基于MCGS的變電站監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)

周 浩

(西安市供電公司，陜西 西安 710032)

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基于MCGS的變電站監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)

周 浩

(西安市供電公司，陜西 西安 710032)

為使員工對(duì)變電站監(jiān)控系統(tǒng)的了解更加全面深刻，文中開發(fā)與設(shè)計(jì)了基于MCGS的變電站監(jiān)控系統(tǒng)，其具有系統(tǒng)異常分析、處理、顯示以及自動(dòng)報(bào)警、記錄、控制等功能，同時(shí)能對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的模擬量、數(shù)字量、電能量等進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。通過(guò)該系統(tǒng)，可有效提高變電站員工對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)理論知識(shí)的掌握程度與實(shí)際操作能力。

變電站；MGCS；監(jiān)控系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)階段，由于電子自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，變電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛使用，220 kV及以下的變電站普遍采用站內(nèi)無(wú)人值守方式，由控制中心的管理人員通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)變電站進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)管與控制，故變電站管理人員對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的操作熟練程度決定了其是否能有效地對(duì)變電站進(jìn)行監(jiān)管，并在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)變電站出現(xiàn)的異常從而盡快展開維護(hù)，降低因變電站運(yùn)行異常而帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失[1-3]。

為此，本文開發(fā)與設(shè)計(jì)了一種基于MCGS的變電站監(jiān)控系統(tǒng)，其具有系統(tǒng)異常分析、處理、顯示以及自動(dòng)報(bào)警、記錄、控制等功能，同時(shí)能對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的模擬量、數(shù)字量、電能量等進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。

1 變電站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)階段，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)主要由間隔層、網(wǎng)絡(luò)層及變電站層構(gòu)成[4-6]，如圖1所示。

圖1 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)配置圖

其能將變電站運(yùn)行中產(chǎn)生的模擬量、狀態(tài)量等信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息的數(shù)字化傳輸與保護(hù)，其次能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與一次設(shè)備的穩(wěn)定對(duì)接。網(wǎng)絡(luò)層主要由通信管理設(shè)備、通信通道與通信實(shí)現(xiàn)軟件組成，其負(fù)責(zé)變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)通信，包括采集間隔層各個(gè)設(shè)備已上傳的信息，以及下達(dá)系統(tǒng)的控制指令控制變電站內(nèi)的智能設(shè)備。變電站層由自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)及通信系統(tǒng)組成，主要實(shí)現(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)層采集到的信息導(dǎo)入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并根據(jù)需求將信息傳送到遠(yuǎn)動(dòng)主站及控制主站，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信的功能。

1.2 傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)[7-8]如圖2所示。微型機(jī)系統(tǒng)主要包括微處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)器，Watchdog等。微型機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成了系統(tǒng)的上位機(jī)，其主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)與調(diào)度中心之間的通信，使變電站監(jiān)控系統(tǒng)成為一個(gè)遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)[9]；對(duì)于有人值班變電站，監(jiān)控機(jī)通過(guò)人機(jī)對(duì)話回路、開關(guān)量輸入/輸出回路等實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，本地操作人員可完成人機(jī)聯(lián)系、數(shù)據(jù)表打印、控制設(shè)備等。模擬量輸入/輸出回路完成了監(jiān)控機(jī)與變電站測(cè)控對(duì)象之間數(shù)據(jù)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)/模轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控機(jī)與測(cè)控對(duì)象之間的數(shù)據(jù)交換。電源模塊將交流電轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)硬件所需的直流電壓，為設(shè)備提供供電電源。

圖2 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)設(shè)置圖

2 基于MCGS監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

MCGS[10]是由北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司開發(fā)的基于Windows系統(tǒng)的用于快速構(gòu)造成監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)的軟件系統(tǒng)，其能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)控，用戶經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的模塊化組件便可構(gòu)造數(shù)據(jù)顯示模塊、智能儀表、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊、人機(jī)交互界面等應(yīng)用系統(tǒng)。本文利用MCGS設(shè)計(jì)了變電站的監(jiān)控系統(tǒng)，其主要具有系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理功能、系統(tǒng)模擬量采集功能、系統(tǒng)狀態(tài)量采集功能、系統(tǒng)電能量采集功能、人機(jī)交互功能、運(yùn)行監(jiān)控與報(bào)警功能、事故發(fā)生記錄與歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能等。

