（电气工程专业论文）变电站综合自动化教学培训系统之计算机监控软件研究.pdf

ar es e a r cho nt h eco m p u t e rm o n i t o r i n g s o f t w a r ei nt h es u b s t a t i o na u t o m a t i o n t e a c h i n gt r a i n i n gs y s t e m a b s t r a c t w i t ht h ee x p a n d i n go fp o w e rs y s t e m s ，s u b s t a t i o nc o n t r o la n dp r o t e c t i o ns y s t e m sh a v e b e c o m em o r es o p h i s t i c a t e dr e q u i r e m e n t s t h e r ei sa nu r g e n tn e e df o rs u b s t a t i o nt oi m p l e m e n t c o m p r e h e n s i v em o n i t o r i n g ，c o n t r o la n dp r o t e c t i o n s ot h a ts u b s t a t i o n sc a na c h i e v ef u n c t i o n so f m o n i t o r , r e g u l a t ep r o t e c ta n dp r o t e c tp a r a m e t e rs e t t i n gf o rl o c a lo rr e m o t e t h a ti st e l e m e t r y , t e l e i n d i e a t i o n ，r e m o t ec o n t r o l ，r e m o t er e g u l a t i n g s u b s t a t i o ne v e n t u a l l yr e a c ht h ep u r p o s eo f f e w e rp e o p l eo nd u t yo rl l l l a t t e n d e d o nt h eb a s i so ft h es i m u l a t i v ep o w e rp l a n t sb o o s ts u b s t a t i o no ft h eg u a n g x ih y d r a u l i c a n de l e c t r i c p o l y t e c h n i c ，t h et h e s i sm a k e sad e t a i l e da n a l y s i so nt h em o n i t o rs y s t e m s s t r u c t u r e ，f e a t u r e s ，d e v e l o p m e n tt e c h n o l o g i e s ，f u n c t i o n so f t h es u b s t a t i o n ；d i s c u s so nt h ec o n c e p t a n dm e t h o do ft h ec o n f i g u r a t i o n ；u s i n go fm o d e r nc o m p u t e rs i m u l a t i o nt e c h n o l o g y ；i tc a r r i e s o u tac o m p r e h e n s i v es i m u l a t i o na n dm o d e l l i n go fs u b s t a t i o n s s y s t e m a t i c a l ，n o r m a la n d a c c i d e n tc o n d i t i o n s a n di tt a k e sas y s t e m a t i c a lr e q u i r e m e n t sa n a l y s i s ，a n dd e s i g n so ft h e o v e r a l ls n u c l 舭a n dt h et r a i n i n gf u n c t i o no ft h es i m u l a t i o nt r a i n i n gs y s t e m ，a sw e l la sc a r r i e s o u ts i m u l a t i o ni nt h eo p e r a t i o n ，i n s p e c t i o n , i n c i d e n th a n d l i n g , a n do t h e rf u n c t i o n s ，w h i c hi s a p p l i e dt ot e a c h i n gt r a i n i n gi no r d e r t