基于DRTU的動態(tài)SCADA系統(tǒng)的構想與設計

何光宇，程 林，劉 鋒，沈 沉，葉鍵民

(清華大學電機系電力系統(tǒng)國家重點實驗室，北京 100084)

基于DRTU的動態(tài)SCADA系統(tǒng)的構想與設計

何光宇，程 林，劉 鋒，沈 沉，葉鍵民

(清華大學電機系電力系統(tǒng)國家重點實驗室，北京 100084)

隨著智能電網(wǎng)發(fā)展，快速變化的動態(tài)元件愈來愈多地被引入到電力系統(tǒng)中，對在線動態(tài)分析控制功能的要求也將日益迫切。為適應這一變化，本文提出將已有SCADA系統(tǒng)改造成動態(tài)SCADA(Dynamic SCADA，DySCADA)系統(tǒng)的構想，并詳細討論了DySCADA子站、主站的設計方案，指出DySCADA子站具有毫秒級動態(tài)、差分信息和事件驅動三大特性，而DySCADA系統(tǒng)則具有實時性與同步性佳、完整性好、自適應性強、可較好保護已有投資等優(yōu)勢，可為電網(wǎng)的動態(tài)分析與控制提供實時、同步、完整的動態(tài)數(shù)據(jù)。論文最后，還提出了DySCADA升級改造方案。基于以上設計開發(fā)的DRTU原型和DySCADA原型系統(tǒng)已于2012年6月起投入試運行，運行結果初步驗證了本文設計的正確性與可行性。

動態(tài)分析與控制;動態(tài)RTU;動態(tài)SCADA

0 引言

近年來，隨著負荷的持續(xù)增長，電網(wǎng)容量不斷增加、規(guī)模日益增大，導致電網(wǎng)的動態(tài)穩(wěn)定性問題日益突出［1，2］。建立可靠運行監(jiān)視、分析和控制系統(tǒng)，對保障電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行具有重要意義。其中，建立快速、可靠的數(shù)據(jù)采集及通信平臺，是問題的關鍵。

電網(wǎng)動態(tài)特性監(jiān)視和控制的最終目標，是實現(xiàn)電網(wǎng)動態(tài)閉環(huán)控制?，F(xiàn)階段電網(wǎng)的數(shù)據(jù)測量和監(jiān)控平臺主要有基于遠動終端設備(Remote Terminal U-nit，RTU)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA)［3，4］及基于相量測量裝置(Phaser Measurement Unit，PMU)的廣域測量 系統(tǒng)［5，6］(WideAreaMeasurementSystem，WAMS)。這兩種平臺主要不足［2］如下:

(1)SCADA系統(tǒng):數(shù)據(jù)刷新速度較慢，僅適用于穩(wěn)態(tài)測量;數(shù)據(jù)上傳不含時標信息，各測點數(shù)據(jù)不能保證同步;

(2)WAMS系統(tǒng):上傳數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)刷新速度快，對包括PMU裝置、通信系統(tǒng)、服務器、數(shù)據(jù)庫等在內的軟硬件系統(tǒng)實時性要求很高，投資大，很難一次到位;布點不足，在有限測點數(shù)據(jù)基礎上的高級應用效果有限;缺乏控制下達功能。

另外，當前情況下，這兩個平臺數(shù)據(jù)往往互相孤立，尚缺乏有效手段對其進行融合。

針對這兩種系統(tǒng)的不足，文獻［2］首先提出了DySCADA的概念。本文結合PMU、RTU的優(yōu)點，提出對傳統(tǒng)的RTU進行改造，設計新的終端單元:動態(tài)RTU(Dynamic RTU，DRTU)。進一步，提出了基于 DRTU的動態(tài) SCADA系統(tǒng)(Dynamic SCADA，DySCADA)的設計方案。

