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电力自动化系统是应用控制技术、计算机信息处理技术和通信技术,通过计算机软、硬件或自动装置代替人工进行各种运行作业,提高电力系统运行、管理水平的一种自动化系统。在电力自动化系统中变电站/电站监控系统属于上位机部分,其软件设计及程序运行与计算机操作系统平台密不可分,在当前电力自动化系统中各种工控机上运行着各种平台,而且在未来一段时间内仍将是多种操作系统平台共存,能够兼容多种操作系统平台是电力组态软件未来发展的方向之一。 本文从分析监控系统的结构和功能入手,讨论跨平台实现过程中的重点和难点,比较各种平台之间的差异以及相关开发语言工具之间的性能优劣,总结出一套比较合适跨平台解决方案。本文通过介绍Qt这种新型的程序开发工具包,将其应用到电力组态软件的设计开发中,在数据库访问以及图形用户界面的开发上克服操作系统之间的不兼容性,从而实现整个系统的跨平台能力。在此技术基础上成功开发出一套应用于变电站/电站的SCADA监控系统,包括实时数据库、绘图包、人机交换程序、数据通讯与采集模块以及管理维护模块,并顺利在多个平台上测试通过。
1.1.2 电力自动化系统的国内外现状 电力调度/变电站/电站自动化系统的发展经历了 70 年代基于专用计算机和专用操作系统的 SCADA 系统 、 (VAX 系列/VMS 或 PC/DOS) (第一代)80 年代基于通用计算机的 EMS(能量管理系统,第二代)和 90 年代基于 RISC/UNIX(或 PC/Windows)的开放分布式 EMS/DMS(能量管理/配电管理系统,第三代)共 3 个阶段。目前电力系统调度/变电站/电站自动化支撑平台的基本组成部分已经形成国家标准5。 最早开发的通用组态软件是 DOS 环境下的组态软件,其特点是具有简单的人机界面(HMI)、图库、绘图工具箱等基本功能。随着 Windows 的广泛应用,Windows环境下的组态软件成为主流。与 DOS 环境下的组态软件相比,其最突出的特点是图 2形功能有了很大的增强。UNIX 在多任务、实时性,联网方面的处理能力优于 Windows系列,虽然它在图形界面、即插即用、I/O 设备驱动数量方面不及 Windows,但这些缺点已经得到很大改进。目前在我国电力的电力自动化系统中各工控机、服务器使用的操作系统相当复杂,从 WindowsNT,Windows2000 到 Sun Solaris,Compaq Tru64UNIX。而随着 Linux 操作系统的日益成熟,在未来的一段时间内电力自动化将是UNIX,Windows、Linux 三大主流操作系统长期并存的局面。随着电力生产与调度的网络化,针对发供电企业电力调度等重要部门的黑客攻击也时刻威胁着电网的安全6,这也是有些核心部门采用 UNIX 高端系统的原因。针对不同的操作系统开发相关的变电站监控软件将是未来面临的一个问题。 在 虽然目前在我国变电站监控系统已经比较成熟, Windows 和 UNIX 平台下都有很多产品出现。在国内拥有基于 UNIX 平台自动化软件的也只有南瑞、东方电子、电科院等寥寥几家大型企业,而这些系统中真正实现多平台的更是少之又少,而且大部分都是同一系统在不同平台下分别开发,真正实现跨平台的软件很少,界面风格,运行操作差别很大,对于开发人员和现场操作人员来说都不是很方便。另外由于 UNIX下的软件开发技术起点较高,开发成本较大,对于中小企业来说面临一定风险。如果能够开发一套在三大平台都能使用的真正跨平台的监控系统,那么无疑是有很大吸引力的。
1.2 本文从分析变电站自动化系统的结构和功能入手,讨论跨平台方案实现的可行性,到软件系统的具体实现,最后简单论述一下本系统在 Web(万维网)下的运行的解决方案。重点在于软件系统的实现,我们将遵循计算机软件工程的设计思想,从需求分析、可行性分析到系统设计、模块划分,最后进行程序调试测试。 本系统为分布式控制系统,模块划分为数据库模块、实时数据库模块、图形绘制模块、人机交互模块、通信模块等几大部分。本人主要承担图形绘制模块以及人机交互模块的实现工作。 3 2 变电站/电站自动化系统与跨平台
2.1.1 关于变电站/电站自动化系统 变电站/电站自动化系统是当代大电网运行不可缺少的手段。随着电网的扩大和互联以及计算机及网络技术的发展,传统的集中式系统己经被多机网络化开放式、分布式系统所取代。电力体制改革、全国大联网、电力市场的开展和深化,对电力调度/变电站/电站自动化系统提出了更高的要求。 电力系统自动化是应用控制技术(Control)、计算机信息处理技术(Computer) ,通过计算机软、硬件或自动装置代替人工进行各种运和通信技术(Communication)行作业,提高电力系统运行、管理水平的一种自动化系统.它的提出来源于在变电站中得以广泛使用的智能电子设备(IED-Intelligent Electronic Device)智能设备不仅实现了现场控制智能化,同时也把现场的生产数据数字化,通过本身的计算机数据通信接口,可提供变电站运行、维护所需要的大量数据7。
变电站综合自动化是将变电站所有二次设备(包括控制、信号、测量、保护、自动装置及运动装置等)利用计算机控制技术、现代通信技术、网络数据库技术等,经过功能组合和优化设计,对变电站执行自动监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。 变电站综合自动化系统包括两层含义: 其一 ,功能综合化。原有站内微机监控、微机继电保护和微机运动装置由于历史原因是分开设置的,互不相关,自动、保护、远动自成体系。这种结构存在着设备重复设置,不能充分发挥微机作用及设备间互联复杂等缺点,因此,变电站原有二次系统亟待优化。随着微机技术和信息传输技术的进一步发展,当今的IED设备己经能将监测、保护、控制等功能综合在一起,实现软、硬件功能模块化,可使用户根据变电站具体情况灵活配置,达到最优组合,这就是功能综合化的基本含义。 4 其二 ,管理综合化。IED的普遍使用提供了大量变电站运行维护需要的数据,利用这些数据可以计算出变电站的最优运行状态,并自动调整变电站的运行状态。所以,在这个意义上,综合自动化已不仅是一个技术问题,而更成为一个管理问题。SCADA/EMS(Supervisory Control and Data Acquisition/Energy Management System,数据采集与监控/能量管理系统)系统的提出正是为了解决变电站综合管理的问题,它利用现场总线技术和现代通信技术,将各IED设备连网,通过专门的网关/通信处理机,收集现场生产数据上传或下发控制命令。
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