om a k et h ep r o c e s sv i v i da n de a s yt ou n d e r s t a n d ，t ot r a i n e l e c t r i c a ls u b s t a t i o ns u p e r v i s o r s ，t oi m p r o v e l e i ro p e r a t i o n a ll e v e l ，t oe n s u r et h es t a b l e ，s a f e a n d r e l i a b 1 eo p e r a t i o no f s u b s t a t i o na n dt oi m p r o v eo p e r a t i o n a le f f i c i e n c y k e yw o r d s ：s u b s t a t i o n ；s i m u l a t i o nt r a i n i n g ；m o n i t o r i n g ；c o n f i g u r a t i o n 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：本人所交工程硕士学位论文是在导师指导下完成的，论文工作所述及成 果相关知识产权属广西大学所有，本人保证不再以其它单位为第一署名单位发表或使用 本论文的研究内容。文中除已经注明的部分外，不包含其他人已经发表的研究成果，也 不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过帮助的个人和集 体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：易瓦易叭 夕1 年6 月如 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 口即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名：懿砖n 导师签名：萝洋知0 7 年占月岁。日 广。西r 大掌工程硕士学位论文l 毫砧翻 合自鼋蚪匕教掣崤嘲i 习。睫之计算机监控软件研究 1 1 课题的背景及意义 1 1 1 变电站综合自动化的简介 第一章绪论 从2 0 世纪7 0 年代开始，电力系统技术领域开始了有关变电站综合自动化课题的研 究。变电站综合自动化是以计算机技术和通信技术为基础的一门综合电力技术，将保护、 控制、远动、自动装置等原来分散的自成一体联系不多的电力技术集成在一起，实现变 电站技术上甚至是管理上的综合一体化，具体体现在变电站的设计、施工、运行、安全、 检修、维护、管理等各多方面实现技术综合化，同时为变电站、电力系统带来直接或间 接的经济效益和社会效益。 变电站综合自动化系统的最突出特点是功能上实现综合化、结构上实现微机化、操 作监控上实现屏幕可视化、运行管理上实现智能自动化；最突出的优点是提高了各电压 等级变电站安全性、可靠性和稳定性，减少了变电站运行人员的数量，减轻了变电站运 行人员的工作量，实现变电站少人值班或无人值班的目的，全面提高了变电站的综合技 术水平和管理水平；同时变电站综合自动化系统要求电力技术不断发展提供相应支持， 也要求变电站运行人员具备相应的素质。 目前，随着电力系统规模的不断扩大，电力技术也在不断发展，同时借助于计算机 技术、通信技术、控制理论与技术与电力技术的不断渗透、融合，变电站综合自动化技 术在飞速的发展。 计算机监控是目前变电站综合自动化系统中最重要的组成部分。计算机监控主要实 现当地和远方对变电站运行现场的监视、测量、调节、控制和保护，即遥测、遥信、遥 控、遥调的“四遥功能，实现对综合自动化保护定值的远方整定。 1 1 2 变电站综合自动化培训系统研究的意义m 现代工业社会依赖于电力工业，电力工业甚至关系着整个国家的安全稳定和国民经 济的可持续发展，电力工业的重要性具体体现在持续、安全、稳定地通过电力网络提供 电能。变电站作为电力网络的节点，是电力系统的主要组成部分，是电力技术实施的重 广西大学工程硕士学位论文麦电站嗣 合自动化教掌培蕾系强；之计算栅监控软件研究 要环节。变电站综合自动化技术也就代表了电力系统运行技术水平。 前已述及变电站综合自动化要求变电站运行人员具备相应的素质，在运行人员工作 量减少的同时，工作任务的技术含量大大增加了；但是变电站综合自动化发展的程度和 运行人员技术水平的提高并不成正比，运行人员变电运行技术水平往往落后于变电站综 合自动化技术的发展；如何有效提高变电站运行人员运行技术水平和综合素质已经成为 变电站运行管理乃至整个电力企业迫切需要解决的问题。 要提高变电站运行人员变电运行技术水平就必须提供学习训练的场所和设备，但由 于电力系统的技术特点和电力企业的管理特点，变电站运行人员不可能在已经投运的电 力设备上学习训练，而真实的运行环境难以在学校或培训机构中再现。变电站综合自动 化教学培训系统可以在现有的条件下最大程度地仿真变电站运行技术环境，因此，对于 变电站运行人员来说变电站教学仿真培训系统是提高他们变电运行技术水平的一个重 要手段；而对于高等院校电力专业的学生，通过利用变电站综合自动化教学培训系统进 行学习或是岗前培训，可以对变电站的硬件结构、技术环境以及电力技术走向有一定的 了解，能够增加他们的感性认识、提高他们的实践能力。