變電站綜合自動化系統設計的論述

【摘 要】變電站自動化自20世紀90年代以來一直是我國電力行業中的熱點之一，根據電網技術發展要求和市場經濟的規律，變電站綜合自動化有著飛速的發展速度和廣闊的發展空間。特別是當前Internet技術日漸成熟和流行，應用快速以太網通信的OPC，Web技術在電網自動化方面得到了廣泛的應用。

【關鍵詞】綜合自動化；遠程監控；變電站；OPC

基于Internet技術的和面向對象的分層通信、分散布置的變電站綜合自動化技術成為當今該領域的先進代表。

采用綜合自動化系統，可在遠方設立集控站，通過遠方遙控、遙信、遙測、遙調、遙視等五遙功能集中監控若干個變電站，變電站現場實現無人值班，節約了大量的人力，實現了辦公自動化，提高了管理效率，為管理人員的決策提供了切實有力的依據。

站控層監控主機對變電站進行動態全過程自動監視調節，OPC技術作為監控主機與上層應程序的通信接口，實現變電站運行設備和數據庫服務器之間的數據傳輸和交換。Web服務器和后臺實時數據庫實現了變電站運行信息的在線查詢和報表處理。在這里我們著重談一下OPC技術在變電站的應用。

變電站綜合自動化是在計算機技術和通信技術的基礎上發展起來的，是將變電站的二次設備（包括測量儀表、信號系統繼電保護、自動裝置和遠動裝置等）經過功能的組合和優化設計，利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信號處理技術，實現對全變電站的主要設備和輸、配電線路的自動監視、測量、自動控制、微機保護以及調度通信等綜合自動化功能，并改進了常規的繼電保護裝置不能與外界通信的缺陷。變電站綜合自動化快速發展的原因有兩個：一是，隨著電力系統的發展對變電站保護和監控的要求發生了很大的變化，而現有的常規保護和監控系統漸漸不能滿足要求；二是，變電站現有的常規保護和監控系統設計本身具有很多缺點和不足。建設一個遠程監控系統，實現在線實時監視電表等的各種運行參數、遠程操作電機房內設備和自動生成報表，對于變電站的安全高效運行、提高管理的信息化水平、增大系統綜合效益等具有重要意義。

1 OPC技術

OPC（OLE for process control）包括一整套接口、屬性和方法的標準集。OPC標準以微軟公司的OLE技術為基礎，它的制定是通過提供一套標準的OLE/COM接口完成的，它使得過程控制中自動化設備、現場系統之間具有更大的互操作性，可以靈活有效地在應用系統和過程控制設備之間讀寫數據，有效地解決了現場設備和通信協議的多樣性問。OPC接口的基礎是微軟的COM（組件對象模型）和DCOM（分布式組件對象模型）技術。COM是一種為了實現與編程語言無關的對象而制定的標準，這種標準可以使兩個應用程序通過對象化接口通訊，而不需要知道對方是如何創建的。COM規范擴展到可訪問本機以外的其它對象，一個應用程序所使用的對象可分布在 網絡上，COM的這個擴展被稱為DCOM（Distributed COM）。

2 系統架構

該系統采用一種面向對象的設計思想，按每個元件（如一條出線、一臺變壓器、一組電容器臺電機等，為對象，集測量、保護、控制為一體，分散安裝在開關柜或其他設備附近。這些現場單元部件可獨立完成遙測、遙信數據采集及處理、遙控命令的執行以及繼電保護功能。變電站控制室內設置了站控層監控主機，通過現場總線等網絡對各單元部件進行通信聯系。各單元部件負責采集現場運行數據，并將運行數據通過現場線傳送站控層監控主機而對電機設備進行遠程操作。站控層監控主機對變電站進行動態全過程自動監控，并向上層應用提供運行數據。在站控層監控主機和上層應用之間，建立OPC服務器，作為軟件與硬件以及不軟件系統之間的數據通信接口，以增強軟硬系統的兼容性和上層應用開發的靈活性。

3 系統設計及實現

3.1 站控層監控主機工作站監控主機根據現場工藝情況編輯應用程序，應能接收下級裝置（綜保等）上傳的所有狀態量、測量量、電度量、繼電保護工況和動作信息等，并對其進行分類、存儲、顯示、報警等。 通過站控層監控主機的操作面可以在線監視電機房內設備的運行狀態：（1）顯示動態模擬圖，在一次系統圖上或列表實時顯示V、I、P、COSΦ、諧波、各種遙信量（斷路器狀態，保護信號工況等）；（2）顯示動態負荷曲線、電壓及電流柱形圖，根據變壓器參數自動計算變壓器負荷率、效率等；（3）電量統計報表的顯示和打印；（4）對電壓、電流、功率等因數越限等工況實時發出報警信號；（5）量的分時管理，分時段對電量進行累計，按日峰、日谷、月高峰、月低谷進行統計等功能。操作員可通過監控主機遠程操作電機房內設備：（1）以自動或手動方式控制電量輸出，實現小范圍內的電壓及流量的調整；（2）保護和信號的復歸；自動裝置的投、退和操作；（3）閉鎖故障元件，保證其它部分正常工作，具有失電保護、通電自檢、自復位至原運行狀態的能力；（4）設定電壓輸出，頻率變換等；（5）在系統本身高可靠性的前提下實現開關變位、保護及自動裝置動作切換、手備用變壓器的切換等。

3.2 OPC服務器利用站控層監控主機上的工業組態軟件，建立OPC服務器，開發專用的數據轉儲程序，將變電站的運行過程實時數據通過OPC接口傳送到專用數據庫服務器中。

整個系統采用網絡分布式控制方式。設置OPC服務器，應用程序客端及操作平臺，通過OPC服務器提供統一的訪問、控制。OPC數據訪問提供數據源讀取和寫入特定數據的手段。OPC數據訪問對象是由分層結構構成。一個OPC服務器對象（OPC Server）具有一個作為子對象的OPC組集合對象（OPC Groups）；在這個OPC組集合對象里可以添加多個OPC組對象（OPC Group）；各個OPC組對象都具有一個作為子對象的OPC標簽集合對象（OPC Items）；在這個OPC標簽集合對象里可以添加多個OPC標簽對象（OPC Item）。OPC規范描述了OPC服務器需要實現的COM對象及其接口，它定義了定制接口和自動化接口。OPC服務器必須實現定制接口，也可有選擇地實現自動化接口。具編寫的OPC客戶端程序只能通過自動化接口訪問OPC服務器。考慮到系統開發的便捷性，利用自動化接口作為OPC服務器和應用程序的接口。

4 結束語

計算機和網絡技術的發展，使得工業過程控制和生產管理的方式正在發生變化。和傳統的DDE技術相比，OPC技術的運用，使得變電站自動化監控系統中各子系統之間實現了開放的、無縫隙的連接。OPC技術憑借其充分的靈活性，通過標準化通信接口，使得多種供應商的產品能被組合、匹配， 即插即用在自動化應用中成為現實，它不僅提供了解決方案，還有提出了許多指導性的理念，為不同平臺系統之間的通信指明了方向。

【參考文獻】

[1]郭玉輝，王彥瑜.基于OPC技術離子源控制系統研究[J].微計算機信息，2006， 22（4-1）：112-113.

[2]潘愛民.COM原理與應用[M].北京：清華大學出版社，1999.

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