摘 要：本文以“南昌500kV變電站培訓(xùn)仿真系統(tǒng)”為例，介紹了采用組態(tài)軟件為平臺來實現(xiàn)仿真變電站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換與監(jiān)控功能。 Abstract:The objective of this paper is to summarize the examples on ‘Nanchang 500kV simulation training system for substation’ using industrial auto-control software to construct the supervisory control system of simulation substation. 關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件;Fix32;監(jiān)控系統(tǒng);變電站仿真 Key words:Industrial Auto-control software;Fix32;supervisory control system; substation simulation 一、引言 　　隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對供電可靠性的要求越來越高。據(jù)統(tǒng)計，在電力系統(tǒng)的各種事故中，由于運行人員的誤操作、誤判斷而造成貽誤的事故約占40 %?？梢?，要保證電力系統(tǒng)的安全運行，提高運行人員的運行素質(zhì)則是其中一個關(guān)鍵而基本的重要環(huán)節(jié)。變電站作為聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，發(fā)揮著變換和分配電能的作用，因此，變電站的安全運行則對保證電力系統(tǒng)的安全可靠地運行具有重要的作用。其中按綜合自動化要求設(shè)計的500 kV變電站，由于采用了當(dāng)前先進的自動化技術(shù)，從而對變電站運行人員的素質(zhì)提出了更高的要求，因此開發(fā)與之相適應(yīng)的變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)就顯得尤為重要。 二、變電站培訓(xùn)仿真模式 　　變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的研究開發(fā)已經(jīng)有近10年的歷史，對于以運行人員為培訓(xùn)對象的變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)而言，目前國內(nèi)存在兩種類型的變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，（1）帶硬件盤臺與軟件仿真相結(jié)合的變電培訓(xùn)仿真模式。這種模式除用常規(guī)的計算機作為仿真系統(tǒng)核心外，一般均設(shè)置一個與實際變電站相似的主控制室，并按1: 1模擬各電壓等級的保護屏、控制屏、中央信號屏等。屏上的表計、控制開關(guān)、紅綠燈、按鈕、光字牌等無論是外觀還是排列位置均與實際變電站相符。對保護壓板、按鈕、指示燈、信號掉牌等與變電站運行人員有緊密聯(lián)系的設(shè)備按比例進行縮小仿真。開關(guān)、按鈕、壓板等操作狀態(tài)以及在各種運行狀態(tài)下的表計指示、聲光信號、掉牌信號均由工控計算機進行實時監(jiān)控，并在控制屏上實時反映出來。操作正確將得到正確的結(jié)果，而操作錯誤則會出現(xiàn)事故狀態(tài)，因此能非常真實逼真地反映出學(xué)員的運行水平和事故處理能力，給培訓(xùn)人員留下深刻的印象，這是該仿真模式最大的優(yōu)點。但是缺點也是明顯的，系統(tǒng)硬件成本高，可靠性與可維護性較差。（2）純軟件的變電站培訓(xùn)仿真模式。這種模式完全是針對目前許多變電站按照綜合自動化模式進行設(shè)計，因此上述模式傳統(tǒng)控制室中的保護屏、控制屏、中央信號屏等物理設(shè)備均被計算機監(jiān)控平臺所代替，所有監(jiān)控功能都通過MMI實現(xiàn)與培訓(xùn)人員的互動。省去了大量硬件設(shè)備，大大提高了可靠性，并且有利于系統(tǒng)更新升級。如今越來越多的變電站按綜合自動化模式進行設(shè)計。綜合自動化變電站與常規(guī)變電站最大的區(qū)別在于二次部分，在硬件和運行維護環(huán)境上也存在很大區(qū)別。為了適應(yīng)這種形勢開發(fā)綜合自動化變電站的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)成為當(dāng)務(wù)之急。故本仿真系統(tǒng)500kV變電站仿真系統(tǒng)采用了第二種模式，并完全按照南昌500KV變電站監(jiān)控平臺進行模擬仿真，選擇目前流行的工業(yè)組態(tài)軟件作為開發(fā)平臺。而其它電壓等級的仿真則采用了第一種模式，以適應(yīng)未采用變電站綜合自動化設(shè)計模式的變電站運行人員的仿真培訓(xùn)，其監(jiān)控平臺同樣采用組態(tài)軟件作為開發(fā)平臺。 三、仿真系統(tǒng)的構(gòu)建 　　1、 系統(tǒng)總體架構(gòu) 　　系統(tǒng)采用了硬件模擬和軟件仿真相結(jié)合的方式,硬件模擬系統(tǒng)包括控制屏、模擬屏、保護柜、就地一次設(shè)備可操控微縮模型（開關(guān)狀態(tài)可測控）及所用電系統(tǒng);軟件仿真則涵蓋了教練員臺、學(xué)員SCADA系統(tǒng)、調(diào)度仿真、微機繼電保護仿真、故障錄波、操作票專家系統(tǒng)、故障多媒體演示系統(tǒng)。