摘要：給出了一種電力SCADA仿真系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)在生產實踐的仿真培訓方面具有很好的應用前景和優(yōu)勢。
1引言
隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電網容量的不斷擴大，互聯(lián)大電網迅速形成；大機組、互聯(lián)大電網、超高壓遠距離輸電線的出現(xiàn)，對安全經濟和高質量發(fā)輸電的要求更加嚴格，從而能實時地對電力系統(tǒng)運行進行自動數據采集與監(jiān)視控制（SCADA）的調度自動化系統(tǒng)應運而生。而調度人員能否正確地操作、使用SCADA系統(tǒng)，全面、準確地掌握電力系統(tǒng)的運行情況，在SCADA系統(tǒng)的輔助下對運行情況進行分析、做出正確的判斷和決策，以至采取必要的措施及時處理事故和異常情況，對保證電力系統(tǒng)安全、經濟、可靠地運行，意義非常重大。而生產實際中因其直接與生產設備相聯(lián)，故鮮有機會讓調度人員對SCADA系統(tǒng)的各種操作和各種運行情況有一個全面的了解，這對充分發(fā)揮SCADA系統(tǒng)效用，提高調度人員素質都極為不利。因此，我們給出了一種電力SCADA仿真系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，以此實現(xiàn)對電力SCADA各種功能的仿真操作，從而對調度人員或電力專業(yè)的大學生進行仿真培訓，使他們在進入生產實踐之前就能很好地掌握必要的技能，具備直接上崗的技術素質。這對縮短人員技術積累周期，提高生產效率，保證系統(tǒng)運行安全很有裨益。
本仿真系統(tǒng)在開發(fā)過程中，得到吐哈石油勘探開發(fā)指揮部供水供電處的有關人員的大力支持，并已在我專業(yè)實驗室建成、試用數年，學生對該系統(tǒng)的使用效果反映良好。
2系統(tǒng)結構
整個仿真系統(tǒng)的結構如圖1所示。
圖1中S1，S2為仿真廠站設備，從而為SCADA仿真系統(tǒng)提供廠站信息的模擬臺；RTU1，RTU2為2個廠站終端；TD1，TD2為信息傳送的通信通道；DC為SCADA仿真系統(tǒng)的調度中心計算機系統(tǒng)，由多臺微機組成，其結構如圖2所示。
圖2中FCOM為前置通信工作站；RTC為實時監(jiān)控工作站；HWM為歷史數據管理工作站；EMS為能量管理工作站；RTNET為微機實時網絡；RTSV為實時服務器�？紤]到仿真系統(tǒng)的經濟性，沒必要設置冗余的服務器和前置通信工作站，通信通道采用具有屏蔽層的四芯通信電纜，兩端接調制解調器(Modem)以便使得信息能夠遠傳和提高抗干擾能力。RTNET是采用BNC接頭將所有調度中心的所有計算機用細纜聯(lián)結成實時網絡。而且因為仿真系統(tǒng)不可能和廠站的實際設備相連，故廠站端的信息也是采用模擬的方法提供，在模擬信息臺上用開關仿真廠站的斷路器的開合以提供遙信信息，用燈的亮或滅來仿真遙控信息從而模擬廠站的斷路器的動作，而用可調的感性負載來提供遙測量的仿真，用直流表來仿真遙調的結果。
3仿真系統(tǒng)的開發(fā)
3.1RTU的開發(fā)
RTU采用IntelPentium100主機，通過遙測、遙信、遙控、遙調4個功能模板與廠站信息模擬臺連接完成相應的功能。采用部頒CDT規(guī)約與調度中心的前置工作站進行通信。實時通信軟件設計的3個關鍵環(huán)節(jié)如圖3所示。
串行通信口初始化的流程圖如圖4所示，可設通信速率為600b/s，字結構除同步字外均采用(48,40)碼，同步字為3組EB90。校驗位依據40位信息位的代碼值和生成多項式g(x)=x8+x2+x+1進行代數運算計算最后的校驗碼，由于規(guī)約規(guī)定是帶陪基形成的校驗碼，最后必須按位取一次反。各信息字的組織格式遵守CDT規(guī)約。通訊采用中斷方式，對于中斷類型N，其中斷服務處理程序的偏移量和段基址為IP≤(4*N,4*N+1)，CS≤(4*N+2,4*N+3)，而80x86系列PC機規(guī)定通信適配器COM1使用中斷IRQ4（N=12），COM2使用中斷IRQ3（N=11），故可按上述計算IP，CS的公式設置中斷矢量。
相應中斷服務程序的編寫，可按圖5所示流程圖進行，其中發(fā)送字符處理是將要發(fā)送休息按CDT規(guī)約組裝后上發(fā)，而接受字符處理是將接受到的信息按CDT規(guī)約進行分析，從而啟動相應的執(zhí)行機構或設置返校信息并調用發(fā)送字符處理程序組裝上發(fā)該返校信息。
3.2調度中心計算機系統(tǒng)的開發(fā)
所有工作站的程序開發(fā)均采用Delphi在Windows98平臺下完成。
(1)前置通信工作站的開發(fā)
