Wonderware技術(shù)在南瑞繼保電氣公司高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用

項(xiàng)目背景：
　　高壓直流輸電（HVDC）技術(shù)提供了大容量長(zhǎng)距離輸電的能力，而且在輸電距離超過700Km時(shí)，相對(duì)于交流輸電具有更經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。高壓直流輸電技術(shù)提供了快速靈活的功率控制能力，可以快速準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)網(wǎng)間互送的功率，這種快速調(diào)節(jié)能力對(duì)于保持大電網(wǎng)互聯(lián)的穩(wěn)定性具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。隨著"西電東送"和"全國(guó)聯(lián)網(wǎng)"戰(zhàn)略規(guī)劃的實(shí)施，迎來了直流大發(fā)展的局面，至2020年，我國(guó)規(guī)劃建設(shè)中的直流輸電工程接近20個(gè)，將成為世界上擁有直流輸電線路最多的國(guó)家。

　　直流控制保護(hù)系統(tǒng)是直流輸電的核心技術(shù)，通過該系統(tǒng)保證直流系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。而換流站SCADA系統(tǒng)是HVDC傳輸系統(tǒng)中非常重要的組成部分，它用于監(jiān)視控制HVDC傳輸系統(tǒng)以及交流系統(tǒng)的運(yùn)行控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，同時(shí)對(duì)其功能和性能也有非常高的要求。

　　換流站SCADA系統(tǒng)的軟硬件，包括對(duì)交流開關(guān)場(chǎng)（含換流變及備用間隔）、直流開關(guān)場(chǎng)、換流站控制樓、閥廳、通訊系統(tǒng)、直流線路、換流站輔助系統(tǒng)等的監(jiān)視控制以及與遠(yuǎn)方調(diào)度中心和其他監(jiān)視場(chǎng)所的通訊接口等。

　　SCADA系統(tǒng)不僅要監(jiān)視HVDC系統(tǒng)和交流系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，還要安全可靠地發(fā)送各級(jí)調(diào)度人員對(duì)HVDC系統(tǒng)及交流系統(tǒng)的控制和操作命令，又要盡量避免運(yùn)行人員的錯(cuò)誤操作，以免對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行造成嚴(yán)重的后果。SCADA系統(tǒng)要監(jiān)視數(shù)千個(gè)數(shù)字和模擬信號(hào)，所有信號(hào)的狀態(tài)變化都要實(shí)時(shí)記錄下來并能在事后進(jìn)行故障分析。

　　SCADA系統(tǒng)是一個(gè)模塊化、分布化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，層次結(jié)構(gòu)清晰。它由過程監(jiān)視單元、過程控制單元、圖形操作工作站和主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。所有過程監(jiān)視與運(yùn)行的工作站、主計(jì)算機(jī)通過局域網(wǎng)（LAN）連接，具有信息共享、資源優(yōu)化使用和功能分布的網(wǎng)絡(luò)性能。

　　SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用開放化設(shè)計(jì)，將來如有需要便于系統(tǒng)升級(jí)和增加新的功能。

　　SCADA系統(tǒng)必須要保證其可靠性，重要的子系統(tǒng)、設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)、通道都要采用冗余體系結(jié)構(gòu)，保證在單通道或單硬件故障下不引起系統(tǒng)故障。

　　南瑞繼保電氣公司在技術(shù)引進(jìn)的基礎(chǔ)上，消化、吸收并改進(jìn)的直流控制保護(hù)系統(tǒng)廣泛采用了Wonderware公司的技術(shù)，如Toolkit、InTouch等。由此開發(fā)的控制保護(hù)系統(tǒng)已在葛南直流改造工程和靈寶背靠背工程中投入運(yùn)行。
　行業(yè):輸配電

軟件:

InTouch
Toolkit

功能與優(yōu)點(diǎn)：

實(shí)時(shí)監(jiān)視控制功能
直流保護(hù)定值監(jiān)視與整定
培訓(xùn)系統(tǒng)監(jiān)控功能
遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集接口
靈活方便
便于系統(tǒng)擴(kuò)充升級(jí)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
　　直流傳輸系統(tǒng)為兩端換流站（一端為整流站，一端為逆變站）與直流線路構(gòu)成，而背靠背換流站則只有一個(gè)換流站（沒有直流線路，整流與逆變都在一個(gè)站內(nèi)）。換流站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本類似，葛南直流改造工程中葛洲壩站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

