電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)智能化改造

惠州學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院 黃景煥 許逸坤 楊程明 陳 銳 薛雯麗 遲正剛

電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)智能化改造

惠州學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院 黃景煥 許逸坤 楊程明 陳 銳 薛雯麗 遲正剛

為適應(yīng)實(shí)際電網(wǎng)電力系統(tǒng)智能化發(fā)展，對(duì)現(xiàn)有的電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行改造。本設(shè)計(jì)以C#為開(kāi)發(fā)工具，優(yōu)化SCADA系統(tǒng)交互界面；采用Modbus協(xié)議通用接口，解決系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備通信問(wèn)題，并為后續(xù)開(kāi)發(fā)留出統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)；增加數(shù)據(jù)庫(kù)功能，為操作人員實(shí)現(xiàn)平臺(tái)間數(shù)據(jù)共享提供便利。本設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度及為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后續(xù)智能化改造奠定基礎(chǔ)。

電力系統(tǒng)；SCADA；Modbus協(xié)議；數(shù)據(jù)庫(kù)

0 引言

智能電網(wǎng)技術(shù)目前在實(shí)際應(yīng)用中日漸成熟，而國(guó)內(nèi)高等院校在相關(guān)教學(xué)實(shí)踐方面還有所欠缺。本著培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才的目的，促進(jìn)我?？蒲兴椒仙鐣?huì)對(duì)人才技能需求的發(fā)展，現(xiàn)對(duì)我校電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行智能化改造。我校電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有三臺(tái)WDT-III型電力系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)(相當(dāng)于發(fā)電廠的現(xiàn)地控制單元LCU)、一臺(tái)PS-7G型電力系統(tǒng)微機(jī)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)、一臺(tái)20KVA自耦變壓器連接380V市電構(gòu)成無(wú)窮大電源、六條不同長(zhǎng)度的輸電線路和三組不同負(fù)荷功率的負(fù)載組成。整個(gè)一次系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)可變的多機(jī)環(huán)形電力網(wǎng)絡(luò)。

本設(shè)計(jì)以上述設(shè)備為基礎(chǔ)搭建SCADA系統(tǒng)，基于設(shè)備硬件，選擇C#作為開(kāi)發(fā)工具、選用Modbus協(xié)議作為設(shè)備通信協(xié)議、用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)搭建數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，最終建立一個(gè)可視化圖形監(jiān)控、調(diào)度軟件，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的初步智能化改造。

1 SCADA系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)硬件框架：

實(shí)驗(yàn)室設(shè)備硬件上為分層分布式系統(tǒng)配置，由PS-7G型電力系統(tǒng)微機(jī)監(jiān)控臺(tái)上的工業(yè)控制機(jī)作為主控電腦，采用RS-485轉(zhuǎn)RS-232串口與WDT-III型電力系統(tǒng)綜合試驗(yàn)臺(tái)（或稱現(xiàn)地控制單元LCU）、各個(gè)線路上的開(kāi)關(guān)站智能儀表、控制執(zhí)行單元(PLC)進(jìn)行通信，采用Modbus協(xié)議作為通信協(xié)議將以上設(shè)備互聯(lián)起來(lái),以此作為本設(shè)計(jì)的基本骨架。框架如圖1所示：

圖1 硬件網(wǎng)絡(luò)框架

2 SCADA系統(tǒng)關(guān)鍵部分介紹

在本系統(tǒng)中，各設(shè)備間的信息的穩(wěn)定快速傳輸，是SCADA系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本保障。由于設(shè)備相關(guān)技術(shù)資料不齊全，現(xiàn)介紹設(shè)備間的通信原理以及其相關(guān)參數(shù)的獲取手段，本方法適用于工程人員在基于某些設(shè)備開(kāi)發(fā)具有自主性、開(kāi)放性系統(tǒng)時(shí)，獲取設(shè)備核心參數(shù)的設(shè)置方式提供一種思路。本系統(tǒng)采用串口通信，通信協(xié)議為Modbus RTU協(xié)議。在通信上遇到的問(wèn)題是工控機(jī)與LCU、各開(kāi)關(guān)站單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，工控機(jī)無(wú)法采集到正確的電氣參量。

2.1 問(wèn)題排查

下面為排查解決問(wèn)題的方向和順序，采用排除法的思想，從硬件再到軟件，沿著上位機(jī)往下位機(jī)方向從上到下逐步排查。硬件是基礎(chǔ)，本例中硬件的檢查相對(duì)比較簡(jiǎn)單，所以先從硬件著手。在此圖，羅列了可能發(fā)生問(wèn)題的情況，并按此排查解決問(wèn)題。文字僅列舉典型排查。如圖2所示：

圖2 問(wèn)題排查流程圖

（1）RS232/485轉(zhuǎn)換器：①對(duì)應(yīng)接線圖分別檢查RS232、RS485接口連線是否正確。②用萬(wàn)用表檢查RS232接口信號(hào)電平是否正常。經(jīng)過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)換器的檢查，排除此硬件損壞可能。

