（电力系统及其自动化专业论文）基于工业组态软件的水电站仿真系统研究.pdf

西华大学硕士学位论文 r e s e a r c ho fh y d r o e l e c t r i cp l a n t ss i m u l a t i o ns y s t e m b a s e do nt h ei n d u s t r i a lc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e m a j o ro fp o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n p o s t g r a d u a t e ：x i o n gl it u t o r ：z h e n gp i n g w i t ht h eh i g h s p e e dd e v e l o p m e n to fm o d e mi n d u s t r y , t h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e n t h e e n e r g y d e m a n da n d s u p p l y i s p r o g r e s s i v e l yp r o m i n e n t c u r r e n t l y , t h e c o n s t r u c t i o na n dd e v e l o p m e n to fh y d r o e l e c t r i cp l a n t sw i t hs m a l l m e d i u m - s i z e d t y p ea r es u p p o r tg r e a t l yb yt h eg o v e r n m e n t s b a s i n g o nt h i s b a c k g r o u n d ，h o w t o e f f e c t i v e l ym a n a g e t h e o p e r a t i n g h y d r o e l e c t r i cp l a n t sh a st h ev i t a ls i g n i f i c a n tm e a n i n g s t h i sp a p e rf t r s t l yi n t r o d u c e s t h ei m p o r t a n tm e a n i n go ft h eh y d r o e l e c t r i cp l a n t s m o n i t o r i n g , a n da n a l y s e st h et w o m o d e ss i m u l a t i o no fah y d r o e l e c t r i cp l a n t ，t h e na n a l y s e st h ed e v e l o p i n gs t a t u so ft h e h y d r o e l e c t r i cp l a n t sm o n i t o r i n gb e t w e e nt h ec h i n aa n df o r e i g nc o u n t r i e s a f t e rt h e n ， t h ep a p e rb a s e do nt h ey i n gx i u w a nh y d r o e l e c t r i cp l a n t , a n dt a k e si ta st h er e s e a r c h o b j e c t ( e m p h a s i so ne rt a i s h a ns w i t c h y a r d ) t od e v e l o pas i m u l a t i o np l a t f o r mw i t h t h ec o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e - k i n g v i e w6 5 ( e l e c t r i c a lv e r s i o n ) t h i sp a p e ri n t r o d u c e sd e t a i l e d l yt h ep r o c e s sh o wt oc a r r yo u tt h es i m u l a t i o n f u n c t i o n s i nt h es i m u l a t i o ns y s t e m ，h a sb u i l tu pt h ei m p o r t a n tp a r a m e t e r sd a t a b a s e ， a n dc a r r i e do u tt h ed y n a m i cp i c t u r ed i s p l a y 、t h er e a l t i m ed a t ad y n a m i cd i s p l a y , a n d c a n