变电站综合自动化系统设计

于飞，胡平

（南京工业大学信息科学与工程学院江苏南京210009）

摘要：针对变电站的实际运行，设计了基于Web平台上的变电站综合自动化系统三层体系结构。站控层监控主机对变电站进行动态全过程自动监视调节,OPC技术作为监控主机与上层应用程序的通信接口，实现变电站运行设备和数据库服务器之间的数据传输和交换。Web服务器和后台实时数据库实现了变电站运行信息的在线查询和报表处理。

关键词：综合自动化；远程监控；变电站；OPC

Design of integrated automatic control system for transformer substation

YU Fei , HU Ping

(College of information science and engineering , Nanjing University of technology, Nanjing

Jiangsu 210009 )

Abstract: A three-tier integrated automatic system architecture is designed for transformer station. In this architecture, The process of transformer station is automatically supervised in real time by supervisory control computer (SCC). Data between supervisory control computer (SCC) and database server are exchanged by OPC (OLE for process control) server. The Web server for remote querying and report application are constructed on the database server.

Key words: integrated automatic; remote supervisory control; transformer station; OLE for process control (OPC)

中图分类号：TP273+.5文献标识码:A

变电站综合自动化是在计算机技术和通信技术的基础上发展起来的，是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制、微机保护以及调度通信等综合自动化功能,并改进了常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。

变电站综合自动化快速发展的原因有两个：一是随着电力系统的发展对变电站保护和监控的要求发生了很大的变化，而现有的常规保护和监控系统渐渐不能满足要求；二是变电站现有的常规保护和监控系统设计本身具有很多缺点和不足。建设一个远程监控系统，实现在线实时监视电表等的各种运行参数、远程操作电机房内设备和自动生成报表，对于变电站的安全高效运行、降低岗位工人的劳动强度、提高管理的信息化水平、增大系统综合效益等具有重要意义。

1 OPC 技术

OPC(OLE for process control)包括一整套接口、属性和方法的标准集。OPC标准以微软公司的OLE技术为基础，它的制定是通过提供一套标准的OLE/COM接口完成的，它使得过程控制中自动化设备、现场系统之间具有更大的互操作性，可以灵活有效地在应用系统和过程控制设备之间读写数据，有效地解决了现场设备和通信协议的多样性问题。OPC接口的基础是微软的COM(组件对象模型)和DCOM(分布式组件对象模型)技术。COM是一种为了实现与编程语言无关的对象而制定的标准，这种标准可以使两个应用程序通过对象化接口通讯，而不需要知道对方是如何创建的。COM规范扩展到可访问本机以外的其它对象，一个应用程序所使用的对象可分布在

网络上，COM的这个扩展被称为DCOM（Distributed COM）。

2 系统架构

该系统采用一种面向对象的设计思想，按每个元件（如：一条出线、一台变压器、一组电容器、一台电机等）为对象，集测量、保护、控制为一体，分散安装在开关柜或其他设备附近。这些现场单元部件可独立完成遥测、遥信数据采集及处理、遥控命令的执行以及继电保护功能。变电站控制室内设置了站控层监控主机，通过现场总线等网络对各单元部件进行通信联系。各单元部件负责采集现场运行数据，并将运行数据通过现场总线传送到站控层监控主机而对电机设备进行远程操作。站控层监控主机对变电站进行动态全过程自动监控，并向上层应用提供运行数据。在站控层监控主机和上层应用之间，建立OPC服务器，作为软件与硬件以及不同软件系统之间的数据通信接口，以增强软硬件系统的兼容性和上层应用开发的灵活性。如图1所示：

图1：变电站综合自动化系统架构

3 系统设计及实现

3．1 站控层监控主机

工作站监控主机根据现场工艺情况编辑应用程序，应能接收下级装置（综保等）上传的所有状态量、测量量、电度量、继电保护工况和动作信息等, 并对其进行分类、存储、显示、报警等。

通过站控层监控主机的操作界面可以在线监视电机房内设备的运行状态：（1）显示动态模拟图，在一次系统图上或列表实时显示V、I、P、COSφ、谐波、各种遥信量（断路器状态，保护信号工况等）；（2）显示动态负荷曲线、电压及电流柱形图，根据变压器参数自动计算变压器负荷率、效率等；（3）电量统计报表的显示和打印；（4）对电压、电流、功率等因数越限等工况实时发出报警信号；（5）电量的分时管理，分时段对电量进行累计，按日峰、日谷、月高峰、月低谷进行统计等功能。

操作员可通过监控主机远程操作电机房内设备： (1)以自动或手动方式控制电量输出，实现小范围内的电压及流量的调整； (2) 保护和信号的复归；自动装置的投、退和操作； (3) 闭锁故障元件，保证其它部分正常工作，具有失电保护、通电自检、自复位至原运行状态的能力；

