基于組態(tài)通信系統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化研究

何武林（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州 121000）

0 引 言

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)將采集遠(yuǎn)程終端（RTU）的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)信道傳輸?shù)秸{(diào)度中心主站，主站依據(jù)采集的信息分析電網(wǎng)的運(yùn)行情況，進(jìn)而預(yù)測(cè)負(fù)荷和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制[1]。本文研究了一套軟硬件相結(jié)合的系統(tǒng)，將組態(tài)通信系統(tǒng)應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度。

1 整體方案設(shè)計(jì)

基于對(duì)鐵路變電站與鐵路負(fù)荷的認(rèn)識(shí)，首先設(shè)計(jì)了通信網(wǎng)絡(luò)，將各變電站的數(shù)據(jù)信號(hào)全部傳至調(diào)度中心，通過(guò)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)顯示和分析上傳的數(shù)據(jù)信號(hào)，使抽象的數(shù)據(jù)直觀化，利于觀察走勢(shì)并做出判斷。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用高速雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以保證信息傳輸?shù)乃俾屎头€(wěn)定。集中器采用高速以太網(wǎng)交換機(jī)，既能與Internet互連或與局域網(wǎng)通信，又可向上和向下交換調(diào)度信息。

雙網(wǎng)配置可實(shí)現(xiàn)熱備份功能。網(wǎng)絡(luò)正常時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)保持負(fù)荷平衡。當(dāng)其中一網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可承擔(dān)全部的通信負(fù)荷。故障網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新。

硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各類(lèi)RTU信息采集與上傳，同時(shí)執(zhí)行調(diào)度中心的命令。具體的設(shè)計(jì)部分包括,如圖1所示：

（1）通過(guò)電壓互感器和電流傳感器采集電壓量、電流量及實(shí)時(shí)信息。采集的信息包括瞬時(shí)電壓、有效值電壓、瞬時(shí)電流、有效值電壓、有功值、無(wú)功值、開(kāi)關(guān)位置、刀閘狀態(tài)、繼電保護(hù)狀態(tài)、電能量、時(shí)間量、設(shè)備參數(shù)、保護(hù)定值、溫度和濕度等非電量信息；

（2）將采集到的信號(hào)先轉(zhuǎn)換成模擬小信號(hào)，再轉(zhuǎn)換成能夠通信傳輸?shù)臄?shù)字量，然后調(diào)制到信息載體上；

（3）在調(diào)度中心的平臺(tái)上將接收到數(shù)字信息保存到服務(wù)器，并在調(diào)度終端將相應(yīng)的信息顯示出來(lái)。

圖1 硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

組態(tài)軟件內(nèi)置了專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)庫(kù)、圖庫(kù)控件和報(bào)警機(jī)制等。該系統(tǒng)具有專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、易使用、高性能和高可靠等特點(diǎn)[2]，可廣泛適用于變電站管理系統(tǒng)、各級(jí)電力調(diào)度系統(tǒng)等電力自動(dòng)化系統(tǒng)[3]。

使用組態(tài)軟件建立的工程由工程瀏覽器、工程管理和畫(huà)面運(yùn)行系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)組成。工程中的各個(gè)組成部分可以在工程瀏覽器中檢索到，工程瀏覽器同時(shí)可以虛擬外部設(shè)備、構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)等。工程瀏覽器內(nèi)部配置畫(huà)面管理系統(tǒng)，它可以創(chuàng)建新工程并對(duì)已有工程進(jìn)行更新和維護(hù)。

3.1 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能

狀態(tài)量處理。組態(tài)工程能夠準(zhǔn)確定位狀態(tài)量位置，并在狀態(tài)量位置發(fā)生變化時(shí)，迅速觸發(fā)事故報(bào)警或提示報(bào)警處理，而報(bào)警原因和解除方案會(huì)實(shí)時(shí)記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

模擬量處理。每個(gè)模擬量必須先轉(zhuǎn)化為工程量，然后存入數(shù)據(jù)庫(kù)。告警狀態(tài)、事故狀態(tài)或其他狀態(tài)指示要求分別對(duì)應(yīng)各自限值。模擬量的轉(zhuǎn)化量與各個(gè)限值比較，根據(jù)比較結(jié)果啟動(dòng)相應(yīng)狀態(tài)。模擬量超過(guò)限值或者復(fù)位時(shí)，都會(huì)啟動(dòng)事故報(bào)警或預(yù)告報(bào)警處理功能。

