切換及功能恢復的時間<15秒
數(shù)據存檔小時間間隔為1s（事故狀態(tài)下），長保存周期為2年。
準確度：
遙測正確率>99.5%；
遙信正確率>99.99%；
遙控準確率=；
遙調準確率=。
事件順序記錄（SOE）分辨率：
系統(tǒng)分辨率≤10ms；
站內分辨率≤2ms。
系統(tǒng)事故追憶（PDR）時間：
系統(tǒng)事故前追憶時間15分鐘；
系統(tǒng)事故后追憶時間20分鐘；
系統(tǒng)事故追憶數(shù)據掃描周期2——10秒。
系統(tǒng)的負載率指標：
電網正常情況下：
在任意5分鐘內，服務器CPU的平均負荷率≤20%；
在任意5分鐘內，MMI工作站CPU的平均負荷率≤30%；
在任意5分鐘內，主站局域網的平均負荷率≤10%。
電網事故狀態(tài)下：
在任意1分鐘內，服務器CPU的平均負荷率≤30%；
在任意1分鐘內，MMI工作站CPU的平均負荷率≤40%；
在任意1分鐘內，主站局域網的平均負荷率≤20%。
系統(tǒng)的可用性：
系統(tǒng)在工程環(huán)境中的因素，系統(tǒng)的可用性：≥99.95％。
系統(tǒng)的容錯性：
軟、硬件設備具有良好的容錯能力，當各軟、硬件功能與數(shù)據采集處理系統(tǒng)的通訊出錯，以及當運行人員或工程師在操作中發(fā)生錯誤時，均不引起系統(tǒng)的任何功能喪失或影響系統(tǒng)的正常運行。對上述故障，系統(tǒng)具有糾錯和自恢復能力。
系統(tǒng)的抗*力：
系統(tǒng)中所有設備具有足夠的抗電磁*力，并符合下列IEC標準：
IEC255-22-1 高頻干擾試驗標準；
IEC255-22-2 靜電放電干擾試驗標準；
IEC255-22-3 輻射電磁場干擾試驗標準。
