周利軍 王 磊 車克儉 陳善義

（甘肅省電力公司實(shí)訓(xùn)中心，甘肅 蘭州730050）

0 引言

在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，以軟件代替硬件是未來(lái)的一種發(fā)展趨勢(shì)。

以移動(dòng)通信領(lǐng)域的手機(jī)為例，硬件按鈕手機(jī)用過(guò)幾年后，往往會(huì)發(fā)生操作按鍵故障，并且隨著使用年限增加而不斷加重，最后只好換掉。而觸屏按鈕不會(huì)有接觸不良的物理性故障，這是使得產(chǎn)品的硬件構(gòu)造不斷被軟件功能取代的原因之一。另外，現(xiàn)代工業(yè)的趨勢(shì)不是追逐大批量單一品種，而是多品種、特色化、柔性化的面向多種客戶提供針對(duì)性服務(wù)，這導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)必須是易改變的和智能化的。

在電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，越來(lái)越多的信息處理不能依靠硬件來(lái)完成，那樣不僅代價(jià)太高，體積太大，不易改變，而且有些需求用硬件基本是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，只能通過(guò)軟件仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種思路的改變，除了帶來(lái)類似上述工業(yè)產(chǎn)品的一般性變化之外，還帶來(lái)了電網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)所需要的專門化和柔性化。

1 站端設(shè)備軟件仿真優(yōu)勢(shì)

在電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的廠站現(xiàn)場(chǎng)，工作往往千頭萬(wàn)緒，有時(shí)難免顧此失彼，出現(xiàn)好多細(xì)節(jié)方面的信息不完整導(dǎo)致的失誤。

有過(guò)這樣的事：基建現(xiàn)場(chǎng)的其他設(shè)備都已到場(chǎng)就位，就差廠站終端設(shè)備（RTU）了，與廠家多次聯(lián)系后確認(rèn)，會(huì)在一個(gè)月后到貨，于是現(xiàn)場(chǎng)按此計(jì)劃一邊安排別的工作一邊等著。等到設(shè)備真的到場(chǎng)就位，準(zhǔn)備開(kāi)始調(diào)試時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)從戶外端子箱到轉(zhuǎn)接架之間豎井的通信電纜還沒(méi)放，導(dǎo)致轉(zhuǎn)接架到RTU設(shè)備的對(duì)線工作無(wú)法進(jìn)行。白等了一個(gè)月，本應(yīng)該在等待設(shè)備到貨的空閑時(shí)間里完成的工作，卻要在設(shè)備到貨以后才去補(bǔ)基建遺漏的課。

由此可知軟件仿真RTU對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的意義，除了可以預(yù)調(diào)四遙的功能外，還能夠預(yù)先查驗(yàn)通信鏈路的缺失與不到位之處，從而在等待設(shè)備到位的過(guò)程中，先把鏈路仔細(xì)查一遍，設(shè)備一到位，就可以實(shí)現(xiàn)真正的主站—廠站間通信調(diào)試和數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)位工作。

另一方面，從本質(zhì)上講，RTU點(diǎn)位與主站數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)位工作并不依賴真實(shí)RTU的硬件，因?yàn)閺闹髡緜?cè)看過(guò)去，每一個(gè)點(diǎn)位僅僅是一個(gè)數(shù)據(jù)狀態(tài)而已，只要仿真RTU的點(diǎn)位與設(shè)定真實(shí)硬件RTU所使用的信息表一致，主站并不在乎你那邊是硬件RTU還是仿真RTU，這時(shí)與主站數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)位調(diào)試工作是以同樣的方式進(jìn)行的。

用仿真軟件進(jìn)行調(diào)試的另一優(yōu)勢(shì)是可以根據(jù)需要人為改變點(diǎn)位的數(shù)據(jù)或狀態(tài)，比如遙信取反的設(shè)置、遙測(cè)的限值設(shè)定等，這比在真實(shí)系統(tǒng)上做變位操作安全方便得多。

2 實(shí)習(xí)培訓(xùn)系統(tǒng)中的RTU仿真

電網(wǎng)自動(dòng)化培訓(xùn)系統(tǒng)所要達(dá)到的目標(biāo)，是讓學(xué)員掌握主站—廠站操作的全過(guò)程，學(xué)員自己動(dòng)手操作，自己查證結(jié)果，這樣既簡(jiǎn)單明了，也有利于對(duì)操作的經(jīng)驗(yàn)性理解。

RTU仿真系統(tǒng)用作培訓(xùn)的真正優(yōu)勢(shì)，是設(shè)備的高度柔性化。在硬件RTU設(shè)備中，其配置一旦確定，每次啟動(dòng)時(shí)設(shè)備都會(huì)去檢查配置與硬件是否一致，不能在應(yīng)用界面上進(jìn)行改動(dòng)。但仿真RTU修改配置非常方便，可以直接在設(shè)備配置界面上修改。

圖1 為仿真RTU的配置界面。

圖1 仿真RTU配置界面

使用RTU仿真系統(tǒng)，即使操作失誤，也不會(huì)造成損失。而真實(shí)廠站終端的點(diǎn)位是不可以隨便更改的，這是培訓(xùn)系統(tǒng)仿真的另一優(yōu)點(diǎn)。