i n q u i r e t h eh i s t o r i cd a t a d u r i n g ac e r t a i nt i m ew i t ht h ed a t a b a s e ，c a n a u t o m a t i c a l l ya l a r m ( i n c l u d e db u tn o tl i m i t e dt h es o u n da l a r m ，e - m a i la l a r m ，m o b i l e s h o r tm e s s a g ea l a r m ，a n ds oo n ) ，f u r t h e r m o r e ，h a sc a r r i e do u tt h es i m u l a t i o no f s p o t f a u l to c c u r r i n ga n di t sr e c o v e r i n go p e r a t i n gi nt h ep o w e rs y s t e m ，a n ds oo n m o r e o v e r ，t h es i m u l a t i o ns y s t e ms e t su pam a n a g e m e n ts y s t e m ，a n dc a r r i e so u t 2 西华大学硕士学位论文 t h ep r o j e c tp i c t u r e st oi s s u a n c eo nt h ei n t e m e ta n du s e r sc a nr e m o t e l yb r o w s et h e s y s t e mb yt h e i rs e c u r i t ya c c e s s t h r o u g ht h i sw a y , t h em a n a g e m e n t sc a l l c o n v e n i e n t l yk n o wt h eo p e r a t i n gs c e n e t h es i m u l a t i o ns y s t e mw i l lh a v et h ep r a c t i c a l v a l u ei fp u ti ti n t oa p p l i c a t i o na f t e rb ec o n s u m m a t e d k e y w o r d s ：h y d r o e l e c t r i cp l a n t s m o n i t o r i n g f a u l ta l a r m f a u l ts i m u l a t i o n n e t w o r k 3 西华大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 课题的提出及其重要意义 美国东部时间2 0 0 3 年8 月14 日下午4 时左右，美国的纽约市、底特律 市和克利夫兰市以及加拿大的多伦多、渥太华等重要城市均发生大面积停电事 故，致使北美5 0 0 0 万人陷入黑暗，并且造成了非常严重的经济损失和社会恐 慌! 根据官方的事故调查结果的此次特大事故的根源是电力系统的监控系统失 灵。 这次北美大停电事故给同样正处于满负荷运行中的中国电力工业敲响了警 钟。电力系统的安全预警和实时监控一直都是电力行业工作的重中之重，保持电 力系统的安全运行是电力系统的电力工作的重中之重。 很多的电力事故都是由于工作人员的操作失误而引起的，据统计：在电力 系统的事故中，由于运行人员的误操作、误判断而造成贻误的事故多达4 0 ， 足见保证电力系统的安全运行，提高运行人员的素质则是其中一个关键而基本 的重要环节，本课题的研究对象四川映秀电厂1 9 9 8 年1 月2 3 日，一起人为误操 作事故结束了映电总厂3 8 4 天的安全纪录，紧接着，在不到一年的时间里，映电 总厂连续四次出现安全事故。由于电气运行工作的特殊性，对电气运行人员的 操作培训一般又不能在带电运行的系统设备上进行，同时，对电气运行人员的 培训工作也不是一劳永逸的，要求不断练兵提高熟练程度，完善技术水平，做 到平时能够准确无误地完成正常操作，并对突发的事故能快速准确反应、正确 处理，使事故影响范围尽量缩小。 如何方便经济高效地对运行人员进行培训，使之适应现场设备特点，特别 是在事故发生后能够正确地应对处理，作为一个严峻的课题摆在我们面前。 电力系统是一个比较特殊的系统，而且电力系统的规模和容量都在不断的 增大，由于人体能够承受的电压具有一定限度，所以很多带电试验人都不可以 在实际运行的电力系统中去操作，由此可见，对电力系统进行仿真是一个有着 重大生产意义的课题。 西华大学硕士学位论文 电力系统是由发电厂、变电站( 开关站) 、输电线、变压器、用户网络等联 接起来的有机整体。在运行和生产过程中，需要保证整个电网的电压水平和频 率指标，要求组成电网系统的各个部分协调工作，特别是变电站担负着调节电 压品质、改变系统运行方式等重要任务。