机场供电自动化实训装置

随着经济的高速发展,企业的用电量在急剧增加,人们对供电的稳定性、连续性等供电指标也提出了更高的要求。为了满足社会进步的需要,世界上很多国家,特别是一些发达国家的供电系统已逐步向全面计算机智能化管理方向迈进,在供电方式上多采用网络式供电,在供电设备方面全面实现电气自动化,在系统管理上实现了计算机实时监控。这样,管理人员在中央监控室既可完全掌握全系统的运行情况,又可进行遥控操作,随时调整运行方式,对系统故障也能做出最迅速的反应"。首都机场是我国第一大航空港,机场内现有65个变电站,其中包括有110 kV, 35 kV降压站各一个和63个10kV变电站及其送、变、配电的设备和线路, 65个变电站分布在方圆30 km的范围内,实现供电自动化控制系统势在必行。
1系统设计
机场供电自动化实训装置采用基于计算机局域网的分布式开放式系统结构, 各节点计算机通过标准以太网连接, 对于远端的监视机采用无线网连接, 网络拓扑结构采用总线型结构 ( IEEE802. 3 和IEEE802. 11) 。从结构上划分主要由 3大部分组成: 现场采集部分、远程数据通信部分和调度控制中心部分。3 个部分既相互独立又有机地联系在一起, 共同构成了电力调度监控系统。系统结构如图 1。

图1 系统结构示意图
1. 1　现场采集部分
现场采集部分主要是用远程传输装置( RTU) 从一次仪表上采集各类实时数据,然后根据各个站的通信协议, 将采集数据传给调度控制中心。站端RTU采用KJHD-2型分布式交流采样远动装置, 运用数学模型, 对线路二次侧交流电压、电流信号直接采样, 通过运算得到各种电量。该装置具有面向用户的开放式结构和良好的监视调试手段, 可以在线修改各种参数, 掉电时数据不会丢失。装置采用了开放式工业控制机,板卡实现了模块化, 并采用了双 CPU、双A/ D 转换、微机变送、交流同步采样、多级隔离, 具有大电流驱动能力的遥控输出等技术。装置具有安装使用方便、运行可靠、数据准确、实时性高等特点。
1. 2　远程数据通信部分
根据机场供电网的实际情况, 系统采用了两种数据通信并存的方式, 即无线扩频通信和有线电缆通信。数据传输协议采用部颁 Polling 通信协议。
无线通信部分采用了点对多点的工作模式, 调度中心用一台 Cylink 64SMP Modem 和一副全向天线, 各个采集现场用一台 Cylink 64SMP Modem 和一副定向天线, 将调度中心的Modem 设置为主单元,将采集现场的 Modem 设置为从单元, 主单元和从单元利用同一射频 ( RF) 通道。
有线通信部分采用了点对点的工作模式, 在调度中心和各个采集现场分别一对一使用一块普通 Mo-dem 卡,Modem 设置为 1. 2 kbps 数据率、8 位数据位、1 位停止位、无奇偶校验的同步通信方式。
1. 3　调度控制中心部分
调度控制中心部分由前置机、主机、辅机、监视机、模拟屏、局域网等组成。前置机根据各个厂站协议的不同, 负责从各个厂站的 RT U 接收或请求发送/ 接收现场的数据, 然后根据协议对接收到的数据进行解包, 最后将解包后的数据放到网络上供各类处理机实时接收处理。考虑到机场站点多的特殊情况,支持多前置机方案, 每个前置机最多可以采集 16 个站的数据。主机/ 辅机/ 监视机均从网上接收各类采集数据, 对接收到的数据做进一步的工程化加工处理、刷新当前已打开的各个画面上的开关状态、动态数据和实时曲线, 同时还要根据不同的机器类型确定是否响应用户的各类请求和是否保存各类历史数据等。局域网是网上各计算机之间的连接和通信的通道, 负责各计算机之间的实时信息传输, 并实现网上数据、设备共享。
2　实现要点
2. 1　基于开发平台的设计思想研制具体的控制系统
首都机场供电自动化控制系统是基于自行研制的电力调度监控系统开发平台建立起来的, 在设计和实现开发平台时, 并没有完全局限于某个具体的电力调度监控系统。整个监控系统的系统软件主要由3 个部分组成: 采集系统、处理系统和开发系统。这 3 个系统的协调运行机理, 是整个系统的精髓所在。
要建立一个具体的电力调度监控系统, 首先利用开发系统定义新系统的系统参数和各类画面文件, 然后启动采集系统, 针对新系统定义前置机与采集厂站的接口参数, 最后启动处理系统对用户定义的画面文件进行分组 ( 按用户要求) , 便于对画面的管理和调用, 整个系统就已经建成。
