淺談RTU仿真系統(tǒng)的應(yīng)用

周利軍 王 磊 車克儉 陳善義

（甘肅省電力公司實訓(xùn)中心，甘肅 蘭州730050）

0 引言

在計算機應(yīng)用領(lǐng)域，以軟件代替硬件是未來的一種發(fā)展趨勢。

以移動通信領(lǐng)域的手機為例，硬件按鈕手機用過幾年后，往往會發(fā)生操作按鍵故障，并且隨著使用年限增加而不斷加重，最后只好換掉。而觸屏按鈕不會有接觸不良的物理性故障，這是使得產(chǎn)品的硬件構(gòu)造不斷被軟件功能取代的原因之一。另外，現(xiàn)代工業(yè)的趨勢不是追逐大批量單一品種，而是多品種、特色化、柔性化的面向多種客戶提供針對性服務(wù)，這導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)必須是易改變的和智能化的。

在電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，越來越多的信息處理不能依靠硬件來完成，那樣不僅代價太高，體積太大，不易改變，而且有些需求用硬件基本是無法實現(xiàn)的，只能通過軟件仿真來實現(xiàn)。這種思路的改變，除了帶來類似上述工業(yè)產(chǎn)品的一般性變化之外，還帶來了電網(wǎng)自動化監(jiān)控系統(tǒng)所需要的專門化和柔性化。

1 站端設(shè)備軟件仿真優(yōu)勢

在電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的廠站現(xiàn)場，工作往往千頭萬緒，有時難免顧此失彼，出現(xiàn)好多細節(jié)方面的信息不完整導(dǎo)致的失誤。

有過這樣的事：基建現(xiàn)場的其他設(shè)備都已到場就位，就差廠站終端設(shè)備（RTU）了，與廠家多次聯(lián)系后確認，會在一個月后到貨，于是現(xiàn)場按此計劃一邊安排別的工作一邊等著。等到設(shè)備真的到場就位，準備開始調(diào)試時，卻發(fā)現(xiàn)從戶外端子箱到轉(zhuǎn)接架之間豎井的通信電纜還沒放，導(dǎo)致轉(zhuǎn)接架到RTU設(shè)備的對線工作無法進行。白等了一個月，本應(yīng)該在等待設(shè)備到貨的空閑時間里完成的工作，卻要在設(shè)備到貨以后才去補基建遺漏的課。

由此可知軟件仿真RTU對現(xiàn)場調(diào)試的意義，除了可以預(yù)調(diào)四遙的功能外，還能夠預(yù)先查驗通信鏈路的缺失與不到位之處，從而在等待設(shè)備到位的過程中，先把鏈路仔細查一遍，設(shè)備一到位，就可以實現(xiàn)真正的主站—廠站間通信調(diào)試和數(shù)據(jù)點對位工作。

另一方面，從本質(zhì)上講，RTU點位與主站數(shù)據(jù)庫的對位工作并不依賴真實RTU的硬件，因為從主站側(cè)看過去，每一個點位僅僅是一個數(shù)據(jù)狀態(tài)而已，只要仿真RTU的點位與設(shè)定真實硬件RTU所使用的信息表一致，主站并不在乎你那邊是硬件RTU還是仿真RTU，這時與主站數(shù)據(jù)庫的對位調(diào)試工作是以同樣的方式進行的。

用仿真軟件進行調(diào)試的另一優(yōu)勢是可以根據(jù)需要人為改變點位的數(shù)據(jù)或狀態(tài)，比如遙信取反的設(shè)置、遙測的限值設(shè)定等，這比在真實系統(tǒng)上做變位操作安全方便得多。

2 實習(xí)培訓(xùn)系統(tǒng)中的RTU仿真

電網(wǎng)自動化培訓(xùn)系統(tǒng)所要達到的目標，是讓學(xué)員掌握主站—廠站操作的全過程，學(xué)員自己動手操作，自己查證結(jié)果，這樣既簡單明了，也有利于對操作的經(jīng)驗性理解。

RTU仿真系統(tǒng)用作培訓(xùn)的真正優(yōu)勢，是設(shè)備的高度柔性化。在硬件RTU設(shè)備中，其配置一旦確定，每次啟動時設(shè)備都會去檢查配置與硬件是否一致，不能在應(yīng)用界面上進行改動。但仿真RTU修改配置非常方便，可以直接在設(shè)備配置界面上修改。

圖1 為仿真RTU的配置界面。

圖1 仿真RTU配置界面

使用RTU仿真系統(tǒng)，即使操作失誤，也不會造成損失。而真實廠站終端的點位是不可以隨便更改的，這是培訓(xùn)系統(tǒng)仿真的另一優(yōu)點。