全系統(tǒng)采用七臺工控機和八臺微機構(gòu)建了分布式的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng),并由一臺服務(wù)器負責(zé)全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊控制與數(shù)據(jù)處理。如圖1所示： [align=center] 圖1：仿真系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　2、組態(tài)軟件FIX32在本仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用架構(gòu) 　　作為目前工控領(lǐng)域主流的工業(yè)自動化軟件，F(xiàn)IX32集控制技術(shù)、人機界面技術(shù)、圖形技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身,包含動態(tài)顯示、報警、趨勢、控制策略、控制網(wǎng)絡(luò)通信等組件,提供一個友好的用戶界面,使用戶在不需要編什么代碼的情況下便可生成自己需要的應(yīng)用軟件。 　　FIX軟件的核心是數(shù)據(jù)庫，它是過程控制邏輯形成的一種控制策略的描述，用戶通過各組態(tài)模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的過程，也就是控制策略實現(xiàn)的過程，包括數(shù)據(jù)的采集、處理和輸出。Dra w是FIX提供的一個功能強大的圖形組態(tài)開發(fā)環(huán)境，提供豐富的作圖工具和圖符動態(tài)集，可設(shè)計出非常漂亮的工業(yè)監(jiān)控畫面，并定義各顯示元件與數(shù)據(jù)庫模塊的連接，用以建立動態(tài)監(jiān)控顯示畫面。而View則是FIX提供的一個實時運行的動態(tài)顯示環(huán)境，用以顯示由Dra w建立的圖形窗口。在本仿真系統(tǒng)中采用由第三方DDE程序、過程數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫訪問組成FIX32 DMACS軟件的數(shù)據(jù)采集和管理功能（SCADA），作為Vie w在實時運行時的后臺動態(tài)數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)。 　?。?） 第三方DDE接口：它是采用C/S（客戶/服務(wù)器模式）結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)雙向交換的動態(tài)數(shù)據(jù)交換接口。分別完成監(jiān)控畫面與系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)庫之間的動態(tài)數(shù)據(jù)交換，以及系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫與FIX過程數(shù)據(jù)庫之間的動態(tài)數(shù)據(jù)交換。相關(guān)軟件技術(shù)的實現(xiàn)請參閱本文參考文獻[1] 　?。?） 過程數(shù)據(jù)庫:它是FIX32的核心。由流程控制邏輯回路組成。描述形式是塊（Block）和鏈（Chain）。一個塊是一組被編碼能實現(xiàn)具體任務(wù)的控制指令。一個鏈?zhǔn)且淮B接在一起能創(chuàng)建控制回路的“塊”序列。在FIX32中可通過FIX32提供的數(shù)據(jù)庫建立程序功能模塊（Database Builder）來創(chuàng)建塊。用戶創(chuàng)建一個新的塊，需輸入塊名，規(guī)定塊接收值來源，塊輸出值去向，報警優(yōu)先權(quán)，對臨界值或一般數(shù)據(jù)值的改變怎樣反應(yīng)等來完成一個塊的創(chuàng)建過程。然后，把創(chuàng)建的塊連接起來構(gòu)成鏈，每個鏈實現(xiàn)流程規(guī)定的操作。創(chuàng)建鏈之后，SAC程序就會在規(guī)定時間內(nèi)處理每個塊里的指令。假如你想從輸入輸出設(shè)備讀數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算后寫回到該輸入輸出設(shè)備，則執(zhí)行這一策略的鏈可以是模擬輸入塊（AI）、計算塊（CA）一模擬輸出塊（AO）。 　?。?） 系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫訪問：采用共享內(nèi)存技術(shù)實現(xiàn)本地通訊進程（DDE）與服務(wù)器客戶端通訊程序間的數(shù)據(jù)交換。而服務(wù)器客戶端通訊程序則借助多線程通訊機制與服務(wù)器之間按照TCP/IP協(xié)議及穩(wěn)定的流式Socket聯(lián)接,完成實時數(shù)據(jù)的動態(tài)交換，以獲取系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫中的動態(tài)數(shù)據(jù)。