（2）報(bào)文正確性：用“串口助手”調(diào)試和觀察，發(fā)現(xiàn)上位機(jī)發(fā)送報(bào)文無(wú)誤，排除此可能。

（3）通信沖突問(wèn)題：在軟件上，設(shè)置發(fā)送時(shí)不接收，接收時(shí)不發(fā)送，協(xié)議也有相關(guān)設(shè)置，在“串口助手”中檢驗(yàn)了設(shè)置的有效性，排除此種可能。

（4）對(duì)應(yīng)參數(shù)設(shè)置問(wèn)題：由于下位機(jī)被封裝，只能在上位機(jī)調(diào)試?？刂茊我蛔兞?，觀察報(bào)文，經(jīng)過(guò)幾個(gè)格式的測(cè)試，最終確定正確串口參數(shù)設(shè)置。

2.2 思考

同一Modbus網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)，即強(qiáng)調(diào)通訊的一致性，條件性；在排查時(shí)對(duì)可能發(fā)生的情況進(jìn)行分類歸序，做出相應(yīng)的可能性排序及檢測(cè)成本排序。串口設(shè)置的奇偶校驗(yàn)是為檢驗(yàn)數(shù)據(jù)正確性，而Modbus已有CRC檢驗(yàn)起一層作用，在軟件上可以設(shè)置為無(wú)奇偶校驗(yàn)即軟件不干預(yù)，轉(zhuǎn)而交給硬件去處設(shè)置奇偶校驗(yàn)，降低通訊出錯(cuò)可能。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

（1）本系統(tǒng)采用了C#程序語(yǔ)言編程，在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作代碼編寫時(shí)，需要注意命名空間和庫(kù)文件的引用，這樣才可以使用庫(kù)中函數(shù)，具體如下：

1）在編寫數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢和操作代碼時(shí)，需要先添加命名空間System.Data和System.Data.SqlClient；

2）在編寫數(shù)據(jù)庫(kù)表導(dǎo)出到Microsoft execl時(shí)，需要先添加引用Microsoft.Off i ce.Interop.Excel，然后再引用該命名空間；

（2）當(dāng)需要使用局域網(wǎng)內(nèi)遠(yuǎn)程訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，只需確認(rèn)在公共機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)及數(shù)據(jù)庫(kù)遠(yuǎn)程連接是打開(kāi)的，然后在另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的程序代碼編寫時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)連接的計(jì)算機(jī)名改為公共機(jī)的IP地址即可，其運(yùn)行流程圖如圖3所示：

圖3 數(shù)據(jù)庫(kù)流程圖

3 結(jié)語(yǔ)

至此，本設(shè)計(jì)框架及核心部分描述完畢。此SCADA系統(tǒng)，是基于我校電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)已應(yīng)用于電力系統(tǒng)分析等課程的教學(xué)實(shí)踐。為建立我校具有自主性、開(kāi)放性的教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)，在只有一部分設(shè)備資料的情況下，通過(guò)工程思維的方法，將所遇到的問(wèn)題，以理論輔以實(shí)踐的方式逐一解決。文中涉及的一些工作思路，同樣適用于其他平臺(tái)開(kāi)發(fā)基于既有設(shè)備的自主性系統(tǒng)，進(jìn)行智能化改造。

[1]傅啟國(guó)．基于Modbus RTU協(xié)議的電力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．電子世界,2016,(15):84-85．

[2]陳洪元．電力系統(tǒng)智能化調(diào)度研究[J]．中國(guó)新通信,2015,(24):32．

[3]劉小春．SCADA自動(dòng)化軟件在電力系統(tǒng)監(jiān)控中的應(yīng)用[J]．制造業(yè)自動(dòng)化,2012,(04):48-50．

[4]郭永偉．基于Modbus協(xié)議的電力監(jiān)控系統(tǒng)[D]．電子科技大學(xué),2007．

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[6]劉蕊,高煒欣,柯賢波,李艷．基于SCADA系統(tǒng)的電力系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．西北電力技術(shù),2005,(01):16-19+6．

黃景煥（1995—），廣東汕尾人，大學(xué)本科在讀，主要研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)化。

楊程明（1995—），廣東陸豐人，大學(xué)本科在讀，主要研究方向：電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制。

陳銳（1995—），廣東汕頭人，大學(xué)本科在讀，主要研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)化。

許逸坤（1995—），廣東汕頭人，大學(xué)本科在讀，主要研究方向：智能電網(wǎng)。

薛雯麗（1996—），廣東興寧人，大學(xué)本科在讀，主要研究方向：自動(dòng)控制系統(tǒng)。

遲正剛（1965—），男，山東青島人，副教授，主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化及智能電網(wǎng)方面的教學(xué)與科研工作。