# 综自 # 综自的概念 变电站综合自动化就是将变电站的二次设备（包括测量仪表、保护装置、信号系统、自动装置和远东装置等）的功能综合于一体，实现对变电站主要设备的监视、测量、控制、保护以及与调度通信等自动化功能。 综自系统包括微机监控、微机保护、微机自动装置、微机五防等子系统。它通过微机化保护、测控单元采集变电站的各种信息（如母线电压、线路电流、断路器位置、各种遥信等）。并对采集到的信息进行分析处理，并借助通信手段，相互交换和上传相关信息。 综自所谓的综合，既包括横向综合，即讲不同间隔、不同厂家的设备相互连接在一起；也包括纵向综合，即通过纵向通信，将变电站与控制中心、调度之间紧密集合。 # 综自的布局 综自系统按照设备的布局来划分，可以分为集中式、局部分散式、分散式三种。 ## （1）集中式 通过集中组屏的方式采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，并同时完成保护、控制、通信等功能。这种布局形式早期应用的比较多，因为早期综自设备技术不成熟，对运行现场的条件要求比较高，所以只能在环境比较良好的主控室中安装。 集中式布局的主要缺点是，所有与综自系统相连的设备都需要拉电缆连接进入主控室，电缆的安装敷设工作量很大，周期长，成本高，也增加了CT的二次负载。随着综自设备技术的成熟，已经用的很少。 ## （2）局部分散式 将高压等级的保护、测控装置集中安装在主控室，而将低压等级的保护综自设备就近集中安装于高压室内或专用继保小室内。这种布局形式是一种综合考虑经济性和运行环境的方案，现在较多的用在超高压变电站中。比如一个500kV站，分为主控室、500kV继保小室、220kV继保小室，各二次设备电缆就近连接到相应的继保小室中，各个继保小室的保护测控设备间再通过光纤进行通信联系。 ## （3）分散式 随着保护测控装置技术的日渐提高，将保护测控装置分散安装于开关柜或机构箱成为可能。分散式布局将高压等级的保护、测控设备集中安装于主控室，低压等级的保护综自设备就直接分散安装在开关柜上，各设备之间通过现场总线或以太网进行通信。这种布局方式极大地减少了电缆铺设的工作量，提高了经济性。目前35kV以下电压等级的保护综自设备基本都能满足分散式要求，而110kV以上主要还是在主控室集中组屏。 # 综自的结构层次 关于综自的结构，我们经常说“三层两网”。 “三层”自上向下即：站控层（主要指后台、五防、远动等）、间隔层（包括保护、测控装置和其它电子智能设备）、过程层（包括开关，变压器，仪用互感器等一次设备）。 “两网”也就是站控层网络和过程层网络。 按照站控层网络的结构，我们可以将综自系统分为两类：三层式和两层式。 ## （1）三层式 按照间隔层、通信控制层、站控层，三层式结构来设计运行。其中通信控制器是整个综自系统的核心通信单元，站控层设备包括SCADA监控机、五防机、操作员站等；间隔层设备包括保护装置、测控装置。结构图如下： ​![image](image-20241216142456-wg0kb9t.png)​ 三层式早期是主流结构，但通过机构图可以看出，这种结构最大的缺点就是，间隔层设备和站控层设备的通信必须都通过通信控制器，一旦通信控制器失效，就会造成间隔层与站控层通信中断。这样通信控制器的性能就成为整个系统的通信瓶颈，随着变电站内设备的增多，通信量也越来越大，因此这样的结构也会暴露出越来越多的问题。目前已经应用的较少。 ## （2）两层式 随着网络技术的发展，两层式结构逐渐取代了三层式结构。两层式省去了总控单元，只有间隔层和站控层，采用双以太网组网。间隔层的保护、测控装置直接与站控层网络相连。计时站控层或网络失效，间隔层也能独立完成就地数据采集控制功能。结构图如下： SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制。 由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。 