一種基于pscad與plc的船舶配電監(jiān)控與導(dǎo)演方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于PSCAD與PLC的船舶配電監(jiān)控與導(dǎo)演方法，其特征在于：PLC對配電設(shè)備進(jìn)行控制和信號采集，PLC通過以太網(wǎng)接收監(jiān)控臺和導(dǎo)演臺的信息，并在遙控狀態(tài)下接收監(jiān)控臺的控制信號；監(jiān)控臺基于WinCC組態(tài)軟件對配電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，導(dǎo)演臺基于PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件對配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)行仿真；建立PSCAD接口模塊，PSCAD接口模塊包括開關(guān)狀態(tài)輸入模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊，開關(guān)狀態(tài)輸入模塊用于導(dǎo)演臺調(diào)用監(jiān)控臺的電氣開關(guān)狀態(tài)信號，數(shù)據(jù)輸出模塊用于實(shí)現(xiàn)監(jiān)控臺與導(dǎo)演臺之間的配電網(wǎng)絡(luò)信息交互，即實(shí)現(xiàn)了WinCC與PSCAD之間數(shù)據(jù)交互，從而實(shí)現(xiàn)了動態(tài)仿真。
【專利說明】—種基于PSCAD與PLC的船舶配電監(jiān)控與導(dǎo)演方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于PSCAD與PLC的船舶配電監(jiān)控與導(dǎo)演方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代船舶電氣化程度越來越高，對電力供給的依賴越來越強(qiáng)，因此電力系統(tǒng)已成為現(xiàn)代船舶不可缺少的重要系統(tǒng)之一，船舶電力系統(tǒng)不僅要在惡劣的情況下保證不中斷對船舶重要設(shè)備的供電，又要在工況繁雜變化的條件下維持較高的供電品質(zhì)。對船舶配電系統(tǒng)供電連續(xù)性的要求也越來越高，對船舶配電系統(tǒng)保護(hù)裝置的要求是能安全地分?jǐn)喽搪返裙收弦鸬倪^電流，同時又要使事故波及的范圍盡可能小，尤其對船內(nèi)重要負(fù)載必須考慮供電的連續(xù)性。因此高質(zhì)量的供配電不但是現(xiàn)代船舶通信自動化的基礎(chǔ)而且對船舶的安全航運(yùn)具有重要意義。供配電管理系統(tǒng)是根據(jù)檢測到的現(xiàn)場信號或輪機(jī)員發(fā)出的控制命令產(chǎn)生開關(guān)量輸出信號，通過接口單元驅(qū)動開關(guān)設(shè)備的操作機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)供配電回路的接通或分?jǐn)?。此系統(tǒng)有利于對電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的采集和分析，同時便于指揮人員對配電狀態(tài)的控制與掌握，從而提高現(xiàn)代船舶的管理水平。
[0003]國內(nèi)船舶供配電監(jiān)測系統(tǒng)中存在數(shù)據(jù)采集不及時、準(zhǔn)確度低以及Can總線局限性等問題，同時為了加強(qiáng)系統(tǒng)故障導(dǎo)演、分析能力，本發(fā)明研制了一種新的基于PSCAD/EMTDC與PLC的現(xiàn)場總線供配電實(shí)時監(jiān)控與導(dǎo)演系統(tǒng)。由于PSCAD無法直接與PLC通訊，不能交互監(jiān)控臺與仿真導(dǎo)演臺信息，因此開發(fā)創(chuàng)建了接口模塊，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控臺與導(dǎo)演臺的信息交互。實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)演臺根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)對配電網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真和分析驗(yàn)證。監(jiān)控臺可以在配電網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行情況下，監(jiān)測配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行工況，實(shí)時顯示船舶配電網(wǎng)絡(luò)信息(包括電流、電壓、功率、頻率、開關(guān)狀態(tài)等)；在配電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常運(yùn)行情況時，能迅速準(zhǔn)確定位故障位置從而及時處理事故，保證用電設(shè)備的供電，并盡量縮短對用電設(shè)備的斷電時間和斷電范圍。