变电站综合自动化教学培训系 统，能在满足经济性要求的前提下，满足目前变电站运行人员变电运行技术培训的技术 要求。如前所述计算机监控是变电站综合自动化的核心组成部分，所以计算机监控软件 的研究则成为保证变电站综合自动化教学培训系统良好运作的关键环节。笔者也正是出 于此提出变电站综合自动化教学培训系统计算机监控软件的研究。 1 1 3 国内外发展现状及发展趋势m 早在2 0 世纪7 0 年代，国外就已经开展了电力系统变电站综合自动化的相关研究， 并且开发应用了变电站的仿真系统，相关的火电仿真系统、电网仿真系统也同时得到了 重视和发展。其中在1 9 7 1 年，美国、日本和英国率先分别投入应用了实用的大容量的 火电厂培训仿真系统：紧接着在1 9 7 7 年美国c d c 公司开发了第一套用于调度训练的 模拟器即d t s ( d i s p a t c h e rt r a i n i n gs i m u l a t o r ) 装置，即电网仿真系统；同年代日本西 关电力公司建立了自己的变电站仿真系统；虽然7 0 年代的仿真系统受到其它相关技术 尤其是计算机技术的限制而功能有限，都是仿真机或仿真器，并不能算得上是系统，但 起码说明仿真系统从变电站综合自动化研究开始就受到了人们的重视，并且一直在不断 的发展中。而作为经验积累或是观念使然，一些发达国家的变电站主控室内通常从一开 2 广西大掌工程硕士掌位论文竞龟舶角 合自动化教掌堋嘞i 习臼晓之计算机监控软伺畸究 始就会配置有1 台或多台专用于培训的计算机甚至还有相关设备，用于工作人员的岗前 培训，由此可见，仿真系统对于变电站运行而言确实越来越必不可少。 我国的变电站综合自动化研究起步相对来说还不算晚，2 0 世纪8 0 年代就开始独立 开发研究。与国外情况相似的是仿真系统的开发都是从火电仿真取得突破，如我国电力 系统第一套仿真机是火电仿真机组，因此才带动了电网调度仿真机和变电站仿真机的开 发研制，这些成果差不多都是在1 9 8 2 年取得的；在此基础上，继续研究电网和变电站 的仿真培训系统，并于8 0 年代末取得了实用性的研究成果；到了9 0 年代，随着科学技 术的国际接轨，直接引进和应用国外的高新理论、高新技术，大大加快了国内电力系统 仿真的研究步伐，同时随着分散分布式变电站综合自动化的提出，国内也开始研制分散 式变电站自动化仿真系统，我国研制的第一台实用电网调度仿真系统d t s 就诞生于东北 电网；到了9 0 年代末，国内大多数省区的网调、省调就已经普遍应用电网调度仿真系 统；而变电站仿真培训系统s t s ( s u b s t a t i o n t r a i n i n gs i m u l a t i o ns y s t e m ) 在电力系统中的 应用也随之推广开来，也得到了广泛的应用。从8 0 年代初到现在，经过近3 0 年的发展， 变电站仿真培训系统已经从国内几大电力网调度中心的试点，逐步推广到了各省区调 度、地区级调度、区域集中控制中心和大中型枢纽变电站甚至电力培训中心、高等院校 电力专业等这些地方，并逐渐形成一个开发、设计、研究、制造、使用、维护的产业链。 对一名专业人员而言，如果条件具备的话，他最早先接触变电站培训仿真系统应该是在 高校里，所以，笔者在此研究变电站培训仿真系统( 在高校里更喜欢称为变电站教学培 训系统) 就显得更有意义了；而且变电站综合自动化教学培训系统的应用从某种角度来 说可能要比电厂仿真系统、电网仿真系统更广泛，因为电力系统中变电站的数目众多， 变电站运行人员也就比其他岗位人员要多，所以说变电站综合自动化教学培训系统的应 用要更广泛。 变电站综合自动化教学培训系统在经济与技术条件支持的前提下不但能模拟变电 站的各种硬件设备，尽可能地提供逼真的电力生产现场环境，营造紧张严肃的生产现场 氛围，使受训人员有身临其境的感受；还可以运用各种技术手段模拟变电站正常工况、 事故工况的技术环境，受训人员不但能训练正常工况下的操作，还能训练事故工况下事 故处理能力，这是现场无法重现的，也是变电站综合自动化教学培训系统的价值体现。 变电站综合自动化教学培训系统按照构成模式和规模一般分为分布式和集中式。从 教学培训的角度而言，集中式能同时培训更多的学员，学员的主动性也能得到更好地发 挥，本文就是以集中式为模型展开研究的。 3 广西大学工程硕士掌位论文麦电站缘合自动化教掌培铷i 系统之计算机监控软件研究 1 2 组态与组态软件 1 2 1 组态软件的概念 组态软件，也称为监控组态软件或工业控制组态软件，是一个计算机应用软件开发 平台；由于其开发界面可以是各种具体形态的画面组成，且常用于人机交流较多的可视 化监控场合而得名。 组态软件的特点在于其开发方法上，它几乎摒弃了一直以来软件开发时繁琐难懂的 语言编程，取而代之的是生动形象甚至有趣的图形组合的方法，一样可以完成对计算机 软硬件配置，实现计算机控制的目的。组态软件不但对于计算机专业人员来说大大减少 编程工作量，而且表现出更倾向于专业工程人员使用的特点，即使专业工程人员对于计 算机编程语言不是十分熟悉，一样可以使用组态软件开发监控系统。 