此外，對于新舊各種規(guī)約，在實際系統(tǒng)上不可能全部碰到，但培訓(xùn)系統(tǒng)的目的是要求學(xué)員全面掌握，起碼也要見過，有所了解。這種全方位視野的獲得，對于有經(jīng)驗的專責(zé)更為重要，因為這樣能更深刻理解數(shù)據(jù)通信和規(guī)約的歷史演變等更深入的問題，不僅知道是什么，而且知道為什么。這些知識要在真實的廠站設(shè)備上通過經(jīng)驗積累獲得，需要很長時間，甚至沒有機會獲得，比如串口通信規(guī)約，正在逐步被光纖和網(wǎng)絡(luò)所取代，但在現(xiàn)場，不到折舊期年限的設(shè)備必然還將繼續(xù)運行，如果出現(xiàn)問題還需要維護。而對新來的專責(zé)，他可能接觸不到，也就理解不了這串口規(guī)約為什么要這個功能。但在設(shè)計完整的培訓(xùn)系統(tǒng)上，要做到這一點并不困難。

此外，如果要用多種類多臺套真實RTU終端來做培訓(xùn)，設(shè)備必然過于龐大，成本也太高，安裝調(diào)試的工作量都會成倍增加，而一套多種類規(guī)約的仿真系統(tǒng)，通常一個柜子就能包含全部功能，而且可以在每一臺RTU上任意操作，人不挪位，就可以操作RTU點位，并在主站側(cè)設(shè)備的屏幕上顯示操作所產(chǎn)生的結(jié)果，直觀輕松，高效低成本。

圖2 為該仿真系統(tǒng)的邏輯圖，其中n是一個建議值，主要從運行速度來考慮，實際軟件沒有限制（建議規(guī)約：IEC104、101）。

圖2 集群RTU邏輯圖

3 EMS主站受控壓力測試

EMS/SCADA系統(tǒng)主站的性能指標、它與設(shè)計值之間數(shù)據(jù)差異的獲得，一直沒有一個客觀的可實測、可再現(xiàn)的方法。但這種對主站性能指標進行測試的要求是客觀存在的，關(guān)鍵是要找到一種方法來實現(xiàn)它。

在雪崩狀態(tài)下主站系統(tǒng)對數(shù)據(jù)壓力的耐受性不可能在真實的站端數(shù)據(jù)涌入的狀態(tài)下去獲取，那樣如未經(jīng)臨床試驗就以極端劑量服用藥物一樣危險，解決的辦法當然是設(shè)計一種仿真環(huán)境，在受控條件下對主站系統(tǒng)進行信息壓力的測試。由于近幾年網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，這個工作比以前有了更好的實現(xiàn)條件。

在串口通信的時代，要仿真100個以上的RTU數(shù)據(jù)就已經(jīng)是一件勉為其難的事，因為巨量的一對一接線使物理體系龐大復(fù)雜，工作量十分巨大。更何況在DMS（配網(wǎng)自動化系統(tǒng)）中甚至要仿真10 000個RTU終端！這在串口通信的時代幾乎是不可能的。借助于網(wǎng)絡(luò)化規(guī)約通信手段，我們可以提供一個簡潔便捷的設(shè)計方案：軟件RTU＋網(wǎng)絡(luò)化通信定義，能比較方便地實現(xiàn)這一目標，這就是集群RTU仿真系統(tǒng)。

在EMS主站測試方案中，我們可以仿真1 000臺以上的RTU軟件終端，數(shù)以萬計的點（遙測和遙信）不斷進行遙信變位和遙測越限變化，以此對主站系統(tǒng)進行信息壓力耐受性的測試，并由此驗證一個新上系統(tǒng)的性能是否達到了設(shè)計指標所規(guī)定的要求。

當然，功能方面要做不少開發(fā)，比如：重復(fù)定義的批量化實現(xiàn)、信息壓力的可控性、操作記錄和日志以及異常情況記錄等。

4 結(jié)語

廠站RTU的軟件仿真，最初的動力來自站端的預(yù)調(diào)試需求，專業(yè)人員培訓(xùn)對系統(tǒng)的要求以及主站系統(tǒng)性能指標實測的需求逐步擴大了它的應(yīng)用范圍。在節(jié)省成本、改善勞動強度等方面，RTU軟件系統(tǒng)日益顯示出巨大的優(yōu)越性。我們相信，未來依靠仿真軟件的柔性化和方便的操作界面，它將獲得更加廣闊的應(yīng)用前景。

［1］張作剛.計算機技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化中的應(yīng)用分析［J］.廣東科技，2008（4）

［2］顏旭東.淺談變電所綜自系統(tǒng)調(diào)試階段的質(zhì)量控制［J］.機電信息，2012（33）