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技术白皮书
iES600电网能量管理系统
技术白皮书
积成电子股份有限公司
2007年5月
2007年5月
1.概述
本系统采用基于SCADA/PAS/DTS一体化的开放式集成应用环境，是一个完全基于国际标准的、开放的电力系统自动化与信息化应用环。
系统不仅涵盖了SCADA/PAS/DTS等常规的电力系统自动化应用，而且可以方便地集成第三方开发的符合标准的应用。
用户使用本系统可以方便地整合调度自动化系统以及其它部门的信息系统，并可以在此应用集成的基础上实现部门和企业层次的信息分析应用和业务流程自动化，从而充分地利用信息这一战略资源，提高企业运营水平，增强企业竞争力。
本系统的设计思想是标准性、先进性、实用性。
本系统基于国际标准IEC61970的独立于底层技术的应用集成框架和组件接口规范CIS以及IECTC57的公共信息模型CIM设计，采用了全新的软/硬件跨平台设计，支持异构环境。
使用最新的软硬件技术，具有先进的支撑平台，全面提升电网能量管理的水平。
系统提供实时监视控制、网络应用与分析、调度员培训仿真、安全防护、实时WEB、电子值班等基本功能，并具备强大的网络互联功能，具备传统通信方式的同时，系统支持采用TASEII、DL476-92、IEC60870-5-104等多种方式与上、下级调度之间交换数据，并实现了不同方式之间的相互备用及自动切换。
得益于对IEC61970标准的良好支持，系统还支持不同EMS系统之间的互操作。
本系统的实时监视控制功能完全满足对电网实时监视和控制的要求，并提供了全面和完善的手段和工具。
能够实时监视常规电网信息、二次系统信息等，并通过实时的网络分析，形成了一套具有监控、操作约束、操作流程控制以及操作统计于一体的具有操作安全约束的监控系统，真正为电网安全运行起到保驾护航的作用。
本系统提供网络应用与分析功能，满足国调中心印发的调自[2000]7号文（《地区电网调度自动化系统应用软件基本功能实用要去及验收细则（试行）》规定的各项功能指标，达到增强对整个电网运行状态的监视功能，分析电网安全性和提供策略消除或降低电网中存在的不安全因素的目的。
本系统提供的调度员仿真培训功能，为调度和管理人员提供与实际运行的EMS系统完全一致的应用操作环境。
实现集电网监控、仿真、培训和分析研究功能于一体的SCADA/PAS/DTS一体化的综合仿真培训系统。
1.1系统结构
本系统体系结构满足即插即用的电力企业应用集成，能够实现不同厂家独立开发的各个EMS系统应用程序之间、独立开发的各个完整的EMS系统之间以及EMS系统和调度中心的其它应用系统之间的信息共享与应用集成，即实现真正意义上的开放式应用系统。
系统网络结构采用分布式开放千兆局域网交换技术，双（多）冗余配置具体要求如下:
安全I区EMS系统后台局域网、前置局域网采用千兆双以太网网络结构，安全Ⅱ区DTS局域网采用千兆单以太网网络结构，安全区IIIWEB局域网采用千兆单以太网网络结构。
数据采集服务器、SCADA服务器、历史数据服务器、PAS服务器、调度员工作站、远程监控工作站、模拟屏及大屏幕、维护工作站、PAS工作站、报表工作站、EMS通讯服务器接入I区EMS系统后台局域网交换机；数据采集服务器配置4块网卡，分别接入I区EMS系统后台局域网交换机、前置交换机，实时数据采集的终端服务器接入I区EMS系统前置数据采集交换机；DTS服务器、DTS_WEB服务器、DTS工作站接入安全区Ⅱ交换机；EMS的WEB服务器等接入III区交换机，WEB服务器、物理隔离装置、防火墙、路由器构成对外信息交换的途径。
系统逻辑结构如附录所示。
1.2系统总体技术规范
本系统采用开放式结构、提供冗余的、支持分布式处理环境的网络系统。
