一種基于pscad與plc的船舶配電監控與導演方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于PSCAD與PLC的船舶配電監控與導演方法，其特征在于：PLC對配電設備進行控制和信號采集，PLC通過以太網接收監控臺和導演臺的信息，并在遙控狀態下接收監控臺的控制信號；監控臺基于WinCC組態軟件對配電設備進行監控，導演臺基于PSCAD電力系統仿真軟件對配電網絡進行運行仿真；建立PSCAD接口模塊，PSCAD接口模塊包括開關狀態輸入模塊和數據輸出模塊，開關狀態輸入模塊用于導演臺調用監控臺的電氣開關狀態信號，數據輸出模塊用于實現監控臺與導演臺之間的配電網絡信息交互，即實現了WinCC與PSCAD之間數據交互，從而實現了動態仿真。
【專利說明】—種基于PSCAD與PLC的船舶配電監控與導演方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于PSCAD與PLC的船舶配電監控與導演方法。
【背景技術】
[0002]現代船舶電氣化程度越來越高，對電力供給的依賴越來越強，因此電力系統已成為現代船舶不可缺少的重要系統之一，船舶電力系統不僅要在惡劣的情況下保證不中斷對船舶重要設備的供電，又要在工況繁雜變化的條件下維持較高的供電品質。對船舶配電系統供電連續性的要求也越來越高，對船舶配電系統保護裝置的要求是能安全地分斷短路等故障引起的過電流，同時又要使事故波及的范圍盡可能小，尤其對船內重要負載必須考慮供電的連續性。因此高質量的供配電不但是現代船舶通信自動化的基礎而且對船舶的安全航運具有重要意義。供配電管理系統是根據檢測到的現場信號或輪機員發出的控制命令產生開關量輸出信號，通過接口單元驅動開關設備的操作機構來實現供配電回路的接通或分斷。此系統有利于對電力系統運行參數的采集和分析，同時便于指揮人員對配電狀態的控制與掌握，從而提高現代船舶的管理水平。
[0003]國內船舶供配電監測系統中存在數據采集不及時、準確度低以及Can總線局限性等問題，同時為了加強系統故障導演、分析能力，本發明研制了一種新的基于PSCAD/EMTDC與PLC的現場總線供配電實時監控與導演系統。由于PSCAD無法直接與PLC通訊，不能交互監控臺與仿真導演臺信息，因此開發創建了接口模塊，實現了監控臺與導演臺的信息交互。實現了導演臺根據現場數據對配電網絡半實物仿真和分析驗證。監控臺可以在配電網絡正常運行情況下，監測配電網絡運行工況，實時顯示船舶配電網絡信息(包括電流、電壓、功率、頻率、開關狀態等)；在配電網絡出現異常運行情況時，能迅速準確定位故障位置從而及時處理事故，保證用電設備的供電，并盡量縮短對用電設備的斷電時間和斷電范圍。本發明通過操作集中監控主機,完成對整個系統的監控。并實時地將操作內容和過程存貯到數據庫中，以便于信息的查詢和試驗過程的回朔，實現對供配電系統內部各種信息的監控和管理。
【發明內容】
[0004]本發明目的在于提供一種基于PSCAD與PLC的船舶配電監控與導演方法，能夠對船舶配電系統實時有效監控，并能夠實現配電網絡的運行仿真。
[0005]實現本發明目的技術方案:
[0006]一種基于PSCAD與PLC的船舶配電監控與導演方法，其特征在于:PLC對配電設備進行控制和信號采集，PLC通過以太網接收監控臺和導演臺的信息，并在遙控狀態下接收監控臺的控制信號；
[0007]監控臺基于WinCC組態軟件對配電設備進行監控，導演臺基于PSCAD電力系統仿真軟件對配電網絡進行運行仿真；
[0008]建立PSCAD接口模塊，PSCAD接口模塊包括開關狀態輸入模塊和數據輸出模塊，開關狀態輸入模塊用于導演臺調用監控臺的電氣開關狀態信號，數據輸出模塊用于實現監控臺與導演臺之間的配電網絡信息交互，即實現了 WinCC與PSCAD之間數據交互，從而實現了動態仿真。
[0009]優選地，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控臺直接對導演臺進行模擬仿真運行控制。
[0010]優選地，導演臺調用監控臺的電氣開關狀態信號通過如下方法實現，
