摘 要：本文以“南昌500kV變電站培訓仿真系統”為例，介紹了采用組態軟件為平臺來實現仿真變電站監控系統的數據交換與監控功能。 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. 關鍵詞：組態軟件;Fix32;監控系統;變電站仿真 Key words:Industrial Auto-control software;Fix32;supervisory control system; substation simulation 一、引言 　　隨著我國國民經濟的飛速發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。據統計，在電力系統的各種事故中，由于運行人員的誤操作、誤判斷而造成貽誤的事故約占40 %。可見，要保證電力系統的安全運行，提高運行人員的運行素質則是其中一個關鍵而基本的重要環節。變電站作為聯系發電廠和用戶的中間環節，發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計的500 kV變電站，由于采用了當前先進的自動化技術，從而對變電站運行人員的素質提出了更高的要求，因此開發與之相適應的變電站仿真培訓系統就顯得尤為重要。 二、變電站培訓仿真模式 　　變電站仿真培訓系統的研究開發已經有近10年的歷史，對于以運行人員為培訓對象的變電站仿真培訓系統而言，目前國內存在兩種類型的變電站仿真培訓系統，（1）帶硬件盤臺與軟件仿真相結合的變電培訓仿真模式。這種模式除用常規的計算機作為仿真系統核心外，一般均設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、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系的設備按比例進行縮小仿真。開關、按鈕、壓板等操作狀態以及在各種運行狀態下的表計指示、聲光信號、掉牌信號均由工控計算機進行實時監控，并在控制屏上實時反映出來。操作正確將得到正確的結果，而操作錯誤則會出現事故狀態，因此能非常真實逼真地反映出學員的運行水平和事故處理能力，給培訓人員留下深刻的印象，這是該仿真模式最大的優點。但是缺點也是明顯的，系統硬件成本高，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計，因此上述模式傳統控制室中的保護屏、控制屏、中央信號屏等物理設備均被計算機監控平臺所代替，所有監控功能都通過MMI實現與培訓人員的互動。省去了大量硬件設備，大大提高了可靠性，并且有利于系統更新升級。如今越來越多的變電站按綜合自動化模式進行設計。綜合自動化變電站與常規變電站最大的區別在于二次部分，在硬件和運行維護環境上也存在很大區別。為了適應這種形勢開發綜合自動化變電站的仿真培訓系統成為當務之急。故本仿真系統500kV變電站仿真系統采用了第二種模式，并完全按照南昌500KV變電站監控平臺進行模擬仿真，選擇目前流行的工業組態軟件作為開發平臺。而其它電壓等級的仿真則采用了第一種模式，以適應未采用變電站綜合自動化設計模式的變電站運行人員的仿真培訓，其監控平臺同樣采用組態軟件作為開發平臺。 三、仿真系統的構建 　　1、 系統總體架構 　　系統采用了硬件模擬和軟件仿真相結合的方式,硬件模擬系統包括控制屏、模擬屏、保護柜、就地一次設備可操控微縮模型（開關狀態可測控）及所用電系統;軟件仿真則涵蓋了教練員臺、學員SCADA系統、調度仿真、微機繼電保護仿真、故障錄波、操作票專家系統、故障多媒體演示系統。全系統采用七臺工控機和八臺微機構建了分布式的數據采集及控制系統,并由一臺服務器負責全系統的數據通訊控制與數據處理。如圖1所示： [align=center] 圖1：仿真系統的總體結構圖[/align] 　　2、組態軟件FIX32在本仿真系統中的應用架構 　　作為目前工控領域主流的工業自動化軟件，FIX32集控制技術、人機界面技術、圖形技術、數據庫技術、網絡技術于一身,包含動態顯示、報警、趨勢、控制策略、控制網絡通信等組件,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用軟件。 　　FIX軟件的核心是數據庫，它是過程控制邏輯形成的一種控制策略的描述，用戶通過各組態模塊實現數據庫的過程，也就是控制策略實現的過程，包括數據的采集、處理和輸出。Dra w是FIX提供的一個功能強大的圖形組態開發環境，提供豐富的作圖工具和圖符動態集，可設計出非常漂亮的工業監控畫面，并定義各顯示元件與數據庫模塊的連接，用以建立動態監控顯示畫面。而View則是FIX提供的一個實時運行的動態顯示環境，用以顯示由Dra w建立的圖形窗口。在本仿真系統中采用由第三方DDE程序、過程數據庫、系統實時數據庫訪問組成FIX32 DMACS軟件的數據采集和管理功能（SCADA），作為Vie w在實時運行時的后臺動態數據支撐系統。 　　