系统满足如下总体技术规范。
1.2.1可扩展性
本系统软、硬件的结构都是“即插即用”的，所有具有很好的软、硬件扩充能力，包括增加新计算机硬件、增加新软件功能和系统容量可扩充（包括可接入的厂站数量、系统数据库的容量等），没有设计容量上的限制，能使系统可以整体设计、分步建设投运、逐步扩充、逐步升级，以满足电网监控与运行管理不断发展的要求。
1.硬件“即插即用”
从计算机硬件角度来说：
系统采用了全新的跨平台设计，支持异构环境。
本系统计算机硬件和操作系统采用了主流厂家的产品，计算机硬件上支持包括HP公司的ALPHA系列服务器和工作站、HP/Intel的ltanium系列服务器和工作站、SUN公司SPARC系列服务器和工作站、IBM公司的Power5系列服务器和工作站和所有品牌的PC服务器和工作站。
操作系统支持Tru64、AIX、Solaris、HP-UX等64位UNIX操作系统和MSWindows操作系统。
本系统是按可伸缩要求设计的，其硬件配置的规模、档次可选择，系统的大指标主要取决于所配硬件的容量和档次，不受系统软件的限制，系统在扩充时，可直接将新的计算机硬件配置到系统中，无需做任何更改。
系统由于采用一体化的前置设备，该采集系统采用模块设计，终端服务器同调制解调器、数字板采用背板连接，连接线缆大大减少，设备连接只需4根网线、1根电源、两根信号接入线，前置扩容只需要增加单元，与交换机、电源单元和通道柜连接即可投运，不需要复杂的线缆连接、捆扎、标注，这为以后在机柜的剩余空间进行前置扩容提供了方便。
2.软件“即插即用”
本系统的客户端软件采用了一种灵活而强大的插件框架设计，可以通过增加或替换插件来实现软件的逐步升级，部分功能甚至无须退出程序即可实现，真正实现了软件功能的“热插拔”和“即插即用”，升级过程更加简单，也更加安全。
本系统的设计基于国际标准IEC61970的独立于底层技术的应用集成框架和组件接口规范CIS及IECTC57公共信息模型CIM。
对于符合IEC61970标准的应用软件，无论是由本公司提供的还是第三方厂家提供的，均能够实现接入。
对于不符合IEC61970标准的应用软件，本系统开放的模块化的体系结构所提供的相关的应用软件交换接口也能保证应用软件的接入。
本系统支持双网、多机、多模块冗余热备用运行，这种全面的冗余结构在保证系统高可靠性的同时，也使系统能够在不影响已运行系统的情况下实现包括硬件、操作系统、系统软件、各功能组件和第三方应用软件等在内的所有模块的逐步扩充和升级，从而能充分满足用户在系统功能、性能、容量等方面不断增长的需求，最终最大限度的保护用户的投资。
1.2.2可靠性
系统在设计过程中将“可靠性”作为一个极其重要的指标来考虑，如：
关键设备及单元采用冗余配置，异常情况下自动切换并自动隔离故障，选用标准设备，采用符合软件工程要求的规范设计方法，并进行严格测试，系统提供人工/自动备份与恢复手段等，现将几个主要方面简要介绍如下：
1.前置通信设备方面
本系统采用一体化前置通讯设备，该设备配置的支持双终端服务器采用双网口与前置通信服务器进行连接，对同一路通道信号进行冗余采集上传前置通信服务器，实现信号三冗余方案，即通道冗余、终端服务冗余、网络冗余。
对于前置通讯处理这样的服务，在正常运行的状态下，多台（一般为两台）服务器上的前置通讯模块各自负担一部分通道的数据处理任务，这样，不但做到了通道数据的并行处理，提高了处理数据的效率，而且做到了前置服务器的CPU负载均衡和网络数据流量的均衡。
当其中一台服务器发生故障时，另外一/多台服务器上的前置通讯模块自动承担起所有通道的数据处理任务。
当故障服务器恢复正常时，处理任务又会自动均衡分配到各前置通讯模块中。
2.服务器方面
在系统中，重要的设备和软件模块采用双/多机热备份技术，一套设备和软件模块作为主用，另一/多套设备和软件模块处于热备用状态。
