SCADAEMSDMS一体化系统主站技术方案

SCADA/EMS/DMS 一体化系统主站技术方案综述目录第一章主站系统的现状及新技术的发展11.1概述 1.1.2电力企业控制中心应用系统现状 1.1.3电力企业控制中心的技术发展3.1.3.1CORBA 中间件技术3.1.3.2国际标准IEC 61970 CIM/CIS与企业集成总线（UIB） 41.4 建设一体化系统主站的技术关键 4.1.4.1 基于中间件技术的分布式运行平台 41.4.2 遵循CIM标准的数据库平台51.4.3 基于CIM的图-模-库一体化的人机交互平台51.5 建设一体化系统的意义5.第二章一体化系统的特点及结构 62.1设计原则6.2.1.1可扩展性和灵活性原则6.2.1.2 标准化和互操作性原则6.2.1.3 先进性和实用性原则 6.2.1.4 安全性和可靠性6.2.2技术特点6.2.2.1 基于中间件技术的一体化平台62.2.2 遵循国际标准IEC 61970 CIM/CIS的数据库平台62.2.3 分层构件化的分布式系统设计72.2.4 基于 CIM 标准的图-模-库一体化技术72.2.5 强大的网络互联和数据共享能力72.2.6 Web报表和Web浏览技术72.2.7 面向对象的模块化电力应用软件包 72.2.8 面向电力市场 7.2.3体系结构7.第三章一体化系统的设计方案 93.1 概述 9.3.2 硬件及操作系统平台9.3.3 数据库平台 1.03.4 网络平台1.03.5 应用平台1.13.6 一体化系统方案1.3第四章一体化系统功能概要 15第一章 主站系统的现状及新技术的发展1.1 概述能量管理系统作为电力系统控制中心用于电网监视、控制和优化的计算机系统总称，其 目的是用最小成本保证电网的供电安全性。美国EPRI指出，采取以下措施可在不影响系统 安全性的同时使运行成本有效降低：1）开发控制中心中包含在 EMS/DMS 内或支持 EMS/DMS 的经济的、实时的软件；2）实现控制中心和发电厂间数据的无缝通讯；3）帮助运行人员培训。到目前为止，作为调度自动化系统的 SCADA/EMS 的发展已经历经三代。第一代系统 为70年代基于专用机和专用操作系统的SCADA系统，第二代系统为80年代基于通用计 算机和集中式的 SCADA/EMS 系统，部分 EMS 应用软件开始进入实用化，第三代系统为 90年代基于RISC/UNIX的开放分布式EMS系统（含SCADA应用），采用的是商用关系型 数据库和先进的图形显示技术， EMS 应用软件更加丰富和完善，第三代系统已经有十年的 发展历史。近几年来，随着城市化发展和人民生活质量的提高，发、输电与配电不平衡发展的矛盾 日益突出，表现为供电质量和供电可靠性的脆弱。随着国家对城市配电网和农村电网改造力 度的逐步深入，人们对配电自动化与配电管理系统的认识有了进一步的提高。配电自动化与 管理系统的发展开始进入全面铺开和实用化发展的阶段。电力系统规模不断扩大，电网管理自动化水平不断提高，电力企业由集中“管制”走向“取 消管制”的电力市场化进程不断加快。在这种形势下，电力企业越来越面临着这样的问题： 原有的电网能量管理系统是否能够适应电力市场交易以及安全调度的需要，如何改造才能适 应电力市场化进程的需求？新建的电网能量管理系统怎样才能以最小的投资跟上迅速发展 的计算机软硬件水平更新换代的步伐，同时能够满足不同时期建设、不同厂商开发的各个应 用系统之间的系统互连、信息共享、软件互操作的要求？面对In ter net飞速发展的步伐，新 一代电网能量管理系统的建设应该如何应对才能满足快速变化着的环境的需要？1999年，国际电工委员会（IEC） TC57 WG13工作组针对EMS发布了“IEC 61970 En ergy Man ageme nt System Application Program In terface （即 EMS-API）” 规范，针对 EMS、DMS、TMR （电量计量系统）等各种自动化应用系统互联的需要制定了'IEC 61968 System In terfaces For Distribution Man ageme nt"标准。新的国际标准的确立和应用，必将 为电力企业建立一体化的自动化集成系统提供技术上的保证，同时有利于企业内各“自动化 孤岛”的互连，和不同应用软件的“即插即用”的实现。由于计算机通信技术、网络技术、数据库技术、面向对象技术、 INTERNET 技术以及 软件标准化技术取得了飞速发展，以安全为主的一体化经营的电力生产、输送、分配和消费 过程，开始逐步走向以安全和经济为同等目标的开放电力市场。面向电力市场的新一代调度 自动化系统的技术和运行条件已经具备。1.2 电力企业控制中心应用系统现状目前，电力企业中各业务部门为满足特定的需要，分别安装和开发不同的应用系统，如 实现电网实时监控和运行调度自动化的SCADA/EMS系统；实现配电自动化和配电管理的 SCADA/DMS系统；实现自动绘图、存储电力系统结构进行电力设备管理的AM/FM/GIS（自 动化管理/设备管理/地理信息系统）；实现电能量的自动采集、分析与计费功能的电能量采 集与计费系统（TMR）；实现开放的电能量竞价的电能量交易系统（TMS）；辅助资源管理 和经营管理决策的企业资源规划系统（ERP）等等。这些系统分别承担着电力企业的发、 输、配电网运行和控制、维护、管理、规划、用户服务、计划编制等任务。