1 DySCADA的總體目標

在智能電網(wǎng)背景下，隨著系統(tǒng)中不可控的、快速變化的動態(tài)元件越來越多，對在線的動態(tài)分析控制功能，如低頻振蕩在線識別［7-9］、廣域安全防御［10，11］、模型參數(shù)在線識別［12］、快速故障分析［13］、電壓穩(wěn)定監(jiān)控［14］、故障定位、調頻特性監(jiān)視等，要求將越來越迫切。而要使這些分析控制功能成為可能，就要求實時監(jiān)控基礎平臺必須能提供實時、同步、完整的動態(tài)數(shù)據(jù)。因而，DySCADA的構建需要實現(xiàn)以下目標:

(1)實時性與同步性

傳統(tǒng)的RTU需要2～4s才能對全系統(tǒng)數(shù)據(jù)輪詢一遍，且缺乏相量信息和時標信息。

DRTU擬通過大幅提升數(shù)據(jù)采集與上傳頻率，引進同步時鐘，開發(fā)新的實時相量測量算法等手段，實現(xiàn)實時相量測量，并為得到的相量打上精準的時標。

(2)完整性

已有系統(tǒng)中，大量安裝了RTU，但由于RTU不能滿足動態(tài)要求，因此又在關鍵節(jié)點處加裝了部分PMU。但RTU和PMU技術兼容性不佳，現(xiàn)有應用中，其數(shù)據(jù)基本是獨立的兩套。

DySCADA系統(tǒng)的測量單元是DRTU，而DRTU可在已有的RTU或PMU基礎上改造而來，亦即，已有的RTU或 PMU都可改造成DRTU。因而，DySCADA系統(tǒng)有望獲得更全面、更系統(tǒng)的信息。

(3)自適應性

現(xiàn)有的WAMS系統(tǒng)，每0.02s或0.01s進行一次數(shù)據(jù)更新，給通信、存儲和計算都帶來了較高的要求和較大的壓力。

而DySCADA基于“事件驅動”思想，只存儲和傳輸“變動/差分”的數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)變速率傳輸功能，有望解決海量數(shù)據(jù)的存儲(空間)和傳輸(時間)問題以及數(shù)據(jù)信息的不對稱問題(數(shù)據(jù)多、信息加工難度大)。

(4)充分保護已有投資

DRTU可在已有的RTU或PMU基礎上進行改造。輸入信號可來自傳統(tǒng)二次PT/CT的電信號，也可來自最新的光電傳感器的數(shù)字信號;在自身實現(xiàn)的硬件構架上，還可繼承現(xiàn)有的RTU/PMU硬件資源。也就是說，DRTU可以充分利用現(xiàn)有硬件資源。

綜上所述，基于DRTU的DySCADA系統(tǒng)的建設，有望給電網(wǎng)測量、分析、控制帶來較大變化。

2 DySCADA子站設計

在當前電網(wǎng)實時監(jiān)控中，SCADA子站采用的是RTU，WAMS子站采用的 PMU。本文從 RTU和PMU的技術現(xiàn)狀出發(fā)，提出DySCADA子站——DRTU的設計方案。

2.1 技術現(xiàn)狀

(1)RTU

RTU是安裝在遠程現(xiàn)場的一種智能化電子裝置，其功能是采集安裝在遠程現(xiàn)場的輸變電線路或發(fā)電機等設備的相關狀態(tài)數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)進行格式轉換，發(fā)往 SCADA主站;它還可接收 SCADA主站發(fā)來的數(shù)據(jù)，并將之轉換成控制命令，實現(xiàn)對具體設備的控制［3，4］?，F(xiàn)有的RTU存在一些固有的缺陷:

1)采集及數(shù)據(jù)上傳速度慢，通常為秒級(如1～5s)，只能滿足穩(wěn)態(tài)監(jiān)測、控制的需要;

2)數(shù)據(jù)之間缺乏同步性，雖然不同的 RTU之間可以通過網(wǎng)絡對時技術實現(xiàn)精度達到10ms的對時，但由于RTU傳送的數(shù)據(jù)沒有基于統(tǒng)一的時標體系，在SCADA主站收到的數(shù)據(jù)缺乏同步性;

3)采集的數(shù)據(jù)大多為功率、電壓/電流有效值等“準穩(wěn)態(tài)”數(shù)據(jù)，缺乏反應電力系統(tǒng)動態(tài)特性的變量。