如终端服务器、网络交换机、SCADA服务器、SCADA数据服务模块等。
处于此种备用方式的软件模块，会自动将一些必要的信息在主备模块间进行同步更新，当主用设备或软件模块发生故障时，处于热备用状态的设备和软件模块可快速投入主用状态，并可以保证信息不丢失，做到无扰动切换。
对于软件模块的偶发性故障，系统除会自动将处理功能切换到正常运行的模块之外，还会自动重启发生故障的软件模块。
这样结合前面的热备份、冷备份、集群技术，就可以大大提高整个系统的可靠性。
3.数据库方面
本系统支持使用单个或多个商用数据库。
对于单个商用数据库的情况，一般利用磁盘阵列和集群软件将其配置为CLUSTER模式，也就是在两台服务器上都安装了运行了DBMS软件但只有一份物理数据库存储。
这种模式可以解决当两台数据库服务器中的一台发生故障时的故障切换问题。
对于多个商用数据库的情况，系统中存在相同数据库的多个实例（一般为两个），数据库服务器和存储都是独立的。
通过数据库管理服务，系统自动在多个数据库实例之间进行数据同步，确保多个数据库实例的一致性。
当其中某个数据库实例因故障退出运行时，数据库管理服务自动将其隔离并发出告警事项，通知用户进行处理。
其余正常的数据库实例可以继续提供服务，系统功能不受影响。
当发生故障的数据库服务器修复后，用户可以通过数据库管理服务将正常数据库的内容同步到恢复后的数据库中，然后将其投入在线运行状态。
在商用数据库发生严重故障而无法访问时，通过采用文件缓存技术，信息模型服务能够提供模型读取服务，历史数据服务、事项服务能够提供两天内的数据查询服务，做到了系统基本SCADA功能不受影响，保证监控的正常进行。
4.软件设计方面
本系统在设计过程中充分考虑了容错能力。
系统具有功能强大的系统管理平台，该平台具有服务进程管理与监视、网络通讯管理与监视、系统资源管理与监视、系统诊断等功能，从操作系统、数据库等各个层次对系统进行了全方位的管理与监控。
系统管理平台能够将实时的监控数据传送到人机会话中，对于一些不符合指标的数据进行报警，如：
磁盘使用量超过80％、数据库使用量超过80％、某台机器的某个网络故障等。
5.系统备份与恢复方面
系统具有对操作系统级和应用数据级的备份，具有完备的电网模型和图形文件库备份策略，系统如果产生故障，能够根据备份快速的恢复系统。
1.2.3开放性
本系统具有开放系统的体系结构，符合POSIX100标准和IEC61970信息模型与API接口标准，能够保证与相关系统的互联、互通、互操作，能实现第三方应用软件的方便接入。
数据库基于CIM模型或建立系统内模型和CIM之间的映射关系。
系统的计算机设备、网络设备、操作系统、数据库、中间件和开发工具等均采用主流商业现货产品（COTS）。
本系统的计算机硬件采用了主流厂家的产品，支持包括HP公司的ALPHA系列服务器和工作站、HP/Intel的ltanium等系列服务器和工作站、SUN公司SPARC系列服务器和工作站、IBM公司的Power5系列、各种品牌的X86和X64系列的服务器和工作站在内的多种硬件平台。
本系统支持多种符合POSIX标准的操作系统，在Unix操作系统上遵循X-Window和OSF/Motif等国际标准，系统支持使用Tru64、AIX、Solaris、HP-UX等64位UNIX操作系统，也支持X86系列和X64系列CPU的Windows操作系统、Solaris和Linux操作系统。
本系统在不同的硬件平台上相应的支持SQLServer、Oracle、Sybase和DB2四大商用数据库。
数据库访问支持SQL方式。
系统在网络通讯中采用标准的TCP/IP协议集。
系统采用开放式体系结构，提供开放式环境，能支持多种硬件平台，支撑平台应采用国际标准开发，所有功能模块之间的接口标准应统一，支持用户应用软件程序的开发，保证能和其它系统互联和集成一体，很方便的实现与其它系统间的接口。