[0011]在PSCAD電力系統仿真軟件中建立開關狀態輸入模塊，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組態軟件的C腳本編輯器中，通過C腳本將WinCC中配電設備電氣開關信號傳輸到外部的txt文檔中；PSCAD電力系統仿真軟件采用上述建立的接口調用WinCC組態軟件傳送到txt文檔中的電氣開關狀態信號，實現了導演臺與監控臺開關狀態信號交互，并按照此電氣開關狀態信號進行實時動態模擬仿真。
[0012]優選地，監控臺與導演臺之間的配電網絡信息交互通過如下方法實現，
[0013]在PSCAD電力系統仿真軟件中建立數據輸出控制模塊，將仿真生成的數據，通過快照的方式將最后一個時刻的數據輸出；在們110:組態軟件的全局腳本的C編譯器中，通過編譯C腳本將PSCAD電力系統仿真軟件中仿真生成的配電網絡信息讀取出來，將其傳送到WinCC組態軟件的內部變量中進行動態顯示。
[0014]優選地，監控臺直接對導演臺進行模擬仿真運行控制通過如下方法實現，
[0015]在PSCAD電力系統仿真軟件中建立外部仿真接口模塊，通過WinCC組態軟件的C腳本編譯器與監控平臺上的仿真按鈕相連接，用戶可以在監控界面直接按下仿真按鈕，使導演臺進行模擬仿真。
[0016]優選地,監控臺和導演臺共用一臺工業PC機。
[0017]本發明具有的有益效果:
[0018]本發明通過PLC對配電設備進行控制和信號采集，PLC通過以太網接收監控臺和導演臺的信息，并在遙控狀態下接收監控臺的控制信號，通過監控臺完成對配電系統的實時監控，采集信息及時、準確，并可實時地將操作內容和過程存貯到監控臺數據庫中，以便于信息的查詢和試驗過程的回朔，實現對配電系統內部各種信息的監控和管理。本發明導演臺基于PSCAD電力系統仿真軟件可對配電網絡進行運行仿真，有效增強了配電系統故障導演、分析能力。本發明建立了 PSCAD接口模塊，PSCAD接口模塊包括開關狀態輸入模塊、數據輸出模塊和外部仿真接口模塊，實現了 PSCAD與WinCC電氣開關狀態信號和狀態信息以及仿真參數的動態交互，即實現了監控臺與導演臺的信息交互，可實現實時動態運行仿真。由于本發明建立有外部仿真接口模塊，用戶可以在監控界面直接按下仿真按鈕，導演臺即能進行模擬仿真，而不用切換界面，這樣更便于指揮人員對配電狀態的控制與掌握。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明基于PSCAD與PLC的船舶配電監控與導演裝置總體框圖；
[0020]圖2是本發明監控與導演系統主界面。
【具體實施方式】[0021]如圖1所示，整個系統包括管理層、控制層和設備層，管理層包括監控臺和導演臺，控制層包括PLC和接口設備，設備層包括模擬操作屏和主回路，其中模擬屏用于電源系統的模擬操作和狀態顯示，并對配電模塊進行本地和遙控切換操作。
[0022]PLC處理器采用CPU315-2PN/DP，接口設備采用ET200M，PLC對配電設備進行控制和信號采集，PLC通過以太網接收監控臺和導演臺的信息，顯示導演臺的電網模擬顯示數據，并在遙控狀態下接收監控臺的控制信號。
[0023]監控臺采用標準臺結構形式，由PC機構成，軟件平臺為WinCC組態軟件，監控臺基于WinCC組態軟件對配電設備進行監控。在配電網絡正常運行情況下，監測配電網絡運行工況，實時顯示船舶配電網絡信息(包括電流、電壓、功率、頻率、開關狀態等)；在配電網絡出現異常運行情況時，能迅速準確定位故障位置從而及時切換控制、處理事故，保證用電設備的供電，并盡量縮短對用電設備的斷電時間和斷電范圍。
[0024]導演臺與監控臺共用一臺工業PC機，基于PSCAD/EMTDC電力系統仿真軟件進行配電網絡運行仿真。通過PSCAD/EMTDC軟件內模型庫進行靜變電源、電氣開關和電氣線路等設備及主要元器件的選型。對靜變電源、配電模塊的運行狀態信息(包括網絡拓撲結構，系統的電壓、電流運行數據，網絡功率等)進行設定，并進行系統電氣仿真計算，根據仿真計算結果對靜變電源、開關和電氣線路的參數進行迭代，直至仿真結果滿足設計要求。
[0025]建立PSCAD接口模塊，PSCAD接口模塊包括開關狀態輸入模塊、數據輸出模塊和外部仿真接口模塊。
[0026]開關狀態輸入模塊用于導演臺調用監控臺的電氣開關狀態信號，實現動態仿真。