RTU的上述特性，導致基于其上實現(xiàn)的SCADA主站也只能實現(xiàn)準穩(wěn)態(tài)的監(jiān)測和控制。

(2)PMU

PMU及WAMS技術是20世紀90年代中后期發(fā)展起來的電力系統(tǒng)檢測技術，其核心技術內容包括［5，6］:

1)相量測量技術。量測值不僅包括功率、電壓/電流有效值等，還包括電壓、電流相量等能反應電網(wǎng)動態(tài)的量值;

2)基于GPS等全球精確定時系統(tǒng)的同步測量技術。通過對相量數(shù)據(jù)打上全網(wǎng)統(tǒng)一的時標，實現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的精確同步;

3)基于高速通信的數(shù)據(jù)快速傳輸和集中技術。PMU數(shù)據(jù)的上傳速率最快可達到2倍工頻，亦即在控制中心最快可每半個工頻周期就可以獲得系統(tǒng)運行的全局性動態(tài)場景。

目前，RTU/SCADA/EMS和PMU/WAMS通過技術互補，為現(xiàn)代電網(wǎng)的穩(wěn)定運行奠定了基礎。但從長遠來看，尚需對現(xiàn)有的RTU/PMU技術做出變革。其原因在于:

(1)RTU所測數(shù)據(jù)不帶時標，在控制中心較難實現(xiàn)不同來源數(shù)據(jù)的融合;

(2)PMU測得相量是一個工頻周期的“平均”相量。對于一般動態(tài)過程，如低頻振蕩，是可以的;但對于更快的動態(tài)過程分析，如短路故障、暫態(tài)電壓跌落等，“平均”相量數(shù)據(jù)尚不夠精準;

(3)RTU和PMU均采用定間隔、非壓縮型的存儲和傳輸方法，占用信道資源多，傳輸速率進一步提升極為困難。

2.2 技術方案

在繼承和發(fā)展RTU、PMU技術基礎上，本文提出了DRTU這一新型動態(tài)測量單元的設計方案，介紹如下:

在外部接口方面，DRTU完全適應現(xiàn)有的RTU/ PMU。其輸入信號可來自傳統(tǒng)二次PT/CT的電信號，也可來自最新的光電傳感器的數(shù)字信號;其輸出與本地和廣域通信網(wǎng)連接。因此，在硬件構架上，DRTU可繼承已有的 RTU/PMU硬件資源，其實現(xiàn)的關鍵技術集中在“軟”的測量、存儲和傳輸協(xié)議上:

(1)在測量方面，需開發(fā)新的實時相量測量算法、信息差分算法、全息數(shù)據(jù)壓縮和解壓算法，以滿足動態(tài)監(jiān)控快速實時的需要;

(2)在數(shù)據(jù)存儲和傳輸協(xié)議方面，需開發(fā)適應差分數(shù)據(jù)與事件驅動機制的實時數(shù)據(jù)庫、傳輸協(xié)議及通信軟件。

在上述算法實現(xiàn)的基礎上，下文給出DRTU的功能設計。其具體功能模塊和相互關系如圖1所示。

圖1 DRTU的功能框圖Fig．1 Functional block diagram of DRTU

各功能模塊的具體描述如下:

(1)同步時鐘。為量測數(shù)據(jù)提供全網(wǎng)統(tǒng)一的時標信息?？衫^承現(xiàn)有的PMU技術中的同步時鐘技術，即采用全球定位系統(tǒng)(GPS)提供的高精度秒脈沖，通過高精度的分頻后實現(xiàn)［6］。同步時鐘的加入彌補了傳統(tǒng)RTU無時標的缺陷;

(2)實時相量測量。這是 DRTU的核心元件，其目標功能是將電網(wǎng)的電氣數(shù)據(jù)(電壓、電流等)轉換成實時相量，按物理量分為電壓、電流相量及其衍生的功率相量，按序分為正序、負序和零序相量，按頻率分為基波和諧波相量等。關鍵技術包括:瞬時頻率的高精度辨識、基于實時去調制(real-time demodulation)技術的相量計算方法［15］，并對得到的相量打上精準的時標;

