Wonderware技术在南瑞继保电气公司高压直流控制保护系统中的应用

项目背景：
　　高压直流输电（HVDC）技术提供了大容量长距离输电的能力，而且在输电距离超过700Km时，相对于交流输电具有更经济的特点。高压直流输电技术提供了快速灵活的功率控制能力，可以快速准确地调节网间互送的功率，这种快速调节能力对于保持大电网互联的稳定性具有独特的优势。随着"西电东送"和"全国联网"战略规划的实施，迎来了直流大发展的局面，至2020年，我国规划建设中的直流输电工程接近20个，将成为世界上拥有直流输电线路最多的国家。

　　直流控制保护系统是直流输电的核心技术，通过该系统保证直流系统的安全可靠运行。而换流站SCADA系统是HVDC传输系统中非常重要的组成部分，它用于监视控制HVDC传输系统以及交流系统的运行控制、数据采集和数据处理，同时对其功能和性能也有非常高的要求。

　　换流站SCADA系统的软硬件，包括对交流开关场（含换流变及备用间隔）、直流开关场、换流站控制楼、阀厅、通讯系统、直流线路、换流站辅助系统等的监视控制以及与远方调度中心和其他监视场所的通讯接口等。

　　SCADA系统不仅要监视HVDC系统和交流系统的运行状态，还要安全可靠地发送各级调度人员对HVDC系统及交流系统的控制和操作命令，又要尽量避免运行人员的错误操作，以免对电网运行造成严重的后果。SCADA系统要监视数千个数字和模拟信号，所有信号的状态变化都要实时记录下来并能在事后进行故障分析。

　　SCADA系统是一个模块化、分布化的计算机网络系统，层次结构清晰。它由过程监视单元、过程控制单元、图形操作工作站和主计算机系统组成。所有过程监视与运行的工作站、主计算机通过局域网（LAN）连接，具有信息共享、资源优化使用和功能分布的网络性能。

　　SCADA系统结构采用开放化设计，将来如有需要便于系统升级和增加新的功能。

　　SCADA系统必须要保证其可靠性，重要的子系统、设备和网络、通道都要采用冗余体系结构，保证在单通道或单硬件故障下不引起系统故障。

　　南瑞继保电气公司在技术引进的基础上，消化、吸收并改进的直流控制保护系统广泛采用了Wonderware公司的技术，如Toolkit、InTouch等。由此开发的控制保护系统已在葛南直流改造工程和灵宝背靠背工程中投入运行。
　 行业: 输配电

软件:

InTouch
Toolkit

功能与优点：

实时监视控制功能
直流保护定值监视与整定
培训系统监控功能
远动系统中的数据采集接口
灵活方便
便于系统扩充升级

系统结构：
　　直流传输系统为两端换流站（一端为整流站，一端为逆变站）与直流线路构成，而背靠背换流站则只有一个换流站（没有直流线路，整流与逆变都在一个站内）。换流站的系统结构基本类似，葛南直流改造工程中葛洲坝站的系统结构如下图所示：

　　换流站控制保护系统总体上分为以下几个子系统，即：

与远方控制中心（如国调、网省调）的接口子系统，包括：（1）远动工作站与远方控制中心的接口; （2）保护故障录波信息子站、电能量计费装置与远方控制中心的接口。
换流站运行人员控制系统，主要包括站LAN网（双以太网）、运行人员工作站、工程师工作站、站长工作站、事件报警记录终端、服务器、与原模拟屏的接口等。
直流站控系统和交流站控系统，该部分主要包括站控系统的主机、分布式现场总线和分布式I/O等设备。
直流控制（极控）系统，该部分主要包括每个极的极控系统的主机、分布式现场总线和分布式I/O等设备。
直流系统保护，该部分主要包括换流器保护、直流场保护、直流线路保护、接地极引线保护、换流变保护、直流滤波器保护、交流滤波器保护等。
　　交流保护，该部分主要包括两站的断路器保护，葛换线的线路保护和葛洲坝站的母线保护。


Wonderware产品在直流控制保护系统中的应用
　　极控制、极保护与交流站控都采用工业控制计算机，安装嵌入式NT操作系统，通过现场控制总线CAN、TDM与IO系统进行通讯，从分布式IO系统采集数字量与模拟量信号，并下发控制命令到IO系统。这些计算机系统为分布式系统，计算机数量的多少根据换流极个数（单极、双极）、交流间隔的多少来决定，因此控制系统与后台SCADA系统间的通讯接口就要统一，工程的变化、控制主机规模的变化、通讯的数据量与信号类型不能要求通讯接口修改。同时，控制保护主机上运行的程序为基于可视化编程工具生成的软件，为了便于监视与分析软件的运行状况，可视化程序中的信号都可在线监视其运行值。为此，直流控制保护系统采用了Wonderware产品与技术，控制保护主机上运行的程序集成了Woderware公司的I/O Server Toolkit，而后台监控软件则采用了InTouch。

