YC-04_AVC自动调控系统详细设计.doc

yc-04 avc自动调控系统详细设计说明书 广州天吉电力科技有限公司yc-04 avc自动调控系统详细设计说明书编制 常厚喜审核 广州天吉电力科技有限公司二零零五年八月十五日第 26 页 共 26 页详细设计说明书1引言1.1编写目的yc-04 avc自动调控系统软件功能设计、接口设计文档，供开发组内部使用。1.2背景 说明：a、软件系统名称：yc-04 avc自动调控系统 b、任务提出者 ：殷骏 开发者 ：常厚喜 史永盛 黎龙 最终用户 ：受控电厂 使用中心 ：电厂远动机房1.3定义a、avr（automatic voltage relay）： 励磁调节器 b、avc（automatic voltage control）：无功电压自动控制 c、rtu（remote terminal unit）：远程终端单元 d、dcs（distributed control system）：集散控制系统 e、p：有功功率 q：无功功率 cos：功率因数 ug：定子电压 ubus：母线电压 unow：当前母线电压 ulast：上次母线电压 utarget：母线电压目标值 qnow：当前总无功 qlast：上次总无功 qtarget：总无功目标值1.4参考资料a、yc-01、yc-02、yc-03 avc调控系统说明书、技术文档b、电力系统杂志相关参考资料2程序系统的结构1、系统拓扑逻辑关系说明：a、省调avc主站与远动终端（rtu） rtu通过通信方式将模拟量数据或开关量状态根据要求传送给省调avc主站b、省调avc主站与系统主机（备机） 系统主机（备机）与省调avc主站通过总线或点对点方式连接实现通讯，系统主机（备机）被动接收省调下发的无功或电压调节指令，调节指令中包括母线电压调节、总无功调节、指定机组无功调节，亦称为在线调节，因上位机为双机模式，任一端故障均不影响正常接收和执行。c、系统主机（备机）与执行终端： 系统主机（备机）与执行终端是avc自动调控系统的核心部分，其中上位机分为主机和备机，具有手动和自动切换功能，自动切换时间可设置，一般不高于20秒；执行终端也有主备之分，即两台终端控制一台励磁调节器（avr），上位机和执行终端中任一台故障均不影响另一台的正常运行和控制。 上位机与执行终端之间通过rs485总线连接，通讯规约为自主规约，内容包括读执行终端模拟量数据和开关量状态，根据接收到的调节指令比较当前运行数据按照指定控制模型以在线方式由执行终端输出。d、远动终端（rtu）与执行终端 远动终端与执行终端通过硬接线方式连接，执行终端标配有三组开关量输入，分别为：rtu组（1l：4路）、dcs/ecs组（2l：5路）、avr组（3l：7路）；四路模拟量输入（扩展模块：p、q、ug、ubus测量），一路模拟量输出（扩展模块：输出省调下发的无功或电压指令数值）。 远动终端将开关量信号如增闭锁、减闭锁、自检、通讯、运行状态信号输出至rtu端，让rtu端了解和监测系统运行状况。e、执行终端与监控系统（dcs/ecs） 增、减磁控制信号输出可以通过两种方式： 一、通过监控系统输出 二、直接输出至励磁调节器 e中只针对第一种方式。执行终端需要将系统运行中的增闭锁、减闭锁、自检、运行、通讯正常等状态信号输出至监控系统，同时将增、减磁控制信号输出，让监控系统再输出至励磁调节器。f、执行终端与励磁调节器（avr） 此项为e中所描述的第二种控制信号输出方式。 系统主机（备机）将接收到的指令数据与当前运行数据比较通过算法直接把控制信号（增、减磁，可多路输出）输出至励磁调节器。励磁调节器将avr自动信号以开关量输入方式接至执行终端的avr组。g、远动终端与母线 远动终端从电压互感器端取母线电压（或厂用电母线电压）h、远动终端与发电机组 远动终端从电压互感器端取发电机组机端电压，有功功率（p）、无功功率（q）通过变送器接至远动终端模拟量输入端。2、软件结构系统组态 实时数据库下行通道通信上行通道通信计算模块信号输出模块历史数据库人机界面模块 结构说明： 系统从组态模块开始，创建上、下行通道及产生实时数据库结构，实时数据库为系统核心，系统所有的运行期参数均储存在实时数据库中。