(3)信息差分。該功能是事件檢測和數(shù)據(jù)壓縮的基礎，是對相量數(shù)據(jù)的深加工。其目標是將連續(xù)獲得的相量數(shù)據(jù)進行前后對比，突出動態(tài)變化部分的信息;

(4)事件檢測。根據(jù)信息差分獲得的信息，判斷DRTU所在電網(wǎng)是否發(fā)生需要上報或記錄的“變化”，即所謂是否存在“事件”。事件的定義可根據(jù)電網(wǎng)監(jiān)控需要進行設定;

(5)數(shù)據(jù)壓縮。包括兩方面的工作:①基于預測殘差控制，對差分信息進行存儲和傳輸，即當差分信息代表的數(shù)據(jù)偏差在殘差控制范圍之內時，可認為系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)而維持原數(shù)據(jù);②在存儲和傳輸時，對差分數(shù)據(jù)進行全息壓縮，降低數(shù)據(jù)的空間尺度，提高存儲和傳輸?shù)男?

(6)數(shù)據(jù)存儲。其關鍵是設計高效的本地實時和非實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，作為整個監(jiān)控系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫的一部分，就地維護測量單元的相量數(shù)據(jù)，并與控制中心進行高效數(shù)據(jù)交換;

(7)數(shù)據(jù)傳輸。在通信協(xié)議方面，仍將采用IEC 104規(guī)約，以保證與現(xiàn)有 RTU/SCADA系統(tǒng)的兼容性;同時，數(shù)據(jù)傳輸是“事件驅動”的，即僅在事件檢測模塊檢測到事件時才開始數(shù)據(jù)傳輸工作。

值得指出的是，目前大多數(shù)變電站已采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)和遠動通信工作站，因此，當RTU改造成為DRTU后，計算機監(jiān)控系統(tǒng)與遠動工作站也需要相應改造，主要修改包括:

(1)采集的數(shù)據(jù)中包含了時標，因此，數(shù)據(jù)庫、可視化監(jiān)視系統(tǒng)中均應做相應修改。數(shù)據(jù)庫中應在相應表格中增加時標字段，而查詢、添加、修改、刪除操作時，也應包含這一字段;可視化也要針對性修改;

(2)數(shù)據(jù)傳輸頻度增加，且數(shù)據(jù)傳輸是“事件驅動”的，遠動工作站應做相應修改，以適應這一變化。

3 DySCADA主站設計

3.1 技術現(xiàn)狀

SCADA主站由通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和基礎應用組成［3，4］。

(1)通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)架構于 SCADA主站的前置機上，主要負責與各 RTU子站進行通信。目前普遍采用IEC 104規(guī)約與子站進行通信，主要實現(xiàn)功能有:總召、時鐘同步、四遙(遙信、遙測、遙控和遙調)數(shù)據(jù)。

在具體實現(xiàn)方式上，主站通信系統(tǒng)普遍采用多線程方式實現(xiàn)與子站通信。每個線程管理與一個子站連接，且不管是否有數(shù)據(jù)上傳，主站對每一線程均需進行定期的查詢。因此，當子站數(shù)量較多、數(shù)據(jù)量較大時，由于大量線程的存在，內存空間占用較多，且線程的創(chuàng)建、銷毀以及切換也會占用大量寶貴的CPU資源，程序運行效率較低。同時，當通信速度較快時，大量的切換線程操作，還會造成通信的擁塞與數(shù)據(jù)的延遲甚至丟失。我們稱這一類通信方式為阻塞式通信。顯然，阻塞式通信方式并不能適應DySCADA的要求。

(2)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)架構于SCADA主站中的數(shù)據(jù)庫服務器上，一般采用雙機雙網(wǎng)的方式來保證其可靠性，主要負責系統(tǒng)模型、參數(shù)、配置等靜態(tài)數(shù)據(jù)以及RTU子站上傳和主站下達動態(tài)數(shù)據(jù)的存儲。

在具體實現(xiàn)方式上，SCADA系統(tǒng)普遍采用內存數(shù)據(jù)庫加商用數(shù)據(jù)庫的方法:需要持久存儲的數(shù)據(jù)存儲于Oracle等商用數(shù)據(jù)庫中，而實時監(jiān)控所需的數(shù)據(jù)則暫存于內存數(shù)據(jù)庫，以保證應用的快速性。