2.1 變電站數(shù)據(jù)采集與處理功能

變電站數(shù)據(jù)采集與處理功能主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集變電站運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)供監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理，作為數(shù)據(jù)源滿足系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，例如在主機(jī)的CRT顯示器屏幕顯示變電站的各個(gè)參數(shù)、設(shè)備的運(yùn)作情況,打印報(bào)表，控制如斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的工作狀態(tài)。

2.2 系統(tǒng)模擬量采集功能

負(fù)責(zé)采集變電站運(yùn)行中產(chǎn)生的模擬量，包括變電站母線、饋線等的電壓、電流、功率，主變壓器的電流、功率、油溫；電容器的電流、頻率、相位、無(wú)功功率、功率因子等[11]。同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)還需將采集到的模擬量做進(jìn)一步的處理，例如當(dāng)某一模擬量超出預(yù)定極限值時(shí)自動(dòng)報(bào)警等。系統(tǒng)主變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控仿真如圖3所示。

圖3 主變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控仿真

2.3 系統(tǒng)狀態(tài)量采集功能

負(fù)責(zé)采集變電站運(yùn)行期間的狀態(tài)量，包括高壓斷路器的狀態(tài)、繼電保護(hù)信號(hào)、運(yùn)行異常報(bào)警信號(hào)、同期檢查狀態(tài)等。這些狀態(tài)量被采集后通過(guò)光隔離電路傳送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再根據(jù)接收到的狀態(tài)量對(duì)相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)做出判斷。為了保證斷路器變位分辨率足夠大[12]，采用中斷輸入或快速掃描方式來(lái)獲取斷路器的狀態(tài)量；對(duì)于隔離開關(guān)，分接頭位置等的狀態(tài)量，則可直接采用定期查詢方式來(lái)獲取。圖4為隔離開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控界面。

圖4 隔離開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控仿真

2.4 系統(tǒng)電能量采集功能

采集變電站的有功及無(wú)功電能，其通過(guò)采集配電網(wǎng)上的交流電流及電壓，再將采集數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控機(jī)計(jì)算出有功電能及無(wú)功電能，從而實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)費(fèi)，避免了過(guò)去通過(guò)計(jì)算電能脈沖數(shù)來(lái)計(jì)算電能過(guò)程中出現(xiàn)的漏記或多計(jì)的現(xiàn)象，提高了計(jì)量進(jìn)度[13]。系統(tǒng)對(duì)變電站電能量的實(shí)時(shí)采集監(jiān)控界面如圖5所示。

圖5 監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電能量的實(shí)時(shí)采集仿真

2.5 人機(jī)交互功能

人機(jī)交互功能是指操作人員通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤等輸入設(shè)備對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)執(zhí)行相關(guān)操作，便可在主機(jī)的CRT顯示器屏幕獲取變電站的運(yùn)行狀況及各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀況與相關(guān)參數(shù)，同時(shí)還能對(duì)變電站的斷路器，隔離開關(guān)等進(jìn)行開關(guān)控制。其次，還能計(jì)算并顯示變電站各處母線，饋線的電參數(shù)，包括電壓，電流，功率以及輸電網(wǎng)的實(shí)時(shí)電壓，電流，電能量，主變壓器溫度，電流，功率等。斷路器和隔離開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)仿真界面，如圖6所示。

圖6 斷路器和隔離開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)仿真

圖7 在事故狀態(tài)下斷路器動(dòng)作的自動(dòng)記錄

2.6 變電站運(yùn)行監(jiān)控與報(bào)警功能

變電站運(yùn)行監(jiān)控主要是通過(guò)對(duì)變電站運(yùn)行中的模擬量及各種狀態(tài)量進(jìn)行監(jiān)視，并判斷是否處于正常范圍值或正常狀態(tài)量來(lái)對(duì)變電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。通過(guò)監(jiān)視狀態(tài)量的變化，可監(jiān)視供配電網(wǎng)斷路器，隔離開關(guān)，變壓器分接頭所處位置和運(yùn)行情況[14]。當(dāng)變電站運(yùn)行或設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出報(bào)警聲同時(shí)將CRT顯示器屏幕上的畫面切換為報(bào)警畫面。