計(jì)算功能。組態(tài)工程內(nèi)置計(jì)算處理功能，方便操作人員使用。組態(tài)工程同時(shí)能處理和顯示計(jì)算結(jié)果，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)。

歷史數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)功能。組態(tài)工程數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)置歷史數(shù)據(jù)模塊，模塊按照設(shè)置的周期與時(shí)間格式，將所有檢測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄下來(lái)?；跀?shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，組態(tài)工程提供插件生成報(bào)表和趨勢(shì)曲線。趨勢(shì)曲線和報(bào)表可以選擇以年、月、日為基準(zhǔn)單位。同時(shí)，組態(tài)工程支持用戶(hù)按照自己的意愿定義各種不同時(shí)間間隔的累計(jì)、最大、最小和平均值等統(tǒng)計(jì)報(bào)表[4]。

3.2 控制功能

變電站站控制。操作人員使用軟件調(diào)出相關(guān)設(shè)備圖后，可以操作電氣設(shè)備，使設(shè)備按照預(yù)想的方案進(jìn)行變位。

調(diào)度中心控制。調(diào)度中心使用組態(tài)工程提供的通信功能，可以實(shí)現(xiàn)與變電站相同的控制功能。變電站控制和調(diào)度中心控制可以同步更新。

3.3 雙機(jī)切換功能

正常工作時(shí)，工程內(nèi)的服務(wù)器與各種裝置同時(shí)工作，互相備份。這樣的冗余設(shè)計(jì)可以確保數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，即當(dāng)一個(gè)裝置故障修復(fù)后，最新的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)更新至修復(fù)設(shè)備上。

3.4 通信功能

組態(tài)工程采用多以太網(wǎng)通信，工程內(nèi)置插件自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)判斷結(jié)果選擇最優(yōu)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，然后根據(jù)限值將狀態(tài)差的網(wǎng)絡(luò)以警告形式通知給操作人員，借此確保電網(wǎng)及各變電所監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

3.5 畫(huà)面顯示功能

畫(huà)面采用符合UT、UNIX操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)窗口顏色、大小，生成圖形畫(huà)面包括主結(jié)構(gòu)接線圖、母線狀態(tài)和其他測(cè)量值的趨勢(shì)圖、曲線圖、棒圖和系統(tǒng)工況圖等。圖中的畫(huà)面名稱(chēng)、設(shè)備名稱(chēng)和告警提示信息等均可編輯。

3.6 報(bào)警處理

事件報(bào)警包括開(kāi)關(guān)量報(bào)警和模擬量越限報(bào)警[5]。報(bào)警又分為預(yù)告報(bào)警和事故報(bào)警。當(dāng)產(chǎn)生報(bào)警時(shí)，可自動(dòng)推出報(bào)警窗口，列表顯示報(bào)警信息。在報(bào)警窗口中，可完成瀏覽、篩選和確認(rèn)等操作。報(bào)警產(chǎn)生時(shí)，可同時(shí)進(jìn)行聲光和語(yǔ)音等報(bào)警，可實(shí)時(shí)打印報(bào)警記錄，也可隨后打印報(bào)警信息[6]。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了基于組態(tài)通信系統(tǒng)的硬件平臺(tái)與軟件程序，將各個(gè)變電站聯(lián)網(wǎng)建立通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)間檢測(cè)量的采集預(yù)處理。調(diào)度中心可以根據(jù)數(shù)據(jù)與曲線，執(zhí)行相應(yīng)的命令，大大提高了工作效率。

[1] 丁書(shū)文.變電站綜合自動(dòng)化原理及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003：10-15.

[2] 電蒲堅(jiān).網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化實(shí)時(shí)信息分析與評(píng)估系統(tǒng)的研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2017，（51）：15-16.

[3] 海 洋.電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化研究[J].化工管理，2017，（26）：136.

[4] 嚴(yán)盈富.監(jiān)控組態(tài)軟件與PLC入門(mén)[M].北京：人民郵電出版社，2006：36-38.

[5] 呂少磊.220kV變電站智能化改造方案設(shè)計(jì)[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2012.

[6] 王士政.電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化與配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2006：89-92.