(3)基礎應用

SCADA采集的數(shù)據(jù)只能供電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)分析和監(jiān)測用。常用基礎功能包括:①數(shù)據(jù)采集與傳輸;②安全監(jiān)視、控制與告警;③歷史數(shù)據(jù)和報表打印;④事故追憶;⑤人機界面與組態(tài);⑥系統(tǒng)時鐘同步;⑦其他必需的功能，包括安全管理，Internet/Intranet信息發(fā)布等。

3.2 技術方案

為滿足動態(tài)監(jiān)控的需要，DySCADA主站在實現(xiàn)層面和SCADA主站有較大的區(qū)別。

(1)通信系統(tǒng)

為與原有 SCADA系統(tǒng)保持兼容性，通信協(xié)議保留IEC 104規(guī)約。但為了實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的高效傳輸，原有的阻塞式通信方式需要改為非阻塞通信方式［16］。在非阻塞通信過程中，數(shù)據(jù)通信采用事件驅動的方式，即只有在有效數(shù)據(jù)抵達時，才調用相關處理線程進行必要的處理，以實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的高效傳輸。

在具體實現(xiàn)上，非阻塞式通信通過引入線程池與反應器(Reactor)來解決通信的阻塞問題。一個最基本的Reactor框架如圖2所示。圖2中，當框架中有多個客戶連接時，無須創(chuàng)建相應數(shù)量的線程，而是引入線程池的概念，由Reactor來選擇線程池中的任務，決定哪個任務需要被調用。從而避免了阻塞式通信中線程創(chuàng)建所需的內存開銷及線程創(chuàng)建、銷毀所需的時間開銷。同時，僅當某個連接接收到數(shù)據(jù)時，Reactor才調用這個連接所對應的方法進行讀取、解析、計算、存儲等工作，實現(xiàn)了“事件驅動”型的數(shù)據(jù)通信。

圖2 非阻塞式通信原理圖Fig．2 Scheme of non-blocking communication

可以看出，原有的阻塞式通信，是基于輪詢(時間)的;而本文所提出的非阻塞式通信，是基于事件的。應該指出的是，正是由于基于“事件驅動”機制進行通信，使得 DySCADA可以實現(xiàn)變速率數(shù)據(jù)傳輸。即電網(wǎng)正常運行時，系統(tǒng)以較慢的時間周期(如0.2s)進行采樣;而當電網(wǎng)非正常運行時，系統(tǒng)以較快的時間周期進行采樣。

(2)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

時間序列數(shù)據(jù)庫技術［17］是數(shù)據(jù)庫技術和實時系統(tǒng)相結合的產(chǎn)物。它具有如下特點:高壓縮比的壓縮技術、高速數(shù)據(jù)存取技術、完全分布式結構、高效數(shù)據(jù)備份和容錯功能、強大二次開發(fā)功能和開放性，具備豐富的接口。

隨著調度自動化技術的發(fā)展，國內省級以上系統(tǒng)大部分均已配置智能電網(wǎng)調度技術支持系統(tǒng)，實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫均已支持時間序列數(shù)據(jù)的存儲。

在DySCADA系統(tǒng)中，應充分發(fā)揮內存數(shù)據(jù)庫、關系型數(shù)據(jù)庫和時間序列數(shù)據(jù)庫三者的特性，將實時采集或實時監(jiān)控所需的數(shù)據(jù)暫存于內存數(shù)據(jù)庫中;將系統(tǒng)電網(wǎng)模型以及電網(wǎng)的靜態(tài)參數(shù)等采用關系型數(shù)據(jù)庫進行存儲;而對于系統(tǒng)中帶時標的數(shù)據(jù)可以采用時間序列數(shù)據(jù)庫進行存儲和處理，來滿足海量同步數(shù)據(jù)實時接收、數(shù)據(jù)同步、壓縮存儲、快速查詢等功能要求。

(3)基礎應用

除實現(xiàn)SCADA主站原有的基礎應用功能外，DySCADA主站還將實現(xiàn):

