水电站运维仿真平台的制作方法

本发明涉及电力系统仿真领域，具体涉及一种水电站运维仿真平台。

背景技术

计算机监控系统的发展经历了以人工监控，电话调度和远动监控(遥测、遥信、遥调、遥控)为主体，以计算机为核心和以现代数据通信为基础的计算机监控系统等三个阶段。水电厂应用计算机监控系统对提高自动化水平，保证电站实现“无人值班”(少人值守)，提高经济效益，改善劳动条件，促进技术进步都具有十分重要的意义。黑水河流域梯级电站由毛尔盖、色尔古和柳坪三座水电站组成，并设有集控中心，负责完成三站的调度运行工作。各厂站计算机监控系统采用cbsc(computer-basedsupervisorycontrol)结构，即以计算机为基础的监控方式，通过冗余技术的应用，保证系统某一单元或局部环节发生故障时，整个系统和电厂运行还能继续进行。计算机监控系统是厂站自动化控制的中枢，但由于条件限制，流域运维人员对此了解和掌握较为薄弱，由于实际设备在运行中不可擅自操作，对运维人员的系统培训、演练、故障模拟排查等缺乏可应用的平台，使生产人员在业务技能提升方面遭遇瓶颈。基于这些因素，黑水河流域根据流域电站计算机监控系统实际情况自主设计建设了一套计算机监控系统仿真平台，主要解决运维人员在仿真培训、故障处理、技术创新方面的需求。

技术实现要素：

本发明目的在于提供水电站运维仿真平台，能够对水电站的运行进行模拟，从而便于对运维人员进行培训。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

水电站运维仿真平台，其特征在于，包括上位机和下位机，上位机与下位机之间无线连接实现信息交互，使得上位机能够采集下位机数据，并发出控制命令给下位机；下位机包括lcu主站和lcu子站，lcu主站包括核心处理器；lcu子站包括分别插在背板上的电源模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块、温度量输入模块、中断开关量输入模块，lcu主站与lcu子站通过远程i/o连接；核心处理器还与人机交互屏幕连接，模拟量输入模块与模拟量信号发生器连接；数字量输入模块与单极空气开关连接；数字量输出模块通过继电器连接若干指示灯和风扇；温度量输入模块连接温度传感器；中断开关量输入模块也连接有单极空气开关。

作为一种优选技术方案，核心处理器所在背板上插接有远程i/o模块，lcu子站的背板上插接有远程i/o模块；两个远程i/o模块通过75ω同轴电缆连接，实现lcu主站与lcu子站的通信。

作为一种优选技术方案，核心处理器所在背板上插接有两个以太网模块，两个以太网模块与以太网交换机连接，以太网交换机还连接有两个无线ap，其中一个以太网模块与以太网交换机、一个无线ap构成监控0网，另一个以太网模块与以太网交换机、另一个无线ap构成监控1网；lcu主站通过构成的监控0网和监控1网实现与上位机的无线通信。

作为一种优选技术方案，上位机包括上位机服务器、语音服务器、工程师站；

上位机服务器，对下位机采集到的数据进行接收并将接收到的数据入实时数据库及历史数据库，将控制命令下发至下位机，将实时报警信息广播至语音报警服务器，负责运行agc/avc实用功能程序。

语音服务器，接收上位机服务器广播的报文信息，通过数据定义的报警代码对实时信息进行语音报警。

工程师站，上位机、下位机、人机交互屏幕进行维护。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

搭建了水电站运维仿真平台，便于对运维人员进行水电站全面的运维培训。

附图说明

图1为本发明的原理图。

其中，附图标记如下：10-上位机服务器，11-语音服务器，12-工程师站，20-lcu主站，21-lcu子站，22-人机交互屏，23-以太网交换机，24-lcu主站电源，25-lcu子站电源，26-电源开关模块，30-温度传感器，31-模拟量信号发生器，32-继电器，33-指示灯，34-风扇，35-单极空气开关。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图1所示，水电站运维仿真平台，包括上位机和下位机。上位机与下位机之间搭建以太网，形成连接，使得上位机与下位机之间能够进行信息的交互。上位机主要负责完成下位机数据采集、控制命令下发、历史记录及曲线查询等任务，下位机主要负责执行所有子站的do、di、soe、ai、ari等数据采集，同时负责执行上位机下发的控制命令，按流程执行控制操作。