上、下行通道产生的数据保存至实时数据库中，系统在运行的同时，始终对实时数据库中的参数进行监测，通过计算确定是否需要进行输出和记录。在实时数据库的基础上产生的输出和记录均保存至历史数据库中，用户可以在人机界面模块中查询、分析和打印相应的记录和数据。3、系统功能模块1、系统组态（frmsyscfg.dfm / usyscfg.pas）2、实时数据（frmrealdata.dfm / urealdata.pas）3、实时曲线（frmrealcurve.dfm / urealcurve.pas）4、历史数据（frmhisdata.dfm / uhisdata.pas）5、历史曲线（frmhiscurve.dfm / uhiscurve.pas）6、运行工况（frmrunstate.dfm / urunsystate.pas）yc-04 avc自动调控系统(uavcsys.pas)7、系统实验（frmsysexp.dfm / usysexp.pas）8、调控日志（frmcmdlog.dfm / ucmdlog.pas）9、运行日志（frmrunlog.dfm / urunlog.pas）10、操作日志（frmoperlog.dfm / uoperlog.pas）11、数据库维护（frmdbbcup.dfm / udbbcup.pas）模块简单介绍： 系统组态运行系统的基础参数配置，参数配置影响到数据库、画面配置、控制模型、实时数据显示等方方面面，可进行二次组态并支持在线发布 实时数据 模拟量数值、开关量状态实时显示 实时曲线 实时数据库中模拟量在区间变化曲线 历史数据 模拟量数据及分析结果查询 历史曲线 历史数据库中的模拟量数据区间变化曲线 运行工况 端口、通道、通道节点及网络节点通讯状况、通讯报文 系统实验 用户可直接在上位机进行avc系统投切、增、减磁指令 调控日志 分为在线调控日志和离线调控日志，在线调控日志包括对下发指令调控及维持指令之间发生的调控输出信息；离线调控日志包括按省调电压考核曲线发生的调控输出信息 运行日志 系统内部发生的信息，包括主备机、主备终端切换和故障告警等信息 操作日志 系统操作信息，如系统实验、组态修改信息记录 数据库维护 数据库备份、数据导出、数据导入，双机时需要进行数据库同步3程序（标识符）设计说明3.1程序描述程序主要分为两大部分：组态部分和运行部分。组态部分的程序影响到上述列出的大部分功能模块，用户可在组态部分中自行配置，组态完成后可直接应用到运行中，组态包括：变量词典组态、画面组态、用户管理、通道组态、规约组态等。运行部分完成组态部分中配置并起用的所有功能。运行系统涉及到通信、告警、控制、数据库、声音的并发处理，因此系统采用多线程方式运行，保证系统间各部分同步运行。3.2功能系统具有的功能如下：1、系统组态（frmsyscfg.dfm / usyscfg.pas） 系统组态中包括： 规约库、设备定义、画面配置、告警设置、通道配置、数据库配置、双机配置、控制模型及策略、用户管理、其它配置。 规约库标准/自主远动规约库，库中规约可在一个进程中重复使用。规约库是通讯规约的集合，包括如cdt、modbus-rtu、iec-60870-103等规约，规约库为模块化的dll文件，加载后导入变量词典、通道参数可直接运行，可方便地进行扩充和修改，不影响主程序结构。在远动通讯时如用到库中没有的规约时，编写一个该规约驱动库dll文件组态加载后即可。规约库应用在通道配置中，通道运行的同时引用相应的规约。 设备定义即变量词典，用来形成实时数据库。设备定义以母线为根目录，母线中的参数包括母线电压等参数；每段母线下含一台或多台发电机，发电机包括有功、无功等参数，发电机下含一台或两台执行终端，执行终端的参数包括模拟量输入/输出、开关量输入/输出。变量词典中的参数供控制模型使用，控制模型执行的时候以变量词典中的参数为基础，按照指定的策略和模型调节无功出力或母线电压。 画面配置发电机运行监控画面，可动态添加模拟量和开关量画面由位图文件（bmp）或jpeg文件为背景，在背景的基础上可添加相应的模拟量或开关量图元，图元投运后可动态显示，使系统调控的同时更直观。