组态软件作为控制系统中通用层次的开发工具，在越来越多的领域中使用，同时， 它的功能也将随着应用越来越完善。 1 2 2 组态软件的发展2 1 作为一种计算机应用软件开发工具，组态软件经历了自身的发展过程。电子技术的 飞速发展，促使计算机技术也经历了飞速的发展；与此同时，控制理论和控制技术的发 展以及它们与计算机技术的融合，提出了新的控制理念和控制系统，组态软件正是在这 样的背景下应运而生的。 组态软件产品出现于8 0 年代，快速发展于9 0 年代末，如今，在很多领域组态软件 的应用可以说已经非常成熟，如果说继续发展的话，那恐怕是向着简单化、通用化的方 向发展了。美国的w o n d e r w a r e 公司是世界著名的组态软件开发销售商，它不但最早开 发、研究组态软件，而且于8 0 年代末率先推出组态软件商品。国内知名的组态软件品 牌有组态王、世纪星、m c g s 等，虽然这些国内知名品牌的组态软件还有待进一步完善 其功能和服务嘲，但因为它们是国内自行研制开发的组态软件，价格适中，紧密跟踪国 内市场需求变化，能较好地适应国内需要，国内的组态控制系统又多为中小系统，所以， 在国内还是占领很大的市场。本文研究也正是应用了国内的m c g s 组态软件。但从总 体而言，无论是组态软件本身水平的发展，还是组态软件应用水平的发展，都和国外组 态软件发展应用水平有不小的差距。 4 广西大掌工程硕士掌位论文竞电站缘合自鼋h 教学k 糟n i 系统之计算棚u 蕾控软舅q 开完 1 2 3 组态软件应用 监控组态软件是面向监控与数据采集的计算机应用软件开发平台，开发项目丰富， 开发方式灵活，软件功能强大，最大的优点是不需要复杂难懂的编程而是以简单灵活的 方式进行监控的设计；大部分组态软件都根据工程领域特点预先设置好各种图形、表格、 曲线等构件，开发人员可以非常方便地使用这些现成的构件实现监控系统的各项功能； 考虑到硬件兼容性，组态软件配置主流硬件设备的驱动程序，通过简单的设置就能实现 计算机和硬件厂家的产品进行通信，形成高可靠的网络通信系统，提高系统的集成度。 目前，与由组态软件构成的计算机监控系统相比，常规变电站存在着不少缺点：( 1 ) 设备多，故障率高；( 2 ) 各种设备安装地点不同，不利于集中监控；( 3 ) 各种传统装置、 屏柜都很多，占地面积大；( 4 ) 实时性不高；( 5 ) 设备之间电缆错综复杂，维护工作量 大。而应用组态软件构成的监控系统，工程技术人员首先根据变电站现场设备和主接线 图组态系统图，通过系统分析初始化系统参数，在组态软件内建立并连接数据库；其次 运行监控组态软件接收变电站内各测量装置采集的实时数据信息，由组态软件对数据进 行分析运算，并将结果通过软件人机界面在显示器中反映出来；再者，运行人员可以通 过监控组态软件发出遥控命令实现遥控操作。在变电站监控应用方面，组态软件优点在 于：( 1 ) 监控系统开发周期短；( 2 ) 系统组合方式灵活；( 3 ) 利于集中控制。 随着各种新技术与组态软件地不断融合，组态软件会有越来越强的竞争力，组态软 件在变电站监控系统中已经得到了广泛的应用和发展，监控组态软件在变电站综合自动 化系统中占有十分重要的地位。 1 2 4m c g s 系统功能胁1 本文采用北京昆仑通态自动化软件科技有限公司2 0 0 6 年出品的全中文工控组态软 件通用版，简称m c g s ( m o m t o ra n dc o n g o lg e n e r a t e ds y s t e m ) ，其公司称其为嵌入式的 一体化工控机，之所以得此美誉，m c g s 除了具备上述一些优点外，还具有以下的特点 和功能： ( 1 ) 操作界面可视化； ( 2 ) 操作方式简单灵活； ( 3 ) 人机界面生动形象； ( 4 ) 数据接收方式多样，实时性强； 5 广西大掌工程硕士学位论文 麦电站缘奢自动化教掌培训系统之计算机监控软件研究 ( 5 ) 软件安全防护机制完善； ( 6 ) 数据处理及时准确； ( 7 ) 多样化的报警功能。 ( 8 ) 具有实时数据库； ( 9 ) 支持主流硬件设备； ( 1 0 ) 系统监控流程简单化； ( 1 1 ) 软件可维护性强； ( 1 2 ) 系统可靠性高； ( 1 3 ) 系统开发简单方便； ( 1 4 ) 硬件系统可扩充性强。 m c g s 正是由于上述特点，使其在国内外众多组态软件中仍能引人注目，成为各工 程领域使用较多、占有市场份额较大的一款组态软件；鉴于课题研究的要求和原有的条 件，本文正是采用该软件作为开发工具，一方面继续深化对该软件的学习应用，一方面 希望能借此软件解决研究所遇到的问题。 1 3 本文所做的工作 本文研究的课题是以广西水利电力职业技术学院电力工程系模拟电厂的升压变电 站为对象，研究应用于变电站综合自动化教学培训系统的计算机监控软件，主要是设计 与开发变电站变压器、线路部分的变电站仿真培训系统。所以研究内容可归纳为一方面 是该软件的使用方法，另一方面是该软件在系统监控方面能完成哪些工作。为了达到以 上目的，本人的研究工作应从以下几方面进行： ( 1 ) 研究变电站综合自动化监控系统的软硬件结构，进一步论证研究变电站综合 自动化监控系统组态教学软件的必要性。 ( 2 ) 根据对象变电站结构，拟定开发的目标及开发的方法，提出监控系统的总体 设计方案，包括硬件设计和软件设计。 ( 3 ) 具体进行监控软件图形组态的设计，其中包括主控界面、故障设置界面、事 故顺序记录界面、辅助学习界面设计；绘制对象变电站主接线图；建立系统中的开关量、 模拟量的数据库。 ( 4 ) 链接动态数据库。包括硬件的设备连接和软件设置。硬件设备连接主要是通 6 广西r 大学工程硕士学位沦文变电站爿i 合自动化教掌墙嘲i 系统之计算机监撤件研完 信接线；软件设置主要是数据库与监控对象实时性连接。 ( 5 ) 编写流程。变电站各种操作在监控软件中通过流程来实现，而各种流程则有 脚本程序来执行，所以要完成用户脚本程序的编写。 ( 6 ) 软件的测试工作。 以上的第( 3 ) 、( 4 ) 、( 5 ) 点其实是一项整体工作，也是本文研究的主要内容，工 作量也就集中在这部分，因此将其分别表述，以使研究思路更加清晰。 7 广西大掌工程硕士掌位论文变电站爿i 合自动化教掣删l 秉崩：之计算机j t 控软件研究 第二章系统分析 在本章中，通过对变电站综合自动化系统的深入分析和比较，进一步论证进行变电 站综合自动化教学培训系统计算机软件研究的需求，并且拟出研究开发的具体目标，提 出实现系统监控所使用的软件即开发的工具。 2 1 开发的需求 我们都知道，以往变电站自动装置和设备，出于技术上和设计思路上的考虑，在生 产现场都是采用分散式布置，即各功能模块都是独立成屏柜的，独立安装，独立运行， 独立维护，起码在状态监控、运行数据读取、数据保存、数据信息综合分析方面就非常 不方便，而且看起来表面上互相联系很少，实际上互相影响却是很大的，一旦某部分发 生故障，往往引起其它部分误动作；传统的继电式仪器又缺少故障自诊断能力，给运行 维护带来很大的工作量。 采用了变电站综合自动化设备以后，传统变电站二次部分的几大系统几乎都集中在 同一套系统中，监视、控制、调节、保护等都集中在微机型的装置中，使得数据采集、 数据处理分析、数据显示都易于进行；综合自动化设备还有很突出的一个优点就是硬件 间的接线大大减少了，同时也使得各系统的维护工作量大大降低。 本文研究的变电站综合自动化教学培训系统不仅能向受培训者体现综合自动化系 统结构组成上的优势，更加着重的是通过要求受培训者对计算机监控软件的学习使用， 体会综合自动化系统中计算机监控软件在系统中的作用、地位，学习在变电站综合自动 化系统中的变电运行技术。可以看出，采用组态软件完成的计算机监控，是变电站实现 综合自动化的重要环节。 2 2 开发的目标 本文研究的是一个模拟电厂的变电站综合自动化教学培训系统监控软件的开发，该 系统用于教学培训，为达目的，需拟出以下系统开发目标： ( 1 ) 根据模拟电厂的实际配置情况，建立一个监控系统的主接线图，并进行相应 参数的设置。 8 广西大学工程硕士掌位馥鬈麦毫艚爿 合自动化教掌j 夸训系统之计算和u 臣控软件胃f 完 ( 2 ) 开发系统实时监控功能。从监控系统的主接线图中，要求能实时显示变电站 工况，包括显示变电站各开关的通断状态、动作累计、异常情况报警，模拟显示变电站 各实时电量，显示各设备信号状态等。 ( 3 ) 开发系统操作培训功能。可进行各种模拟操作，包括正常倒闸操作、事故紧 急处理操作、模拟事故保护动作，修改保护定值操作，甚至模拟操作票、工作票，模拟 五防等。 ( 4 ) 模拟事故功能。模拟变电站常见事故发生，包括一次设备故障、各种线路短 路事故、线路断路事故障、二次回路断线、短路等，甚至包括变电站火灾处理等。 ( 5 ) 辅助学习功能。所谓辅助学习功能即建立辅助学习界面，学员在相应的操作 界面中可以点出辅助学习界面，辅助学习界面显示该步骤的相关知识，既可以作为操作 提示，也可以作为操作纠错。辅助学习界面有利于提高学员操作培训的效率，在模拟环 境中针对性地掌握一些知识点，效果应该非常好。 ( 6 ) 记录功能。开发系统操作记录和事件记录功能。操作记录指的是操作员的操 作次数、顺序、性质：事件记录指的是事件发生的性质、次数、顺序、过程等。例如模 拟调度命令记录、模拟巡视记录、模拟换班记录、操作信息记录、操作票开出情况等。 ( 7 ) 开发实时数据、曲线显示功能。实时显示主要设备电压量或电流量，显示方 式除了具体数据外，考虑变化趋势曲线、图、表等；需显示的主要参量包括变压器各侧 电压、变压器各侧电流、变压器、线路有功负荷量、无功负荷量。 ( 8 ) 历史数据、曲线显示功能。即显示过去某一时刻或某一指定时间段内指定设 备或线路的电压、电流的具体数据和变化趋势曲线。 ( 9 ) 报表打印功能。除了在显示器显示外，还可提供打印功能，将指定时间段、 指定范围的数据打印出来。 2 3 开发工具2 1 3 翻 如前所述，本文研究采用的是m c g s 组态软件。m c g s 组态软件的应用主要体现 在以下几个窗口的设置： 主控窗口：是组态软件应用的主菜单，用于规划系统设计方案，设计应用软件界 面，确定所开发组态的基本要素等。 设备窗口：是组态软件和外部设备通信设置的窗口，用于连接外部设备、驱动外 9 广西夫掌工租碗士掌位静土主t 柏青口化羲伸l i t t 计# 机i 掉麓* 研完 部设备，设置具体的工作环境。 