前置部分是調度中心與RTU進行信息交換的樞紐，對他的實時性較高。因此，充分利用了Windows98基于線程的多任務技術，將前置部分的各功能模塊安排到多個線程中完成，每一個線程完成一個任務，由于多個線程是共享同一個進程的地址空間，所以可以共享同一個內存緩沖區(qū)，這大大提高了數據交換的效率。并且由于多個線程完全封裝在一個進程中，降低了使用和維護的難度。而線程之間的協(xié)同工作使用Windows提供的線程同步的方法“事件”，從而可以兼顧系統(tǒng)的實時性和效率。開發(fā)完成后前置部分具有以下實時數據處理的功能：
①RTU通信經過Modem出來的RS232接口，通過多串口擴展卡與前置機的一個串口相連，前置機與RTU的通信可以通過讀寫串口來進行。這個功能是充分利用了Windows的消息機制，通過Delphi調用Windows的串行通信API函數實現(xiàn)的。同樣，為了提高系統(tǒng)的實時性，在發(fā)送自定義消息時用PostMessage()直接發(fā)送到指定窗口而不經過消息隊列。
②規(guī)約轉換將RTU上傳的CDT格式的數據報文轉換為SCADA系統(tǒng)的實時數據。將工作站發(fā)給RTU的命令轉換為CDT規(guī)約格式的命令報文。
③網絡命令監(jiān)聽監(jiān)聽實時網絡上其他節(jié)點的命令發(fā)送請求，執(zhí)行各種控制命令。
④網絡數據交換將規(guī)約轉換后的實時數據轉發(fā)到網絡實時服務器RTSV的虛擬盤上。
(2)RTSV的開發(fā)
仿真系統(tǒng)采用10Mb傳輸速率的總線結構實時網絡，RTSV是網絡服務器，他的C盤和D盤可以和其他工作站共用。在RTSV的C盤上的子目錄C:＼AA，在各工作站上以I:＼AA工作，在D盤上的子目錄D:＼SS，在各工作站上以H:＼SS工作。同時，RTSV還負責同步各工作站的時鐘。而實時管理是RTSV上較重要的軟件系統(tǒng)，他通過虛擬盤與前置機交換實時數據，并在該虛擬盤上建立實時數據庫并提供。
這樣，其他工作站可以通過內存文件調用共享實時數據庫。這種虛擬盤交換數據的方式因為是利用計算機內存來交換數據的，故速度很快，有利于提高整個仿真系統(tǒng)的實時性。而且，實時管理系統(tǒng)還提供實時數據的在線系數維護功能，并且負責在每個整點將實時數據轉存到C:＼DATA目錄下的歷史數據庫中，從而形成仿真系統(tǒng)的歷史數據。這樣，其他工作站就可以通過提取I:＼DATA下的歷史數據完成相應的管理功能。
(3)實時監(jiān)控工作站的開發(fā)
為使調度人員能準確、直觀地了解電網當前運行狀態(tài)，實時監(jiān)控主界面采用主接線圖的方式，在各主要設備圖示符號附近顯示其遙測值（遙測值的越限采用不同與正常值的醒目顏色加以區(qū)分），以給斷路器符號填充顏色或空心來表示其斷開或合上的狀態(tài)，從而直觀地表現(xiàn)遙信信息。遙測、遙信值是通過讀取實時數據庫相應的字段值獲得，遙測量以3～6s為更新周期，遙信信息優(yōu)先處理。調度人員可通過監(jiān)控界面進行遙控、遙調操作，選擇了遙控、遙調對象后，命令向網絡廣播，被前置機監(jiān)聽到后按CDT規(guī)約向RTU發(fā)送，并將返校信息送回，實時監(jiān)控軟件檢測到返校信息后顯示給調度人員確認，經確認后的命令才被RTU執(zhí)行，這樣就提高了系統(tǒng)的可靠性。
(4)歷史數據管理工作站的開發(fā)
在SCADA系統(tǒng)中，歷史數據管理是系統(tǒng)的重要管理手段。本工作站的程序分前臺和后臺兩部分，在后臺，將I:＼DATA下的數據經過篩選、處理及統(tǒng)計計算后按預先設計的數據結構存儲在二維關系型數據庫中。在前臺，通過顯示畫面及人—機交互方式，完成對監(jiān)測數據、開關變位情況的統(tǒng)計查詢、報表的增刪、打印、修改檢測量的數量、名稱等特性及在月初、年初時對數據庫的更新工作等維護工作。
(5)能量管理工作站的開發(fā)
能量管理是電力系統(tǒng)安全、經濟運行校核的重要技術措施。能量管理軟件將實時數據庫中的有關數據首先取至本機。然后通過圖形技術直觀地對電量統(tǒng)計、負荷曲線、負荷率和電壓曲線進行繪制，給調度人員提供統(tǒng)計分析的直觀依據。
4結論
本仿真系統(tǒng)把計算機技術、通信技術和控制技術三者有機結合，根據電力系統(tǒng)的特點，開發(fā)出了電力SCADA系統(tǒng)必須具備的基本功能，具有較高的實時性和可靠性。開發(fā)完成后，已在我專業(yè)實驗室試用了數年。據使用過該系統(tǒng)的畢業(yè)生反映，該仿真系統(tǒng)和生產實際中所用SCADA系統(tǒng)具有很好的一致性，使得他們在走上生產崗位后，很快就能勝任調度工作。該系統(tǒng)在人員培訓方面的作用也得到了吐哈油田供水供電處有關人員的好評和認可。
可見，該仿真系統(tǒng)在生產實踐的仿真培訓方面具有很好的應用前景和優(yōu)勢。