模拟量、开关量图元组件使用delphi开发，也可使用delphi自带的控件。 告警设置告警信息主要包括：变位告警、越限告警、通讯告警、节点故障告警等。告警可根据需要同时或部分以声、光、推画面三种方式告警。告警声音、指示灯闪烁、画面弹出可设置延时自动停止或关闭。 通道配置 通道运行模式：单网、双网（主备冗余/分流）。 通道配置中包括使用的串行口号、波特率、数据位、停止位、流控制等属性，以及通道运行时使用的通讯规约，通讯规约需在规约库中已建立。 双机配置 主从机参数如名称、ip地址、端口号、主机、备机配置，主从机区别在于在同一时刻只有一台具有控制权，在本系统中控制权体现在控制信号输出及系统实验中。其它功能方面相同。 数据库配置 创建数据库及表。设置变量词典中的模拟量参数储存间隔、数据库储存时间、数据库自动备份目录、自动备份间隔。数据储存时间期满后原有的数据在系统自动清除，节约磁盘空间。 控制模型及策略 控制模型分为在线和离线两种方式。1、 在线方式在线方式即在与省调通讯正常的情况下进行的调控。省调下发的指令主要包括下列三种： 母线电压调控：省调下发调节母线电压指令总无功调控：省调下发全厂机组总无功 指定机组无功调控：省调下发指定的机组无功2、 离线方式在脱离网控的同时可启动离线调控。即无省调指令下发的时候或与省调通讯故障的时候每个机组按照省调电压考核曲线进行调控输出。 在线和离线调控的详细说明请参阅yc-04 avc自动调控系统控制模型。 用户管理 操作员帐户及权限管理。用户分三类：超级用户、系统管理员、操作员。超级用户可拥有系统所有权限；系统管理员只有用户管理操作权限；操作员无用户管理权限，其它的操作权限由系统管理员分配。 其它配置 辅助的配置，如系统对时、系统标题等。2、实时数据 模拟量实时值 输入的模拟量：有功p、无功q、母线电压ub、机端电压ug等数据的实时值 输出的模拟量：输出至rtu端的省调下发指令值 开关量状态（带颜色区分） 合用红色背景色、分用绿色背景色表示 输入的开关量：avr自动信号、avc投入和切除信号 输出的开关量：增闭锁、减闭锁、自检、通讯、运行、avc系统状态信号 实时数据和状态可保存和打印。 3、实时曲线 实时曲线跟踪绘画模拟量的变化趋势，对每个模拟量而言，需同时画出该模拟量的上、下限和实际运行值，对于无功模拟力量参数，还要同时画出省调下发的目标值。相当于绘制一个参数曲线的同时有两或三个参照曲线。曲线可保存和打印。 4、历史数据 记录母线下机组时刻的p、q、ug、ub实时值及系统即将执行的动作，如增、减磁等。查询时以天为单位，可选择母线、机组、及区间，通过查询可对现行系统调控能力和精度做出判断和分析，查询后的数据可打印。 5、历史曲线 查询历史时段内p、q、ug、ub变化曲线。查询时以天为单位，可选择母线、机组、及区间，方便用户累计系统运行经验及数据分析。统计后的曲线可保存和打印。6、运行工况 通信报文（调试） 上行通道（rtu、省调端）和下行通道（执行终端）发生的发送帧、接收帧原始报文显示，调试期间可通过此功能方便地进行联调和分析。 网络状况（主/备机、端口、通道、节点状况监测） 上、下行通道（包括端口）的通信图标指示以及 7、系统实验 avc系统投入/切除 系统实验中对avc系统进行投入或切除操作相当于就地投切，在dcs端的操作为远方投切，投入和切除操作针对系统下所有机组。 增、减磁指令输出 对指定机组进行增磁信号输出或减磁信号输出，增、减磁的输出脉冲、保持时间均可设置。 在线诊断 对执行终端的节点测试，如开关量输入输出节点，模拟量输入输出节点操作。 8、调控日志 查询系统在线方式和离线方式调控输出到执行终端的数据记录。在线方式时以省调下发的指令为基准，对应的下发指令包括多个调控输出信号子集，信号子集中包含调控达到目标值的过程记录、达到目标后的维持过程记录以及输出到rtu端和dcs端的开关量详细记录。以天为单位，可筛选母线、机组，日志可打印。 9、运行日志 查询系统运行过程中内部发生的信息，如主备机自动切换、系统对时、终端切换、变位告警等信息。日志类型包括：切换、对时、告警等。查询以天为区间，可查询一天或多天的日志，查询类型可筛选，日志可打印。 10、操作日志 查询系统运行过程中发生的操作信息。