[行业技术文章]电力SCADA仿真系统的开发与应用

    摘  要：给出了一种电力SCADA仿真系统及其实现方式。该系统在生产实践的仿真培训方面具有很好的运用前景和势。

1引言
    随着电力工的成长，电网容的不竭扩年夜，互联年夜电网迅速形成；年夜机组、互联年夜电网、超高压远距离输电线的泛起，对平安经济和高发输电的要求加倍严酷，从而能实时地对电力系统运行进行自动数据收集与监视控制（SCADA）的调剂自动化系统应运而生。而调剂人员能否准确地操作、使用SCADA系统，周全、准确地掌握电力系统的运行情况，在SCADA系统的辅助下对运行情况进行分析、做出准确的判断和决议计划，以致接纳需要的措施实时处置事故和异常情况，对保证电力系统平安、经济、靠得住地运行，意义很是重年夜。而生产现实中因其直接与生产装备相联，故鲜有机遇让调剂人员对SCADA系统的各类操作和各类运行情况有一个周全的领会，这对充实阐扬SCADA系统效用，提高调剂人员素都极为晦气。是以，我们给出了一种电力SCADA仿真系统及其实现方式，以此实现对电力SCADA各类功能的仿真操作，从而对换度人员或电力的年夜学生进行仿真培训，使他们在进进生产实践之前就能很好地掌握需要的技术，具有直接上岗的技术素。这对缩短人员技术堆集周期，提高生产效率，保证系统运行平安很有裨益。
    本仿真系统在开发进程中，获得吐哈石油勘探开发指挥部供水供电处的有关人员的年夜力支持，并已在我实验室建成、试用数年，学生对该系统的使用效果反映秀。
2系统结构
  整个仿真系统的结构如图1所示。

    图1中S1，S2为仿真厂站装备，从而为SCADA仿真系统提供厂站信息的模拟台；RTU1，RTU2为2个厂站终端；TD1，TD2为信息传送的通讯通道；DC为SCADA仿真系统的调剂中心计较机系统，由多台微机组成，其结构如图2所示。

    图2中FCOM为前置通讯工作站；RTC为实时监控工作站；HWM为历史数据经管工作站；EMS为能经管工作站；RTNET为微机实时网络；RTSV为实时服务器。斟酌到仿真系统的经济性，没需要设置冗余的服务器和前置通讯工作站，通讯通道采用具有屏障层的四芯通讯电缆，两头接调制解调器(Modem)以便使得信息能够远传和提高抗干扰能力。RTNET是采用BNC接头将所有调剂中心的所有计较机用细缆联络成实时网络。而且由于仿真系统不成能和厂站的现实装备相连，故厂站真个信息也是采用模拟的方式提供，在模拟信息台上用开关仿真厂站的断路器的开合以提供远信信息，用灯的亮或灭来仿真远控信息从而模拟厂站的断路器的动作，而用可调的感性负载来提供远丈的仿真，用直流表来仿真远调的成效。
3仿真系统的开发
3.1RTU的开发
    RTU采用Intel Pentium100主机，经由过程远测、远信、远控、远调4个功能模板与厂站信息模拟台毗连完成响应的功能。采用部颁CDT规约与调剂中心的前置工作站进行通讯。实时通讯软件设计的3个关头环节如图3所示。

    串行通讯口初始化的流程图如图4所示，可设通讯速度为600 b/s，字结构除同步字外均采用(48,40)码，同步字为3组EB90。校验位依据40位信息位的代码值和生成多项式g(x)=x8+x2+x+1进行代数运算计较后的校验码，由于规约划定是带陪基形成的校验码，后必需按位取一次反。各信息字的组织花式遵照CDT规约。通讯采用中断方式，对于中断类型N，其中断服务处置法式的偏移和段基址为IP≤(4*N,4*N+1)，CS≤(4*N+2,4*N+3)，而80x86系列PC机划定通讯适配器COM1使用中断IRQ4（N=12），COM2使用中断IRQ3（N=11），故可按上述计较IP，CS的公式设置中断矢。
    响应中断服务法式的编写，可按图5所示流程图进行，其中发送字符处置是将要发送休息按CDT规约组装后上发，而接受字符处置是将接遭到的信息按CDT规约进行分析，从而启动响应的执行机构或设置返校信息并挪用发送字符处置法式组装上发该返校信息。