本發(fā)明通過操作集中監(jiān)控主機(jī),完成對整個系統(tǒng)的監(jiān)控。并實(shí)時地將操作內(nèi)容和過程存貯到數(shù)據(jù)庫中，以便于信息的查詢和試驗(yàn)過程的回朔，實(shí)現(xiàn)對供配電系統(tǒng)內(nèi)部各種信息的監(jiān)控和管理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種基于PSCAD與PLC的船舶配電監(jiān)控與導(dǎo)演方法，能夠?qū)Υ芭潆娤到y(tǒng)實(shí)時有效監(jiān)控，并能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行仿真。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案:
[0006]一種基于PSCAD與PLC的船舶配電監(jiān)控與導(dǎo)演方法，其特征在于:PLC對配電設(shè)備進(jìn)行控制和信號采集，PLC通過以太網(wǎng)接收監(jiān)控臺和導(dǎo)演臺的信息，并在遙控狀態(tài)下接收監(jiān)控臺的控制信號；
[0007]監(jiān)控臺基于WinCC組態(tài)軟件對配電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，導(dǎo)演臺基于PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件對配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)行仿真；
[0008]建立PSCAD接口模塊，PSCAD接口模塊包括開關(guān)狀態(tài)輸入模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊，開關(guān)狀態(tài)輸入模塊用于導(dǎo)演臺調(diào)用監(jiān)控臺的電氣開關(guān)狀態(tài)信號，數(shù)據(jù)輸出模塊用于實(shí)現(xiàn)監(jiān)控臺與導(dǎo)演臺之間的配電網(wǎng)絡(luò)信息交互，即實(shí)現(xiàn)了 WinCC與PSCAD之間數(shù)據(jù)交互，從而實(shí)現(xiàn)了動態(tài)仿真。
[0009]優(yōu)選地，PSCAD接口模塊還包括外部仿真接口模塊，仿真接口模塊用于監(jiān)控臺直接對導(dǎo)演臺進(jìn)行模擬仿真運(yùn)行控制。
[0010]優(yōu)選地，導(dǎo)演臺調(diào)用監(jiān)控臺的電氣開關(guān)狀態(tài)信號通過如下方法實(shí)現(xiàn)，
[0011]在PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件中建立開關(guān)狀態(tài)輸入模塊，利用Fortran語言編寫鏈接接口模塊，即將生成的接口模塊作為C語言源代碼與PSCAD之間的鏈接接口 ；同時，通過在VC++6.0中編寫程序，建立外部激勵接口 ；在WinCC組態(tài)軟件的C腳本編輯器中，通過C腳本將WinCC中配電設(shè)備電氣開關(guān)信號傳輸?shù)酵獠康膖xt文檔中；PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件采用上述建立的接口調(diào)用WinCC組態(tài)軟件傳送到txt文檔中的電氣開關(guān)狀態(tài)信號，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)演臺與監(jiān)控臺開關(guān)狀態(tài)信號交互，并按照此電氣開關(guān)狀態(tài)信號進(jìn)行實(shí)時動態(tài)模擬仿真。
[0012]優(yōu)選地，監(jiān)控臺與導(dǎo)演臺之間的配電網(wǎng)絡(luò)信息交互通過如下方法實(shí)現(xiàn)，
[0013]在PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件中建立數(shù)據(jù)輸出控制模塊，將仿真生成的數(shù)據(jù)，通過快照的方式將最后一個時刻的數(shù)據(jù)輸出；在們110:組態(tài)軟件的全局腳本的C編譯器中，通過編譯C腳本將PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件中仿真生成的配電網(wǎng)絡(luò)信息讀取出來，將其傳送到WinCC組態(tài)軟件的內(nèi)部變量中進(jìn)行動態(tài)顯示。
