电力系统实验平台智能化改造

电力系统实验平台智能化改造

蔡晨罗涛周冲

（国网安徽省电力有限公司芜湖供电公司安徽省芜湖市241000）

摘要：为适应实际电网电力系统智能化发展，对现有的电力系统实验平台进行改造。本设计以C#为开发工具，优化SCADA系统交互界面；采用Modbus协议通用接口，解决系统内设备通信问题，并为后续开发留出统一接口标准；增加数据库功能，为操作人员实现平台间数据共享提供便利。本设计提高了系统的自动化程度及为实验平台后续智能化改造奠定基础。

关键词：电力系统；SCADA；数据库

随着电网规模不大，现代电力系统的结构越来越复杂，维持电网稳定运行的压力也越来越大，对此，各国纷纷提出了各自的智能电网战略。调度是电网运行的中枢，调度自动化系统作为电网运行的基础，己经取得了长足进步，例如普遍采取了可视化等先进的技术手段，并正在向调度智能化发展。其中，狭义的智能调度指调度人员的辅助决策系统，而广义的智能调度包括调度各应用业务的智能化。智能电网技术目前在实际应用中日渐成熟，而国内高等院校在相关教学实践方面还有所欠缺。本设计以上述设备为基础搭建SCADA系统，基于设备硬件，选择C#作为开发工具、选用Modbus协议作为设备通信协议、用SQL数据库搭建数据库平台，最终建立一个可视化图形监控、调度软件，从而实现电力系统实验平台的初步智能化改造[1]。

一、智能化技术概述

智能化技术是一门涵盖多门学科的综合性技术，该技术的主要通过计算机编程，达到接受信息，识别信息，自动反应，并且根据计算中心的判断做出相应动作。智能化技术让设备和机器可以模仿人类的思考模式，并可以单独处理一些高危、高难度的工序。该技术在电气自动化工程中有非常广泛的应用，智能化技术改变了电力系统电气工程自动化的技术水平，提高了整个系统的效率和精确度，降低了在这方面的人力物力消耗[2]。智能化技术在机械设备的应用中，促进了自动化水平的提升，机械设备可以完成一系列的无人工序，实现了电气自动化智能化的功能。以配电网为例，新兴的数字接口调合闸以及智能断路器等技术，实现了二次电缆到数字信号的转变，提高了故障处理能力和系统运行效率。

二、SCADA系统设计

电力实验装置原有的监控系统采用了分层分布式系统配置，其中，上位机和现地控制单元（LCU）之间采用RS一48通讯网络结构，并且通过通讯网络与各开关站的智能仪表、控制执行单元（PLC）相联，可通过局域网与远方调度通讯。该监控系统具有良好的开放性，为后期的二次开发提供了方便[3]。基于上述硬件系统结构，本设计采用C弃语言重新开发了该电力实验系统的SCADA系统。主要分为三个部分，分别为信息采集，信息处理，信息显示。

（一）信息采集

信息采集部分的工作流程为：（1）主机根据通信格式依次向各个微机（下位机）发送查询报文，并对断路器发出开合控制信号。（2）等待数据返回，一旦有数据返回则从数据缓冲区取出数据，并更新数据缓冲区。

（二）信息处理

信息处理部分的工作流程为：1.校验数据，对收到的数据进行CRC校验，如果数据异常则忽略这次数据。2.数据解码，对数据按照通信规则进行解码，得到系统的各个参量。3.数据合理性检测，对系统各个参量进行合理性检测，忽略与实际相差太大的数据。4.数据存储，将数据对应存入数据区[4]。

（三）信息显示

信息显示部分由页面定时器完成对各个数据的更新显示，包括线路参数，发电机参数，负荷参数。

三、SCAOA系统设计总结

本系统采用面对对象的C弃编程语言，人机界面交互具有很好的友好性跟开放性。主界面显示电力系统框架，开关站状态，潮流分布以及报警信息，分界面可以查询每条线路和负荷的参数，包括电压，电流，有功功率，无功功率，相角和功率因数。整个系统的运行周期0.8秒，很好的完成了信息的采集与显示任务，为潮流分析做好数据准备。

四、SCADA系统关键部分介绍

在本系统中，各设备间的信息的稳定快速传输，是SCADA系统正常运行的基本保障。由于设备相关技术资料不齐全，现介绍设备间的通信原理以及其相关参数的获取手段，本方法适用于工程人员在基于某些设备开发具有自主性、开放性系统时，获取设备核心参数的设置方式提供一种思路[5]。本系统采用串口通信，通信协议为ModbusRTU协议。在通信上遇到的问题是工控机与LCU、各开关站单片机的数据传输错误，工控机无法采集到正确的电气参量。

（一）问题排查

下面为排查解决问题的方向和顺序，采用排除法的思想，从硬件再到软件，沿着上位机往下位机方向从上到下逐步排查。硬件是基础，本例中硬件的检查相对比较简单，所以先从硬件着手。在此图，罗列了可能发生问题的情况，并按此排查解决问题。文字仅列举典型排查。

1.RS232/485转换器：①对应接线图分别检查RS232、RS485接口连线是否正确。②用万用表检查RS232接口信号电平是否正常。经过对转换器的检查，排除此硬件损坏可能。2.报文正确性：用“串口助手”调试和观察，发现上位机发送报文无误，排除此可能。3.通信冲突问题：在软件上，设置发送时不接收，接收时不发送，协议也有相关设置，在“串口助手”中检验了设置的有效性，排除此种可能。4.对应参数设置问题：由于下位机被封装，只能在上位机调试。控制单一变量，观察报文，经过几个格式的测试，最终确定正确串口参数设置[6]。

（二）数据库的建立

本系统采用了C#程序语言编程，在进行数据库操作代码编写时，需要注意命名空间和库文件的引用，这样才可以使用库中函数，具体如下。

1.在编写数据库的查询和操作代码时，需要先添加命名空间System.Data和System.Data.SqlClient；在编写数据库表导出到Microsoftexecl时，需要先添加引用Microsoft.Office.Interop.Excel，然后再引用该命名空间。

2.当需要使用局域网内远程访问数据库时，只需确认在公共机的数据库服务及数据库远程连接是打开的，然后在另一台计算机的程序代码编写时，数据库连接的计算机名改为公共机的IP地址即可。

结语：

综上所述，本设计框架及核心部分描述完毕。此SCADA系统，是基于我校电力系统实验室相关设备实现的，现已应用于电力系统分析等课程的教学实践。为建立我校具有自主性、开放性的教学实践平台，在只有一部分设备资料的情况下，通过工程思维的方法，将所遇到的问题，以理论辅以实践的方式逐一解决。文中涉及的一些工作思路，同样适用于其他平台开发基于既有设备的自主性系统，进行智能化改造。

参考文献：

[1]黄景焕，许逸坤，杨程明，等.电力系统实验平台智能化改造[J].电子世界，2017（18）：134，136.

[2]方文田，迟正刚.电力系统实验室智能化改造的设计与实现[J].电子世界，2016（18）：200，封3.

[3]郎华，周经天，周曹庆.基于智能化变电站的500kV线路继电保护改造及发展[J].电力系统装备，2018（9）：126-127.

[4]陈锰.智能化电力营销计量系统改造中的问题及解决方案[J].数字化用户，2017，23（48）：208.

[5]侯铂，李勇，李振友，等.电除尘系统优化配置及智能化改造[J].吉林电力，2018，46（4）：51-53.

[36]张军义.农网配电智能化改造现状与措施[J].中国化工贸易，2017，9（28）：208.