如系统组态中参数和配置的修改、数据的查询和打印、登录和退出系统等信息。查询以天为区间，可查询一天或多天的日志，可筛选操作员，日志可打印。 11、数据库维护 因数据库中的数据量庞大，且数据重要性高，需要进行相关数据维护，如数据库手动备份、数据导入、数据导出、人工置数等。3.3性能cpu平均使用频率 5% 系统内存使用 32m 信号输出误差 10ms 双机自动切换 10s 双机手动切换 1s 双终端自动切换 5s3.4输人项系统输入项按类型分为：模拟量输入、开关量输入。1、 模拟量输入模拟量输入可通过执行终端和rtu端输入。系统常用的模拟量包括有功功率p、无功功率q、机端电压ug和母线电压ub。执行终端接收4-20ma的脉冲信号，实际值计算根据组态中变量的系数、变比等参数确定。执行终端标配有四路模拟量输入，通过硬件线方式；rtu端通过通信方式传输模拟量至主机或备机，模拟量多少由选定通讯规约确定。2、 开关量输入开关量输入均来自执行终端。执行终端标配有24路开关量输入，硬接线方式。常用的开关量输入包括：avr 自动信号、avc 系统投入信号、avc 系统切除信号。输入对象有：省调端、rtu端、dcs端、励磁调节器（avr）端。 省调端：通信方式下发指令数据，为模拟量类型，包括指定机组无功、母线电压、全厂总无功； rtu端：硬接线方式输入模拟量数据，包括p、q、ug、ub； dcs端：在dcs端可进行远方投入或切除avc系统，包括两路开关量信号：avc投入信号和avc切除信号； 励磁调节器（avr）端： 只包括avr自动信号。3.5输出项系统输出项按类型分为：模拟量输出、开关量输出。输出对象分别为：rtu端、dcs端、励磁调节器（avr）1、 模拟量输出一路模拟量输出，输出数据为省调下发指令数据，输出对象为rtu端。2、 开关量输出 开关量输出信号包括：avc系统增闭锁信号avc系统减闭锁信号avc系统自检信号avc系统通讯信号avc系统状态信号（投入/切除）avc系统输出增磁信号avc系统输出减磁信号 输出对象有：rtu端、dcs端、avr端 rtu端：执行终端预留四路节点给rtu，主要接收avc系统的增闭锁、减闭锁、状态、通讯信号； dcs端：执行终端预留五路节点给dcs，主要接收avc系统的增闭锁、减闭锁、状态、通讯、自检信号； avr端：执行终端预留七路节点给avr端，主要接收avc系统输出的增磁和减磁信号。考虑到控制信号输出的重要性和安全性，两个信号均分别串联三个继电器节点同时输出，其中任一继电器节点故障都将闭锁输出。3.6算法系统涉及的算法集中在控制模型当中，详细说明请参阅yc-04 avc自动调控系统控制模型文档。3.7流程逻辑 1、系统启动和退出流程系统启动 是 终止 重复运行 否 用户登录 否 失败 超过三次 成功 是 退出系统 失败 用户登录 进入系统 成功 否 有退出权限 是 退出 说明： 系统启动时，如果已经有程序实例运行，则任务终止，否则进入登录界面，登录成功后才能进入系统，登录失败三次系统自动退出；退出系统时需要登录并且有退出系统的权限。2、串行口通讯逻辑流程（与省调或执行终端通讯）提示通讯异常 否 串口已打开 是 退出通信 读串口缓冲区 否 缓冲区非空 否 是 帧校验正确 否 否 是 通讯正常 通讯超时 是 是 提示通讯异常 提示通讯正常 清空缓冲区 说明： 系统与省调通过串行口通讯，串口未打开时，直接提示通道通信异常，退出通信线程。在串口打开的情况下，读取缓冲区，并对取得的原始帧进行校验，如果帧正确，如当前系统与省调通讯超时，则立即提示通讯正常，如果帧校验未通过，如当前系统与省调通讯正常，则立即提示通讯异常信号；最后，清空缓冲区进行下一次读取和判断。3、在线方式调控逻辑流程否 退出调控 串口已打开 是 转入离线调控 读取缓冲区 否 否 通讯未超时 缓冲区非空 是 是 是 省调指令保持 帧校验正确 计算和分配无功 达到无功目标 输出信号至dcs 输出信号至rtu 输出控制信号 励磁调节器（avr） 说明： 在通讯端口已打开的情况下，系统定期读取与省调通讯端口缓冲区，将读取到的数据进行校验，根据下发的指令给每台机组分配相应的无功，从执行终端输出控制信号