發電廠升壓站自動化系統的設計分析

李岳

摘 要：本文對發電廠升壓站自動化系統的結構進行簡單地介紹，分析系統的實現模式，即系統數據結構、通信協議、系統冗余的實現、設備驅動程序開發。這樣能對發電廠升壓站進行自動調節、測量和監控，提升工作量保障運行效果。

關鍵詞：發電廠升壓站;自動化系統;設計

引言：

在發電廠開展供電工作時，需要對升降站進行重點把控，提升它的自動化發展程度。對系統進行設計優化時，應該對發電廠的實際需求進行探究，在充分發揮現有設備使用性能的前提下，減少工作量，對發電廠升壓站二次設備的功能進行有效地整合，體現新計算機技術的優勢，最大程度發揮設備的應用價值。

一、系統結構

發電廠升壓站自動化系統結構的主要組成要素為通信控制站、數據采集控制設備、工程師站、數據通信網絡以及操作員站、Web服務器。在系統中數據采集控制設備應用的是分布式的結構模式，借助通信控制站以及現場網絡，就能進行信息交流采樣、采集波形、分析諧波、掌握故障、記錄事件、監控數據、保護資料以及計算運算等功能。利用通信控制站就能把標準格式的數據上傳到網上，獲取操作控制命令并對命令進行在線維護，并且能配置協調以及優化的控制算法，實現更高級別的控制工作。并且通信控制系統還進行冗余熱備份，當主站發生故障時備戰自動升為主站并進行運行工作。通信控制站借助快速以太網與Web服務器、工程師站、操作員站構建聯系，通信的速率在100Mbit/s，能滿足數據通信和控制的要求，保障數據的精準性和實時性。當Web服務器完成歷史數據處理工作后，能為企業管理系統和本系統提供接口，為管理系統提供精準的數據，為本系統和管理系統構建一層安全隔離。管理網用戶可以借助瀏覽器精細對數據進行檢索，并實施分析、整理和打印工作[1]。

二、發電廠升壓站自動化系統的實現

（一）系統數據結構

要想提高發電廠升壓站自動化系統數據采集、整理和分析的嚴謹性，就應該對系統的點數據結構進行科學地把控，現階段主要的數據結構為，模擬量、開關量以及計算量。第一，模擬量的數據類型結構。其中主要囊括Ⅰ值和Ⅱ值

的報警上下限、報警死區、小數點位數、設備號、通信號、掃描周期、測點類型、量程上下限、實時值、狀態、編號、名稱以及單位等。第二，開關量的數據類型結構。其中主要囊括開關量類型、報警類型、設備號、通信號、通道號、0和1的狀態描述、狀態、編號以及名稱。第三，計算量的數據類型結構。其中主要囊括計算函數名、計算函數參數、參數個數、計算周期、狀態、點號、名稱以及單位等。

（二）通信協議

要想實現發電廠升壓站自動化系統，就需要對通信協議進行全面地把控，把其放到設計的首要位置。在對通信協議進行設計時，就應該對以下兩個要點進行考量。一方面，關鍵的數據需要具備可靠性和及時性的特點，另一方面，能夠發布大批量的數據信息。通信協議的工作范圍是對命令進行應答、對普通的命令進行廣播、應道命令。下面將對它的這個幾個要點進行逐個分析：首先，需應答命令。在正式發送完命令之后，如果沒有獲取到相關的應答就需要實施超時重新傳送工作，去除掉與廣播命令相同的字段，還應該再發送四個字段，即預定超時間隔字段、已超時間字段、預先最大發送次數字段以及已發送次數字段等。其次，普通廣播命令。不需要實施超時重傳或者應答工作，協議結構字段主要囊括目的站號、源站號、優先級、命令編號、協議代碼、發送時間、數據長度以及數據等。它的主要運行功能為對數據進行實時傳送，在第一時間掌握設備的運行狀態，確保能把優先級控制在最低的范圍內。最后，應答命令。它的主要作用為反饋應答命令的執行情況，協議結構字段主要囊括目的站號、源站號、優先級、命令編號、協議代碼、發送時間、數據長度以及數據等。應答命令與普通廣播命令的結構字段是一致的[2]。