[0014]優(yōu)選地，監(jiān)控臺直接對導(dǎo)演臺進(jìn)行模擬仿真運(yùn)行控制通過如下方法實(shí)現(xiàn)，
[0015]在PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件中建立外部仿真接口模塊，通過WinCC組態(tài)軟件的C腳本編譯器與監(jiān)控平臺上的仿真按鈕相連接，用戶可以在監(jiān)控界面直接按下仿真按鈕，使導(dǎo)演臺進(jìn)行模擬仿真。
[0016]優(yōu)選地,監(jiān)控臺和導(dǎo)演臺共用一臺工業(yè)PC機(jī)。
[0017]本發(fā)明具有的有益效果:
[0018]本發(fā)明通過PLC對配電設(shè)備進(jìn)行控制和信號采集，PLC通過以太網(wǎng)接收監(jiān)控臺和導(dǎo)演臺的信息，并在遙控狀態(tài)下接收監(jiān)控臺的控制信號，通過監(jiān)控臺完成對配電系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控，采集信息及時、準(zhǔn)確，并可實(shí)時地將操作內(nèi)容和過程存貯到監(jiān)控臺數(shù)據(jù)庫中，以便于信息的查詢和試驗(yàn)過程的回朔，實(shí)現(xiàn)對配電系統(tǒng)內(nèi)部各種信息的監(jiān)控和管理。本發(fā)明導(dǎo)演臺基于PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件可對配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)行仿真，有效增強(qiáng)了配電系統(tǒng)故障導(dǎo)演、分析能力。本發(fā)明建立了 PSCAD接口模塊，PSCAD接口模塊包括開關(guān)狀態(tài)輸入模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊和外部仿真接口模塊，實(shí)現(xiàn)了 PSCAD與WinCC電氣開關(guān)狀態(tài)信號和狀態(tài)信息以及仿真參數(shù)的動態(tài)交互，即實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控臺與導(dǎo)演臺的信息交互，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)運(yùn)行仿真。由于本發(fā)明建立有外部仿真接口模塊，用戶可以在監(jiān)控界面直接按下仿真按鈕，導(dǎo)演臺即能進(jìn)行模擬仿真，而不用切換界面，這樣更便于指揮人員對配電狀態(tài)的控制與掌握。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明基于PSCAD與PLC的船舶配電監(jiān)控與導(dǎo)演裝置總體框圖；
[0020]圖2是本發(fā)明監(jiān)控與導(dǎo)演系統(tǒng)主界面。
【具體實(shí)施方式】[0021]如圖1所示，整個系統(tǒng)包括管理層、控制層和設(shè)備層，管理層包括監(jiān)控臺和導(dǎo)演臺，控制層包括PLC和接口設(shè)備，設(shè)備層包括模擬操作屏和主回路，其中模擬屏用于電源系統(tǒng)的模擬操作和狀態(tài)顯示，并對配電模塊進(jìn)行本地和遙控切換操作。
[0022]PLC處理器采用CPU315-2PN/DP，接口設(shè)備采用ET200M，PLC對配電設(shè)備進(jìn)行控制和信號采集，PLC通過以太網(wǎng)接收監(jiān)控臺和導(dǎo)演臺的信息，顯示導(dǎo)演臺的電網(wǎng)模擬顯示數(shù)據(jù)，并在遙控狀態(tài)下接收監(jiān)控臺的控制信號。
[0023]監(jiān)控臺采用標(biāo)準(zhǔn)臺結(jié)構(gòu)形式，由PC機(jī)構(gòu)成，軟件平臺為WinCC組態(tài)軟件，監(jiān)控臺基于WinCC組態(tài)軟件對配電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。在配電網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行情況下，監(jiān)測配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行工況，實(shí)時顯示船舶配電網(wǎng)絡(luò)信息(包括電流、電壓、功率、頻率、開關(guān)狀態(tài)等)；在配電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常運(yùn)行情況時，能迅速準(zhǔn)確定位故障位置從而及時切換控制、處理事故，保證用電設(shè)備的供電，并盡量縮短對用電設(shè)備的斷電時間和斷電范圍。