[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，同時電氣開關的外部控制信號和電氣開關的工作狀態信息可以動態實時顯示，在PSCAD中建立開關狀態輸入模塊。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組態軟件的C腳本編輯器中，通過C腳本將WinCC中配電設備電氣開關狀態信號傳輸到外部的txt文檔中；PSCAD電力系統仿真軟件采用上述建立的接口調用WinCC組態軟件傳送到txt文檔中的電氣開關狀態信號，并按照此電氣開關狀態信號進行實時動態模擬仿真。
[0028]數據輸出模塊用于實現監控臺與導演臺之間的配電網絡信息交互，將仿真生成的數據，通過快照的方式將最后一個時刻的數據輸出；在WinCC組態軟件的全局腳本的C編譯器中,通過編譯C腳本將PSCAD電力系統仿真軟件中仿真生成的配電網絡信息讀取出來，將其傳送到WinCC組態軟件的內部變量中進行動態顯示。
[0029]仿真接口模塊用于監控臺直接對導演臺進行模擬仿真運行控制。通過WinCC組態軟件的C腳本編譯器與監控平臺上的仿真按鈕相連接，用戶可以在監控界面直接按下仿真按鈕，使導演臺進行模擬仿真。
[0030]如圖2所示，在船舶配電監控與導演系統的主界面中，左側八個按鈕包括控制窗口、實時監視、時間記錄、歷史數據、閾值設定、導演開發、任務下達、導演仿真、退出按鈕，按下按鈕分別進入相應的操作界面，同時在右側的主面板中即可監測配電網絡運行工況。
【權利要求】
1.一種基于PSCAD與PLC的船舶配電監控與導演方法，其特征在于:PLC對配電設備進行控制和信號采集，PLC通過以太網接收監控臺和導演臺的信息，并在遙控狀態下接收監控臺的控制信號； 監控臺基于WinCC組態軟件對配電設備進行監控，導演臺基于PSCAD電力系統仿真軟件對配電網絡進行運行仿真； 建立PSCAD接口模塊，PSCAD接口模塊包括開關狀態輸入模塊和數據輸出模塊，開關狀態輸入模塊用于導演臺調用監控臺的電氣開關信號，數據輸出模塊用于實現監控臺與導演臺之間的配電網絡信息交互，即實現了 WinCC與PSCAD之間數據交互，從而實現了動態仿真。
2.根據權利要求1所述的基于PSCAD與PLC的船舶配電監控與導演方法，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控臺直接對導演臺進行模擬仿真運行控制。
3.根據權利要求2所述的基于PSCAD與PLC的船舶配電監控與導演方法，其特征在于:導演臺調用監控臺的電氣開關狀態信號通過如下方法實現， 在PSCAD電力系統仿真軟件中建立開關狀態輸入模塊，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組態軟件的C腳本編輯器中，通過C腳本將WinCC中配電設備電氣開關信號傳輸到外部的txt文檔中；PSCAD電力系統仿真軟件采用上述建立的接口調用WinCC組態軟件傳送到txt文檔中的電氣開關狀態信號，實現了導演臺與監控臺開關狀態信號交互，并按照此電氣開關狀態信號進行實時動態模擬仿真。
4.根據權利要求3所述的基于PSCAD與PLC的船舶配電監控與導演方法，其特征在于:監控臺與導演臺之間的配電網絡信息交互通過如下方法實現， 在PSCAD電力系統仿真軟件中建立數據輸出控制模塊，將仿真生成的數據，通過快照的方式將最后一個時刻的數據輸出，在WinCC組態軟件的全局腳本的C編譯器中，通過編譯C腳本將PSCAD電力系統仿真軟件中仿真生成的配電網絡信息讀取出來，將其傳送到WinCC組態軟件的內部變量中進行動態顯示。
5.根據權利要求4所述的基于PSCAD與PLC的船舶配電監控與導演方法，其特征在于:監控臺直接對導演臺進行模擬仿真運行控制通過如下方法實現， 在PSCAD電力系統仿真軟件中建立外部仿真接口模塊，通過WinCC組態軟件的C腳本編譯器與監控平臺上的仿真按鈕相連接，用戶可以在監控界面直接按下仿真按鈕，使導演臺進行模擬仿真。
6.根據權利要求5所述的基于PSCAD與PLC的船舶配電監控與導演方法，其特征在于:監控臺和導演臺共用一臺工業PC機。
【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 優先權日:2013年12月27日
【發明者】彭秀艷, 許濤, 于占東, 王顯峰, 王輝 申請人:哈爾濱工程大學