教学课件：第二章远动调度端.ppt

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1、1,第二章 远动监控系统调度端,第一节 远动调度端硬件结构第二节 远动调度端功能第三节 远动调度端软件结构第四节 调度管理自动化,2,第三节 远动系统调度端软件结构 3.1 概述 3.2 系统软件 3.3 支持软件 3.4 应用软件,3,3.1概述,远动系统调度软件是指对在调度端系统运行的所有程序的总称。软件一般分为系统软件、应用软件和支持软件。系统软件：由计算机公司提供，面向计算机本身，其功能及管理不依赖于特定用户。其主要任务是使硬件功能得到充分利用，支持用户的应用软件的运行并提供恰当的服务。计算机中所使用的操作系统是最基本的系统软件。支持软件：开发支持环境和数据库管理系统（DBMS）。应用

2、软件：在远动监控系统中特指为实现调度自动化功能设计的应用程序，面向特定用户，具有针对性。实现五遥、数据报表统计、记录事件分析等调度自动化管理各项功能。,4,调度端软件结构如图所示。,调度员,调度端软件结构图,5,3.2 系统软件系统软件：主要指计算机所使用的操作系统。操作系统：计算机的核心软件，管理计算机的各种硬件资源，包括CPU、内存、外存、系统程序和数据文件等。如：主机常采用的UNIX，工作站及通信机常采用的Windows NT等。重要性：是最基本的系统软件，是硬件机器的第一级扩充。,6,（1）操作系统基本功能CPU管理功能任务调度功能存储管理功能文件管理功能外设管理功能系统自诊断功能,7

3、,基本特征：“多任务并行和资源共享”，“分时服务”功能：使用户可以充分地利用系统的资源，并提供各种 方式帮助用户方便地使用资源。,（2）操作系统的工作原理,8,分类一：单用户操作系统：在单机上运行，为一个用户提供服 务。多用户操作系统：安装在一台主机上，管理主机各种 资源，同时可以接收数十台终端用 户的访问，使这些终端用户共享主 机资源。网络操作系统：在服务器和工作站上都安装一部分程 序，两部分程序一起工作才能完成网 络上的各种操作。,（3）操作系统的分类,9,分类二：分时系统：允许多个用户同时联机与系统进行交 互通信。实时系统：有严格的时间限制，即每一个信息接 收、分析处理和发送的过程必须在

4、规 定的时间范围内完成。,10,任务或进程：系统中处于活动状态的目标，执行系统的工作。任务的状态：睡眠态、挂起态、挂起睡眠态、就绪态和运行态任务的调度：任务状态的转换通过调度程序的执行机构完成。任务调度的方式：循环调度和基于优先级的抢占式调度。任务的同步和互斥：一般无需内在的同步，但由于许多任务必 须同时工作，存在不同程度的同步关系。采用的时间同步：延时和定时。任务的启动和停止是一种简单的同步控制。利用临界区、测试和设置实现任务的互斥。,实时多任务操作系统,11,12,调度程序保留了4个任务链：就绪、挂起、睡眠、挂起睡眠。运行中的任务，其状态将被切换，一旦：该任务发出一个等待事件调用，它将处于

5、挂起等待状态，直到有事件到达。该任务发出一个调用，请求一个不存在的资源（如内存，I/O等），该任务也被挂起在挂其链中。该任务发出系统调用，请求进入睡眠状态，该任务被挂在睡眠链上。该任务发出一个更高优先级的任务抢占，使其挂在就绪链上。,13,调度端常用的操作系统(1)UNIX最早的PDP-11机早期VAX机上的openVMS现在流行的硬件平台上SUNSolarisALPHA(DEC,COMPAQ,HP)Digital Unix,TRU64 UnixIBMAIXHPHP-UX(2)Windows WindowsNT，Windows2000 server，Windows2003 server，Win

6、dows XP,Windows 98(3)实时多任务操作系统 QNX，VxVorks,14,调度端常用操作系统比较：WINDOWS操作系统：基于INTEL或相应平台，窗口界面，图形操作系统，用于个人计算机PC或PC服务器。特点：操作直观、简便，对系统硬件要求低，但安全性欠缺UNIX操作系统：字符界面，多用于基于RISC的小型机或服务器。特点：系统可靠性高、安全性强，开放性强，但操作不直观，对系统硬件要求高，维护较复杂实时多任务操作系统常用于对实时性要求较高的SCADA系统测控装置及通信装置，如RTOS，QNX，VxWorks等,15,主要指运行在操作系统之上的数据库管理系统平台，是建立数据表格