1)基于高可信度的狀態(tài)估計上的監(jiān)測。將高可信度的狀態(tài)估計［18］功能納入到DySCADA主站的基礎應用功能之中，使得后續(xù)應用均可建立在實時的、準確的、標準的熟數(shù)據(jù)之上;

2)低頻振蕩在線識別［7-9］。通過對 DySCADA動態(tài)數(shù)據(jù)進行多信號Prony辨識得到系統(tǒng)主導振蕩頻率和阻尼，根據(jù)振蕩幅值進行低頻振蕩的檢測，判定主導振蕩機組，根據(jù)振蕩相位得到模態(tài)圖和相對振蕩的主要區(qū)域。

3)視頻級的可視化監(jiān)控。DySCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)正常刷新速度為0.2s，這樣的速度與電網(wǎng)的廣域動態(tài)監(jiān)測所需求的速度相吻合。另外，這一時間正是人的視覺殘留時間，這也使得以視頻的方式實現(xiàn)電網(wǎng)動態(tài)信息的監(jiān)控成為可能。

還應指出的是:

DySCADA降低了硬件和通信成本，能夠克服PMU/WAMS布點不足的限制，使過去由于布點不足、缺乏全網(wǎng)實時狀態(tài)數(shù)據(jù)等原因難以實現(xiàn)的全局PSS參數(shù)優(yōu)化、全網(wǎng)擾動源準確辨識、負荷參數(shù)全網(wǎng)同步辨識等具備應用條件。

DySCADA還在WAMS基礎上，擴展了通信下傳功能，從而為實現(xiàn)基于實時動態(tài)監(jiān)測進行廣域閉環(huán)動態(tài)控制奠定基礎，使包括直流調制、低頻振蕩抑制在內的高級應用真正具備廣域控制的能力。

4 DySCADA升級改造方案

DySCADA可在已有的SCADA系統(tǒng)基礎升級改造而來，相關方案設計如下。

(1)將部分RTU改造為DRTU

根據(jù)DRTU的特點，將現(xiàn)有的部分RTU更換為DRTU，原有SCADA主站系統(tǒng)并不改變，且采樣頻率也不改變，驗證在SCADA系統(tǒng)下DRTU能夠提供與原RTU相同的數(shù)據(jù)。

(2)建設 DySCADA主站系統(tǒng)，使之與原有的SCADA系統(tǒng)并列運行

在此階段，RTU和DRTU、SCADA和DySCADA系統(tǒng)并列運行，DRTU采集的數(shù)據(jù)上傳到DySCADA系統(tǒng)中，而數(shù)據(jù)中不帶時標部分，上傳到SCADA系統(tǒng)中。

(3)用DRTU全面替換RTU

在經(jīng)過步(2)，檢驗系統(tǒng)能穩(wěn)定運行后，可以將RTU全面替換為DRTU，并用DySCADA系統(tǒng)逐步取代原有的SCADA系統(tǒng)。

(4)逐步提升DySCADA系統(tǒng)的采樣頻率

在DRTU全面被引入后，系統(tǒng)已經(jīng)具備同步采集的功能。在此基礎上，可將SCADA系統(tǒng)的3～6s的數(shù)據(jù)采用與傳輸周期，分多個階段，逐步縮減到0.2s，以滿足電網(wǎng)動態(tài)廣域測量和監(jiān)控的需求。

(5)變速率傳輸

即當電網(wǎng)正常運行時，DySCADA以較慢的時間周期(0.2s)采樣，以減輕通信、存儲、分析和計算諸環(huán)節(jié)的壓力;當出現(xiàn)事件時，觸發(fā) DySCADA系統(tǒng)，使其以較快的時間周期(0.01～0.02s)采樣，以適應各種動態(tài)監(jiān)控應用的需要。

5 結論

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，越來越多的快速變化的動態(tài)元件被引入到電力系統(tǒng)中，實現(xiàn)電網(wǎng)動態(tài)分析與控制已變得日益迫切、重要。