此外，對(duì)于新舊各種規(guī)約，在實(shí)際系統(tǒng)上不可能全部碰到，但培訓(xùn)系統(tǒng)的目的是要求學(xué)員全面掌握，起碼也要見(jiàn)過(guò)，有所了解。這種全方位視野的獲得，對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的專責(zé)更為重要，因?yàn)檫@樣能更深刻理解數(shù)據(jù)通信和規(guī)約的歷史演變等更深入的問(wèn)題，不僅知道是什么，而且知道為什么。這些知識(shí)要在真實(shí)的廠站設(shè)備上通過(guò)經(jīng)驗(yàn)積累獲得，需要很長(zhǎng)時(shí)間，甚至沒(méi)有機(jī)會(huì)獲得，比如串口通信規(guī)約，正在逐步被光纖和網(wǎng)絡(luò)所取代，但在現(xiàn)場(chǎng)，不到折舊期年限的設(shè)備必然還將繼續(xù)運(yùn)行，如果出現(xiàn)問(wèn)題還需要維護(hù)。而對(duì)新來(lái)的專責(zé)，他可能接觸不到，也就理解不了這串口規(guī)約為什么要這個(gè)功能。但在設(shè)計(jì)完整的培訓(xùn)系統(tǒng)上，要做到這一點(diǎn)并不困難。

此外，如果要用多種類多臺(tái)套真實(shí)RTU終端來(lái)做培訓(xùn)，設(shè)備必然過(guò)于龐大，成本也太高，安裝調(diào)試的工作量都會(huì)成倍增加，而一套多種類規(guī)約的仿真系統(tǒng)，通常一個(gè)柜子就能包含全部功能，而且可以在每一臺(tái)RTU上任意操作，人不挪位，就可以操作RTU點(diǎn)位，并在主站側(cè)設(shè)備的屏幕上顯示操作所產(chǎn)生的結(jié)果，直觀輕松，高效低成本。

圖2 為該仿真系統(tǒng)的邏輯圖，其中n是一個(gè)建議值，主要從運(yùn)行速度來(lái)考慮，實(shí)際軟件沒(méi)有限制（建議規(guī)約：IEC104、101）。

圖2 集群RTU邏輯圖

3 EMS主站受控壓力測(cè)試

EMS/SCADA系統(tǒng)主站的性能指標(biāo)、它與設(shè)計(jì)值之間數(shù)據(jù)差異的獲得，一直沒(méi)有一個(gè)客觀的可實(shí)測(cè)、可再現(xiàn)的方法。但這種對(duì)主站性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試的要求是客觀存在的，關(guān)鍵是要找到一種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)它。

在雪崩狀態(tài)下主站系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)壓力的耐受性不可能在真實(shí)的站端數(shù)據(jù)涌入的狀態(tài)下去獲取，那樣如未經(jīng)臨床試驗(yàn)就以極端劑量服用藥物一樣危險(xiǎn)，解決的辦法當(dāng)然是設(shè)計(jì)一種仿真環(huán)境，在受控條件下對(duì)主站系統(tǒng)進(jìn)行信息壓力的測(cè)試。由于近幾年網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，這個(gè)工作比以前有了更好的實(shí)現(xiàn)條件。

在串口通信的時(shí)代，要仿真100個(gè)以上的RTU數(shù)據(jù)就已經(jīng)是一件勉為其難的事，因?yàn)榫蘖康囊粚?duì)一接線使物理體系龐大復(fù)雜，工作量十分巨大。更何況在DMS（配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)）中甚至要仿真10 000個(gè)RTU終端！這在串口通信的時(shí)代幾乎是不可能的。借助于網(wǎng)絡(luò)化規(guī)約通信手段，我們可以提供一個(gè)簡(jiǎn)潔便捷的設(shè)計(jì)方案：軟件RTU＋網(wǎng)絡(luò)化通信定義，能比較方便地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這就是集群RTU仿真系統(tǒng)。

在EMS主站測(cè)試方案中，我們可以仿真1 000臺(tái)以上的RTU軟件終端，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的點(diǎn)（遙測(cè)和遙信）不斷進(jìn)行遙信變位和遙測(cè)越限變化，以此對(duì)主站系統(tǒng)進(jìn)行信息壓力耐受性的測(cè)試，并由此驗(yàn)證一個(gè)新上系統(tǒng)的性能是否達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)所規(guī)定的要求。

當(dāng)然，功能方面要做不少開(kāi)發(fā)，比如：重復(fù)定義的批量化實(shí)現(xiàn)、信息壓力的可控性、操作記錄和日志以及異常情況記錄等。

4 結(jié)語(yǔ)

廠站RTU的軟件仿真，最初的動(dòng)力來(lái)自站端的預(yù)調(diào)試需求，專業(yè)人員培訓(xùn)對(duì)系統(tǒng)的要求以及主站系統(tǒng)性能指標(biāo)實(shí)測(cè)的需求逐步擴(kuò)大了它的應(yīng)用范圍。在節(jié)省成本、改善勞動(dòng)強(qiáng)度等方面，RTU軟件系統(tǒng)日益顯示出巨大的優(yōu)越性。我們相信，未來(lái)依靠仿真軟件的柔性化和方便的操作界面，它將獲得更加廣闊的應(yīng)用前景。

［1］張作剛.計(jì)算機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中的應(yīng)用分析［J］.廣東科技，2008（4）

［2］顏旭東.淺談變電所綜自系統(tǒng)調(diào)試階段的質(zhì)量控制［J］.機(jī)電信息，2012（33）