7、和形式的数据管理程序，可以进行显示、查询、修改和调用数据。,3.3 支持软件,减少数据冗余度，实现数据资源共享；使数据具有独立性，提高应用程序的生命力；实现数据集中管理，提高安全性和完整性。,数据库管理的目的：,16,（1）数据库管理系统（DBMS）常用的关系数据库管理系统有：Microsoft SQL SERVER、SYBASE、Oracle等关系数据库管理系统提供海量数据的存储、更新及查询、检索关系数据库管理系统支持ODBC（open database connection，开放数据库连接）接口标准，无论采用何种数据库管理系统，应用软件均可以采用相同的接口访问数据库系统。,17,数据库管理

8、系统：负责数据的存储、安全性、完整 性、并发性、恢复和访问。应用于调度自动化系统的数据库管理系统必须具备以下条件:(1)提供标准的SQL 访问语言，支持异构数据库之间的互联和互操作(2)支持多种数据结构和数据类型（包括用户自定义类型）(3)提供通用的数据库模式定义方式(4)提供分布式的体系结构和访问机制，并实现物理存储位置的独立性和透明性,18,(5)提供通用的、标准的数据库应用编程接口(6)提供面向逻辑地址和物理地址的快速访问机制(7)提供灵活的并发访问机制，提高数据库的访问 效率(8)按照用户的要求执行有关数据输入保护(9)提供用户可定义的事件触发和处理功能(10)支持数据库的并发访问，保

9、证数据的安全性、一致性和完整性(11)数据库的快速拷贝和备份功能(12)提供数据库的故障恢复和重启动能力(13)提供灵活的数据库编辑器、浏览器和其他工具,19,应用程序1,应用程序2,数据库,数据库管理系统（DBMS）,.,数据库系统结构图,（2）数据库模型设计树型结构网状结构关系模型（SCADA常用）,20,数据模型：层次结构：树形结构表示 网络结构：电力网格 关系模型,三种数据模型：,实体间的联系：11 1m（1对多）mm（多对多）,21,关系模型,关系的命名,属性,22,（3）远动系统数据库设计原则,1）数据规划 可将SCADA系统数据库中的数据规划为：静态数据和动态数据。2）数据规划原

10、则 模板的板地址、信息的字地址以及位地址的编排要尽可能全系统确定统一的编排原则，以有利于数据库的维护管理和数据的交流使用。3）数据库设计（1）内外存的合理安排。（2）数据库的分布化。（3）数据库的开放。,23,（4）远动系统数据库设计方法 按被控站组织（层次模型事例）：,远动监控系统数据组织结构,24,按对象组织如变压器、断路器、隔离开关。为对象。对象中包含对象相关的定义，所要完成的的所有功能，如断路器，显示相关属性，合/分操作。,（5）数据库类型实时数据库：用于实时数据的存储，对实时性要求高，一般采用专用数据库历史数据管库：用于对历史数据的存储，一般采用商用数据库。,25,实时数据库体系结构

11、,实时应用程序,任务调度与管理,数据库模式管理,实时资源管理,数据操作,数据通信,I/O调度,关系数据库,内存数据库,实时数据库体系结构图,26,实时数据库保存并维护有关SCADA系统运行所需的全局数据，并对调度端客户机系统提供数据服务。实时数据库包括有画面显示数据库、系统运行参数库、遥测数据库、遥信数据库、对象库以及各种实时报表、记录库,实时数据库要求：实时性：时限短必须保存在内存中高效性：频繁存取的数据关键性：为保证实时性的关键数据,27,历史数据库远动系统的实时数据可以按周期或按变化保存在历史库中。远动系统中除了保存的历史数据外，还可以保存外部事件，SOE短期历史库：保存一段时间内的系统

12、运行记录，其典型应用是趋势曲线显示和过程回放长期历史库：大规模历史数据的长期存储通常基于商用数据库DBMS完成。用于具有统计意义的历史数据,28,事件记录表eventRecords,用于存储全系统的操作记录、事件记录及预告记录,29,数据库开发步骤：1 设计应用系统结构2 选择便于将应用程序与 DBMS 结合的DBMS体系结构，如RDBMS3 根据应用程序使用的环境平台，选择适宜的DBMS（如Oracle）和开发工具（如PB）4 设计数据库，编写定义数据库模式的SQL程序5 编写确保数据正确录入数据库的用户接口应用程序6 录入数据库数据；7 运行各种与数据库相关的应用程序，以确认和修正数据库的