同时由于电力网络的复杂性及受自然 或人为因素的影响较大，会发生各种各样的故障和事故，为保证系统在故障和 事故情况下恢复正常稳定运行，同时也为了向用户尽快恢复供电，要求应迅速 地对故障和事故进行处理，其运行和操作人员技术水平的高低，直接或间接地 影响了系统运行可靠性、安全性等指标的高低。所以，培训和提高运行人员技 术水平成为供电企业和培训中心的迫切要求。 对于以运行人员为培训对象的水电站培训仿真系统而言，目前国内存在两 种类型的培训仿真系统： ( 1 ) 硬件盘台与软件仿真相结合的混合仿真培训模式 这种模式除用常规的计算机作为仿真系统核心外，一般均设置个与实际 仿真对象相似的主控制室，并按1 ：1 模拟各电压等级的保护屏、控制屏、中央 信号屏等。屏上的表计、控制开关、红绿灯、按钮、光字牌等无论是外观还是 排列位置均与实际仿真对象相符。对培训人员的操作采用所见即所得，因此能 非常真实逼真地反映出学员的运行水平和事故处理能力，让被培训人员留下深 刻的印象，这是该仿真模式最大的优点。 但是因为系统硬件成本高，可靠性与可维护性较差，所以缺点也是明显的。 ( 2 ) 纯软件的水电站培训仿真模式 这种模式完全是针对目前许多水电站按照综合自动化模式进行设计，因此 该模式的物理设备均被计算机仿真平台所代替，所有仿真功能都实现与培训人 员的人机界面互动，既省去了大量硬件设备投资，又提高了可靠性，并且系统 升级也很方便，是值得推广的现代化高效培训手段和措腌，配置简单实用，运 行人员随时可以组态进行自身培训，可以引入不同等级、不同运行方式的水电 站进行实战演习，在不知不觉中提高学员处理系统故障的能力。 随着仿真监控系统在电力系统的广泛应用，高新技术设备与技术培训的矛 盾将越来越突出。水电站仿真监控培训系统的研制，将有着广阔的市场前景。 2 西华大学硕士学位论文 1 2 水电站监控的意义 水电站计算机监控的内容在不同的水电站有所不同，但基本内容不外乎： 水电站设备的控制，水电站设备的调节，水电站设备的监测，水电站设备的运 行状态、运行参数的自动记录、打印，作为调度自动化系统的远方终端，水电 站优化运行，水电站的事故处理等，在水电站实现计算机监控目的在于： 能够提高水电机组的实时能力，实现快速开停机，以满足电力系统稳定 运行的需要，以及水电站站内经济运行； 可以减少运行人员，把水电站运行人员从日常操作、监视设备运行等繁 杂重复工作中解放出来，逐渐把运行人员转变为运行管理人员： 计算机监控系统集成度高，可以把水电站机组等各种设备的控制屏柜的 数量减少； 计算机监控系统具有自检功能，不仅检测水电站设备运行情况，而且还 检测计算机监控系统自身运行状态，有利于进一步提高水电站设备运行 的可靠性： 水电站计算机监控系统配置组合多样灵活，可与常规控制设备相配合， 也可与功能多样的计算机控制单元相配合，以利于水电站实现调度自动 化。 1 3 国内外中小型水电站监控技术的现状和发展 随着计算机技术的发展，计算机的性能日趋完善而价格日益下降，计算机 己深入到水电站自动化的各个领域。首先主要用于监视电站工况和各种离线计 算，后来逐渐发展，进入电站的控制领域，从顺序控制到闭环调节控制，所实 现的功能越来越复杂。计算机不仅能监视全水电站的运行，而且还可以构成控 制调节装置( 这里的计算机主要是微处理机) 来取代常规的用布线逻辑电路构成 的机组基本控制装置，如调速器、励磁装置、同期并列装置等。近年来，计算 机在水电站上的应用己超越了电能生产的范围。在水情测报、水工建筑的监测 等方面也出现了计算机监控系统。因此可见水电站的计算机监控将不容置疑地 3 西华大学硕士学位论文 成为水电站自动化发展的主要方向。 1 3 1 国外水电站计算机监控技术发展现状”“7 1 计算机监控技术在水电站的发展比较快，各个国家发展也不平衡，因而现 在还缺乏关于水电站实现计算机监控的全部统计资料。就国家来说，美国、日 本、法国在这方面是领先的。当然，也有些实现无人值班的水电站并没有采用 计算机，而是采用常规的布线电路或继电器，比较典型的是罗纳河和莱因河梯 级电站。 美国在实现大型水电站计算机监控方面是领先的。西部哥伦比亚河上的好 几个大型梯级水电站已经实现了计算机监控，比较典型的是大古力水电站和石 河段水电站。美国在实现大型抽水蓄能电站计算机控制方面也颇有成效，典型 的是拉孔山抽水蓄能电站。 日本在实现中小型水电站和抽水蓄能电站方面也比较突出，典型的有新高 獭川抽水蓄能电站和玉原抽水蓄能电站。 其他国家在实现水电站计算机监控方面也做了不少工作。比较典型的水电 站有：委内瑞拉的古理水电站、加拿大的瞻姆斯湾梯级水电站、巴西的f o z d o a r e i a 水电站，西德的威尔抽水蓄能电站、苏联的伏特金水电站等。 l _ 3 2 国内水电站计算机监控技术发展现状m 我国从七十年代开始对计算机在水电厂的应用进行了不懈的探索。1 9 7 9 年 3 月水电部在古田水电厂召开了全国水电厂自动化经验交流会，会上指定了“六 五”期间水电厂自动化采用计算机的发展规划，安排了不同类型水电厂的计算 机监控系统试点项目：富春江水电厂多微机分布式控制系统( 一期工程) ；葛洲坝 二江电厂综合自动化系统；浑江梯级集中控制系统：永定河梯级电站微机过程 控制、信息处理系统。通过以上试点工程项目取得的应用成果，充分体现了计 算机技术应用于水电厂自动化监控系统中的优越性和可用性，在试点工程中初 步形成使用推广模式，使科研试点迅速走上实用推广阶段。 