一种基于pscad与plc的船舶配电监控与导演方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于PSCAD与PLC的船舶配电监控与导演方法，其特征在于：PLC对配电设备进行控制和信号采集，PLC通过以太网接收监控台和导演台的信息，并在遥控状态下接收监控台的控制信号；监控台基于WinCC组态软件对配电设备进行监控，导演台基于PSCAD电力系统仿真软件对配电网络进行运行仿真；建立PSCAD接口模块，PSCAD接口模块包括开关状态输入模块和数据输出模块，开关状态输入模块用于导演台调用监控台的电气开关状态信号，数据输出模块用于实现监控台与导演台之间的配电网络信息交互，即实现了WinCC与PSCAD之间数据交互，从而实现了动态仿真。
【专利说明】—种基于PSCAD与PLC的船舶配电监控与导演方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于PSCAD与PLC的船舶配电监控与导演方法。
【背景技术】
[0002]现代船舶电气化程度越来越高，对电力供给的依赖越来越强，因此电力系统已成为现代船舶不可缺少的重要系统之一，船舶电力系统不仅要在恶劣的情况下保证不中断对船舶重要设备的供电，又要在工况繁杂变化的条件下维持较高的供电品质。对船舶配电系统供电连续性的要求也越来越高，对船舶配电系统保护装置的要求是能安全地分断短路等故障引起的过电流，同时又要使事故波及的范围尽可能小，尤其对船内重要负载必须考虑供电的连续性。因此高质量的供配电不但是现代船舶通信自动化的基础而且对船舶的安全航运具有重要意义。供配电管理系统是根据检测到的现场信号或轮机员发出的控制命令产生开关量输出信号，通过接口单元驱动开关设备的操作机构来实现供配电回路的接通或分断。此系统有利于对电力系统运行参数的采集和分析，同时便于指挥人员对配电状态的控制与掌握，从而提高现代船舶的管理水平。
[0003]国内船舶供配电监测系统中存在数据采集不及时、准确度低以及Can总线局限性等问题，同时为了加强系统故障导演、分析能力，本发明研制了一种新的基于PSCAD/EMTDC与PLC的现场总线供配电实时监控与导演系统。由于PSCAD无法直接与PLC通讯，不能交互监控台与仿真导演台信息，因此开发创建了接口模块，实现了监控台与导演台的信息交互。实现了导演台根据现场数据对配电网络半实物仿真和分析验证。监控台可以在配电网络正常运行情况下，监测配电网络运行工况，实时显示船舶配电网络信息(包括电流、电压、功率、频率、开关状态等)；在配电网络出现异常运行情况时，能迅速准确定位故障位置从而及时处理事故，保证用电设备的供电，并尽量缩短对用电设备的断电时间和断电范围。本发明通过操作集中监控主机,完成对整个系统的监控。并实时地将操作内容和过程存贮到数据库中，以便于信息的查询和试验过程的回朔，实现对供配电系统内部各种信息的监控和管理。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种基于PSCAD与PLC的船舶配电监控与导演方法，能够对船舶配电系统实时有效监控，并能够实现配电网络的运行仿真。
[0005]实现本发明目的技术方案:
[0006]一种基于PSCAD与PLC的船舶配电监控与导演方法，其特征在于:PLC对配电设备进行控制和信号采集，PLC通过以太网接收监控台和导演台的信息，并在遥控状态下接收监控台的控制信号；
[0007]监控台基于WinCC组态软件对配电设备进行监控，导演台基于PSCAD电力系统仿真软件对配电网络进行运行仿真；
[0008]建立PSCAD接口模块，PSCAD接口模块包括开关状态输入模块和数据输出模块，开关状态输入模块用于导演台调用监控台的电气开关状态信号，数据输出模块用于实现监控台与导演台之间的配电网络信息交互，即实现了 WinCC与PSCAD之间数据交互，从而实现了动态仿真。
[0009]优选地，PSCAD接口模块还包括外部仿真接口模块，仿真接口模块用于监控台直接对导演台进行模拟仿真运行控制。
[0010]优选地，导演台调用监控台的电气开关状态信号通过如下方法实现，
