1         组态目的

电力行业自动化领域包括水电站,变电站,县级调度，泵站及闸门监控等领域。电力监控组态的目的是提取电力系统自动化软件共性的部分,如图形显示,数据处理,报警，控制等部分内容,放在一个公共的平台内，利用这个平台二次开发人员可以方便灵活地实现各种具体的应用要求．这个平台就是组态软件．HG3000使用跨平台QT开发工具，跨平台的数据软件Mysql及面向对象的设计方法．组态软件系统可以运行在单一操作系统环境及混合的操作系统环境．在功能上能够更好地满足水电站，县级调度，变电站，泵站，及闸门及多种系统的使用．

2         分层分布的设计方法

分层分布是水电站监控系统的总体设计原则．即要求电站的厂站层，现地层，功能单元层，各负其责．由下层向上层提供上层所需的功能要求．

3         组态软件的层状结构

组态系统的逻辑层次结构分为:驱动程序层，实时数据库系统层，图形显示层．以及实现三层功能配套的设置及运行程序。 

3.1      驱动层

组态软件驱动层的功能是采集监控系统功能单元的实时数据，并向实时数据库中传送，并且由本层功能将上层的命令下发到各个功能单元中去．驱动层的表现形式是驱动程序．根据驱动程序功能侧重点的不同分为如下两种类型：采集型与控制算法型．采集型的主要完成功能是采集实时数据，例如各种板卡及ＰＬＣ的通讯程序就是采集型，调度通讯程序也属于采集型驱动．控制算法型的主要是完成某种控制功能如水电站监控系统中的ＡＧＣ与ＡＶＣ调节以及经济运行等高级运行功能．

3.2      实时数据库层

       实时数据库是组态软件中的中间层．目的是综合运算各驱动程序所采集的实时数据．转发各种实时数据，进行自动报警处理，语音报警，向上位程序提供所需显示的量，向驱动层发布上层界面传下来的命令．实时数据层的表示形式是实时数据库管理程序．

3.3      图形显示层

       图形显示层是组态软件的顶层．使用图形化的界面显示实时值与实时状态．

图形显示层的表现程序是图形绘制程序与图形运行显示程序．

3.4      在分布式系统中各层之间的关系

组态软件可以支持集中监控的监控模型及分布控制的监控模式．集中监控模型主要用于变电站监控及小型水电站机组监控．分层分布的控制模式主要用于中大型水电站的控制分布要求．下图表示了较为复杂的分布型控制，软件实现结构．

图2 基于分层分布的组态运行模式

上图显示：

1)      组态的实时数据库在硬件上通过以太网络相互联系．

2)      各个驱动程序与实时数据库之间可以双向交互数据与控制

3)      控制驱动算法可以通过实时数据库完成各种控制算法，此方式适合AGC AVC调功程序及各种调度控制程序的开发．图中示例了一根由上位机控制型驱动通过实时数据库到下位机１中的采集驱动2的控制线条．

4         组态软件的工具包

1）画面绘制程序

绘制程序用来绘制电厂监控系统的主接线图，流程图，曲线图，状态图等画面．

２）组态运行程序

       组态运行程序是系统的运行环境，用户在运行环境内可以操作整个监控系统

３）组态参数设置程序

组态的参数设置程序用来配置整个组态的参数内容．主要设置项目包括站点，遥信，遥测与遥脉等信息．

４）历史数据查询程序

历史数据主要包括电力系统中的负荷表，操作记录，运行记录，及各种统计信息．

５）AGCAVC

专用于水电厂监控系统的控制程序，可以实现水电站运行所需的ＡＧＣ与ＡＶＣ的功能内容．包括有功无功的到位停止，恒功率因数运行等内容．

６）短信查询程序

使用短信方式查询电厂当日运行统计信息．

７）设备驱动包

       包括各种电力通用协议，CDT, POLLING ,施耐德ＰＬＣ等近百种国内外电力设备厂商的驱动程序.

5         运行平台

操作系统:

Linux

Solaris  - 9 or later

Windows 2000，XP

数据库: 

MYSQL  5.0

硬件要求：

CPU：PⅢ800以上；

内存：256M；

硬盘：10GB以上；

网卡：100M网卡。

6         系统功能

6.1      数据采集与处理

系统支持如下量的处理

模拟量输入：电气模拟量（电压，电流，功率）非电气模拟量（压力，油位，温度等）。

开关量输入：开关量主要指刀闸，断路器，隔离开关的位置信号。

脉冲量：有功与无功的电能量。

电量：电压，电流，有功功率，无功功率，功率因数，频率及电能。

计算量：计算量是一个基于实际量而产生的虚拟量，如全厂的总有功与总无功量。

人工设定值：监控系统支持可以手工设定量，用于系统中一些非采集量的设置。

6.2      运行安全监视

越复限监视：对于需要报警的模拟量，一般需要设置四个限值，上上限，上限，下限，下下限，当模拟量越限时，系统记录越限时间与越限方式，并报警，根据需要可以打印报警记录。

事故故障判断与显示：当重要开关量动作时，如断路器异常跳闸等情况出现，系统自动推出相关画面，记录动作时间和名称。

趋势分析：对于系统中的某些特殊点如发电机定子温度、轴承温度等，对于其波动范围作一个限制，当波动越限时，系统将产生预警信号，以便运行人员采取措施预防烧瓦等严重事故。

事故追忆：监控系统中可以进行事故追忆定义，在用户定义的事故源中，如果发生事故变位，这启动事故追忆。事故追忆系统将记录相关的被追忆的量在事故发生前后的值，便于用户查找事故原因。