1 9 8 5 年1 0 月水电部科技司、生产司、水电规划总院在南京举行“全国水电 4 西华大学硕士学位论文 厂自动化技术总结和规划落实”会议，又规划了一批实现无人( 或少人) 值班水电 厂。 1 9 9 3 年5 月电力部科技司、生产安全协调司会同水电规划设计总院、中国 电力企业联合会在成都召开了全国水电厂计算机监控工作会议。会上总结了前 1 0 年计算机监控系统在水电厂的应用经验，并指定“八五”及2 0 0 0 年水电厂监 控系统推广应用规划。成都会议后，又有一批大、中型电站计算机监控系统全 部或部分投入运行使用，既有老厂改造，也有随新厂基建同步投入的项目，如 太平湾一一长甸、葛洲坝二江二期、大广坝、沙田、李家峡、宝珠寺、大峡、 隔河岩等十余个水电厂。 改革开放以来，一些水电厂从国外引进了一批监控系统，如鲁布革、葛洲 坝大江、潘家口、广蓄一期、天生桥二级等。通过引进、消化、吸收，使我们 对国际水平、世界潮流、国内的优势及差距都有了更深的了解。 目前国内从事水电厂计算机监控系统开发的单位主要有： 南京自动化研究院，主要面向大、中型水电厂，已经投入运行的典型监 控系统的有s s j 3 0 3 1 ( 李家峡) ，s j 4 a o s ( 葛洲坝) ，g e t - 6 0 0 0 ( 三门 峡) 等： 水利水电科学研究院自动化所，主要面向大、中型水电厂，投入运行的 监控系统有s m c 6 0 0 ( 富春江) 、d a c 8 6 0 1 ( 龙羊峡) 、h 9 0 0 0 ( 宝珠寺、 风滩、紧水滩、白山1 等； 烟台东方电子股份有限公司，主要从事变电站监控及水电厂的远程通讯 单元( r t u ) 开发，在水电厂监控方面则起步不久； 一些高校，主要有华中理工大学、武汉水利电力大学、西安理工大学等 等。 目前，水电站计算机监控系统在大型水电站中的应用相当普遍，而在小型 水电站中的应用并不多。9 0 年代中后期，小型水电站才开始尝试采用这项技术。 1 3 3 水电站监控技术的发展趋势 随着计算机技术及网络技术的迅猛发展，越来越多的应用软件和以太网技 术在现代的水电站和高压开关站中得到大力的开发和应用，监控系统基本上以 西华大学硕士学位论文 面向网络为基础，设备大多采用以太网e t h e m e t 或光纤环网f d d i 等通用网络设 备连接高性能的微机、工作站、服务器，在被控设备现场则较多地采用p l c 或 智能控制单元，再通过现场总线与基础层的智能i o 设备、智能仪器、远程i o 等相连接构成现场控制子系统，与厂级系统结合形成整个控制系统。因此网络 控制开放化、标准化、高速化和易用性的将是水电监技术发展方向，同时计算 机监控系统中的软件支持平台和应用软件包应将更通用化、规范化和开放化， 同时，计算机技术的发展也为基于纯仿真软件的系统仿真创造了可能性。 本课题就是在w i n d o w s 平台基础上，基于组态王6 5 版本进行的中型开关 站的监控仿真系统开发，可用于对电力系统运行人员的岗前培训，有助于运行 人员对一般中型水电站的实时操作、实时监控和故障检测、故障检修人员的的 熟悉练兵和培训，使电站运行人员得到更全面、实时的培训，避免了纯物理仿 真培训，让教与学更直观、更容易、有更好的可参与性，为水电站输配电系统 的检修、运行队伍同时还可以作为相关专业的多媒体教学应用开辟了一个新的 探索研究方向。 6 西华大学硕士学位论文 第二章仿真系统构成 2 1 仿真系统的研究对象 系统是以四川映秀电厂为研究对象，该电厂主要由三个电站和一个联合开关 站组成。如图2 1 ： f i g u r e2 1t h el a y o u to ft h ep l a n t 图2 1 映秀湾电厂布局构成图 ( 1 ) 四川映秀湾水力发电总厂布局概况【2 】 四川湾水力发电总厂隶属于四川电力总公司，位于四川i 省阿坝藏族羌族自 治州汶川县映秀镇。国道2 1 3 公路横贯厂区直达旅游胜地九寨沟；省道3 1 7 公 路沿岷江支流渔子溪河左岸经卧龙自然保护区风景秀丽的四姑娘山可直达小金 县。厂部距成都7 2 5 k m ( 以成灌高速公路计) 、都江堰3 3 k m 、汶川县5 8 k m 。 整个生产厂区分布于岷江及其支流渔子溪河数十公里，最远的两座水文站相距 5 3 v i ，映、耿两站闸首相距3 0 k m 。 映电总厂由映秀湾电站、渔子溪电站和耿达电站和二台山联合开关站组成， 三个电站均为地下厂房，共有1 1 台机组，总装机容量4 5 5 m w ，总投资7 0 2 8 7 西华大学硕士学位论文 亿元。截止1 9 9 9 年底累计总发电量为4 6 0 5 1 6 7 亿k w h ，累计工业总产值 3 1 9 7 5 4 亿元，拥有固定资产1 1 5 6 亿元，注册资金5 1 6 4 7 亿元，是四川电力系 统大型骨干电厂。 四川映秀电站建于1 9 8 4 年3 月，1 9 8 6 年4 月建成投产。截止1 9 9 9 年底己 汇集了映( 除一台机负荷送1 1 0 k v 线路外) 、渔、耿、太平驿( 除一台机负荷 送1 1 0 k v 线路外) 、黑土坡等5 个电站1 6 台机组的6 0 5 m w 负荷，包括映秀地 区附近6 个小水电站1 6 台机组4 4 m w 的上网负荷共计6 4 9 m w 的送出容量。 ( 2 ) 二台山联合开关站1 2 j 二台山联合开关站坐落于四川阿坝州映秀山区的二台山上，地面绝对海拔 高度为9 2 3 3 5 米，开关站长1 1 1 米，宽7 4 米。电压等级2 2 0 千伏，设计为砼双 层结构，配电装置属于高型布置，即两组母线重叠布置，母线比隔离开关高， 隔离开关比短路器高。 主接线为双母线带旁母线，i 母线布置在第一层，i i 母线布置在第二层。 主母线的两侧是旁母线( 进、出线路除黑山线2 0 1 d l 固定连接于i 母线外均与 旁母相连，两侧旁母通过渔山东线与渔山西线间隔在第二层上面连通) 。 目前接线有七回进线和三回出线，进线分别是耿山南线、耿山北线、平山 线、渔山东线、渔山西线、映山线和黑山线；出线分别是太山南线、太山北线 和青山线。该开关站是为完善西南地区供配电主网的网架，并保证供电可靠性， 提高运行灵活性所设，是川西北电网的一个重要组成部分，分别送往成都太和 变电站和青白江变电站，是四川电力系统中的一个大型枢纽开关站，目前主要 向成都地区输送电力。 开关站的控制大楼位于开关站的东北角，中央控制室设于二楼靠近开关 站。 ( 3 ) 映秀湾水电站的各个主要组成部分直接距离比较远而分散，每个电 站又由发电系统、升压变压器系统、机械系统等众多的系统部分组成，全部仿 真工作量相当大，但是其联合开关站却汇集了三个电站的所有进出线回路，是电 能的集散中心，比较具有仿真代表性，所以本课题仅以二台山开关站为例，抛砖引 玉的做出其电力仿真监控系统，其他的电站的仿真思路和做法也是类似。 ( 4 ) 映秀湾水电厂地理布局示意图 西华大学硕士学位论文 为便于用户和参观学习者对系统有一个对研究对象的感性认识，做出了一 个水电站地理位置布局示意图，从图中可以清楚看见二台山开关站是一个连接 水电站和输电地点的电能汇集中心，有三个主要电站的电能经过输电线进入开 关站，然后经过输电线的分配进入成都地区，利用组态王的动画连接可以造成 电能输入输出开关站的动态效果，形象而且逼真，如下图2 2 所示，点击文字“二 台山开关站”就可以进入监控系统中去了。 f i g u r e2 2g e o g r a p h yl o c a t i o n o ft h ep l a n t 图2 2 电厂地理图 2 2 仿真系统的研究目的 四川映秀湾电厂的二台山开关站有七路进线和三路出线、还有众多的静态 开关设备等( 见2 4 节) ，为了能对该电力系统实旌实时的动态监控，本课题的目的 就是要将这些静止的电力设备元件利用课题的开发平台来制作一个动态的仿真 系统，使该系统可以真实的仿真出各个进出线回路的联接关系，在监控系统的上 位界面上可以看见变量数据的实时动态变化，以及实时的报警事件，比如电压超 标，电流过大、过小等，并配以闪烁报警和语音报警提示信息；同时能查看历史 数据；还可以在监控上位界面上实现电力故障的仿真模拟和故障排除操作等。 通过监控系统可以让运行人员得到身临其境的现场效果，同时得到操作技 能的持续提高。 西华大学硕士学位论文 同时该监控系统也可以作为学校相关专业的多媒体教学。 2 3 仿真系统的设计依据资料 本仿真系统是基于二台山开关站运行规程、二台山开关站运行日志 、 二台山开关站母线短路阻抗归算图等实际资料进行仿真设计的，另外仿真 系统也必须严格符合电力系统相关规程和设计要求的。 2 4 仿真系统设备的技术规范 下面将本课题涉及的仿真设各的型号和技术标准列于后【2 1 ： 表2 1 油断路器 t a b l e2 io i lb r e a k e r 项目单位 规范 型号( 沈阳开关厂) s w 2 _ 一2 2 0i 额定电压k v2 加 额定电流 a 1 5 0 0 最高工作电压k v2 5 2 额定开断容量m 、，a1 2 0 0 0 固有分闸时间秒0 0 4 5 合闸时间 秒 o 2 表2 2 隔离刀闸 t a b l e2 2i s o l a t o rb r a k e 名称 型号额定电压额定电流操作机构操作方式 隔离g w 4 2 2 02 2 0 k v1 0 0 0 a c j 5 电动( 交a 三相联动 刀闸i i d 1 0 0 流) c s l 4双侧接地 手动 1 0 西华大学硕士学位论文 g w 4 2 2 02 2 0 k v1 0 0 n a c j 5 电动( 交j 5 三相联动 id n 0 0流) c s l 4 手单侧接地 动 g w 4 2 2 0 k v 1 0 0 0 ac j 5 三相联动 2 加d 1 0 0 0不带地刀 表2 3 电压互感器 t a b l e2 3 p t ( p o t e n t i a lt r a n s f o r m e 0 额定 型号 变e ( k v ) 接线用途 电压 j c c 5 2 2 02 2 0 k v 2 2 0 4 3 0 1 压0 11 1 1 1 2 1 2测量、保护 u h c ( 法国1 2 4 5 l ( v 表2 4 电流互感器 t a b l e2 4 c t ( c u r r e n tt r a n s f o r m e r ) 型号额定电压变比等级用途 l c l w d 32 2 0 k v 4 * 3 0 0 5d d d 0 5测量、保护 2 5 本仿真系统实现的功能和特点 电力参数实时数据的显示； 历史数据的查看处理： 正常运行的实时监控； 计算机故障实时自检，闪烁报警、语音报警，电子邮件报警，手机短信 报警： 电力故障仿真模拟； 监控画面在互联网的发布与远程浏览。 