1．I/O Server Toolkit的应用

　　控制保护各主机运行的程序集成了I/O Server Toolkit，通过Toolkit提供的API接口，将要监视的信号通过Toolkit与后台监控软件、可视化分析工具、本地运行的基于VB开发的就地监控界面、Excel等进行交互，通讯协议则可以选用SuiteLink、NetDDE、DDE等。

2．InTouch的应用

　　人机界面基于InTouch进行了开发。根据直流控制系统的特点和功能要求，SCADA系统中的人机界面功能需要分为以下个应用功能：1）实时监视控制功能；2）相对独立的直流保护定值监视与整定； 3）培训系统监控功能 ；4）远动系统中的数据采集接口

（1） 实时监视控制功能

　　运行人员工作站上运行的实时监视控制InTouch软件实时监视并控制整个直流控制保护系统的运行，包括一次设备的运行监视与控制、测量信息、控制保护主机的运行状态。运行人员工作站均为双显示器，两个显示器分别显示不同的一次窗口。窗口中广泛使用了单线图、棒图、饼图、趋势曲线、ActivX控件等。

　　由于控制保护主机均为冗余系统，正常运行时一台值班，而另一台备用。因此运行人员工作站上运行的InTouch软件通过SuiteLink协议从值班的控制保护主机读取开关状态以及其它状态信息、模拟量信号进行显示，而运行人员则通过人机界面下发控制命令到相应的值班控制主机，进而通过IO系统到达一次设备控制设备的操作。当控制主机的值班/备用状态切换时，相应的访问名自动连接到新的值班系统。

　　控制保护主机及其IO系统产生的事件要求带有本地时标，通过开放式数据连接ODBC送往系统服务器，由服务器收集并处理后储存于SQL Server数据库中，各运行人员工作站则通过InTouch提供的SQL绑定列表功能直接从数据库中读取并显示。

　　控制保护系统的控制功能按照功能要求划分为不同的控制区域，运行人员也配置不同的控制权限，只有具有相应权限的运行人员登录后才能执行相应区域的控制操作，这样保证了系统控制的高安全性。

（2） 直流保护定值监视与整定

　　直流保护定值在控制保护系统日常运行中不必监视，更不能随意修改，要求只有专门的保护工程师在特定的条件下才能进行修改，为此，用InTouch开发一个独立的应用即直流保护定值监视与整定功能。该应用只显示保护的定值，并只有在相应权限的保护工程师登录后并满足其它特定条件的情况下才能进行修改定值的操作。

（3） 培训系统监控功能

　　直流控制保护系统要求具有模拟培训功能，以便在离线情况下培训运行人员熟悉控制操作过程以及分析、掌握系统在各种操作下的变化行为，同时要求培训系统又不能影响在线系统的正常运行。为此，配置了培训模拟系统，而培训工作站上运行的InTouch人机界面则是在实时监视控制应用基础上修改而成的应用功能，该应用只监视控制培训系统控制主机上的运行工况。

（4） 远动系统中的数据采集接口

　　远动工作站要求从控制保护系统采集状态量及模拟量信号并送往远方调度中心，当然可以通过NetDDE方式从控制保护主机读取，但NetDDE的速度比较慢，当传送的数据较多时会严重影响控制保护主机的CPU负载以及网络负载。因此，在远动工作站上运行InTouch软件，该应用软件不是为了监视目的，而是通过它作为Client端采用SuiteLink协议从控制保护主机读取远方调度需要的数据，远动工作站再开发接口程序通过DDE从本地的InTouch应用（此时又相当于Server端）读取这些数据再按照相应的规约传送到远方调度中心。

3. Wonderware通讯协议的应用

　　SuiteLink与NetDDE通讯协议在直流控制保护系统中都得到了广泛的应用。InTouch应用与控制保护主机的IOServer之间采用SuiteLink通讯，而可视化分析工具则通过NetDDE与控制保护主机进行通讯。

应用情况
　　直由南瑞继保公司负责的葛南直流改造工程与灵宝背靠背工程的直流控制保护系统都已在现场投入运行或试运行，系统运行稳定可靠。通过开发过程与现场调试、运行，总结出基于Wonderware的技术有如下特点：

1．InTouch软件灵活方便

　　一般的人机界面都是针对特定行业或系统开发的，具有较大的局限性，若要增加新的功能则要对开发工具增加新的模块才能实现。而InTouch是面向所有的过程控制，并不针对某个行业，通过编辑脚本可以方便地实现用户新的要求。

2．便于系统扩充升级

　　基于Wonderware架构的直流控制系统，当一次系统扩充时，其监视控制系统可以比较方便地扩充，如增加一个新的交流间隔，则增加一套新的交流站控系统并在InTouch界面中增加相应的对象即可，而不影响原有系统。