13、内容,30,远动监控系统数据库特点(1)需要采集的非牵引供电系统数据来自SCADA系统本身表明系统运行状况的数据。(2)需要采集的牵引供电系统数据来自牵引供电系统的实时监测数据。(3)不需要采集的非牵引供电系统数据对牵引供电系统数据的描述数据和系统的配置数据。(4)不需要采集的牵引供电系统数据来自牵引供电的采集数据经过某些操作或计算机处理后的数据和牵引供电系统的固有数据。据此，数据库中的数据可分为静态和动态数据。(1)(2)属动态数据，(3)(4)属静态数据。动态数据需要建立历史数据库来存储历史信息。所以SCADA设有趋势和历史数据库。,31,数据库的调用,数据库的调用图,32,为所有监视和控

14、制功能而专门编制的一系列程序,调度端软件结构图如图所示。,3.4 应用软件,调度端软件结构图,33,（1）调度端软件基本功能,调度端软件功能图,34,使任务规模适中，尽量减少任务间的通信和数据 交换 划分受开发人员数目的影响 考虑系统的维护和升级的方便,（2）监控站软件结构,基于一个实时多任务操作系统实现，任务的划分遵循的原则：,一般分层实施。,35,远动监控系统应用软件是完成数据采集和监控等功能。包括：1、实时数据显示将各执行端收集的实时数据，显示在屏幕上供调度员监视2、越限报警3、事件记录4、遥控，遥调5、网络通信6、调度分析管理 等等。,36,（1）通信前置机软件：前置机处理程序。主要完

15、成与站端设备或系统的通信、规约处理以及网络数据发送等功能。（2）服务器软件：主控程序。主要完成数据库访问、参数管理、数据计算和处理、内存和资源的分配等功能，并为其他模块提供实时数据访问接口。（3）调度员工作站软件：人机界面监控程序。主要完成各种人机交互功能，包括数据、图形、曲线和各种事项、告警信息的显示和检索，以及接受操作人员的各种指令并下发等。,37,（5）报表编辑软件：报表管理程序。绘制、编辑、打印和管理调度自动化常用的各种运行报表，如日报表、月报表、年报表等，并完成各种统计、计算功能。（4）画面编辑软件：绘图工具。提供各种常用图元和编辑手段，绘制、编辑、管理各种监控图、接线图、主接线图、

16、曲线、棒图等，并与实时数据直接关联，所见即所得。（6）Web服务器软件 在Intranet或Internet范围内提供基于实时数据和信息的WEB服务。,38,（3）调度端组态功能,组态功能：硬件组态，软件组态。软件组态：系统提供一个很强的软件工具包，该组态软件提供一个友好的用户界面，使用户在不需编什么代码的情况下便可生成自己需要的应用“软件”。内容包括：基本配置组态和应用软件组态。优越性：通用性强，可适用一大类应用对象，且系统的执行代码部分一般固定不变。改变数据实体可适应不同的应用对象。提高系统成套速度，保证软件的可靠性和成熟性。,39,1）实时数据库生成软件,早期的控制系统在设计应用软件时直

17、接用数组来定义实时数据库的结构，未将记录格式的生成和执行软件区分。建立和修改实时数据库的方法：用通用数据库工具软件生成；用普通的屏幕文本编辑器直接编辑文本数据源文件，通过转换程序转换成系统要求的格式；设计专用的屏幕编辑器，其格式与数据格式对应。实时数据库的内容：不同层次采用不同的结构。如在现场被控站，存储该站所用的各种点记录的全部记录信息。数据库生成软件的功能：利用某种填表格式建立个现场被控站的数据记录内容，并转化生成下装文件。,40,2）画面生成软件,工业流程画面显示技术将模拟屏显示功能高度集中到CRT监视器上，还将各仪器设备的数据及功能也集中到CRT上。程序作图技术：早期图形显示全用程序来

18、实现。图形编辑器作图技术：采用流程画面编辑器，可绘制相当复杂的背景画面，支持功能很强的动态信息刷新显示。流程画面生成：背景画面；动态画面；接口技术。,41,3）报表生成技术,周期性报表：记录生产过程中的操作和事故并进行一般统计，代替人工制表。触发性报表：记录在某些特定事件发生前后的某些过程点的信息。报表生成和画面生成类似，不仅要编制表格本身，还要建立报表和动态数据相关的信息。公共信息：报表种类、名称和型式。对周期性报表：报表统计时间和周期；数据点的名称；统计的计算方法。对触发性报表：触发信号源；时间间隔等。,42,4）控制组态软件,组态原理：将控制软件的算法和参数分离是实现控制回路组态的关键，