西华大学硕士学位论文 2 6 仿真系统的开发平台配置 2 6 1 系统配置 2 6 1 1 系统硬件配置 两台戴尔p c 机( 含显示器) ，配置为i n t e lp e n t i u m ( r ) 4 处理器，c p u 为 2 8 0 g h z ，内存2 5 6 m ，硬盘8 0 g ，i n t e m e t 网络配置，针式打印机( 实时打印) 。 2 6 1 2 系统软件配置 w i n d o w sx p 操作系统，组态王6 5 电力版，( 5 1 2 点硬件狗) 2 6 2 组态王6 5 电力版”1 今天，随着对工业自动化的要求越来越高，以及大量控制设备和过程监控 装置之间的通讯的需要，“监控和数据采集系统”和人机交互界面越来越受到用 户的重视，组态软件也得到了大量使用。 组态王软件是运行在w i n d o w s 9 即q i 2 0 0 0 。( p 上的一种组态软件。使用组态 王软件，用户可以方便地构造适应自己需要的“数据采集系统”，在任何需要的 时候把生产现场的信息实时地传送到控制室，保证信息在全厂范围内的畅通。 组态王的网络功能使企业的基层和其它部门建立起联系，现场操作人员和 工厂管理人员都可以看到各种数据。管理人员不需要深入生产现场，就可以获 得实时和历史数据，优化控制现场作业，提高生产率和产品质量。 组态王电力版是北京亚控公司为电力系统用户推出的第一个专用版，该产 品紧密把握电力系统用户的需求，采用组态王软件的成熟技术，同时遵循电力 系统的标准规范，它为电力系统用户开发了专用的驱动程序、专用的数据库、 图库控件和报警机制等。该系统具有专业性强、自动化程度高、易使用、高性 能、高可靠等特点，利用它可对变电站系统、供电系统、电力调度系统、电力 负荷等实现远距离测量、监视与控制，从而减轻了值班人员的劳动强度，从而 为电力系统的监控管理提供了必要条件。 1 2 两华大学硕士学位论文 组态王6 5 软件由工程浏览器( t o u c he x p l o r e r ) 、工程管理器( p r o j e c t m a n a g e r ) 和画面运行系统( t o u c hv i e w ) 三部分组成。在工程浏览器中您可以 查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库的构造、定义外部设各等工作； 工程管理器内嵌画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理。画面的 开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统t o u c h m a k 和工程运行系统 t o u c h v e w 来完成的。 基于组态王6 5 电力版适合用于电力系统的特性，所以特别适合作为本课题 的开发应用平台。 2 6 2 1 组态王和下位机通讯 组态王把每一台与之通讯的设备看作是外部设备，为实现组态王和外部设 备的通讯，组态王内置了大量设备的驱动作为组态王和外部设备的通讯接口， 如图1 1 。在开发过程中您只需根据工程浏览器提供的“设备配置向导”一步步 完成连接过程即可实现组态王和相应外部设备驱动的连接。在运行期间，组态 王就可通过驱动接口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据指令。每 一个驱动都是一个c o m 对象，这种方式使驱动和组态王构成一个完整的系统， 既保证了运行系统的高效率，也使系统有很强的扩展性。见图2 3 西华大学硕士学位论文 f i g u r e2 3 d e v i c ed r i v e ro f k i n g v i e w6 5 图2 3 组态王的设备驱动 2 6 2 2 组态王6 5 的w e b 技术特性 组态王6 5 在以前版本经验的基础上，在功能和性能上做了重大修改，使 运行结构更趋合理，可扩展性更好。组态王6 5 具有以下技术特性： j a v a 2 图形技术基础，支持跨平台运行，能够在l i n u x 平台上运行，功 能强大； 支持多画面集成系统显示，支持与组态王运行系统图形相一致的显示效 果； 支持动画显示，客户端和主控机端保持高效的数据同步，达到亲临其境 的效果； 组态王运行系统内嵌w e b 服务器系统处理远程端的访问请求。无需 额外的w e b 服务器； 基于通用的t c p l p 、h t t p 协议，具有广泛的广域网互联。 1 4 西华大学硕士学位论文 第三章仿真系统的软件设计实现 由于条件限制，本仿真系统不能从现场采集到实时数据，因此采用在组态 王设备里先定义仿真p l c 设备来产生实时数据，该p l c 按照符合仿真要求的时 间间隔产生的实时数据，这些实时数据保存在特定的数据寄存器中供调用，这 些数据的属性可以通过设定来符合实际的工况，有比较强的仿真实用性和针对 性。 