1.2.4可维护性
为提高系统的可维护性，系统从设计上着手，在日常管理和维护，系统备份和恢复，故障诊断和处理三方面着力提高系统的可维护。
1.日常管理和维护方面
此方面以减少维护工作量作为目标，从根本上解决系统的可维护性问题，如：
Ø系统采用了国内首创的一体化前置通信设备，集终端服务器、调制解调器、数字桥等设备的功能于一体，极大的提高了远动通信设备的可维护性。
Ø系统充分分析了远动维护人员日常最多的绘图、建模工作需求，增加许多提高维护能力的功能，如“全站自动成图”、“批量建模”等功能，极大地减轻了远动维护人员的工作强度，提高了工作效率，也降低了维护工作出错的可能性。
Ø提高图模库一体化建立、一体化维护和一体化访问的自动化程度，提供了图模库一体化检查工具，实现了对图形错误和模型错误的自动检查，报告和定位。
SCADA，PAS，DTS等多个应用的采用统一的一体化图模库。
图形实现分散编辑，集中存储，自动分发，图形备份自动在服务器端进行。
Ø系统具有完善的远程维护方案，通过远程维护提高系统的可维护性。
2.系统备份和恢复
在系统备份和恢复方面，采用自动备份和手工备份相结合的策略，即减少了维护工作量也保证了备份工作的可靠性。
为保证备份工作的可靠性，系统支持向导方式的手动备份和恢复功能，可以让系统维护人员按照向导程序的指示，轻松的完成系统数据的备份和恢复工作。
1.2.5安全性
系统安全满足《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》（中华人民共和国国家经贸委第30号）和《电力二次系统安全防护规定》（国家电力监管委员会5号令）对电网计算机监控系统和系统之间互联的安全要求，符合《全国电力二次系统安全防护总体框架》的有关规定。
（1）各应用系统、功能设置在正确的安全分区内。
EMS系统的SCADA/PAS布置在安全I区；调度员培训仿真（DTS）等功能布置在安全
区；EMS实时WEB布置在安全
区。
（2）安全区间的纵、横向防护要求：
●EMS通过后端交换机设置的安全控制列表（ACL）与安全区Ⅰ中的其它系统进行适当隔离。
●安全I区与安全II区的横向隔离要求：
采用国产硬件防火墙（或具有访问控制功能的设备）进行逻辑隔离。
禁止E_MAIL、WEB、TELNET、RLOGIN等安全风险高的通用网络服务穿越安全区间的隔离设备。
●安全I/II区与安全
区的横向隔离要求：
采用国产的经过国家指定部门认证的电力专用横向单向安全隔离装置。
专用横向单向安全隔离装置分正向型和反向型，从I/II区送往
区的信息通过正向安全隔离装置，从
区送往I/II区的信息通过反向安全隔离装置，反向安全隔离装置采取签名认证和数据过滤措施，仅允许纯文本通过，并严格防范病毒、木马等恶意代码。
●安全I区的纵向有调度数据网和专用通道两种通讯方式。
调度数据网使用专用实时VPN,纵向接入采用国家指定部门检测认定的电力专用纵向加密认证装置或加密认证网关，实现网络层双向身份认证、数据加密和访问控制。
暂时不具备条件的，可以用硬件防火墙或ACL技术的访问控制。
专用通道的通讯不涉及网络安全问题，可采用线路加密技术保护关键厂站及关键业务。
●安全II区的纵向通讯采用调度数据网非实时VPN，纵向接入采用国家指定部门检测认证的电力专用纵向加密认证装置，实现网络层双向身份认证、数据加密和访问控制。
暂时不具备条件的，可以用硬件防火墙或ACL技术的访问控制。
●有拨号访问服务的采用拨号认证装置。
（3）对于EMS系统服务器、工作站，进行操作系统安全加固，禁止不必要的服务和应用；必须安装防病毒软件、防木马软件。
安装于主机上的应用程序不能与防病毒软件有冲突，保证防病毒软件进行扫描时，应用程序仍能正常工作。
