數字變電站智能采集裝置的研究﹡

吳桂峰，王 軒，馮家政

（①揚州大學能源與動力工程學院，江蘇 揚州 225127; ②揚州北辰電氣設備有限公司，江蘇 揚州 225127）

0 引言

2006年中旬，中國西安市建成了全國首個110 kV的數字化變電站。由國電南自研制并投入使用。2006年6月份中國第二個變電站依然在西安建成，由北京四方公司研制。南瑞繼保也在IEC61850的技術基礎上成功研制了自動化變電站控制系統(tǒng)，并且應用于湖北電網[1-3]。 在當前的局勢下，電力系統(tǒng)的自動化技術有著非常繁復的標準，并且各個廠家，產品之間的標準也不盡相同[4-5]。為此，國際電工協(xié)會與MMS協(xié)議對于標準化的電力自動控制系統(tǒng)進行了設計，在其設計中包含的內容有:服務器、客戶機、智能數字采集、模型建立四個方面。模型的建立是指在變電站模型建立的過程中，其參數標準使用IEC61850的設計標準進行設計[6-8]。數據采集功能以智能設備數據采集端作為其數據的重要來源?？蛻舳耸侨藱C交互的控制管理界面，并且在客戶端部分用戶能夠根據相應的操作聯(lián)網，修改相應的變電站參數。服務器對于各類設備的響應進行管理，并對于客戶端人為發(fā)出的指令進行接受。這一設計的初衷使得客戶端能夠和服務器進行充分交互，以創(chuàng)造友好操作界面，并且失誤率非常低，沒有延時性。人對于變電站內部的各種參數均能完全掌握。

1 IED模型的建立

IEC61850 標準是目前國際上統(tǒng)一的唯一的變電站自動化系統(tǒng)國際標準，這一標準包括了概論、術語、總體要求、系統(tǒng)管理、通信要求、設備語言描述、通信結構、SCSM（特殊通信服務映射以及一致性測試等十個部分[9-13]。IEC61850 標準與傳統(tǒng)的通訊協(xié)議特點有:應用分層體系，在邏輯和物理概念上分為了變電站層、過程層以及間隔層；應用了同網絡獨立的抽象通信服務接口，以及特定的通信服務接口；應用了面向對象和應用的自我描述方法，具有互操作性。IEC61850 標準是為解決無縫數據集成而應用的第一個無縫通信標準，其讓自動化系統(tǒng)的靈活性不斷改進，還使得SCADA、實時系統(tǒng)以及機械診斷等應用到電力系統(tǒng)中成為了可能。以下對基于這一標準的IED設計進行分析。

1.1 邏輯節(jié)點的建模

實現(xiàn) IEC61850 的重點主要涉及 2 個方面: 在變電站層的監(jiān)控主站系統(tǒng)中實現(xiàn)與 IEC61850 相關的功能; 在間隔層 IED 上實現(xiàn)保護、控制, 特別是在間隔層IED 的通信模塊中實現(xiàn)TCP / IP 、制造報文規(guī)范(MMS) 、可擴展標記語言(XML) 等技術。這里先建立邏輯節(jié)點的模型，如圖1所示。

圖1 斷路器邏輯節(jié)點模型

斷路器中的邏輯節(jié)點如同途中的方框所示，其以XCBR來命名。其中對于兩個參數進行包含，也就是斷路器的溫度與斷路器的狀態(tài)。

1.2 系統(tǒng)模型

IED設計系統(tǒng)模型建立，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)模型

整個設計流程如圖2示，在最初始的步驟中，信號采集器通過對變電站內部器件的各種參數進行采集，然后再對于各種參數是否符合規(guī)范進行分析，如果超過或者低于相應的標準，則會通過系統(tǒng)處理來進行解決。之后采集到的參數數據送達服務器，并且通過客戶端來對各種參數進行顯示，以方便工作人員的設計操作?？蛻舳税l(fā)出的修改或者變更指令由服務器來響應。在監(jiān)控程序中，通過以1s為時間間隔的定時器來實現(xiàn)監(jiān)控控制。

2 IED實現(xiàn)分析

這里主要實現(xiàn)部分為:IED信號模擬、TCP/IP客戶機和TCP/IP服務器，見圖3示。

圖3 設計系統(tǒng)

在該設計中，主要是通過四個部分來進行，在服務器中安置IED信號模擬裝置，監(jiān)控程序則被安置在客戶端中。TCP/IP與服務器之間主要是對于網絡進行訪問以及對于數據進行傳輸，以下進行詳細描述。

3 設計結果及結論

NetAssit V3.7本工具是在實際工程應用中，根據實際的普遍的需求而開發(fā)的網絡調試工具。界面精致美觀，實用性也強。支持UDP,TCP協(xié)議，支持單播/廣播，集成 TCP服務器和客戶端。支持ASCII/Hex發(fā)送,發(fā)送和接收的數據可以在16進制和AscII碼之間任意轉換。可以自動發(fā)送校驗位，支持多種校驗格式。支持間隔發(fā)送，循環(huán)發(fā)送，批處理發(fā)送，輸入數據可以從外部文件導入 。是一款良好的網絡編程調試助手軟件?？沙洚擳CP/UDP協(xié)議的Server/Client，對于網絡編程的分步調試有極大幫助。該設計在調試時，利用了它TCP Server和TCP Client的功能。

3.1 測試服務器功能

測試服務器功能如圖4示。

圖4 測試服務器功能

首先將客戶端以Netassit的網絡調試助手代替，并將其連接于服務器；然后對于服務器的數據接收功能作出合理的測試。據此可知，服務器能夠對客戶端的指令進行正確的接受，也就是表明服務器正常。

3.2 測試客戶機功能

測試客戶機功能如圖5示。

3.3 服務器、客戶機功能聯(lián)合調試

服務器、客戶機功能聯(lián)合調試（不修改參數） 如見圖6示。

圖5 測試客戶機功能（客戶端）

圖6 服務器、客戶機功能聯(lián)合調試（服務器）

在設備的左下角上，如果現(xiàn)實刷新間隔為10s，則該數據以10s為周期進行模擬。在調試過程中設置端口為80，將客戶端的ip地址設置為192.168.189.162，客戶端向服務器發(fā)出了斷路器 1的請求，并且服務器成功將斷路器1的參數發(fā)送給了客戶端。

4 結語

通過本文中的試驗可以得知，基于Visual C++6.0的變電站智能控制系統(tǒng)的設計能夠符合相應的MMS標準，并且各項指標均能夠達到正常的工作狀態(tài)。這種設計快捷方便，簡單易懂，出錯率低，能夠較好達到設計的預期。

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