仿真p l c 设备的设置安装步骤如下： ( 1 ) 在组态王的工程管理器中，从左边的工程目录显示区中选择大纲项 设备下的成员名c o m l ，然后在右边的目录内容显示区中用左键双击“新建” 图标，则弹出“设备配置向导”对话框如图3 1 ： f i g u r e3 1 l n s t a ut h es i m u l a t i n gp l c 图3 1 仿真p l c 安装 ( 2 ) 单击“下一步”按钮，则弹出“设备配置向导逻辑名称”对话框， 在编辑框输入一个名称，这个名称就是仿真p l c 设备的逻辑名称，此名称由 用户设定，本课题中设定为“p l c ”：然后根据安装对话框的提示一步一步就 1 5 西华大学硕士学位论文 可以安装好所需的仿真p l c 。 3 1 数据变量的定义 数据是联系图素和动画的必备介质，所以要使得图画动画动作起来必须要 定义必要的数据变量，但是由于本课题涉及的电气元件及其线路很多，变量的 数目很大的给开发者查找变量带来一定的困难，为此组态王提供了变量分组管 理的方式。即按照开发者的意图将变量放到不同的组中，这样在修改和选择变 量时，只需到相应的分组中去寻找即可，缩小了查找范围，节省了时间。但它 对变量的整体使用没有影响： 3 1 1 如何建立变量组“1 在组态王工程浏览器框架窗口上放置有三个标签：“系统”、“变量”和“站 点”，选择“变量”标签，左侧视窗中显示“变量组”。单击“变量组”，右侧 视窗将显示工程中所有变量。在“变量组”目录上单击鼠标右键，弹出快捷菜 单，选择“建立变量组”。则在“变量组”目录下出现一个编辑框，如下图3 2 所示： f i g u r e3 2d e f i n et h ev a r i a b l eg r o u p 图3 1 2 定义数据变量组 在编辑框中输入变量组的名称。如果按照默认项，系统自动生成名称并添 西华大学硕士学位论文 加序号。变量组定义的名称是唯一的，而且要符合组态王变量命名规则。 3 1 2 定义数据词典 所有和数据交换有关系的变量都必须要定义到数据词典中，并设置好其相 关属性，在变量属性框中定义相关的设置：变量名，变量类型，最大最小值， 已经连接设备，数据寄存器等相关设置即可，需要注意的是其“连接设备( 本 文中为仿真p l c ) ”必须要先于l l 前定义好才可以连接，并在此仿真p l c 上产 生相关的数据库供调用。 以耿山南线的电流l 1 为例子为例定义该线路的各个变量p 、q 、u 、f 、 c o s 口，根据二台山开关站现场收集的实时数据，在最大运行方式下，耿山南线 的有功功率为5 0 m w ，无功功率为3 0 m v a r ，电流为2 6 0 a 。 如定义耿山南线的有功功率p 变量： 双击“新建变量”，弹出定义变量对话框，定义变量名，从结构类型里面选 定已经定义好的“动态数据”类型，并从下拉选择框“结构成员”p 、q 、i 、 c o s c ，f 里面选择p ，成员类型选择“i o 实数”，并根据运行数据设定有功功率 的最大最小值，并且在连接设备里面选择已经定义好的仿真p l c ，作为仿真数 据的来源，并选择好数据寄存器，保存数据类型和数据采集频率等，需要注意 f i g u r e3 3 d e f i n et h ev a r i a b l ep r o p e r t y 图3 3 定义数据变量属性 的是因为涉及到要对实时数据进行保存，所以必须要选取上“保存数值”一项。 1 7 西华大学硕士学位论文 如图3 _ 3 示。 同理，定义耿山南线的无功功率q 和功率因数c o s c ，频率f 等方法和定义 有功功率相似，只是在结构成员里面选取相应的结构成员q ，工c o s ，然后根 据该线路的运行参数进行相应数据对应设置就可以了。如下图3 4 的l 1 i f i g u r e3 4 d e f i n et h ed a t u ml 1 1 图3 4 定义数据变量l 1 i 注：其他线路l 2 一l 1 0 的变量设置同l 1 3 2 实时动态数据在监控主画面进出线的显示 3 2 1 建立监控主画面的组态图 在新建画面属性设置上定义画面名称，画面位置，画面大小，画面风格， 画面的背景颜色等，见下图3 5 示意： f i g u r e3 5c o n f i gp i c t u r eb a c k g r o u n d 图3 5 画面背景属性设置 1 8 西华大学硕士学位论文 之后根据工具箱提供的各种电气元件图库，依次做出三条母线，七回进线， 三回出线，短路器、隔离开关、输电线路、电压互感器等电气元件图速，并把 各种元件按照习惯的颜色给予设置，最后利用文本构件对各个线路、元件等标 上提示文字等。 下面以耿山南线的实时功率为例子说明实时功率在画面的实时显示，在画 面的合适位置做任意一个文本，如“蝌”然后双击文本，弹出动画连接对话框， 在单击“模拟值输出”按钮，在模拟值输出连接对话框中选择要和这个文本“蝌” 相对应的变量表达式，在“? ”中选择盟奎丝壶选! ! 里，输出格式中选择要输出值 的整数位数和小数位数，以及输出值的对齐方式，然后确认所有输入，然后保 存整个文件，然后进入运行状态，则在“槲”位置将被l 1 的实时功率数值所代 f i g u r e3 6r e a l t i m ed a t a 图3 6 实时数据 替，得到相应的实时数据( 抓图时刻此值为5 2 0 0 0 ) ，如图3 6 所示。 