（三）系統冗余的實現

系統以重要程度和關鍵性為基準，達到兩方面冗余的效果，通信控制站冗余和數據通信網冗余等。數據通信網主要應用TCP/IP協議和以太網，每部機器都需要準備至少兩塊網卡，不同的網絡需要分配不同的網址。在實現軟件操作時，借助數據發送進程把數據包分別發送到兩個網絡中，數據接收進程獲取這個兩個數據包，經過反復的校驗后把它與數據接收隊列中的信息進行比較。如果已經接收到正確的數據，就可以丟棄后來的數據包或者放入接收的隊列中進行處理。

實現通信控制站雙機冗余的模式為：在運用單機系統的前提下，利用管理軟件和以太網實現的。要想提升實現的效果，就要對狀態切換板塊進行把控。系統定義具有三種狀態：首先運行狀態，所有的模塊都處于正常運行的模式;其次熱備用狀態，本機處于正常的模式，但是在I/O模式下無法實施輸入和輸出操作;最后故障狀態，硬件設備不存在掉電或者故障的問題，但是通信模塊或者I/O模塊不能正常運行[3]。實現狀態切換的主要方法為：第一，對本站進行初始化處理，并使用熱備用狀態代替之前的冗余狀態。第二，獲取通信模塊的輸入，對冗余站的狀態信息進行處理：當本站在運行時，如果冗余站也在運行，那么就把站號較大的切換到熱備用狀態;如果冗余站處于故障或者熱備用狀態，只需要對冗余站進行設置，不需要再次切換。當本站處于熱備用的情況時，如果冗余站也處于相同的狀態，那么就把站號較小的切換到運行狀態;如果冗余站存在故障，就把本站調整為運行狀態;如果冗余站處于運行模式，就需要對冗余站進行設置。第三，如果在預定的時間內沒有獲取冗余站的相關信息那么就判定冗余站存在故障。如果本站一直處于熱備用的模式，那么就應該把它切換成運行的狀態。第四，對I/O模塊狀態計數器進行檢查，如果它的最高數值大于0，就需要進行減1處理。如果本站在故障模式下，就需要切換到熱備用狀態;如果計數器的數值正好等于0，那就需要把本站的狀態切換成故障狀態。第五，冗余站存在故障而本站為熱備用，就要把本站轉變為運行模式。如果狀態轉換效果不明顯，可以再次重復第一到第五步的操作。

（四）設備驅動程序開發

設備驅動程序是發電廠升壓站自動化系統的重中之重，一直處于核心地位。它的主要功能為對用戶程序間和外部設備傳輸的數據進行管理，為系統配置一致的接口。并且，它還能保障系統內配置的外部設備通過文件的模式進行呈現。要想進一步優化設備驅動程序的設計工作，就需要進行如下操作：第一，對程序進行編寫。在系統限定的范圍內編寫用戶需要的相關過程。第二，選擇前綴。前綴的制服在4個左右，每一個都具備特定的含義。第三，設備文件生成。利用設備號為文件以及設備驅動程序構建關聯。第四，編譯程序，這樣就能獲得新的目標文件。第五，配置系統。在系統中借助程序進行設備配置工作。第六，核心連接工作。把目標文件和驅動程序系統進行重新地連接，形成一個全新的核心。當完成以上五個步驟后重啟系統，就能實施訪問工作。

結論：

綜上所述，對發電廠升壓站自動化系統進行優化設計，這樣就能對各種模擬量和開關量的數據進行科學地采集、處理和分析，并且能把一般開關量和事件量的跳變信息展現出來。并且系統還能對歷史數據進行存儲和計算，在應用系統的過程中還能生成各種報表，為其他系統或者數據庫提供訪問的接口。這個系統具有重要的應用價值，能促進發電廠的經濟效益和社會效益同步發展。

參考文獻：

[1]劉守豹，侯俊宏，方圓，等.水力發電廠GIS升壓站雷電侵入波阻礙電抗器研究[J].四川電力技術，2020，43（02）：41-47.

[2]劉守豹，侯玉成，童理，等.發電廠500 kV GIS升壓站主變壓器合閘過電壓分析[J].四川電力技術，2020，43（01）：26-30+76.

[3]陳靜.升壓站改造中線路臨時過渡方案的優化探討[J].電氣時代，2019（11）：69-70.