[0024]導(dǎo)演臺與監(jiān)控臺共用一臺工業(yè)PC機(jī)，基于PSCAD/EMTDC電力系統(tǒng)仿真軟件進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行仿真。通過PSCAD/EMTDC軟件內(nèi)模型庫進(jìn)行靜變電源、電氣開關(guān)和電氣線路等設(shè)備及主要元器件的選型。對靜變電源、配電模塊的運(yùn)行狀態(tài)信息(包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的電壓、電流運(yùn)行數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)功率等)進(jìn)行設(shè)定，并進(jìn)行系統(tǒng)電氣仿真計(jì)算，根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果對靜變電源、開關(guān)和電氣線路的參數(shù)進(jìn)行迭代，直至仿真結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。
[0025]建立PSCAD接口模塊，PSCAD接口模塊包括開關(guān)狀態(tài)輸入模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊和外部仿真接口模塊。
[0026]開關(guān)狀態(tài)輸入模塊用于導(dǎo)演臺調(diào)用監(jiān)控臺的電氣開關(guān)狀態(tài)信號，實(shí)現(xiàn)動態(tài)仿真。
[0027]PSCAD中的斷路器采用簡單的開閉模型，這種簡單模型只是在給定的兩個支路阻抗值之間相互切換以模擬斷路器開閉的情況，在仿真程序運(yùn)行的過程中，斷路器分閘電阻和合閘電阻不能變化，只有斷路器的分合狀態(tài)能夠改變，因此為了滿足斷路器模型具有外部激勵接口，同時電氣開關(guān)的外部控制信號和電氣開關(guān)的工作狀態(tài)信息可以動態(tài)實(shí)時顯示，在PSCAD中建立開關(guān)狀態(tài)輸入模塊。利用Fortran語言編寫鏈接接口模塊程序，將生成的接口模塊作為C語言源代碼與PSCAD之間的鏈接接口；同時，通過在VC++6.0中編寫程序，建立外部激勵接口。在WinCC組態(tài)軟件的C腳本編輯器中，通過C腳本將WinCC中配電設(shè)備電氣開關(guān)狀態(tài)信號傳輸?shù)酵獠康膖xt文檔中；PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件采用上述建立的接口調(diào)用WinCC組態(tài)軟件傳送到txt文檔中的電氣開關(guān)狀態(tài)信號，并按照此電氣開關(guān)狀態(tài)信號進(jìn)行實(shí)時動態(tài)模擬仿真。
[0028]數(shù)據(jù)輸出模塊用于實(shí)現(xiàn)監(jiān)控臺與導(dǎo)演臺之間的配電網(wǎng)絡(luò)信息交互，將仿真生成的數(shù)據(jù)，通過快照的方式將最后一個時刻的數(shù)據(jù)輸出；在WinCC組態(tài)軟件的全局腳本的C編譯器中,通過編譯C腳本將PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件中仿真生成的配電網(wǎng)絡(luò)信息讀取出來，將其傳送到WinCC組態(tài)軟件的內(nèi)部變量中進(jìn)行動態(tài)顯示。
[0029]仿真接口模塊用于監(jiān)控臺直接對導(dǎo)演臺進(jìn)行模擬仿真運(yùn)行控制。通過WinCC組態(tài)軟件的C腳本編譯器與監(jiān)控平臺上的仿真按鈕相連接，用戶可以在監(jiān)控界面直接按下仿真按鈕，使導(dǎo)演臺進(jìn)行模擬仿真。
[0030]如圖2所示，在船舶配電監(jiān)控與導(dǎo)演系統(tǒng)的主界面中，左側(cè)八個按鈕包括控制窗口、實(shí)時監(jiān)視、時間記錄、歷史數(shù)據(jù)、閾值設(shè)定、導(dǎo)演開發(fā)、任務(wù)下達(dá)、導(dǎo)演仿真、退出按鈕，按下按鈕分別進(jìn)入相應(yīng)的操作界面，同時在右側(cè)的主面板中即可監(jiān)測配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行工況。
【權(quán)利要求】