线路的实时数据定义也一样，包括有功功率，无功功率，电流，功率因数 等方法也是一样，需要注意的是，必须要先定义好数据变量好后才可以得到这 些实时数据。定义好了所有的实时数据后监控主系统图的运行状况图3 7 西华火学硕士学位论文 f i g u r e3 7 m a i nm o n i t o r i n gp i c t u r e 图3 7 监控主系统图 3 3 开关站实时数据窗口的制作实现 在工具箱里面调出报表构件，拖放到合适大小，然后双击出报表设计对话 框，根据变量多少，定义好表格的行数和列数，然后确认。1 4 1 之后在实时报表中输入相关的数据变量和文字标注，最重要的是要在单元 表格中动态的显示相应的动态数据，所有要建立数据的动态连接，以耿山北线 实时电压l 1 u 为例，双击单元表格，然后选择“插入变量”中的本站点l 2 u 或是手动的输入本站点l 2 u ，并确认即可，如图3 8 所示。 2 0 西华大学硕士学位论文 f i g u r e 3 8 r e a l t i m e d a t a b r o w s i n g c o n f i g u r a t i o n 图3 8 实时数据浏览组态 等所有的数据变量都建立了相关的数据动画连接后，进入运行状态就可以在 指定的单元表格中显示相应的数据了，下图3 9 所示即是完整的运行后的实时动 态数据画面： f i g u r e3 9 0 p e r a t i n gr e a l - t i m ed a t ap i c t u r e 图3 9 运行的实时数据浏览窗口 从上图可以很清楚的看见各个输电线路的各个参数实时动态变化情况，( 根 据刷新频率5 0 0 m s 设置) ，为便于看见实时数据的时间，还在画面上作出了当时 的日期和时间，可以提醒监控人员当时的时间。 西华大学硕士学位论文 3 4 开关站历史运行数据的浏览和提取 对定义了历史存盘记录的数据进行定时的查询和提取，在组态开发环境下 做历史数据浏览画面，然后在画面中找到“报表设计控件”，拖放到合适大小， 然后双击控件弹出报表设计对话框，定义控件名称，表格尺寸，行例数等，如 图3 1 0 所示： f i g u r e3 1 0 h i s t o r i cd a t ai n q u i r i n gc o n f i g u r a t i o n 图3 1 0 历史数据查询组态 另外，为了调用已经存盘的动态数据到指定的历史报表中去实现，所以做 一个名为“选择查询变量属性? ”的按钮，双击按钮，在弹起时命令语言连接 中调用r e p o r t s e t h i s t d a t e 2 0 i 函数，在运行状况下，此报表历史数据查询函数将按 f i g u r e3 1 1h i s t o r i cd a t ai n q u i r i n gw h e no p e r a t i n g 图3 ，1 1 历史查询画面 2 2 西华大学硕士学位论文 照用户给定的起止时间和查询间隔，从组态王历史数据库中查询数据，并填写 到指定报表上，可以寻找查询的变量( 可以多个变量一起查询) 在一段时间内 的历史运行数据，包括变量存盘数据的时间以及起始的位置，以及间隔时间， 组态运行画面如图3 1 1 所示： 3 5电气参量实时数据棒图 为了能够实时的掌控开关站各个重要参变量的变化情况，让电站运行人员 能随时的观察到各个线路的电量情况，作出1 0 条进出线回路的有功功率，无功 功率，电流和电压实时棒图 有功功率棒图实现f 4 l ( 1 ) 画面组态 从工具箱中调出棒图构件，将其放置到画面合适大小，然后双击棒图构件， 定义控件名为有功棒图，选择图表类型为二维条行图，以及标签位置，棒图颜 色、显示设置等，然后确认设置如下图3 1 2 ： f i g u r c3 1 2c o n f i g u r a t m no fp o w e rs t i c kc h a n 图3 1 2 有功功率棒图组态 ( 2 ) 添加棒图个数和数据连接 西华大学硕士学位论文 在该画面的属性设置中，打开“命令语言”对话框，在“显示时”脚本程 序输入 c h a r t a d d ( ”有功功率”，本站点l 1 p ”耿山南线”1 ； c h a r t a d d ( ”有功功率”，本站点l 2 p ，”耿山北线”1 ： c h a r t a d d ( ”有功功率”，本站点、i j p ，”平山线”) ； c h a r t a d d ( ”有功功率”，本站点x j _ , 4 p ，”渔山西线”1 ； c h a r t a d d ( ”有功功率”，本站点l 5 p ”渔山东线”1 ： c h a r t a d d ( ”有功功率”，本站点k l 6 p ，”映山线”) ； c h a r t a d d ( ”有功功率”，本站点l 7 p ”黑山线”) ： c h a r t a d d ( ”有功功率”，本站点i f _ 8 p ，”太山南线n1 ； c h a r t a d d ( ”有功功率”，本站点岫p ，”太山北线”) ： c h a r t a d