电力系统实验平台智能化改造

惠州学院电子信息与电气工程学院 黄景焕 许逸坤 杨程明 陈 锐 薛雯丽 迟正刚

电力系统实验平台智能化改造

惠州学院电子信息与电气工程学院 黄景焕 许逸坤 杨程明 陈 锐 薛雯丽 迟正刚

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。

电力系统；SCADA；Modbus协议；数据库

0 引言

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。本着培养应用型技术人才的目的，促进我校科研水平符合社会对人才技能需求的发展，现对我校电力系统实验平台进行智能化改造。我校电力系统实验室现有三台WDT-III型电力系统综合实验台(相当于发电厂的现地控制单元LCU)、一台PS-7G型电力系统微机监控实验台、一台20KVA自耦变压器连接380V市电构成无穷大电源、六条不同长度的输电线路和三组不同负荷功率的负载组成。整个一次系统构成一个可变的多机环形电力网络。

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 SCADA系统整体设计思路

系统硬件框架：

实验室设备硬件上为分层分布式系统配置，由PS-7G型电力系统微机监控台上的工业控制机作为主控电脑，采用RS-485转RS-232串口与WDT-III型电力系统综合试验台（或称现地控制单元LCU）、各个线路上的开关站智能仪表、控制执行单元(PLC)进行通信，采用Modbus协议作为通信协议将以上设备互联起来,以此作为本设计的基本骨架。框架如图1所示：

图1 硬件网络框架

2 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。本系统采用串口通信，通信协议为Modbus RTU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。

2.1 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。如图2所示：

图2 问题排查流程图

（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。

2.2 思考

同一Modbus网络上的设备都必须选择相同的传输模式和串口参数，即强调通讯的一致性，条件性；在排查时对可能发生的情况进行分类归序，做出相应的可能性排序及检测成本排序。串口设置的奇偶校验是为检验数据正确性，而Modbus已有CRC检验起一层作用，在软件上可以设置为无奇偶校验即软件不干预，转而交给硬件去处设置奇偶校验，降低通讯出错可能。

2.3 数据库的建立

（1）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；

2）在编写数据库表导出到Microsoft execl时，需要先添加引用Microsoft.Off i ce.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，其运行流程图如图3所示：

图3 数据库流程图

3 结语

至此，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。

[1]傅启国．基于Modbus RTU协议的电力数据采集系统设计[J]．电子世界,2016,(15):84-85．

[2]陈洪元．电力系统智能化调度研究[J]．中国新通信,2015,(24):32．

[3]刘小春．SCADA自动化软件在电力系统监控中的应用[J]．制造业自动化,2012,(04):48-50．

[4]郭永伟．基于Modbus协议的电力监控系统[D]．电子科技大学,2007．

[5]邱吉福．电力系统智能化图形平台的研究[D]．华北电力大学(北京),2006．

[6]刘蕊,高炜欣,柯贤波,李艳．基于SCADA系统的电力系统历史数据库的设计与实现[J]．西北电力技术,2005,(01):16-19+6．

黄景焕（1995—），广东汕尾人，大学本科在读，主要研究方向：电力系统自动化。

杨程明（1995—），广东陆丰人，大学本科在读，主要研究方向：电力系统运行与控制。

陈锐（1995—），广东汕头人，大学本科在读，主要研究方向：电力系统自动化。

许逸坤（1995—），广东汕头人，大学本科在读，主要研究方向：智能电网。

薛雯丽（1996—），广东兴宁人，大学本科在读，主要研究方向：自动控制系统。

迟正刚（1965—），男，山东青岛人，副教授，主要从事电力系统自动化及智能电网方面的教学与科研工作。