然而，这些应用 系统关心电力对象的不同方面，对电力对象有自己专门的建模方法，相互之间很少设计成能 够进行自由的数据交换，使得各个应用系统在信息上成为相对孤立的“自动化孤岛”，不易与 其他功能区域交换数据或在企业范围内实现集成。此外，电力应用系统深受计算机工业发展 状况的影响，由于各应用系统开发时间不同，建设模式也不同，因此目前电力企业网中的系 统具有以下共同的异构特征：1）多种计算机硬件平台，如：RISC计算机、PC机等；2）多种操作系统平台，如： UNIX、 Windows NT、 LINUX 等；3）多种数据库平台，如：Oracle、Sybase、Informix、SQL Server等；4）多种开发语言，如： C、 C+、 Java、 PowerBuilder 等。为了使不同厂家、不同时期建设的电力企业自动化应用系统能够做到数据共享、软件互 连，目前国内系统通常的做法是：1 ） 跨部门收集各个应用系统的数据；2）针对专门需要开发点对点的系统接口（如图 1.1 所示）；能量管理系统SCADA/EMS配电管理系统SCADA/DMS设备管理系统AM/FM/GIS电能量计量系统-TMR电力市场交易 系统- TMS企业信息管理 系统- MIS水电调度自动 化系统-RDS二二亠一企业资源规划'、系统-ERP 丿图 1.1 电力企业应用系统现状以上方法缺点是缺乏一种标准的数据库访问接口，同时新建的系统虽然暂时避免了成为 “自动化系统的孤岛”，但是不会建立一种企业自动化系统共享的、高效的分布式数据平台， 其结果是给未来的电力企业市场竞争，增加了更多的“自动化孤岛”。1.3 电力企业控制中心的技术发展1.3.1 CORBA 中间件技术目前电力企业各个应用系统均为独立的设计模式，不同的供应商有自己一套专门的数据 模型。为实现应用系统间的资源共享，用户只有进行相当复杂的点对点集成、繁琐的数据格 式转换。1990年11月，对象管理组织（OMG）在对象管理体系指南一书中首次提出'公共 对象请求代理结构”，以后被人简称为CORBA°CORBA标准的提出，是软件界的一场革命。中间件技术（又称构件技术、组件技术）可以实现灵活的接口定义、执行模块运行时刻 的激活，支持独立于平台和编程语言的对象重用，使开发出的软件具有面向对象、可重用、 可移植及可互操作性等特点。分布式对象计算领域主流技术之一的 CORBA 中间件体系结 构能够实现EMS应用模块在异构环境中的互联、互操作以及信息共享，是满足电力企业自 动化系统一体化应用集成的唯一核心技术。我们知道，分布式软件开发需要解决一系列的兼容问题，主要包括以下五点：1）跨硬件平台，即应用软件可以分布在大型机、 UNIX/NT 工作站、服务器、笔记本 等各种机型的硬件平台上；2）跨操作系统，即应用软件的开发要满足各类UNIX系统，以及Windows NT系统 和 Linux 系统上运行的需要；3）跨语言，由于目前能够实现应用功能的编程语言多种多样，因此，分布式应用软件 的实现不应局限于特定的编程语言；4）跨协议，为了使应用软件运行时具有数据、方法共享性，操作透明性，集成应用软 件时要考虑不同协议带来的问题；5）跨版本，分布式软件的开发，要能够适应软件版本不断更新的需要。目前为止， CORBA 是用来解决上述问题的唯一方案。CORBA的第一个版本于1991年发布，最早的分布式系统大多是用C语言编写，产生 了移植问题，随着面向对象技术的日益成熟，1995年基于C+映射的CORBA2.0版问世， 通过提供标准的IIOP协议（In ter net In ter-ORB Protocol）使得不同供应商的ORB上所开 发的系统组件间可以互操作。CORBA2.2版本中，由于用POA （可移植的对象是适配器） 代替BOA （基本的对象适配器），克服了服务器端的可移植性。1999下半年-2000年末发 布的 CORBA3.0 版本从 Internet 集成、服务质量控制和 CORBA 组件结构方面丰富了 CORBA 分布式系统的安全性、实时性。CORBA 技术是综合了面向对象技术、分布式计算技术、多层体系结构和接口技术的一 种综合技术，针对目前电力企业自动化系统领域存在的支撑平台的非开放性和专有性，采用 CORBA 技术实现应用系统的互操作，是解决未来应用系统集成和互操作的首选方案。基于 CORBA 技术规范的应用系统互连如图1.2 所示。封装层封装层封装层封装层中间件平台/ 、 水库调度自动化系统-RDS设备管理系统地理信息系统电能量计量系''、AM/FM / I、 GIS 丿 V统TMR能量管理系统EMS/配电管理系统DMS /封装层封装层封装层封装层企业资源规划ERP厂 、 交易管理系统 PTMS /图 1.2 一体化应用系统的互连趋势UIB)1.3.2 国际标准 IEC 61970 CIM/CIS 与企业集成总线90年代初，美国电科院（EPRI）在电力企业的能量管理系统和配电自动化领域开展了 称为CCAPI （控制中心应用程序接口）的数据通讯和数据抽取工程，并建立了公用信息模 型（CIM），该模型是电力企业EMS系统中建立的一套全面的数据类型的描述。CCAPI专 业组的目标是开发一套框架，以便电力企业运行环境里的应用软件达到即插即用（Plug and Play） ”。IEC技术委员会第13和第14工作组（WG13和WG14）从事于使电力工业的全 部电网一侧的数据结构和应用程序的接口（API）标准化，WG13集中在EMS应用程序接 口的工作，WG14集中在认识和建立与配电管理系统（DMS）要求的标准化接口和电力企 业的应用系统集成总线IEC 61968 UIB。CCAPI专业组已经提交了 CIM模型给IEC作