6.3      设备操作监视

开停机操作：发出开停机指令，弹出开停机流程画面

设备倒闸操作：对设备倒闸，系统会根据安全设置自动判断倒闸的安全条件。

厂用电操作：厂用电操作同样需要做安全环境的判断

辅机设备操作：直接操作辅机设备完成辅机控制

6.4      控制权限

防串操作：为了防止不同的人员在分布式系统中的不同位置同时操作一个设备引发意外故障，整个系统在同一时刻只允许一个操作员对系统进行控制操作。

用户权限：系统担任所有用户的管理程序，可以更改用户的密码与权力指数，当用户权力指数大于需要控制对象的权力指数时，该用户登录后即可对对象进行操作。

6.5      AGC 和AVC

机组调节可利用开环调节和闭环调节。开环调节由用户指定每次调节的大小；闭环调节实现了AGC功能，包括按目标值调节，恒有功调节，恒无功调节，恒功率因数调节，按日负荷曲线运行等。如电站有前池，则可按前池水位调节。

6.6      运行日志与报表

系统提供可自定义的运行日志，同时提供如下报表和统计表，包括24小时负荷统计、24小时模拟量统计、开关量动作记录、报警记录、电量越限记录、模拟量越限记录、事故追忆、事件顺序记录SOE、控制操作记录、用户登录记录、设备运行统计（分断路器、发电机）。

6.7      数据通信

电厂监控包括两类通讯，厂内通迅与厂外通讯。厂内通讯设备主要是指监控系统内部通讯，主要设备有温巡，PLC，励磁，调速，振动摆度等设备。厂外通讯通常是指监控系统与第三方软件的通信，如调度，水情测报系统，厂内MIS系统。

组态系统以驱动程序的方式实现与各种设备与系统之间的通信功能。特点是灵活方便可扩充性强。具备常用设备的通讯程序，OMRON，GE， Schneider等和常用的调度通讯协议CDT，POLLING。

6.8      人机界面

系统的绘图功能含有丰富的图形元素和常用的电力系统图元。适合表现电站内的各种监控场景画面。系统的例子工程带有常用的画面如开停机流程图，油气水封图，机组光字牌等。对于用户的各种显示需求，系统都能够满足使用。对于特殊的显示要求系统提供插件显示功能，可以根据需要定制相应的显示效果。系统的可定制对话框制作可以现场需要进行定制使用。

6.9      多媒体功能

多媒体功能在监控系统中大量使用，如语音报警功能，电话查询功能。这些功能的使用延伸了监控系统的使用范围，并且大大降低了操作员的工作强度。

6.10自诊断与远方诊断功能

监控系统带有相应的驱动程序支持远程查询与诊断操作。如电话传数功能支持使用电话线将监控系统的数据传送到远方监视端。随着远程技术的丰富，如GPRS,光纤等通讯媒介将逐步进入到水电厂监控领域中来。

7         HG3000技术特点

跨平台性，系统可以在单一或混合操作系统平台上运行

适合电力系统自动化各种监控系统包括水电站，变电站，泵站，闸门监控，县级调度系统．

客户服务器体系结构，使用层状设计方法

网络化设计， 基于网络通讯的组态软件设计

基于TCP/IP 通讯的可靠联接

系统功能模块分解、组合方便，并创建数据处理的引擎实时数据库

丰富的历史数据功能

面向对象的图形绘制管理系统

支持对象多态表示的超级图元

丰富的系统驱动程序，支持国际协议OPC

灵活的数据配置方式，整个系统无规模限制

低硬件配置，系统高性能运行

双屏显示，系统支持两块显示屏进行单独显示与控制

双机热备，备用机在主用机失效时可随时顶替主用机的功能

灵活的参数设置，类似于excel的操作完全满足现场人员的参数配置工作

插件技术，使用插件技术的显示与应用功能扩展，可以将监控系统的功能按用户需要进行定制

8         基本技术指标

8.1      系统设计容量

系统设计每个机组LCU的最高采集点数包括非电气模拟量1024点，电气模拟量128路，状态量2048点，保护量2048点，电度量512点，并可根据实际情况扩充。系统所支持的LCU数目可以根据实际情况任意配置。

8.2      精度

电气模拟量(交流采样)：

频率：0.01级（±0.01%），数字计算的精度0.001级（±0.001%）

电流、电压：0.2级（±0.2%），数字计算的精度0.05级（±0.05%）

有功功率、无功功率：0.5级（±0.5%），数字计算的精度0.1级（±0.1%）

功率因素：1.0级（±1.0%），数字计算的精度0.2级（±0.2%）

非电气模拟量(直流采样)

温度、压力、流量、液位、位移/行程：0.5级（±0.5%），数字计算的精度0.1级（±0.1%）

脉冲量计数最高频率为20Hz，数字计算的精度0.001级（±0.001%）

数据传送的误码率≦10^-6。

8.3      实时性

状态和报警点采集周期：1s。

模拟点采集周期：电量    1s；非电量  1~30s。

事件顺序记录点(SOE)分辨率: 1级≤15ms（行业标准为20ms）；2级≤8ms（行业标准为10ms）；3级     ≤4ms（行业标准为5ms）。

现地控制单元级装置接受控制命令到开始执行的时间小于1s。

供事件顺序记录使用的时钟同步精度为1ms。

8.4      人机接口响应时间

调用新画面的响应时间：半图形显示：≤2s；全图形显示：≤3s。

在已显示画布实时数据刷新时间从数据库刷新后算起不超过1~2s。

操作员执行命令发出到控制单元回答显示的时间不超过1~3s。

报警或事件产生到画面字符显示和发出音响的时间不得超过2s。

8.5      现地控制响应时间

有功功率联合任务执行周期为3~15s；无功功率联合任务执行周期为3~15s。

一次主接线图

开机图