　　換流站控制保護(hù)系統(tǒng)總體上分為以下幾個(gè)子系統(tǒng)，即：

與遠(yuǎn)方控制中心（如國(guó)調(diào)、網(wǎng)省調(diào)）的接口子系統(tǒng)，包括：（1）遠(yuǎn)動(dòng)工作站與遠(yuǎn)方控制中心的接口;（2）保護(hù)故障錄波信息子站、電能量計(jì)費(fèi)裝置與遠(yuǎn)方控制中心的接口。
換流站運(yùn)行人員控制系統(tǒng)，主要包括站LAN網(wǎng)（雙以太網(wǎng)）、運(yùn)行人員工作站、工程師工作站、站長(zhǎng)工作站、事件報(bào)警記錄終端、服務(wù)器、與原模擬屏的接口等。
直流站控系統(tǒng)和交流站控系統(tǒng)，該部分主要包括站控系統(tǒng)的主機(jī)、分布式現(xiàn)場(chǎng)總線和分布式I/O等設(shè)備。
直流控制（極控）系統(tǒng)，該部分主要包括每個(gè)極的極控系統(tǒng)的主機(jī)、分布式現(xiàn)場(chǎng)總線和分布式I/O等設(shè)備。
直流系統(tǒng)保護(hù)，該部分主要包括換流器保護(hù)、直流場(chǎng)保護(hù)、直流線路保護(hù)、接地極引線保護(hù)、換流變保護(hù)、直流濾波器保護(hù)、交流濾波器保護(hù)等。
　　交流保護(hù)，該部分主要包括兩站的斷路器保護(hù)，葛換線的線路保護(hù)和葛洲壩站的母線保護(hù)。


Wonderware產(chǎn)品在直流控制保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用
　　極控制、極保護(hù)與交流站控都采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，安裝嵌入式NT操作系統(tǒng)，通過現(xiàn)場(chǎng)控制總線CAN、TDM與IO系統(tǒng)進(jìn)行通訊，從分布式IO系統(tǒng)采集數(shù)字量與模擬量信號(hào)，并下發(fā)控制命令到IO系統(tǒng)。這些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為分布式系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)數(shù)量的多少根據(jù)換流極個(gè)數(shù)（單極、雙極）、交流間隔的多少來決定，因此控制系統(tǒng)與后臺(tái)SCADA系統(tǒng)間的通訊接口就要統(tǒng)一，工程的變化、控制主機(jī)規(guī)模的變化、通訊的數(shù)據(jù)量與信號(hào)類型不能要求通訊接口修改。同時(shí)，控制保護(hù)主機(jī)上運(yùn)行的程序?yàn)榛诳梢暬幊坦ぞ呱傻能浖?，為了便于監(jiān)視與分析軟件的運(yùn)行狀況，可視化程序中的信號(hào)都可在線監(jiān)視其運(yùn)行值。為此，直流控制保護(hù)系統(tǒng)采用了Wonderware產(chǎn)品與技術(shù)，控制保護(hù)主機(jī)上運(yùn)行的程序集成了Woderware公司的I/OServerToolkit，而后臺(tái)監(jiān)控軟件則采用了InTouch。

1．I/OServerToolkit的應(yīng)用

　　控制保護(hù)各主機(jī)運(yùn)行的程序集成了I/OServerToolkit，通過Toolkit提供的API接口，將要監(jiān)視的信號(hào)通過Toolkit與后臺(tái)監(jiān)控軟件、可視化分析工具、本地運(yùn)行的基于VB開發(fā)的就地監(jiān)控界面、Excel等進(jìn)行交互，通訊協(xié)議則可以選用SuiteLink、NetDDE、DDE等。

2．InTouch的應(yīng)用

　　人機(jī)界面基于InTouch進(jìn)行了開發(fā)。根據(jù)直流控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能要求，SCADA系統(tǒng)中的人機(jī)界面功能需要分為以下個(gè)應(yīng)用功能：1）實(shí)時(shí)監(jiān)視控制功能；2）相對(duì)獨(dú)立的直流保護(hù)定值監(jiān)視與整定；3）培訓(xùn)系統(tǒng)監(jiān)控功能；4）遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集接口

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)視控制功能

　　運(yùn)行人員工作站上運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)視控制InTouch軟件實(shí)時(shí)監(jiān)視并控制整個(gè)直流控制保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行，包括一次設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視與控制、測(cè)量信息、控制保護(hù)主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行人員工作站均為雙顯示器，兩個(gè)顯示器分別顯示不同的一次窗口。窗口中廣泛使用了單線圖、棒圖、餅圖、趨勢(shì)曲線、ActivX控件等。

　　由于控制保護(hù)主機(jī)均為冗余系統(tǒng)，正常運(yùn)行時(shí)一臺(tái)值班，而另一臺(tái)備用。因此運(yùn)行人員工作站上運(yùn)行的InTouch軟件通過SuiteLink協(xié)議從值班的控制保護(hù)主機(jī)讀取開關(guān)狀態(tài)以及其它狀態(tài)信息、模擬量信號(hào)進(jìn)行顯示，而運(yùn)行人員則通過人機(jī)界面下發(fā)控制命令到相應(yīng)的值班控制主機(jī)，進(jìn)而通過IO系統(tǒng)到達(dá)一次設(shè)備控制設(shè)備的操作。當(dāng)控制主機(jī)的值班/備用狀態(tài)切換時(shí)，相應(yīng)的訪問名自動(dòng)連接到新的值班系統(tǒng)。