1.一種基于PSCAD與PLC的船舶配電監(jiān)控與導(dǎo)演方法，其特征在于:PLC對配電設(shè)備進(jìn)行控制和信號采集，PLC通過以太網(wǎng)接收監(jiān)控臺和導(dǎo)演臺的信息，并在遙控狀態(tài)下接收監(jiān)控臺的控制信號； 監(jiān)控臺基于WinCC組態(tài)軟件對配電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，導(dǎo)演臺基于PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件對配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)行仿真； 建立PSCAD接口模塊，PSCAD接口模塊包括開關(guān)狀態(tài)輸入模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊，開關(guān)狀態(tài)輸入模塊用于導(dǎo)演臺調(diào)用監(jiān)控臺的電氣開關(guān)信號，數(shù)據(jù)輸出模塊用于實(shí)現(xiàn)監(jiān)控臺與導(dǎo)演臺之間的配電網(wǎng)絡(luò)信息交互，即實(shí)現(xiàn)了 WinCC與PSCAD之間數(shù)據(jù)交互，從而實(shí)現(xiàn)了動態(tài)仿真。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PSCAD與PLC的船舶配電監(jiān)控與導(dǎo)演方法，其特征在于:PSCAD接口模塊還包括外部仿真接口模塊，仿真接口模塊用于監(jiān)控臺直接對導(dǎo)演臺進(jìn)行模擬仿真運(yùn)行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PSCAD與PLC的船舶配電監(jiān)控與導(dǎo)演方法，其特征在于:導(dǎo)演臺調(diào)用監(jiān)控臺的電氣開關(guān)狀態(tài)信號通過如下方法實(shí)現(xiàn)， 在PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件中建立開關(guān)狀態(tài)輸入模塊，利用Fortran語言編寫鏈接接口模塊，即將生成的接口模塊作為C語言源代碼與PSCAD之間的鏈接接口；同時，通過在VC++6.0中編寫程序，建立外部激勵接口 ；在WinCC組態(tài)軟件的C腳本編輯器中，通過C腳本將WinCC中配電設(shè)備電氣開關(guān)信號傳輸?shù)酵獠康膖xt文檔中；PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件采用上述建立的接口調(diào)用WinCC組態(tài)軟件傳送到txt文檔中的電氣開關(guān)狀態(tài)信號，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)演臺與監(jiān)控臺開關(guān)狀態(tài)信號交互，并按照此電氣開關(guān)狀態(tài)信號進(jìn)行實(shí)時動態(tài)模擬仿真。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于PSCAD與PLC的船舶配電監(jiān)控與導(dǎo)演方法，其特征在于:監(jiān)控臺與導(dǎo)演臺之間的配電網(wǎng)絡(luò)信息交互通過如下方法實(shí)現(xiàn)， 在PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件中建立數(shù)據(jù)輸出控制模塊，將仿真生成的數(shù)據(jù)，通過快照的方式將最后一個時刻的數(shù)據(jù)輸出，在WinCC組態(tài)軟件的全局腳本的C編譯器中，通過編譯C腳本將PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件中仿真生成的配電網(wǎng)絡(luò)信息讀取出來，將其傳送到WinCC組態(tài)軟件的內(nèi)部變量中進(jìn)行動態(tài)顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于PSCAD與PLC的船舶配電監(jiān)控與導(dǎo)演方法，其特征在于:監(jiān)控臺直接對導(dǎo)演臺進(jìn)行模擬仿真運(yùn)行控制通過如下方法實(shí)現(xiàn)， 在PSCAD電力系統(tǒng)仿真軟件中建立外部仿真接口模塊，通過WinCC組態(tài)軟件的C腳本編譯器與監(jiān)控平臺上的仿真按鈕相連接，用戶可以在監(jiān)控界面直接按下仿真按鈕，使導(dǎo)演臺進(jìn)行模擬仿真。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于PSCAD與PLC的船舶配電監(jiān)控與導(dǎo)演方法，其特征在于:監(jiān)控臺和導(dǎo)演臺共用一臺工業(yè)PC機(jī)。
【文檔編號】H02J13/00GK103746454SQ201310738062
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】彭秀艷, 許濤, 于占東, 王顯峰, 王輝 申請人:哈爾濱工程大學(xué)