Wonderware技術在南瑞繼保電氣公司高壓直流控制保護系統中的應用

項目背景：
　　高壓直流輸電（HVDC）技術提供了大容量長距離輸電的能力，而且在輸電距離超過700Km時，相對于交流輸電具有更經濟的特點。高壓直流輸電技術提供了快速靈活的功率控制能力，可以快速準確地調節網間互送的功率，這種快速調節能力對于保持大電網互聯的穩定性具有獨特的優勢。隨著"西電東送"和"全國聯網"戰略規劃的實施，迎來了直流大發展的局面，至2020年，我國規劃建設中的直流輸電工程接近20個，將成為世界上擁有直流輸電線路最多的國家。

　　直流控制保護系統是直流輸電的核心技術，通過該系統保證直流系統的安全可靠運行。而換流站SCADA系統是HVDC傳輸系統中非常重要的組成部分，它用于監視控制HVDC傳輸系統以及交流系統的運行控制、數據采集和數據處理，同時對其功能和性能也有非常高的要求。

　　換流站SCADA系統的軟硬件，包括對交流開關場（含換流變及備用間隔）、直流開關場、換流站控制樓、閥廳、通訊系統、直流線路、換流站輔助系統等的監視控制以及與遠方調度中心和其他監視場所的通訊接口等。

　　SCADA系統不僅要監視HVDC系統和交流系統的運行狀態，還要安全可靠地發送各級調度人員對HVDC系統及交流系統的控制和操作命令，又要盡量避免運行人員的錯誤操作，以免對電網運行造成嚴重的后果。SCADA系統要監視數千個數字和模擬信號，所有信號的狀態變化都要實時記錄下來并能在事后進行故障分析。

　　SCADA系統是一個模塊化、分布化的計算機網絡系統，層次結構清晰。它由過程監視單元、過程控制單元、圖形操作工作站和主計算機系統組成。所有過程監視與運行的工作站、主計算機通過局域網（LAN）連接，具有信息共享、資源優化使用和功能分布的網絡性能。

　　SCADA系統結構采用開放化設計，將來如有需要便于系統升級和增加新的功能。

　　SCADA系統必須要保證其可靠性，重要的子系統、設備和網絡、通道都要采用冗余體系結構，保證在單通道或單硬件故障下不引起系統故障。

　　南瑞繼保電氣公司在技術引進的基礎上，消化、吸收并改進的直流控制保護系統廣泛采用了Wonderware公司的技術，如Toolkit、InTouch等。由此開發的控制保護系統已在葛南直流改造工程和靈寶背靠背工程中投入運行。
　 行業: 輸配電

軟件:

InTouch
Toolkit

功能與優點：

實時監視控制功能
直流保護定值監視與整定
培訓系統監控功能
遠動系統中的數據采集接口
靈活方便
便于系統擴充升級

系統結構：
　　直流傳輸系統為兩端換流站（一端為整流站，一端為逆變站）與直流線路構成，而背靠背換流站則只有一個換流站（沒有直流線路，整流與逆變都在一個站內）。換流站的系統結構基本類似，葛南直流改造工程中葛洲壩站的系統結構如下圖所示：

　　換流站控制保護系統總體上分為以下幾個子系統，即：

與遠方控制中心（如國調、網省調）的接口子系統，包括：（1）遠動工作站與遠方控制中心的接口; （2）保護故障錄波信息子站、電能量計費裝置與遠方控制中心的接口。
換流站運行人員控制系統，主要包括站LAN網（雙以太網）、運行人員工作站、工程師工作站、站長工作站、事件報警記錄終端、服務器、與原模擬屏的接口等。
直流站控系統和交流站控系統，該部分主要包括站控系統的主機、分布式現場總線和分布式I/O等設備。
直流控制（極控）系統，該部分主要包括每個極的極控系統的主機、分布式現場總線和分布式I/O等設備。
直流系統保護，該部分主要包括換流器保護、直流場保護、直流線路保護、接地極引線保護、換流變保護、直流濾波器保護、交流濾波器保護等。
　　交流保護，該部分主要包括兩站的斷路器保護，葛換線的線路保護和葛洲壩站的母線保護。


Wonderware產品在直流控制保護系統中的應用
　　極控制、極保護與交流站控都采用工業控制計算機，安裝嵌入式NT操作系統，通過現場控制總線CAN、TDM與IO系統進行通訊，從分布式IO系統采集數字量與模擬量信號，并下發控制命令到IO系統。這些計算機系統為分布式系統，計算機數量的多少根據換流極個數（單極、雙極）、交流間隔的多少來決定，因此控制系統與后臺SCADA系統間的通訊接口就要統一，工程的變化、控制主機規模的變化、通訊的數據量與信號類型不能要求通訊接口修改。同時，控制保護主機上運行的程序為基于可視化編程工具生成的軟件，為了便于監視與分析軟件的運行狀況，可視化程序中的信號都可在線監視其運行值。為此，直流控制保護系統采用了Wonderware產品與技術，控制保護主機上運行的程序集成了Woderware公司的I/O Server Toolkit，而后臺監控軟件則采用了InTouch。