基于DRTU的DySCADA是針對這一需求提出的新構想，包括子站和主站兩部分。DySCADA子站——DRTU——突出特點體現(xiàn)于毫秒級動態(tài)、差分信息和事件驅動三方面;而基于DRTU實現(xiàn)的DySCADA系統(tǒng)則具有實時性與同步性佳、完整性好、自適應性強、可較好保護已有投資等優(yōu)勢，可為電網(wǎng)的動態(tài)分析、控制提供實時、同步、完整的動態(tài)數(shù)據(jù)。

應指出的是，基于以上設計開發(fā)的DRTU原型和DySCADA原型系統(tǒng)已于2012年6月起在電力系統(tǒng)國家重點實驗室投入試用。試用結果初步驗證了本文設計的正確性與可行性。

致謝:

論文工作在盧強院士指導下進行。工作期間，與謝小榮、孫振權、周逢權、陳穎、張放等進行了有益的討論。

［1］余貽鑫，李鵬 (Yu Yixin，Li Peng)．大區(qū)電網(wǎng)弱互聯(lián)對互聯(lián)系統(tǒng)阻尼和動態(tài)穩(wěn)定性的影響 (The impact of weak internection of bulk power grids to damping and dynamic stability of power systems)［J］．中國電機工程學報 (Proceedings of the CSEE)，2005，25(11):6-11．

［2］薛禹勝 (Xue Yusheng)．時空協(xié)調的大停電防御框架(一)從孤立防線到綜合防御 (Space-time cooperative framework for defending blackouts PartⅠ:From isolated defense lines to coordinated defending)［J］．電力系統(tǒng)自動化 (Automation of Electric Power Systems)，2006，30(1):8-16．

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［5］許樹楷，謝小榮，辛耀中 (Xu Shukai，Xie Xiaorong，Xin Yaozhong)．基于同步相量測量技術的廣域測量系統(tǒng)應用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 (Present application situation and development tendency of syschronous phasor measurement techology based wide area measurement system)［J］．電網(wǎng)技術 (Power System Technology)，2005，29 (2):44-49．

［6］Xie Xiaorong，Xin Yaozhong，Xiao Jinyu，et al．WAMS applications in Chinese power systems［J］．Power and Energy Magazine，2006，4(1):54-63．

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［10］梅生偉，薛安成，張雪敏 (Mei Shengwei，Xue Ancheng，Zhang Xuemin)．電力系統(tǒng)自組織臨界特性及大電網(wǎng)安全 (Power system's self-organized criticality and bulk grid's security)［M］．北京:清華大學出版社(Beijing:Tsinghua University Press)，2009．

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Conception and design of dynamic SCADA based on dynamic RTU

HE Guang-yu，CHENG Lin，LIU Feng，SHEN Chen，YE Jian-min
(State Key Laboratory of Power Systems，Department of Electrical Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China)

Requirements for dynamic online analysis and control are becoming increasingly pressing and useful as(，cont．on p．65)(，cont．from p．15)more and more rapidly changing elements are introduced to power systems in the smart grid context．To adapt this change，we propose a conception of transforming the existing SCADA system into a Dynamic SCADA(Dynamic SCADA，DySCADA)system．Moreover，we discuss the design schemes of its sub-station and master station in detail，and point out that its sub-station stands with three characters of millisecond level dynamic，difference information and event-driven，and the DySCADA has the advantages of real-time，synchronism，integrated，strong adaptability and utilization of existing investment，which gurantees that it can provide real-time，synchronous and complete dynamic data for dynamic analysis and control of power grid．Finally，we put forward the DySCADA's upgrading plan，and point out that the validity of the DySCADA has been verified preliminary by constructing protype system of the DySCADA in our lab．

dynamic analysis and control;dynamic RTU;dynamic SCADA

TM76

:A

:1003-3076(2014)01-0010-06

2013-09-12

國家高新技術研究與發(fā)展863項目(2012AA050201)

何光宇(1972-)，男，湖南籍，教授/博導，研究方向智能調度、用戶側能量管理系統(tǒng)等;程 林(1973-)，男，湖南籍，副教授/博導，主要從事電力系統(tǒng)可靠性、電力系統(tǒng)分析與控制等方面的教學和研究。