[0011]在PSCAD电力系统仿真软件中建立开关状态输入模块，利用Fortran语言编写链接接口模块，即将生成的接口模块作为C语言源代码与PSCAD之间的链接接口 ；同时，通过在VC++6.0中编写程序，建立外部激励接口 ；在WinCC组态软件的C脚本编辑器中，通过C脚本将WinCC中配电设备电气开关信号传输到外部的txt文档中；PSCAD电力系统仿真软件采用上述建立的接口调用WinCC组态软件传送到txt文档中的电气开关状态信号，实现了导演台与监控台开关状态信号交互，并按照此电气开关状态信号进行实时动态模拟仿真。
[0012]优选地，监控台与导演台之间的配电网络信息交互通过如下方法实现，
[0013]在PSCAD电力系统仿真软件中建立数据输出控制模块，将仿真生成的数据，通过快照的方式将最后一个时刻的数据输出；在們110:组态软件的全局脚本的C编译器中，通过编译C脚本将PSCAD电力系统仿真软件中仿真生成的配电网络信息读取出来，将其传送到WinCC组态软件的内部变量中进行动态显示。
[0014]优选地，监控台直接对导演台进行模拟仿真运行控制通过如下方法实现，
[0015]在PSCAD电力系统仿真软件中建立外部仿真接口模块，通过WinCC组态软件的C脚本编译器与监控平台上的仿真按钮相连接，用户可以在监控界面直接按下仿真按钮，使导演台进行模拟仿真。
[0016]优选地,监控台和导演台共用一台工业PC机。
[0017]本发明具有的有益效果:
[0018]本发明通过PLC对配电设备进行控制和信号采集，PLC通过以太网接收监控台和导演台的信息，并在遥控状态下接收监控台的控制信号，通过监控台完成对配电系统的实时监控，采集信息及时、准确，并可实时地将操作内容和过程存贮到监控台数据库中，以便于信息的查询和试验过程的回朔，实现对配电系统内部各种信息的监控和管理。本发明导演台基于PSCAD电力系统仿真软件可对配电网络进行运行仿真，有效增强了配电系统故障导演、分析能力。本发明建立了 PSCAD接口模块，PSCAD接口模块包括开关状态输入模块、数据输出模块和外部仿真接口模块，实现了 PSCAD与WinCC电气开关状态信号和状态信息以及仿真参数的动态交互，即实现了监控台与导演台的信息交互，可实现实时动态运行仿真。由于本发明建立有外部仿真接口模块，用户可以在监控界面直接按下仿真按钮，导演台即能进行模拟仿真，而不用切换界面，这样更便于指挥人员对配电状态的控制与掌握。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明基于PSCAD与PLC的船舶配电监控与导演装置总体框图；
[0020]图2是本发明监控与导演系统主界面。
【具体实施方式】[0021]如图1所示，整个系统包括管理层、控制层和设备层，管理层包括监控台和导演台，控制层包括PLC和接口设备，设备层包括模拟操作屏和主回路，其中模拟屏用于电源系统的模拟操作和状态显示，并对配电模块进行本地和遥控切换操作。
[0022]PLC处理器采用CPU315-2PN/DP，接口设备采用ET200M，PLC对配电设备进行控制和信号采集，PLC通过以太网接收监控台和导演台的信息，显示导演台的电网模拟显示数据，并在遥控状态下接收监控台的控制信号。
[0023]监控台采用标准台结构形式，由PC机构成，软件平台为WinCC组态软件，监控台基于WinCC组态软件对配电设备进行监控。在配电网络正常运行情况下，监测配电网络运行工况，实时显示船舶配电网络信息(包括电流、电压、功率、频率、开关状态等)；在配电网络出现异常运行情况时，能迅速准确定位故障位置从而及时切换控制、处理事故，保证用电设备的供电，并尽量缩短对用电设备的断电时间和断电范围。
[0024]导演台与监控台共用一台工业PC机，基于PSCAD/EMTDC电力系统仿真软件进行配电网络运行仿真。通过PSCAD/EMTDC软件内模型库进行静变电源、电气开关和电气线路等设备及主要元器件的选型。对静变电源、配电模块的运行状态信息(包括网络拓扑结构，系统的电压、电流运行数据，网络功率等)进行设定，并进行系统电气仿真计算，根据仿真计算结果对静变电源、开关和电气线路的参数进行迭代，直至仿真结果满足设计要求。
[0025]建立PSCAD接口模块，PSCAD接口模块包括开关状态输入模块、数据输出模块和外部仿真接口模块。
[0026]开关状态输入模块用于导演台调用监控台的电气开关状态信号，实现动态仿真。