（4）系统采取各种措施防止内部人员对系统软、硬件资源、数据的非法利用，严格控制各种计算机病毒的侵入与扩散，当入侵发生时系统能及时报告、检查与处理，系统万一被入侵成功或发生其它情况导致系统崩溃时要能及时恢复。
（5）调度EMS系统与其它各信息处理系统之间应是相对独立的关系，各系统之间可通过镜像数据服务器进行互联或通信接口，禁止外部系统对调度自动化系统数据的直接调用。
1.3系统的主要性能指标
1.3.1系统容量
本系统规模如下：
系统配置规模表（仅供参考）
序号
内容
容量
设计水平年（10年）
1
实时数据库容量（如下内容仅为电网物理厂站、测点数量）
1.1
厂站数量
300
1.2
模拟量
50000
1.3
状态量
180000
1.4
电度量
8000
1.5
遥控量
10000
1.6
遥调量
2000
1.7
计算点
30000
2
历史数据库容量
2.1
所有用户需要保存的数据：
时间间隔可调（最少周期为1秒）
保存3年的数据量，留40%的存储余量。
3
应用数据库
3.1
事件/案例（CASE）
1000
3.2
电网节点数
5000
3.3
网络支路数
30000
1.3.2设备的可靠性指标
（1）系统年可用率≥99.99%。
（2）服务器、工作站及网络设备的MTBF≥30,000小时。
（3）外围设备的MTBF≥10,000小时。
1.3.3系统的负载率指标
（1）电网正常状态下（测试条件见表1）
1）在任意5分钟内，服务器CPU的平均负荷率≤10%。
2）在任意5分钟内，MMI工作站CPU的平均负荷率≤15%。
3）在任意5分钟内，主站局域网的平均负荷率≤10%。
（主站局域网双网以分流方式运行时，每一网络的负载率小于10%。
任一网络故障时，单网络负载率不超过20%。
）
电网正常情况下的负荷测试条件（表1）
1.系统容量按“系统配置规模表”提出的系统最大容量配置。
2.系统实时数据扫描周期为3s。
3.每一MMI工作站都可任意选择画面（每幅画面含有至少40个动态数据）。
4.每个MMI工作站每分钟调用4幅画面。
6.模拟屏或大屏幕每3s刷新一次。
8.状态估计每10秒计算一次。
9.每分钟处理100个告警信息（其中遥信变位≤2个）。
10.每5秒钟处理300个越死区遥测量。
11.静态安全分析每10分钟计算一次。
（2）电网事故状态下（测试条件见表2）
1）在任意30s内，服务器CPU的平均负荷率≤20%。
2）在任意30s内，MMI工作站CPU的平均负荷率≤50%。
3）在任意30s内，主站局域网的平均负荷率≤35%。
电网事故情况下的负荷测试条件（表2）
1.系统容量按“系统配置规模表”中提出的系统最大容量配置。
2.系统实时数据扫描周期为3s。
3.每一MMI工作站都可任意选择画面（每幅画面含有至少40个动态数据）。
4.每分钟调用4幅画面。
6.模拟屏或大屏幕每3s刷新一次。
8.状态估计每10秒计算一次。
9.每秒钟处理告警信息40个，每分钟处理2400个告警信息。
10.每5秒钟处理1000个越死区遥测量。
11.静态安全分析每10分钟计算一次。
1.3.4系统实时性指标
（1）遥测量越死区传送时间：
从厂站端到EMS主站MMI工作站上显示≤3s。
（2）遥信变位传送时间：
从厂站端到EMS主站MMI工作站上显示≤3s。
（3）遥控命令传送时间：
从MMI工作站上显示到厂站端开始执行≤3s。
（4）遥调命令传送时间：
从MMI工作站上显示到厂站端开始执行≤3s（直接控制模式）。
（5）全系统实时数据扫描周期1～20s（可调），不同厂站可定义不同扫描速率。
（6）状态估计计算周期10～600s（可调），每次计算时间≤10s。
（7）安全分析周期1～30min（可调），每次计算时间≤30s。
对一天96点计划的校验时间≤10分钟。
（8）应用数据库刷新周期3～60秒可调。