3.2调剂中心计较机系统的开发
    所有工作站的法式开发均采用Delphi在Windows 98平台下完成。
  (1)前置通讯工作站的开发
    前置部门是调剂中心与RTU进行信息交换的枢纽，对他的实时性较高。是以，充实哄骗了Windows 98基于线程的多使命技术，将前置部门的各功能模块放置到多个线程中完成，每个线程完成一个使命，由于多个线程是同享统一个进程的地址空间，所以可以同享统一个内存缓冲区，这年夜年夜提高了数据交换的效率。而且由于多个线程完全封装在一个进程中，下降了使用和维护的难度。而线程之间的协同工作使用Windows提供的线程同步的方式“事务”，从而可以兼顾系统的实时性和效率。开发完成后前置部门具有以下实时数据处置的功能：
    ① RTU通讯经过Modem出来的RS232接口，经由过程多串口扩大卡与前置机的一个串口相连，前置机与RTU的通讯可以经由过程读写串口来进行。这个功能是充实哄骗了Windows的消息机制，经由过程Delphi挪用Windows的串行通讯API函数实现的。一样，为了提高系统的实时性，在发送自界说消息时用Post Message()直接发送到指定窗口而不经过消息队列。
  ② 规约转换将RTU上传的CDT花式的数据报文转换为SCADA系统的实时数据。将工作站发给RTU的饬令转换为CDT规约花式的饬令报文。
  ③ 网络饬令监听监听实时网络上其他节点的饬令发送请求，执行各类控制饬令。
  ④ 网络数据交换将规约转换后的实时数据转发到网络实时服务器RTSV的虚拟盘上。
  (2)RTSV的开发
  仿真系统采用10 Mb传输速度的总线结构实时网络，RTSV是网络服务器，他的C盘和D盘可以和其他工作站共用。在RTSV的C盘上的子目录C:＼AA，在各工作站上以I:＼AA工作，在D盘上的子目录D:＼SS，在各工作站上以H:＼SS工作。同时，RTSV还负责同步各工作站的时钟。而实时经管是RTSV上较重要的软件系统，他经由过程虚拟盘与前置机交换实时数据，并在该虚拟盘上建立实时数据库并提供。
    这样，其他工作站可以经由过程内存文件挪用同享实时数据库。这类虚拟盘交换数据的方式由于是哄骗计较机内存来交换数据的，故速度很快，有益于提高整个仿真系统的实时性。而且，实时经管系统还提供实时数据的在线系数维护功能，而且负责在每一个整点将实时数据转存到C:＼DATA目录下的历史数据库中，从而形成仿真系统的历史数据。这样，其他工作站就能够经由过程提取I:＼DATA下的历史数据完成响应的经管功能。
  (3)实时监控工作站的开发
  为使调剂人员能准确、直观地领会电网当前运行状态，实时监控主界面采用主接线图的方式，在各主要装备图示符号四周显示其远测值（远测值的越限采用分歧与正常值的能干颜色加以区分），以给断路器符号填充颜色或空心来暗示其断开或合上的状态，从而直观地浮现远信信息。远测、远信值是经由过程读取实时数据库响应的字段值获得，远丈以3～6 s为更新周期，远信信息先处置。调剂人员可经由过程监控界面进行远控、远调操作，选择了远控、远调对象后，饬令向网络广播，被前置机监听到后按CDT规约向RTU发送，并将返校信息送回，实时监控软件检测到返校信息后显示给调剂人员确认，经确认后的饬令才被RTU执行，这样就提高了系统的靠得住性。
  (4)历史数据经管工作站的开发
  在SCADA系统中，历史数据经管是系统的重要经管手段。本工作站的法式分前台和后台两部门，在后台，将I:＼DATA下的数据经过挑选、处置及统计计较后按预先设计的数据结构存储在二维关系型数据库中。在前台，经由过程显示画面及人—机交互方式，完成对监测数据、开关变位情况的统计查询、报表的增删、打印、修改检丈的数目、名称等特征及在月初、年头时对数据库的更新工作等维护工作。
  (5)能经管工作站的开发
  能经管是电力系统平安、经济运行校核的重要技术措施。能经管软件将实时数据库中的有关数据首先取至本机。然后经由过程图形技术直观地对电统计、负荷曲线、负荷率和电压曲线进行绘制，给调剂人员提供统计分析的直观依据。
4结论
    本仿真系统把计较机技术、通讯技术和控制技术三者有机连系，凭据电力系统的特点，开发出了电力SCADA系统必需具有的基本功能，具有较高的实时性和靠得住性。开发完成后，已在我实验室试用了数年。据使用过该系统的结生反映，该仿真系统和生产现实中所用SCADA系统具有很好的一致性，使得他们在走上生产岗位后，很快就能胜任调剂工作。该系统在人员培训方面的作用也获得了吐哈油田供水供电处有关人员的好评和认可。
    可见，该仿真系统在生产实践的仿真培训方面具有很好的运用前景和势。