[0027]PSCAD中的断路器采用简单的开闭模型，这种简单模型只是在给定的两个支路阻抗值之间相互切换以模拟断路器开闭的情况，在仿真程序运行的过程中，断路器分闸电阻和合闸电阻不能变化，只有断路器的分合状态能够改变，因此为了满足断路器模型具有外部激励接口，同时电气开关的外部控制信号和电气开关的工作状态信息可以动态实时显示，在PSCAD中建立开关状态输入模块。利用Fortran语言编写链接接口模块程序，将生成的接口模块作为C语言源代码与PSCAD之间的链接接口；同时，通过在VC++6.0中编写程序，建立外部激励接口。在WinCC组态软件的C脚本编辑器中，通过C脚本将WinCC中配电设备电气开关状态信号传输到外部的txt文档中；PSCAD电力系统仿真软件采用上述建立的接口调用WinCC组态软件传送到txt文档中的电气开关状态信号，并按照此电气开关状态信号进行实时动态模拟仿真。
[0028]数据输出模块用于实现监控台与导演台之间的配电网络信息交互，将仿真生成的数据，通过快照的方式将最后一个时刻的数据输出；在WinCC组态软件的全局脚本的C编译器中,通过编译C脚本将PSCAD电力系统仿真软件中仿真生成的配电网络信息读取出来，将其传送到WinCC组态软件的内部变量中进行动态显示。
[0029]仿真接口模块用于监控台直接对导演台进行模拟仿真运行控制。通过WinCC组态软件的C脚本编译器与监控平台上的仿真按钮相连接，用户可以在监控界面直接按下仿真按钮，使导演台进行模拟仿真。
[0030]如图2所示，在船舶配电监控与导演系统的主界面中，左侧八个按钮包括控制窗口、实时监视、时间记录、历史数据、阈值设定、导演开发、任务下达、导演仿真、退出按钮，按下按钮分别进入相应的操作界面，同时在右侧的主面板中即可监测配电网络运行工况。
【权利要求】
1.一种基于PSCAD与PLC的船舶配电监控与导演方法，其特征在于:PLC对配电设备进行控制和信号采集，PLC通过以太网接收监控台和导演台的信息，并在遥控状态下接收监控台的控制信号； 监控台基于WinCC组态软件对配电设备进行监控，导演台基于PSCAD电力系统仿真软件对配电网络进行运行仿真； 建立PSCAD接口模块，PSCAD接口模块包括开关状态输入模块和数据输出模块，开关状态输入模块用于导演台调用监控台的电气开关信号，数据输出模块用于实现监控台与导演台之间的配电网络信息交互，即实现了 WinCC与PSCAD之间数据交互，从而实现了动态仿真。
2.根据权利要求1所述的基于PSCAD与PLC的船舶配电监控与导演方法，其特征在于:PSCAD接口模块还包括外部仿真接口模块，仿真接口模块用于监控台直接对导演台进行模拟仿真运行控制。
3.根据权利要求2所述的基于PSCAD与PLC的船舶配电监控与导演方法，其特征在于:导演台调用监控台的电气开关状态信号通过如下方法实现， 在PSCAD电力系统仿真软件中建立开关状态输入模块，利用Fortran语言编写链接接口模块，即将生成的接口模块作为C语言源代码与PSCAD之间的链接接口；同时，通过在VC++6.0中编写程序，建立外部激励接口 ；在WinCC组态软件的C脚本编辑器中，通过C脚本将WinCC中配电设备电气开关信号传输到外部的txt文档中；PSCAD电力系统仿真软件采用上述建立的接口调用WinCC组态软件传送到txt文档中的电气开关状态信号，实现了导演台与监控台开关状态信号交互，并按照此电气开关状态信号进行实时动态模拟仿真。
4.根据权利要求3所述的基于PSCAD与PLC的船舶配电监控与导演方法，其特征在于:监控台与导演台之间的配电网络信息交互通过如下方法实现， 在PSCAD电力系统仿真软件中建立数据输出控制模块，将仿真生成的数据，通过快照的方式将最后一个时刻的数据输出，在WinCC组态软件的全局脚本的C编译器中，通过编译C脚本将PSCAD电力系统仿真软件中仿真生成的配电网络信息读取出来，将其传送到WinCC组态软件的内部变量中进行动态显示。
5.根据权利要求4所述的基于PSCAD与PLC的船舶配电监控与导演方法，其特征在于:监控台直接对导演台进行模拟仿真运行控制通过如下方法实现， 在PSCAD电力系统仿真软件中建立外部仿真接口模块，通过WinCC组态软件的C脚本编译器与监控平台上的仿真按钮相连接，用户可以在监控界面直接按下仿真按钮，使导演台进行模拟仿真。
6.根据权利要求5所述的基于PSCAD与PLC的船舶配电监控与导演方法，其特征在于:监控台和导演台共用一台工业PC机。
【文档编号】H02J13/00GK103746454SQ201310738062
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】彭秀艳, 许涛, 于占东, 王显峰, 王辉 申请人:哈尔滨工程大学