1．I/O Server Toolkit的應用

　　控制保護各主機運行的程序集成了I/O Server Toolkit，通過Toolkit提供的API接口，將要監視的信號通過Toolkit與后臺監控軟件、可視化分析工具、本地運行的基于VB開發的就地監控界面、Excel等進行交互，通訊協議則可以選用SuiteLink、NetDDE、DDE等。

2．InTouch的應用

　　人機界面基于InTouch進行了開發。根據直流控制系統的特點和功能要求，SCADA系統中的人機界面功能需要分為以下個應用功能：1）實時監視控制功能；2）相對獨立的直流保護定值監視與整定； 3）培訓系統監控功能 ；4）遠動系統中的數據采集接口

（1） 實時監視控制功能

　　運行人員工作站上運行的實時監視控制InTouch軟件實時監視并控制整個直流控制保護系統的運行，包括一次設備的運行監視與控制、測量信息、控制保護主機的運行狀態。運行人員工作站均為雙顯示器，兩個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、趨勢曲線、ActivX控件等。

　　由于控制保護主機均為冗余系統，正常運行時一臺值班，而另一臺備用。因此運行人員工作站上運行的InTouch軟件通過SuiteLink協議從值班的控制保護主機讀取開關狀態以及其它狀態信息、模擬量信號進行顯示，而運行人員則通過人機界面下發控制命令到相應的值班控制主機，進而通過IO系統到達一次設備控制設備的操作。當控制主機的值班/備用狀態切換時，相應的訪問名自動連接到新的值班系統。

　　控制保護主機及其IO系統產生的事件要求帶有本地時標，通過開放式數據連接ODBC送往系統服務器，由服務器收集并處理后儲存于SQL Server數據庫中，各運行人員工作站則通過InTouch提供的SQL綁定列表功能直接從數據庫中讀取并顯示。

　　控制保護系統的控制功能按照功能要求劃分為不同的控制區域，運行人員也配置不同的控制權限，只有具有相應權限的運行人員登錄后才能執行相應區域的控制操作，這樣保證了系統控制的高安全性。

（2） 直流保護定值監視與整定

　　直流保護定值在控制保護系統日常運行中不必監視，更不能隨意修改，要求只有專門的保護工程師在特定的條件下才能進行修改，為此，用InTouch開發一個獨立的應用即直流保護定值監視與整定功能。該應用只顯示保護的定值，并只有在相應權限的保護工程師登錄后并滿足其它特定條件的情況下才能進行修改定值的操作。

（3） 培訓系統監控功能

　　直流控制保護系統要求具有模擬培訓功能，以便在離線情況下培訓運行人員熟悉控制操作過程以及分析、掌握系統在各種操作下的變化行為，同時要求培訓系統又不能影響在線系統的正常運行。為此，配置了培訓模擬系統，而培訓工作站上運行的InTouch人機界面則是在實時監視控制應用基礎上修改而成的應用功能，該應用只監視控制培訓系統控制主機上的運行工況。

（4） 遠動系統中的數據采集接口

　　遠動工作站要求從控制保護系統采集狀態量及模擬量信號并送往遠方調度中心，當然可以通過NetDDE方式從控制保護主機讀取，但NetDDE的速度比較慢，當傳送的數據較多時會嚴重影響控制保護主機的CPU負載以及網絡負載。因此，在遠動工作站上運行InTouch軟件，該應用軟件不是為了監視目的，而是通過它作為Client端采用SuiteLink協議從控制保護主機讀取遠方調度需要的數據，遠動工作站再開發接口程序通過DDE從本地的InTouch應用（此時又相當于Server端）讀取這些數據再按照相應的規約傳送到遠方調度中心。

3. Wonderware通訊協議的應用

　　SuiteLink與NetDDE通訊協議在直流控制保護系統中都得到了廣泛的應用。InTouch應用與控制保護主機的IOServer之間采用SuiteLink通訊，而可視化分析工具則通過NetDDE與控制保護主機進行通訊。

應用情況
　　直由南瑞繼保公司負責的葛南直流改造工程與靈寶背靠背工程的直流控制保護系統都已在現場投入運行或試運行，系統運行穩定可靠。通過開發過程與現場調試、運行，總結出基于Wonderware的技術有如下特點：

1．InTouch軟件靈活方便

　　一般的人機界面都是針對特定行業或系統開發的，具有較大的局限性，若要增加新的功能則要對開發工具增加新的模塊才能實現。而InTouch是面向所有的過程控制，并不針對某個行業，通過編輯腳本可以方便地實現用戶新的要求。

2．便于系統擴充升級

　　基于Wonderware架構的直流控制系統，當一次系統擴充時，其監視控制系統可以比較方便地擴充，如增加一個新的交流間隔，則增加一套新的交流站控系統并在InTouch界面中增加相應的對象即可，而不影響原有系統。