用户窗口：用于设置应用软件中人机交流的界面。包括监控的各分界面，系统圭 接线监控界面、开关控制界面、保护界面、信号界面、事故报警界面、数据及报表显示 界面等，分界面较多，可以说，这部分的工作量比较大。 实时数据库：可以说是整个监控系统的核心，也是开发工作的核心。实时数据库既 是系统接收外部数据、存储数据的所在，也是对外输h 命令、数据显示的数据源，正是 通过实时数据库将外部t i 内部、硬件与软件联系成为一个整体。在该窗口下的主要工作 是定义设备的名称、变量，设置通信的参数建立通信的通道等。该部分是开发工作的 主要环节。 运行策略：即编写监控对象的控制程序完成系统监控对象运作流程的控制。前已 述及在组态软件中几乎很少涉及程序编写，在这里就涉及到了，但这里般完成一个对 象一个操作的编程只需几行语句即可，所以相对而言编程工作是不算多的。 图2 - 1 为m c g s 组态软件的开发界面： 堕型! ! 墅塑! 塑! ! ! ! ! ! ! 婴! ) q i 剜曼i 型蚓倒曼i 到到阿! ：睦l 堂j堡l 望刨剧 图2 - i m c g s 组态软件的开发界面 f i 9 2 - 1 m c g ss o r w a r e s i n l e r 自c e 广西大学工程硕士掌位论。文变龟砧爿i 合自动化教掌籼l 系期：之计算机监控软饲啕f 究 3 1 系统总体结构 第三章系统的总体设计 作为教学培训的仿真系统，需要能够长时间地正常运行。运行过程中，除了能正常 切换运行状态、进行倒闸操作外，还能够在故障发生后快速地解决并恢复系统的正常运 行，以保证系统运行的连续性。因此，变电站教学仿真培训系统必须要正确描述变电站 的动态过程以保证长时间持续的仿真和培训，达到一定得教学效果。 本仿真系统是一个以数据库系统为基础的仿真培训系统，是以广西水利电力职业 技术学院电力工程系模拟电厂为核心的仿真培训系统，能达到培养学生创新和实践能 力、开展教学改革、提高教学质量的重要途径。同时也可作为水利电力系统、小型电站、 学生的仿真培训系统。系统主要由微型计算机、重庆新世纪电气有限公司生产的 e d c s 6 0 0 0 系列综合自动化装置、多媒体有源音箱、打印机、交换机、m c g s 组态软 件、模拟电厂一次设备等软硬件组成，其中m c g s 组态软件为构建仿真的人机监控 界面，e d c s 6 0 0 0 系列综合自动化装置为构建系统的继电保护逻辑。 本系统是依托现有的硬件设备来进行软件系统的设计，现将硬件设备的情况和软 件系统设计进行以下介绍。 3 1 1 硬件结构 本系统以广西水利电力职业技术学院，电力工程系模拟电厂的升压变电站为核心进 行设计，该模拟电厂于1 9 8 3 年设计，1 9 8 6 年建成投入使用，采用真实设备与物理仿真的 办法建设，三台发电机为3 8 0 v ，5 k w 三相同步发电机，模拟6 k v ，1 2 m w 的发电机。 原动机为直流电动机，模拟汽轮机，主变由2 台y o y a 1 2 1 1 , 4 0 0 4 0 0 3 8 0 v 的1 0 k v a 三卷变压器，模拟容量为3 1 5 0 0 k v a ，电压比为1 1 0 3 5 6 k v 的升压变压器，双卷主变一 台和厂用变压器各一台模拟1 1 0 6 k v 的变压器。全厂有1 1 0 k v 、3 5 k v 、6 k v 三种模拟电 压等级，6 k v 高压开关为真实设备；二次设备采用全真的控制台和电磁型继电保护盘。 是全国不多见的用真实设备模拟的电厂。为适应新技术发展的需要，1 9 9 8 年改造为计算 机监控，设备资产总值4 2 9 万元。主接线图如附录图1 所示。 2 0 0 8 年，由广西水利电力职业技术学院与重庆新世纪电气有限公司，区水电公司三 广口r 掌工程礓士掌位论土 家共建，采用重庆新世纪电气有限公司生产的e d c s 6 0 0 0 系列综合自动化装置，实现对 变压器和线路的综合自动化，仝套设备价值约1 0 0 万元。 自动化系统的丌关量、模拟量的来源是利用老模拟电厂的一次设备，整个系统分 i 个电压等级，三台发电机组，l l o k v 侧采用双母线接线方式3 # 机组采用发变组单元 接线，6 k v 侧采用单母线分段接线方式，3 5 k v 采用桥式接线，整个电厂是1 9 8 6 年建成， 由于时间长，每年的利用率很高，很多设备已经老化，由于学校没有资金投入很多设备 已经无法运行，自动化系统所需的开关量无法测试，修理和改造老设备是项目的任务之 一我们利用6 k v 的操作把手作为改造设备的起动条件，尽量不改变操作方式，利用接 触器和刀闸模拟断路器和隔离开关，从而获取辅助接点。完成了l # 、2 # 、3 舢n 断路器 隔离刀闸，厂用各自投装置的开关量的设备改造；3 # 机的设备改造：2 # 主变的设备改造； l l o k v 设备改造，节省了大量的投资。 综合自动化装置设有1 1 0 k v 、3 5 k v 线路保护测控屏块；三卷变压器保护测控屏 一块；所用变压器保护测控屏一块。如图3 - 1 所示。 