具體請參閱參考文獻[2] [align=center] 圖2：FIX32在本仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用架構(gòu)[/align] 　　3、監(jiān)控系統(tǒng)的功能與設(shè)計 　　傳統(tǒng)控制室中使用的控制屏被基于Fix平臺的監(jiān)控計算機所代替。監(jiān)控計算機提供了許多與控制室相同的功能如：監(jiān)視、報警、控制及管理、監(jiān)督控制。 　　1）監(jiān)控畫面的設(shè)計采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)、模板技術(shù)及多任務(wù)技術(shù),改變了傳統(tǒng)的作圖方式,縮短了開發(fā)周期。監(jiān)控系統(tǒng)由靜態(tài)和動態(tài)畫面兩部分組成。通過它們及其各種組合可以清楚直觀地反映母線、變壓器、開關(guān)、斷路器等設(shè)備的運行狀態(tài)。電壓、電流和功率等重要模擬量的顯示采用動態(tài)文本,畫面數(shù)據(jù)根據(jù)庫標(biāo)簽數(shù)值的變化實時地刷新。 　　2） 歷史曲線顯示與任意時刻的數(shù)據(jù)查閱功能。FIX可以借助動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）技術(shù)將實時數(shù)據(jù)庫的動態(tài)數(shù)據(jù)按用戶設(shè)定的時間間隔進行采樣與保存，以保證隨時可以從歷史數(shù)據(jù)文件中提取出來進行歷史趨勢曲線顯示，以便于培訓(xùn)人員對歷史數(shù)據(jù)及事件進行分析。此外用戶可以根據(jù)自己的需要定義報表的輸出時間和輸出周期。歷史曲線可以反映出各模擬量的變化趨勢,通過趨勢圖,操作員可以看出有功功率和無功功率的變化情況，并能夠查閱任意歷史時刻的電壓、有功、無功。 　　3）報警管理功能。報警管理功能會在出現(xiàn)故障時立刻彈出故障元件信號屏畫面，提醒操作人員并顯示故障信息,本系統(tǒng)直接利用Fix的報警功能,實現(xiàn)有關(guān)的現(xiàn)場報警及各種應(yīng)用報警。 　　4）系統(tǒng)安全管理功能。為了保證正常生產(chǎn)監(jiān)控的需要,防止誤操作造成生產(chǎn)停頓和大的經(jīng)濟損失,要明確操作人員的職責(zé)范圍，同時兼顧軟件本身的安全性，防止操作人員誤操作。對于操作人員的職責(zé)范圍，可以在設(shè)計監(jiān)控程序的時候通過ID號及密碼確認設(shè)定操作者的操作權(quán)限。 　　5）繼電保護 　　該部分由教員臺提供故障啟動與故障計算，學(xué)員監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)變電站繼電保護的電氣邏輯關(guān)系，將繼電保護的啟動信號輸出至監(jiān)控畫面。 　　該系統(tǒng)仿真了微機與非微機不同型號的多種保護裝置在各種故障故障情況下動作的狀態(tài)，其中，微機保護的仿真包括母線、主變與線路以及電容電抗器等不同型號保護裝置，在仿真結(jié)構(gòu)方面，繼電保護仿真采用了“黑箱”模式，在“黑箱”內(nèi)按照不同的保護類型和不同的保護動作原理進行仿真。在“黑箱”輸入端分別輸入啟動信號和控制信號。啟動信號主要包括短路電流或短路電壓信號和邏輯啟動信號;控制信號則包括二次回路中的直流控制信號、保護閉鎖信號、保護拒動信號等。啟動信號與控制信號按照邏輯與的關(guān)系，在控制電源消失或保護回路閉鎖時保護模塊不能正常觸發(fā)或動作輸出。與定值啟動信號不同，邏輯啟動信號針對某種特定的故障，如二次回路故障、變壓器瓦斯故障、系統(tǒng)振蕩等，它們沒有系統(tǒng)確定的時間定值和保護定值，故障信號完全采用純邏輯啟動信號，根據(jù)它的邏輯回路進行保護的判斷和輸出，其輸出的各種控制信號被分類整理，開關(guān)跳閘信號、報警信號、表計信號、保護發(fā)信信號以及事故音響等信號送到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，再借助DDE接口送入FIX的過程數(shù)據(jù)庫，最終動態(tài)刷新基于FIX監(jiān)控平臺的繼電保護仿真界面中的相關(guān)光字牌及信號燈，學(xué)員通過與真實保護設(shè)備一致的操作界面，完成故障情況下保護動作的啟動信息的調(diào)閱。此外，學(xué)員可以通過與真實保護設(shè)備一致的操作界面設(shè)置保護的控制字，通過DDE接口和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫將保護控制信號送至繼保仿真邏輯輸入端。 [align=center] 圖3：繼電保護仿真[/align] 結(jié)束語 　　系統(tǒng)經(jīng)實際運行證明, Fix在設(shè)計思想上的開放性,使得用戶可以設(shè)計使用靈活、編輯簡便、畫面質(zhì)量和表現(xiàn)形式豐富多樣的監(jiān)控系統(tǒng)。采用組態(tài)軟件Fix所提供的諸如模板、圖庫以及向?qū)У裙δ芸梢允褂脩艚M態(tài)系統(tǒng)所需的時間縮短,同時使系統(tǒng)功能得到增強。用戶可以針對不同變電站的實際情況快速搭建基于Fix的仿真變電站監(jiān)控系統(tǒng)。 參考文獻： 　　1、時 斌 周建華 學(xué)員SCADA終端與仿真培訓(xùn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊《電工技術(shù)雜志》[J]2004年 第4期 　　2、周建華 變電站仿真系統(tǒng)中的實時通訊應(yīng)用研究《電工技術(shù)雜志》[J] 2002年 第1期