19、各控制功能块通常固化在EPROM中，只需用这些模块的名字来进行控制回路的组态。组态方法：利用某种方法将适当的控制算法模块连接起来，已完成特定的控制功能。如用填表和问答的方式。,43,调度软件的发展,传统结构,新的结构,中间件：屏蔽底层硬件和操作系统的差异,44,3.5 软件开发技术,GO-TO语句：结构化程序设计（1968）软件的生命期：定义；开发；维护时期软机开发环境和软件标准化,（1）软件研制工程化和软件的生命期,45,系统定义和分析可行性研究实施计划报告的编写,（2）软件开发计划的制定,46,功能需求；性能需求；可靠性需求；安全保密需求；成本消耗需求；开发进度需求；资源需求；用户接口需求

20、,（3）软件需求分析,数据流程图；数据词典，结构化语音；判定表及判定树,需求分析阶段的任务：,结构化分析方法SA：(Structured Analysis),47,结构化设计方法：从整个程序出发，突出程序模块化的设计方法。利用程序结构图表达程序模块之间的关系。重点：对模块的恰当划分。Parnas方法：在概要设计时预先估计未来生命期中可能发生的情况，采取相应措施提高系统的可维护性和可靠性。提高可维护性的措施信息隐蔽列出将可能发生变化的因素；将可变因素隐含在某个模块内部，使其与其它模块无关。提高可靠性的措施加强系统各成分间的检查考虑硬件可能出现的意外，采取措施；考虑操作人员的失误，辨认非法、越权等

21、；考虑软件本身会有错误，模块之间加强检查,（4）软件设计,48,Jackson方法：建立简单清晰的模块结构，设计原则“程序结构同数据结构相对应”采用图形或语言方式描述程序中的“顺序”、“循环”、“选择”三类控制结构,49,单元测试 集成测试 验收测试,（5）软件测试,任务：发现软件中隐藏的各种差错,黑盒方法：功能测试或数据驱动测试 白盒方法：结构测试和逻辑驱动测试,测试用例：,测试步骤：,50,对象：对客观世界事物的表示或描述，世界上任何具体事 物均可称为对象类：一组对象的抽象定义方法：对应于对象的能力消息：客观世界中对象之间通讯的途径继承：对象间具有相同性和差异变化的关系 面向对象成为一个现

22、实世界映射物的封闭微缩世界。,（6）面向对象的设计方法,OOP(Oriented Object Programming)：用问题领域的模型来模拟大千世界，尽可能直接、自然地表示问题求解方法。由对象组成。,51,封装性：信息隐蔽技术多态性动态连接消息驱动：不同于子程序调用的方便,OOP技术的特征：,52,第二章 远动监控系统调度端,第一节 远动调度端硬件结构第二节 远动调度端功能第三节 远动调度端软件结构第四节 调度管理自动化,53,第四节 调度管理自动化 4.1 电力系统调度自动化4.2 电铁调度自动功能,54,4.1 电力系统调度自动化 将计算机技术应用于电力系统调度管理，国外是从20世纪6

23、0年代初开始，我国自1978年第一次实现用国产计算机对京、津、唐电网实施实时安全监测以来，全国30多个网、省调除了新疆、西藏以外，都不同程度地实现了这种以计算机和CRT显示为核心的电网在线监控系统。部分省网调度中心正通过技术引进或联合开发的形式，更新或改造落后的系统，使我国在电网调度管理自动化方面的应用达到世界上20世纪80年代中期的先进水平。电力系统调度自动化系统所具有的功能大致可分为SCADA功能、电网控制和管理、电网仿真等。,55,数据采集与监视控制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。对现场运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、报警等功能。作为

24、能量管理（EMS）系统的一个最主要子系统，具有信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、帮助快速诊断系统故障状态等优势，成为电力调度不可缺少的工具。提高电网运行的可靠、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化。数据采集部分完成与各发电厂、变电所端的RTU之间交换数据，并对遥测和遥信数据，进行合理性、可信性校验，以排除测量错误和传送干扰的影响。监视部分主要利用CRT提供的各种图表方式对电网运行值和设备状态进行实时监视。当运行值越限或设备状态产生非预定变化时，进行报警提示并打印出事故时间和内容。,（1）SCADA功能,56,（2）电网控制和管理,电网控制发电自动控制

25、，负荷控制，电压控制；电网管理安全监视，安全分析，电能管理；电网仿真调度员培训，运行规划。,一般将SCADA、PAS和硬件的综合体称为能量管理系统：EMS（Energy Management System）。,电力系统应用软件PAS（Power Application Software）：,57,自动发电控制：调节汽轮机主汽门开度和水轮机的叶片角度控制发电机出力，做到发电自动跟踪电力系统负荷变化，维持频率为额定值、对周期性的负荷变化按发电计划调整发电功率，对偏离预计值的负荷实现在线经济负荷分配等。自动负荷控制：在负荷突然增大或电源突然断开时，负荷和发电量之间不能平衡，这时系统必须投入备用容量或