在处理系统中, 用户可以打开任意一个画面文件, 由于画面上的对象与相对应的系统参数相关联, 当系统数据发生变化时, 画面上的对象也会发生改变, 即可反映出监测对象的动态变化过程。用户打开的画面文件越多, 同时监测的参数也就越多。用户用开发系统建立的画面文件越多, 具体监控系统的功能也就越强大, 因为画面不仅可以反映对象的实时变化, 还可以对历史数据进行统计分析, 结果显示方式可以是图形也可以是表格, 画面表达能力的强弱仅受限于用户设计画面的水平高低。
处理系统与画面之间的通信是实现系统协调运行的关键。在建立画面文件时, 充分采用了面向对象的存储技术 [ 2] , 亦即画面上的每个对象 ( 如: 线条、采集数值、开关等) 不仅具有图形特征, 而且还具有属性特征。在处理系统中打开画面文件时, 每个画面根据各类对象属性的不同, 建立需要动态更新的各类对象链表, 如: 实时数值对象链表、开关对象链表、曲线对象链表等。每当处理系统接收到新的数据或新的日期消息后, 通知当前打开的所有画面, 这些画面会根据消息性质的不同自动更新画面上的相关对象, 建立对象链表是为了加快画面对象的更新速度。这里充分采用了面向对象的编程技术。
在处理系统运行时, 利用多进程技术和进程间通信技术, 开发系统可以在线修改系统数据和新增或修改画面文件, 大大地增强了系统的功能。
2. 2　点对多点的无线扩频通信
机场内有多种无线通信设备, 包括长波、中波、短波和微波等各频段的电波, 若采用常规无线电台传输数据, 误码率极高, 根本无法正常采集数据[3] 。如何解决无线通信问题, 成了整个控制系统成功与否的关键问题。
项目设计时, 我们率先在国内采用了无线通信的最新技术——无线扩频技术, 在机场这个无线电波复杂的环境下, 圆满地解决了利用无线通信进行数据传输的难题, 并且率先在国内采用了点对多点通信模式, 同时也大大地节省了系统的投资。
1) 在调整定向天线的方向时, 定向天线发射的波瓣应对准全向天线的接收端, 也就是说, 在调整定向天线时, 不仅方向要正确, 而且天线的仰角也要正确。
2) 天线与电台间的连接电缆, 尤其是全向天线的连接电缆, 应在 30 m 以内, 并要使用信号衰减小的电缆, 因为全向天线接收到的信号较定向天线弱。连接电缆在布线时, 碰到拐弯处不要有折角, 要圆滑过渡, 以防在连接电缆内发生信号辐射, 从而产生信号叠加。
3) 调试时, 试验不同的发射频率和尾随机码 ( PN 码) 组合, 最后选择全网能达到最佳的通信效果的发射频率和 PN 码组合。
4) 在点对多点通信时, 主电台处于常收常发状态, 而从电台只是处于常收状态, 只有请求发送时,才能发送数据, 且在发送完数据后, 在发送清除发送信号 CT S 信号前, 必须延迟至少 17 ms 以上。
鉴于点对多点Polling 通信模式的各种特殊情况, 可采用如下措施确保采集实时、稳定、可靠地运行。在系统中设置了 4 种类型的命令缓冲区: 立即命令缓冲区、手召数据命令缓冲区、整点补加命令缓冲区和巡检命令缓冲区。巡检命令缓冲区又分为 Polling 站缓冲区和巡检帧序列缓冲区。同时还给每类命令设置了是否需要接收帧数据的标志, 很好地实现了各类命令有条不紊地执行。
采用以上措施, 不仅解决了各类命令调度的问题, 因巡检时采用每个站一帧的策略, 大大加快了Polling 站轮询的速度, 可以更及时地接收到顺序事件数据 ( 因为顺序事件可以插入任何帧中传送) , 而且巡检帧序列可以由用户在系统中设置, 增加了巡检方式的灵活性。
2. 3　电脑语音自动合成
在监控系统领域, 有很多系统越来越多地采用了多媒体技术, 主要包括图像监视和声音提示两个方面, 图像监视属于监控系统的另一类系统, 声音提示应用于各类监控系统中, 以亲切、友好的形式得到使用者的亲睐。
一般监控系统中的语音提示都采用播放声音文件( * . WAV) 的方式 [ 4] , 这种方式简单, 但灵活性差,不能针对具体的监控对象和监控现场自动地合成要求提示的语音, 如: 不能报出站号、点号或事故发生的时间等参数, 大大限制了多媒体语音报警的功能和效果。
我们紧跟多媒体技术的最新发展, 将所有国标汉字、英文字母和数字等符号做成了声库, 然后根据语音提示的字符串, 自动合成电脑语音, 然后播放出来。该系统具有极大的灵活性和实用性, 可广泛应用于各类系统的多媒体语音报警和提示, 真正达到应用化的程度。
3 结　语
该系统的设计与实现充分地体现了电网调度监控系统的 90 年代国际先进水平, 即面向用户的开放式电网调度监控系统 [ 1] 。首都机场供电自动化控制系统的实现, 大大地改进了首都机场传统的供电管理方式, 提高了工作效率和工作质量。