（9）画面调用响应时间（从按键到显示完整画面时间）：
90%的画面<2s，其它画面<4s。
（10）画面实时数据刷新周期1～10s可调。
（11）AVC计算周期4～60秒（可调）。
AVC控制周期30秒～5分钟（可调）。
AVC优化模块计算周期1～15分钟（可调）。
1.3.5事件顺序记录
（1）SOE站间分辨率≤10ms
（2）SOE站内分辨率≤2ms
1.3.6系统的准确率指标
（1）遥信动作准确率=100%
（2）遥控准确率＝100%
（3）遥调准确率≥99.99%
1.3.7系统事故追忆（PDR）
（1）可以保存事故前、中、后的全部信息，保存时间可以任意定义。
（2）提供先进的全息事故追忆（记录连续变化的系统全部数据），可以反演事故前后系统的实际状态。
1.3.8通道速率
（1）RTU数据采集系统总速率：
9600bps×N（双工,N=512）
（2）远动专线通道速率：
300bps/600bps/1200bps/2400bps/4800bps/9600bps/19.2kbps/64kbps/384kbps/2Mbps
（3）远程网络通信速率：
64kbps～2Mbps/10Mbps/100Mbps
（4）LAN速率：
100M/1000Mbps
1.3.9系统切换时间
（1）热备用方式≤10s
（2）温备用方式≤2min
（3）冷备用方式≤10min
1.3.10PAS应用模块的性能指标
（1）状态估计：
状态估计月可用率≥95%
遥测估计合格率≥95%
单次状态估计计算时间≤8秒
（2）调度员潮流：
调度员潮流月合格率≥95%
调度员潮流计算结果误差≤2.5%
≤1.5%*
单次潮流计算时间≤8秒*
（3）负荷预报：
负荷预报月运行率≥96%
＝100%*
月负荷预报准确率≥93%
≥95%*
月最高（低）负荷预报准确率≥93%
≥95%*
以上指标中不带*的为必须达到的基本指标，带*的为争取达到的高指标。
1.3.11DTS系统的性能指标
（1）联络线潮流在内、外部系统发生故障时，事故支援功率逼真率：
（2）在系统发生故障时，频率变化逼真率：
（3）
在系统发生故障时，电压变化逼真率：
（4）潮流计算误差≤1%
（5）开关/分接头操作时间≤1.5s
（6）故障模拟时间≤1.5s
2.EMS系统平台及基本应用软件
2.1EMS系统软件平台
2.1.1基础平台
2.1.1.1操作系统
系统支持HPUNIX,SunSolaris,IBMAIX等主流操作系统。
该系统支持中文内码，符合我国关于中文字符集定义的有关国家标准。
该操作系统能够提供实时的、多任务的和多用户的运行环境，并能有效地利用CPU及外设资源。
该操作系统能够监视高分辨率时钟和定时唤醒相应的进程，能够响应和处理各种硬件和软件的中断请求，并能够自动安排其优先级。
支持主流网络协议，如TCP/IP、IPV6、IPX/SPX等。
操作系统提供强有力的安全保障特性。
该操作系统提供相应的机制来保护数据和文件不受破坏，只有允许的特权进程可以读写指定的数据区域。
2.1.1.2中间件
系统采用IEC61970标准推荐的中间件技术IONA的CORBA（公共对象请求代理体系结构），该中间件有效的屏蔽了异构系统的差别，提供给控制中心应用统一的访问接口。
能够在不同的硬件平台上支持SQLServer、Oracle、Sybase和DB2等主流商用数据库。
2.1.2系统集成平台
本系统支撑软件构建一个开放的集成平台，是一个电力控制中心环境下应用开发、应用集成和系统运行的环境集合。
它基于已成熟的行业技术标准，在异构分布环境（操作系统、网络、数据库）下提供透明、一致的信息访问和交互手段，对其上运行的应用进行管理，为应用提供服务，并支持电力控制中心环境下应用系
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