　　控制保護(hù)主機(jī)及其IO系統(tǒng)產(chǎn)生的事件要求帶有本地時(shí)標(biāo)，通過開放式數(shù)據(jù)連接ODBC送往系統(tǒng)服務(wù)器，由服務(wù)器收集并處理后儲(chǔ)存于SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)中，各運(yùn)行人員工作站則通過InTouch提供的SQL綁定列表功能直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取并顯示。

　　控制保護(hù)系統(tǒng)的控制功能按照功能要求劃分為不同的控制區(qū)域，運(yùn)行人員也配置不同的控制權(quán)限，只有具有相應(yīng)權(quán)限的運(yùn)行人員登錄后才能執(zhí)行相應(yīng)區(qū)域的控制操作，這樣保證了系統(tǒng)控制的高安全性。

（2）直流保護(hù)定值監(jiān)視與整定

　　直流保護(hù)定值在控制保護(hù)系統(tǒng)日常運(yùn)行中不必監(jiān)視，更不能隨意修改，要求只有專門的保護(hù)工程師在特定的條件下才能進(jìn)行修改，為此，用InTouch開發(fā)一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用即直流保護(hù)定值監(jiān)視與整定功能。該應(yīng)用只顯示保護(hù)的定值，并只有在相應(yīng)權(quán)限的保護(hù)工程師登錄后并滿足其它特定條件的情況下才能進(jìn)行修改定值的操作。

（3）培訓(xùn)系統(tǒng)監(jiān)控功能

　　直流控制保護(hù)系統(tǒng)要求具有模擬培訓(xùn)功能，以便在離線情況下培訓(xùn)運(yùn)行人員熟悉控制操作過程以及分析、掌握系統(tǒng)在各種操作下的變化行為，同時(shí)要求培訓(xùn)系統(tǒng)又不能影響在線系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為此，配置了培訓(xùn)模擬系統(tǒng)，而培訓(xùn)工作站上運(yùn)行的InTouch人機(jī)界面則是在實(shí)時(shí)監(jiān)視控制應(yīng)用基礎(chǔ)上修改而成的應(yīng)用功能，該應(yīng)用只監(jiān)視控制培訓(xùn)系統(tǒng)控制主機(jī)上的運(yùn)行工況。

（4）遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集接口

　　遠(yuǎn)動(dòng)工作站要求從控制保護(hù)系統(tǒng)采集狀態(tài)量及模擬量信號(hào)并送往遠(yuǎn)方調(diào)度中心，當(dāng)然可以通過NetDDE方式從控制保護(hù)主機(jī)讀取，但NetDDE的速度比較慢，當(dāng)傳送的數(shù)據(jù)較多時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響控制保護(hù)主機(jī)的CPU負(fù)載以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。因此，在遠(yuǎn)動(dòng)工作站上運(yùn)行InTouch軟件，該應(yīng)用軟件不是為了監(jiān)視目的，而是通過它作為Client端采用SuiteLink協(xié)議從控制保護(hù)主機(jī)讀取遠(yuǎn)方調(diào)度需要的數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)動(dòng)工作站再開發(fā)接口程序通過DDE從本地的InTouch應(yīng)用（此時(shí)又相當(dāng)于Server端）讀取這些數(shù)據(jù)再按照相應(yīng)的規(guī)約傳送到遠(yuǎn)方調(diào)度中心。

3.Wonderware通訊協(xié)議的應(yīng)用

　　SuiteLink與NetDDE通訊協(xié)議在直流控制保護(hù)系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用。InTouch應(yīng)用與控制保護(hù)主機(jī)的IOServer之間采用SuiteLink通訊，而可視化分析工具則通過NetDDE與控制保護(hù)主機(jī)進(jìn)行通訊。

應(yīng)用情況
　　直由南瑞繼保公司負(fù)責(zé)的葛南直流改造工程與靈寶背靠背工程的直流控制保護(hù)系統(tǒng)都已在現(xiàn)場(chǎng)投入運(yùn)行或試運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。通過開發(fā)過程與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、運(yùn)行，總結(jié)出基于Wonderware的技術(shù)有如下特點(diǎn)：

1．InTouch軟件靈活方便

　　一般的人機(jī)界面都是針對(duì)特定行業(yè)或系統(tǒng)開發(fā)的，具有較大的局限性，若要增加新的功能則要對(duì)開發(fā)工具增加新的模塊才能實(shí)現(xiàn)。而InTouch是面向所有的過程控制，并不針對(duì)某個(gè)行業(yè)，通過編輯腳本可以方便地實(shí)現(xiàn)用戶新的要求。

2．便于系統(tǒng)擴(kuò)充升級(jí)

　　基于Wonderware架構(gòu)的直流控制系統(tǒng)，當(dāng)一次系統(tǒng)擴(kuò)充時(shí)，其監(jiān)視控制系統(tǒng)可以比較方便地?cái)U(kuò)充，如增加一個(gè)新的交流間隔，則增加一套新的交流站控系統(tǒng)并在InTouch界面中增加相應(yīng)的對(duì)象即可，而不影響原有系統(tǒng)。