26、切断部分负荷以恢复平衡，否则会导致频率崩溃，系统瓦解。自动电压控制：当无功负荷波动较大时，调节发电机励磁、变压器抽头、并联电抗器等，使无功潮流尽量平衡，维持节点电压在电压曲线给定值上下一定范围内波动。,1）电网控制,主要对频率和枢纽点电压质量进行控制，即通过对发电机出力和负荷的调整以及对发电机的无功输出、变压器抽头和无功补偿元件的调整，使频率和枢纽点电压保持在允许范围以内。,58,2）电网管理,安全监视。对生数据（RTU送到调度中心的未经核实的）进行一系列处理，去伪，得到真实的网络结构和数据信息。安全分析。静态分析只考虑开断性故障影响，如分析假设发生线路、发电机等事故时，电力系统元件是否过负荷

27、，节点电压偏离是否越限；动态分析计算发生上述假设事故后，电网动态转移过程，系统是否失去稳定。由此提出消除不安全现象的调整方法，便于事故前采取预防措施；或在事故发生时，进行校正措施，使系统恢复正常。电能管理。主要是对电网进行经济控制，实现经济调度，即将全网总发电量在网内各发电机之间按总的供电成本（电源消耗率和网损率）最小的原则进行分配。要实现这一目的要进行中、短期负荷预测，中、短期水火电发电计划，水火电联合运行规划以及计算线损，解决最优潮流问题。,59,3）调度员仿真培训系统 DTS（Dispatcher Training Simulator）,电力系统规模向着超高压、大机组、高参数、远距离大功

28、率输电格局发展，继电保护及自动装置越来越复杂，系统供电可靠性要求越来越高，但由于各种原因，系统存在各种故障的可能，调度人员处理不当会造成灾难性的后果。DTS系统就是通过对电力系统、控制中心以及通信过程的模拟，为调度员提供一个与实际运行和调度完全相同的环境，使他们如同身临其境地进行处理操作。获取的是实际电网的运行方式数据，可进行：,60,电网运行方式的研究和制订。对当前实际电网运行方式合理性进行分析，而且可以对特殊情况（如节假日）电网的运行方式进行研究和制订。继电保护和安全自动装置整定配置的研究。在DTS上，配有全网的离线故障计算软机以及继电保护和自动装置的仿真软件，可以灵活作整定配置试验，并可

29、通过其立即验证。事故分析和反事故措施的研究。重大事故再现其发生及处理的全过程，从而对该事故进行分析，制订合理对策。进行概念性培训，使系统维护人员方便地进行维护试验研究、检验电网应用软件的正确性和实际应用效果。,61,4.2 电铁调度自动化功能 调度员作为牵引供电设备运行、检修及事故处理的指挥中心，在接触网发生事故后可以根据调度端所获取的信息正确指挥、灵活处理，争取在最短的时间内找到故障点，为压缩故障停时，迅速指挥车间，班组进行抢修通车奠定基础。,调度员获得信息,分析及灵活处理,查找到故障点及原因,断开故障区间,故障处理后快速恢复送电,62,调度分析管理功能调度端可设置系统分析工作站主要用于对整

30、个供电系统的分析，根据接入本系统监控范围的电气化铁路供电设备的运行状态的实时信息、历史事项以及历史信息对整个供电系统作出全局分析。对于常产生事故的供电设备进行分析，判断出事故经常发生的地点、时间以及原因。,63,为保证整个供电系统的正常运行提供有效的方案，预防和减少事故的发生；同时对事故发生后如何进行处理提供解决办法，还可以在分析工作站上完成调用故障录波，负荷录波，故障报告等信息，查看整定值，辅助完成故障分析功能。此外还可以生成各种与调度管理相关的报表，文档工作，完成相应的牵引供电系统调度管理提供了读写整定和整定区切换的接口，实现倒闸作业管理，检修计划管理和接触网作业管理，实现录入，修改和删除功能。,64,小结,1.基本内容：掌握调度端的主要功能；调度端的硬件构成；了解调度端软件有关概念、软件的基本构成、如何进行软硬件设计；了解调度端的发展趋势。2.本章重点：调度端是如何实现其各项功能的。,思考题1.调度端由哪些设备构成？各完成什么功能？你想象中调度端是什么样子？2.简述操作系统、数据库等在应用软件开发中的作用。3.简述调度端软件的结构、功能。4.如何看待微机监控系统软件的标准化。5.电网调度管理自动化系统包括哪些功能？,