（1） 第三方DDE接口：它是采用C/S（客戶/服務器模式）結構的數據雙向交換的動態數據交換接口。分別完成監控畫面與系統過程數據庫之間的動態數據交換，以及系統實時數據庫與FIX過程數據庫之間的動態數據交換。相關軟件技術的實現請參閱本文參考文獻[1] 　　（2） 過程數據庫: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具體任務的控制指令。一個鏈是一串連接在一起能創建控制回路的“塊”序列。在FIX32中可通過FIX32提供的數據庫建立程序功能模塊（Database Builder）來創建塊。用戶創建一個新的塊，需輸入塊名，規定塊接收值來源，塊輸出值去向，報警優先權，對臨界值或一般數據值的改變怎樣反應等來完成一個塊的創建過程。然后，把創建的塊連接起來構成鏈，每個鏈實現流程規定的操作。創建鏈之后，SAC程序就會在規定時間內處理每個塊里的指令。假如你想從輸入輸出設備讀數據，經過計算后寫回到該輸入輸出設備，則執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）。 　　（3） 系統實時數據庫訪問：采用共享內存技術實現本地通訊進程（DDE）與服務器客戶端通訊程序間的數據交換。而服務器客戶端通訊程序則借助多線程通訊機制與服務器之間按照TCP/IP協議及穩定的流式Socket聯接,完成實時數據的動態交換，以獲取系統實時數據庫中的動態數據。具體請參閱參考文獻[2] [align=center] 圖2：FIX32在本仿真系統中的應用架構[/align] 　　3、監控系統的功能與設計 　　傳統控制室中使用的控制屏被基于Fix平臺的監控計算機所代替。監控計算機提供了許多與控制室相同的功能如：監視、報警、控制及管理、監督控制。 　　1）監控畫面的設計采用了面向對象技術、模板技術及多任務技術,改變了傳統的作圖方式,縮短了開發周期。監控系統由靜態和動態畫面兩部分組成。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、斷路器等設備的運行狀態。電壓、電流和功率等重要模擬量的顯示采用動態文本,畫面數據根據庫標簽數值的變化實時地刷新。 　　2） 歷史曲線顯示與任意時刻的數據查閱功能。FIX可以借助動態數據交換（DDE）技術將實時數據庫的動態數據按用戶設定的時間間隔進行采樣與保存，以保證隨時可以從歷史數據文件中提取出來進行歷史趨勢曲線顯示，以便于培訓人員對歷史數據及事件進行分析。此外用戶可以根據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,本系統直接利用Fix的報警功能,實現有關的現場報警及各種應用報警。 　　4）系統安全管理功能。為了保證正常生產監控的需要,防止誤操作造成生產停頓和大的經濟損失,要明確操作人員的職責范圍，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范圍，可以在設計監控程序的時候通過ID號及密碼確認設定操作者的操作權限。 　　5）繼電保護 　　該部分由教員臺提供故障啟動與故障計算，學員監控系統根據變電站繼電保護的電氣邏輯關系，將繼電保護的啟動信號輸出至監控畫面。 　　該系統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，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，在仿真結構方面，繼電保護仿真采用了“黑箱”模式，在“黑箱”內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、系統振蕩等，它們沒有系統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，開關跳閘信號、報警信號、表計信號、保護發信信號以及事故音響等信號送到系統數據庫，再借助DDE接口送入FIX的過程數據庫，最終動態刷新基于FIX監控平臺的繼電保護仿真界面中的相關光字牌及信號燈，學員通過與真實保護設備一致的操作界面，完成故障情況下保護動作的啟動信息的調閱。此外，學員可以通過與真實保護設備一致的操作界面設置保護的控制字，通過DDE接口和系統數據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] 結束語 　　系統經實際運行證明, Fix在設計思想上的開放性,使得用戶可以設計使用靈活、編輯簡便、畫面質量和表現形式豐富多樣的監控系統。采用組態軟件Fix所提供的諸如模板、圖庫以及向導等功能可以使用戶組態系統所需的時間縮短,同時使系統功能得到增強。用戶可以針對不同變電站的實際情況快速搭建基于Fix的仿真變電站監控系統。 參考文獻： 　　1、時 斌 周建華 學員SCADA終端與仿真培訓系統間的數據通訊《電工技術雜志》[J]2004年 第4期 　　2、周建華 變電站仿真系統中的實時通訊應用研究《電工技術雜志》[J] 2002年 第1期