图3 - 1 综合自动化装置配置图 f i g3 - 1 t h e d i s m b u t i o n o t “g y n t h 髓i s a u t o m a t i cd e v i c e 1 2 广西大学工a l 礓士学位论支蜱音甘化救 冀州熏* 七计# * j 【擅轼件唾兜 图3 - 2 所示为本仿真系统的监控系统组成，其包括教员站、学院站、投影仪、打印 机、网络交换机等。 教员站由一台微机组成，主要用于讲解和演示系统的运行情况；运行方式的选择、 事故故障设置、系统维护管理等功能。 学员站由十台微机组成，主要用于观察变电站的运行情况、学习变电站的t 作流程 和故障事故处理知识等。学员可以独直进行学习，但不能随意修改运行参数及操作权限。 网络设备选用d l i n kd e s 一1 0 2 4 r + 的1 0 m 1 0 0 m b p s 变换机一台，其接u 数日为2 4 u ，用于仿真系统内部组网：音箱采用漫步者的r 1 0 0 0 t c ( 北美版) 多媒体有源音箱， 用于实现报警等信息：另各分辨率为1 0 2 4 7 6 8 的明基m p 6 2 2 c 投影帆1 台及惠普h p l a s e r j e tp 2 0 1 5 d 激光打印机用于教学培训。 教员站投影仪 打印机 学员站 学员站学员站 学员站 弼络交换机 囤3 - 2 变电站仿真培训监控系统硬件结构示意图 f i g3 - 2 t h eh a r d w a r e ss c h e m a t i cd i a g r a mo f t r a n s f o r i r i e rs u b s t a l i o ns i m u l a t i o n t r a i n i n gs y s t e m 312 软件结构 本仿真系统的软件主要由计算机系统软件、m c g s 组态软件、综合自动化装置中的 继电保护模块组成。实现的功能主要有变电站争工况仿真、变电站监盘操作仿真、故障 事故仿真、辅助学习功能。仿真系统的软件结构如图3 - 3 所示。 广西大学工程硕士掌位论文变电站翻i 合自动化教掌培蕾系统之计算机监控软件研究 图3 - 3 仿真培训系统的软件系统结构 f i g 3 - 3t h es o f t w a r e ss c h e m a t i cd i a g r a mo fs i m u l a t i o nt r a i n i n gs y s t e m 1 m c g s 组态软件蚴 计算机系统软件采用基于w i n d o w s 的体系结构，用以配合m c g s 组态软件支撑平 厶 口。 仿真系统软件采用m c g s 组态软件，它是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发 的，该软件是图模库一体化的工业过程控制和实时监测领域通用的系统软件。系统基于 国际公认t c p i p 标准的网络环境及分布式客户服务器体系，采用开放式体系结构，提 供了系统设备及功能扩充环境等功能。 2 继电保护模块船3 本系统采用重庆新世纪电气有限公司生产的e d c s 6 0 0 0 系列综合自动化装置， e d c s 6 0 0 0 系列电力系统综合自动化装置的基本单元，均是以嵌入式单片机为核心的专 用微机控制装置，各单元具有以下基本特点： ( 1 ) 高性能单片机 装置采用高性能单片机，具有强大的计算处理能力和信息交换能力。采用多层电路 板工艺及独特的电磁兼容设计措施，取得国家专利的装置结构，装置具有抗干扰能力强、 可靠性高的特点。 ( 2 ) “单元化 设计 装置采用针对开关柜进行“单元化 设计，一台装置即可完成某一设备所有的保护 及监控功能。整个外壳为全密封铝合金件，整洁美观，并具有很强的抗电磁干扰、抗振 动能力，完全能适应恶劣的电气环境。科学的接线端子设计，便于开关柜二次配线。 1 4 广西大学工程硕士学位论文麦龟砧爿i 合自动化教掌增嘲i 暮麓之计算机监控软_ 哥究 ( 3 ) 强大的继电保护功能 装置内集成了电力系统常用的各种保护功能，针对不同电气一次主设备或用户的要 求，可从保护配置中挑选相关保护进行组合以适应不同的应用场合。当用户选定需要的 保护类型后，其余未选定的保护以及相关的菜单不显示。 ( 4 ) 事件记录和故障录波 为了便于分析故障原因和设备缺陷诊断，装置具有事件记录和故障录波功能，与电 力系统安全运行相关的所有事件均能进行记录，可在线记录事件1 6 条，掉电不丢失。 根据电气运行需要，用户可方便灵活地设定故障录波触发方式，只要该事件出现，故障 录波器就能自动将发生该事件后的电流、电压、开关状态等信息完整真实的记录下来。 ( 5 ) 友好的人机接口 装置的人机接口完全符合人机工程设计要求，大屏幕液晶显示，菜单化设计，全中 文显示，傻瓜式操作，一般运行人员经过短时间培训就能熟练操作。为了电气运行和管 理需要，保护测控装置支持三个不同权限等级的密码管理工作模式： 一般管理人员：通过i 级密码可以进行保护功能投退、保护定值和系统参数的修 改； 高级管理人员：通过i i 级密码可以进行通道校正和出口传动测试； 最高级管理人员：通过i 级密码可以对i 、i i 级密码进行修改。 ( 6 ) 方便灵活的通讯组网方式 装置具有4 个通讯端口及众多的标准通讯规约，因此组成通讯网络十分灵活。