(4)设定电压输出，频率变换等； (5)在系统本身高可靠性的前提下实现开关变位、保护及自动装置动作切换、手备用变压器的切换等。

3.2 OPC服务器

利用站控层监控主机上的工业组态软件，建立OPC服务器，开发专用的数据转储程序，将变电站的运行过程实时数据通过OPC接口传送到专用数据库服务器中。

整个系统采用网络分布式控制方式。设置OPC 服务器,应用程序客户端及操作平台,通过OPC 服务器提供统一的访问、控制。OPC 数据访问提供数据源读取和写入特定数据的手段。OPC数据访问对象是由分层结构构成。一个OPC 服务器对象(OPC Server) 具有一个作为子对象的OPC 组集合对象(OPC Groups)；在这个OPC 组集合对象里可以添加多个OPC 组对象(OPC Group)；各个OPC 组对象都具有一个作为子对象的OPC 标签集合对象(OPC Items)；在这个OPC 标签集合对象里可以添加多个OPC 标签对象(OPC Item) 。OPC规范描述了OPC服务器需要实现的COM对象及其接口，它定义了定制接口和自动化接口。OPC服务器必须实现定制接口,也可有选择地实现自动化接口。具编写的OPC客户端程序只能通过自动化接口访问OPC服务器。考虑到系统开发的便捷性，利用自动化接口作为OPC服务器和应用程序的接口。

3．3 Web服务器和数据库

本系统通过网关将全部信息传送至企业内部工业以太网，供有权用户浏览查阅相关信息。通信规约可采用远动标准规约或计算机通信规约。Web服务器的主要功能保证跟主控机之间的合作，完成数据的存储、安全、维护，报表的生成以及打印等，快速响应用户的信息查阅。

根据变电站运行管理的特点和远程监控系统的需要，将系统的数据抽象为下面几类：(1)电机设备数据； (2)实时运行数据；(3)报表数据；(4)报警与历史事件数据；(5)授权用户信息；

(6)数据字典。将上述概念数据模型转换为关系数据模型，可以得到一组对应的关系模式，再将上述转换后的关系模式向特定数据库管理系统支持的数据模型转换，本系统采用SQL Server2000数据库。考虑到系统开发和集成的方便性，利用Tomcat作为Web服务器。利用ASP 的Session 和Cookie技术实现用户权限管理，防止未授权用户恶意更改或删除报表数据。

4.3 实例研究

扬州某公司根据上述系统架构，上位机的监控软件采用北京亚控公司生产的组态王软件“组态王6.5”进行系统界面的设计，实现站控层监控主机对变电站的远程操作。利用Visual Basic开发数据转储程序，定时将OPC服务器上的数据转储到SQLServer2000数据库服务器中。系统运行情况表明，整个远程监控系统设计合理，运行稳定可靠，远程访问的响应时间在2s左右，达到了预定要求。如图2所示：

图2：运行效果图（报表）

该系统架构不仅适用于变电站远程监控系统设计，也可以应用于一般的生产过程控制的远程监控系统设计。

5 结束语

计算机和网络技术的发展，使得工业过程控制和生产管理的方式正在发生变化。和传统的

DDE技术相比，OPC 技术的运用,使得变电站自动化监控系统中各子系统之间实现了开放的、无缝隙的连接。OPC 技术凭借其充分的灵活性,通过标准化通信接口,使得多种供应商的产品能被组合、匹配, 即插即用在自动化应用中成为现实,它不仅提供了解决方案,还有提出了许多指导性的理念,为不同平台系统之间的通信指明了方向。

本文主要创新点：

针对原有变电站监控系统的不足，例如继电保护装置不能与外界通信的缺陷等，本文基于OPC技术在通信接口标准化方面的灵活性，设计并实现了变电站综合自动化系统，通过OPC服务器作为监控主机与上层应用程序的通信接口，实现变电站运行设备和数据库服务器之间的数据传输和交换。

参考文献

[1] 郭玉辉，王彦瑜. 基于OPC技术离子源控制系统研究[J].微计算机信息. 2006,22(4-1):112- 113

[2] 潘爱民. COM原理与应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 1999.

[3] 向娈, 谢键国. OPC技术在油田优化监控系统中的应用研究[J]. 微计算机信息. 2007,

23(5-1):109-110.

[4] 蒋从锋，蒙培生. 油田注水泵站远程监控系统设计[J]. 计算机工程.2007,

33(21):246-248.

[5] 殷卫兵, 左信. OPC数据服务器分析及程序开发[J]. 化工自动化及仪表, 2003, 30(5): 41-45.

[6] 张燕妮, 丁维才. OPC技术在机场灯光监控系统中的应用[J]. 计算机工程. 2005, 31(增刊): 273-277.

[7] 陈玉兰,尹项根,陈德树. 面向对象的变电站综合自动化系统[J].电力系统自动化

1997(7).

[8]杨晓静. 变电站自动化系统的数字化趋势[J].江苏电机工程,2006(3).

作者简介：于飞（1983），男(汉)，四川省达县人，硕士研究生，主研究方向为计算机安全控制; 胡平（1962），男(汉)，江苏省南京人，南京工业大学信息学院硕士生导师，副教授，主研究方向为过程控制。

Biography: Yu fei, male, born in 1983, postgraduate of computer, nanjing university of technology, majored in computer control and application;

Hu ping, male, born in 1962, associate professor, Nanjing University of technology, majored in computer control and embedded system.

通讯地址：江苏省南京市新模范马路5号南京工业大学丁家桥校区213信箱于飞

邮编：210009 E-mail：yufei1014@https://www.360docs.net/doc/1d13709603.html,