2.7 事故發(fā)生記錄與歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能

事故順序記錄功能是自動(dòng)記錄變電站設(shè)備發(fā)生異常時(shí)的時(shí)間，精確到ms級(jí)。通過(guò)查看事故發(fā)生時(shí)間，可確定不同事故的發(fā)生前后順序，從而便于工作人員分析變電站設(shè)備發(fā)生異常的原因，對(duì)于維護(hù)變電站起到了重要影響。為滿足變電站的管理需求，還應(yīng)處理與統(tǒng)計(jì)變電站運(yùn)行所產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)[15]，記錄主變壓器、輸電線的電流和功率，其中功率包括無(wú)功功率和有功功率。統(tǒng)計(jì)各對(duì)應(yīng)參數(shù)每天能達(dá)到的最大值和最小值，及其達(dá)到的時(shí)間和斷路器動(dòng)作次數(shù)等。圖7為變電站發(fā)生事故時(shí)斷路器動(dòng)作的自動(dòng)記錄。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文開發(fā)與設(shè)計(jì)了一種基于MCGS的變電站監(jiān)控系統(tǒng)，其具有系統(tǒng)異常分析、處理、顯示以及自動(dòng)報(bào)警、記錄、控制等功能，同時(shí)能對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的模擬量，數(shù)字量，電能量等進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。通過(guò)本系統(tǒng)，可有效提高變電站員工對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)理論知識(shí)的掌握程度與實(shí)際操作能力，從而達(dá)到了良好的培訓(xùn)效果。

[1] 沈海江.無(wú)人值班變電站監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題探討[J].科技資訊, 2008(3):81-82.

[2] 劉雪飛,方云飛.基于網(wǎng)絡(luò)的變電站自動(dòng)化遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)[J].天津電力技術(shù),2009(1):4-7.

[3] 商立群,呂斗牛.基于MCGS的變電站電氣系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)檢測(cè)與控制,2010,38(3):114-117.

[4] 朱松林.變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社,2008.

[5] 趙祖康,徐石明.變電站自動(dòng)化技術(shù)綜述[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2000,20(1):38-43.

[6] 郭之中,張曉梅,任曉瑜. 變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J].中國(guó)電力教育,2008(S3):510-511.

[7] 陳杰.工業(yè)企業(yè)變電站監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D].北京:北京郵電大學(xué),2009.

[8] 戰(zhàn)勝.基于組態(tài)王的變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D].北京:華北電力大學(xué),2014.

[9] 覃貴禮.組態(tài)軟件控制技術(shù)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2007.

[10] 北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司. MCGS 參考手冊(cè)[M]. 北京:北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司,2013.

[11] 丁書文.變電站綜合自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2008.

[12] Ding Hui, Han Minxiao. User-defined HYDC reactive power control modeling for system stability studies in PSASP[C].Hongkong:Proceedings of IEE APSCOM,2006.

[13] Ding Hui, Han Minxiao. Detailed modeling of china-russia heihe back-to-back HVDC project using PSCAD/ EMTDC[C].Nanjing: The Proceedings of 3rd International Conference on DRPT,2008.

[14] 袁秀英.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試—組態(tài)控制技術(shù)[M].2版.北京:電子工業(yè)出版社,2012.

[15] 孟恒信.電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)測(cè)試技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2009.

Design and Development of Substation Monitoring System Based on MCGS

ZHOU Hao

(Xi’an Power Supply Company, Xi’an 710032, China)

In order to improve the quality of training, so that employees of the power supply system has a more comprehensive understanding, this paper develops and designs a substation monitoring system based on MCGS, offering systematic anomaly analysis, processing, display, and automatic alarm, record and control, as well as real time acquisition of the grid system analog, digital and energy data. This system effectively improves the ability of the substation staff to grasp the theoretical knowledge and practical operation ability.

substation; MCGS; monitoring and control system; data acquisition

2016- 04- 11

周 浩(1981-),男，碩士，工程師。研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.11.030

TM63

A

1007-7820(2016)11-104-03