主通 讯通道采用适合于恶劣环境的c a n 工业现场总线通讯( 可配置双网通讯) ，通讯速率高、 误码率低，而且通讯距离长。 根据本系统实际情况，保护单元配置，如图3 2 所示。 ( 1 ) 2 舟变压器主保护单元e d c s 6 2 3 0 e d c d 6 2 3 0 型单元具有差动、差动速断、温度、瓦斯等保护功能及1 1 0 k v 侧断 路器液压装置故障监视，油温测量及风扇控制等功能。其差动保护具有双斜率制动特 性并具有二次及五次谐波制动，在一侧电流互感器饱和，励磁涌流和过励磁等异常运 行状态下，有极强的防误动能力，可作为1 1 0 k v 升压、降压和联络等各种场合的变 压器内部故障的主保护。 ( 2 ) 2 撑变压器后备保护及监控单元e d c s 6 2 4 0 e d c s 6 2 4 0 型单元具有过流、零序过压、零序过流、负序过流、过负荷、过励 1 5 广西大掌工程硕士掌位论文吏电站综合自动化教掌培钠i 系角之计算机监控软件研究 磁及间隙过流重合闸等保护功能。同时具有运行参数测量、状态监视及控制等监控功 能，适合于用于各种不同场合的变压器各侧的后备保护和监控。与e d c s 6 2 3 0 型单 元配套，构成1 1 0 k v 变压器的成套保护、监控装置。 ( 3 ) 1l o k v 线路保护单元e d c s 6 2 1 0 e d c s 6 2 1 0 型单元具有1 l o k v 线路所要求的距离、零序、方向电流速断、重合 闸、后加速跳及故障测距等保护功能。其距离保护具有可靠的振荡闭锁，振荡中故障 再开放距离i 、i i 段保护以快速切除故障，转换性故障快速切除，加速双回线距离i i 段等功能。 ( 4 ) 1l o k v 线路监控单元e d c s 6 2 2 0 e d c s 6 2 2 0 型单元具有系统设备运行参数测量，状态监视和各种自动控制功能， 适用于1 1 0 k v 线路、主变及要求较高的3 5 k v 及以下线路的监控。 ( 5 ) 3 5 k v 线路保护监控单元e d c s - 7 4 6 0 e d c s 7 4 6 0 系列综合自动化保护监控装置是集保护、测量、控制、远动为一体的自 动化系统。适用于变配电所d , 区开闭所的6 k v - - 3 5 k v 的输配电线路、电容器、较小 容量的变压器，5 0 0 k w 及以下电动机的保护及监控。还适用于3 5 k v 、1 0 k v 、6 k v 的 终端变配电所。特别适合于分散安装在开关柜上。 ( 6 ) 厂变保护单元e d c s 7 1 3 0 e d c s 7 1 3 0 微机变电站综合自动化装置是集保护、测量、控制、远动为一体的自动 化系统。适用于3 5 k v 及以下电压等级系统。 ( 7 ) 厂变b z t 单元e d c s 7 1 1 0 b ，适用于3 5 k v 及以下电压等级系统。 ( 8 ) 多功能信号变送监测箱e d c s 7 0 9 0 e d c s 7 0 9 0 是集通讯处理、开关量模拟量采集等可选配的功能模件。 3 2 组态过程眦刎 组态设计过程主要包括有工程规划及创建、实时数据库构建、窗口设计、运行策略 编写、工程调试及提交五个步骤。 1 工程规划及创建 好的整体规划，可以提高设计的效率，快速有效地完成工程项目。首先要了解实际 系统的整体结构和工作过程，明确所需要监控的对象特征、数量以及监控的要求和目的。 1 6 广西大掌工程司e b 掌位论文麦电站爿i 合自动化教掌均嘞i j 臼瞻之计算机监控软司f 完 其次，进行系统的整体规划。包括用户界面的组成、系统功能的设计、设备动作流程的 分析、画面动画的显示方法、数据库中数据变量的定义等。此外，还要分析数据变量与 设备输出通道的对应关系，区分工程中与设备连接的变量和软件内部用来传递数据以进 行动画显示的变量。 组态生成的应用系统在m c g s 中称为“工程 。进入m c g s 组态环境后，点击“文 件新建工程”菜单，则创建了一个新工程，默认目录为c ：m c g s w o i ，工程默认 名为“新建工程1 m c g ，可采用另存的方式修改存放路径及用户名，命名规则与w i n d o w s 系统相同。 2 实时数据库构建 实时数据库是组态监控软件的核心。构建的步骤为： ( 1 ) 数据对象的定义。包括了数值类型的定义、参数属性的定义及操作方法的定 义。m c g s 组态软件中定义的数据变量属于全局变量。 ( 2 ) 数据对象属性设置。包括数据对象的名称、数值类型、属性及操作方法的设 置。 3 窗口设计 窗口设计包括用户窗口设计、主控窗口设计和设备窗口设计。 ( 1 ) 用户窗口的设计就是图形对象创建和编辑以及动画连接。包括窗口名称、标 题、背景颜色、边框、外观、大小、坐标以及内容的设计，以及窗口启动、打开、退出 时执行何种策略的设置。 ( 2 ) 主控窗口展现了工程的总体外观，是系统的主框架，是用户的主窗口，是其 它窗口的进入通道。包括设置主控窗口的外观、启动属性系统自动装入运行的用户窗口、 系统变量存盘的路径及数据库文件名等。 ( 3 ) 设备窗口的设计是将外部设备与组态软件中定义的数据变量连接起来。包括： 设备名称、通道连接、最小采集周期。在给设备构件命名的时候需要注意的是，各个设 备构件不