SCADA系统在电力系统中的应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平方面有着不可替代的作用。 SCADA在铁道电气化远动系统上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。在铁道电气化SCADA系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的产品，同时我国也从国外引进了大量的SCADA产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。 # 变电所综合自动化 以RTU、微机保护装置为核心，将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统，取代传统的控制保护屏，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。变电所的综合自动化已经成为有关方面的研究课题，我国东方电子等公司已经推出相应的产品，但在铁道电气化上还处于研究阶段。 ​![image](image-20241216142522-yrojujp.png)​ # 体系结构 ## 硬件 通常SCADA系统分为两个层面，即客户/服务器体系结构。服务器与硬件设备通信，进行数据处理和运算。而客户用于人机交互，如用文字、动画显示现场的状态，并可以对现场的开关、阀门进行操作。还有一种“超远程客户”，它可以通过Web发布在Internet上进行监控。硬件设备(如PLC)一般既可以通过点到点方式连接，也可以以总线方式连接到服务器上。点到点连接一般通过串口(RS232)，总线方式可以是RS485，以太网等连接方式。 ## 软件 SCADA由很多任务组成，每个任务完成特定的功能。位于一个或多个机器上的服务器负责数据采集，数据处理（如量程转换、滤波、报警检查、计算、事件记录、历史存储、执行用户脚本等）。服务器间可以相互通讯。有些系统将服务器进一步单独划分成若干专门服务器，如报警服务器，记录服务器，历史服务器，登录服务器等。各服务器逻辑上作为统一整体，但物理上可能放置在不同的机器上。分类划分的好处是可以将多个服务器的各种数据统一管理、分工协作，缺点是效率低，局部故障可能影响整个系统 ## 通信 SCADA系统中的通信分为内部通信、与I/O设备通信、和外界通信。客户与服务器间以及服务器与服务器间一般有三种通信形式，请求式，订阅式与广播式。设备驱动程序与I/O设备通讯一般采用请求式，大多数设备都支持这种通讯方式，当然也有的设备支持主动发送方式。SCADA通过多种方式与外界通信。如OPC，一般都会提供OPC客户端，用来与设备厂家提供的OPC服务器进行通讯。因为OPC有微软内定的标准，所以OPC客户端无需修改就可以与各家提供的OPC服务器进行通讯。 # 系统构成 SCADA系统主要有以下部分组成：监控计算机、远程终端单元（RTU）、可编程逻辑控制器（PLC）、通信基础设施、人机界面（HMI）。 ## 监控计算机 这是SCADA系统的核心，收集过程数据并向现场连接的设备发送控制命令。 它是指负责与现场连接控制器通信的计算机和软件，这些现场连接控制器是RTU和PLC，包括运行在操作员工作站上的HMI软件。 在较小的SCADA系统中，监控计算机可能由一台PC组成，在这种情况下，HMI是这台计算机的一部分。 在大型SCADA系统中，主站可能包含多台托管在客户端计算机上的HMI，多台服务器用于数据采集，分布式软件应用程序以及灾难恢复站点。 为了提高系统的完整性，多台服务器通常配置成双冗余或热备用形式，以便在服务器出现故障或故障的情况下提供持续的控制和监视。 ## 远程终端单元 远程终端单元，也称为（RTU），连接到过程中的传感器和执行器，并与监控计算机系统联网。 RTU是“智能I / O”，并且通常具有嵌入式控制功能，例如梯形逻辑，以实现布尔逻辑操作。 ## 可编程逻辑控制器 也称为PLC，它们连接到过程中的传感器和执行器，并以与RTU相同的方式联网到监控系统。 与RTU相比，PLC具有更复杂的嵌入式控制功能，并且采用一种或多种IEC 61131-3编程语言进行编程。 PLC经常被用来代替RTU作为现场设备，因为它们更经济，多功能，灵活和可配置。 ## 通信基础设施 这将监控计算机系统连接到远程终端单元（RTU）和PLC，并且可以使用行业标准或制造商专有协议。 RTU和PLC都使用监控系统提供的最后一个命令，在过程的近实时控制下自主运行。 通信网络的故障并不一定会停止工厂的过程控制，而且在恢复通信时，操作员可以继续进行监视和控制。 一些关键系统将具有双冗余数据高速公路，通常通过不同的路线进行连接。 ## 人机界面 人机界面（HMI）是监控系统的操作员窗口。它以模拟图的形式向操作人员提供工厂信息，模拟图是控制工厂的示意图，以及报警和事件记录页面。 HMI连接到SCADA监控计算机，提供实时数据以驱动模拟图，警报显示和趋势图。在许多安装中，HMI是操作员的图形用户界面，收集来自外部设备的所有数据，创建报告，执行报警，发送通知等。 # AGC/AVC系统 ## 总体设计 AGC、AVC系统硬件部署结构如图所示，该系统部署电场安全1区，采用双网结构，系统硬件主要由智能通讯终端、AGC、AVC服务器、操作员工作 站、交 换机组成。AGC、AVC系统与现场升压站监控系统、风机监控系统、无功补偿装置等设备通讯获取实时运行信息，数据通信采用网络模式，也可采用串口通信模 式。并将实时数据通过电力调度数据网上传到主站系统，同时从主站接收有功/无功控制指令，转发给风机监控系统、无功补偿装置等进行远方调节和控制。 ## 基本功能 有功自动控制（AGC）： 1）能够自动接收调度主站系统下发的有功控制指令或调度计划曲线，根据计算的可调裕度，优化分配调节风机的有功功率，使整个风电场的有功出力，不超过调度指令值； 2）具备人工设定、调度控制、预定曲线等不同的运行模式、具备切换功能。正常情况下采用调度控制模式，异常时可按照预先形成的预定曲线进行控制； 3）向调度实时上传当前AGC系统投入状态、增力闭锁、减力闭锁状态、运行模式、电场生产数据等信息； 4）能够对电场出力变化率进行限制，具备1分钟、10分钟调节速率设定能力，具备风机调节上限、调节下限、调节速率、调节时间间隔等约束条件限制，以防止功率变化波动较大时对风电机组和电网的影响； 5）确获取调节裕度、控制策略算法合理、保障风电机组少调、微调。 ## 无功自动控制（AVC） 6）能够自动接收调度主站系统下发的电压控制指令，控制电场电压在调度要求的指标范围内，满足控制及考核指标要求； 7）具备人工设定、调度控制、预定曲线等不同的运行模式、具备切换功能。正常情况下采用调度控制模式，异常时可按照预先形成的预定曲线进行控制； 8）向调度实时上传当前AVC系统投入状态、增闭锁、减闭锁状态、运行模式、电场生产数据等信息； 9）为了保证在事故情况下电场具备快速调节能力，对电场动态无功补偿装置预留一定的调节容量，即电场额定运行时功率因数0.97（超前）～0.97（滞后）所确定的无功功率容量范围。电场的无功电压控制考虑了电场动态无功补偿装置与其他无功源的协调置换； 10）能够对电场无功调节变化率进行限制，具备风电机组、无功补偿装置调节上限、调节下限、调节速率、调节时间间隔等约束条件限制、具备主变压器分接头单次调节档位数、调节范围及调节时间间隔约束限制。 ## 系统特点 1 信息安全性高，满足《电力二次系统安全防护规定》、《风电场接入电网技术规定》等相关要求； 2 引入空气动力模分析式分析、保证机组少调、微调诉求； 3 采用双机冗余化设计，装置为低功耗、无旋转部件的嵌入式设备、EMC性能指标、LINUX系统； 4 数据采集实时性强、具有数据异常处理、归档压缩功能； 5 系统支持多种通讯规约（IEC101/102/103/104,ModbusTcp等），自动化程度高； 6 具有人性化展示界面。