其中，上位机由上位机服务器10、语音服务器11和工程师站12构成。作为一种优选技术方案，上位机服务器采用的型号为hpz230，语音服务器采用的型号为启天mt150，工程师站采用的型号为lenovor400。上位机服务器操作系统部署redhatlinux5.5操作系统。语音机选中winxpsp3操作系统。上位机服务器部署nc2000系统，安装nc2000升级包，配置mysql数据库及历史库进程，实现历史报文及曲线记录查询功能。配置系统自启动.start文件,实现linux系统启动后自动引导nc2000系统启动。配置无线网卡，安装无线网卡芯片8192cu驱动程序，修改系统启动文件，加入无线网卡自动激活联网脚本程序。配置仿真系统图形界面，创建仿真结构图，修改相关数据库完成服务器仿真功能配置。无线网卡的型号为tp-linktl-wl821n。上位机负责对下位机采集到的数据进行接收，并将接收到的数据并入实时数据库及历史数据库，将控制命令下发至下位机，负责将实时报警信息广播至监控局域网内的其他主机(语音服务器)，负责运行agc/avc实用功能程序等。

语音服务器安装nc2000系统基础包，从主机同步数据库。创建语音报文文件，并安装ncdesktop桌面管理软件引导语音进程。安装无线网卡驱动并设置开机自动联网。负责接收上位机服务器广播的报文信息，通过数据定义的报警代码对监控系统实时信息进行语音报警。

工程师站对上位机、下位机、人机界面等设备进行维护。

下位机由仿真控制柜和机组演示柜构成。仿真控制柜用于发出控制指令和接受反馈，机组演示柜用于模拟水电站机组各流程工作状态。仿真控制柜内的屏柜内设有电源开关模块26、lcu主站20、lcu子站21、人机交互屏22、以太网交换机23、无线ap、lcu主站电源24、lcu子站电源25。lcu主站电源和lcu子站电源通过电源开关模块接入外部电压，电源开关模块控制电路之间的导通和截止。lcu主站电源为lcu主站供电，lcu子站电源为lcu子站供电。

lcu主站包括核心处理器，核心处理器连接有远程i/o模块、电源模块和以太网模块。具体的说，核心处理器的型号为昆腾140cpu67160，核心处理器、远程i/o模块、plc电源和以太网模块皆插在背板上，背板的型号为施耐德140xbp01000；lcu主站与lcu子站通过远程i/0模块进行信息交互，lcu主站采用的远程i/o模块的型号为140crp93100，lcu主站的以太网模块的型号为140noe77101，lcu主站采用的lcu主站电源的型号为140cps21400。lcu主站电源与电源模块连接接收电源模块的供电，电源模块将lcu主站电源对输入的电压降压后输出给lcu主站的其他用电模块。

lcu子站包括电源模块、模拟量输入模块(aci)、数字量输入模块(doi)、数字量输出模块(doo)、温度量输入模块(ari)、中断开关量输入模块(ert)。具体的说lcu子站电源、模拟量输入模块、数字量输入模块、温度量输入模块及数字量输出模块皆通过插接在背板上的形式与处理器连接，具体的说，背板的型号为施耐德140xbp01000，lcu子站电源的型号为140cps21400、模拟量输入模块的型号为140aci04000、数字量输入模块的型号为140ddi35300、中断开关量输入模块的型号为140ert85410、温度量输入模块的型号为140ari03010、数字量输出模块的型号为140ddo35300。lcu子站的处理器也连接有远程i/o模块，当然，也是通过插接形式实现连接，此远程i/o模块的型号为140cra93100。lcu子站与lcu主站之间的通信交互是通过两者的远程i/o模块之间通过75ω同轴电缆连接实现的，传输速率10mbps。lcu子站的电源模块将lcu子站输入的电压降压后输出给lcu子站的其他用电模块。

模拟量输入模块可采集4-20ma模拟量输入信号；数字量输入模块负责采集不带时标的开关量输入信号；中断开关量输入模块负责采集带时标输入的开关量信号，时间精度为1ms；温度量输入模块与测温电阻连接，负责完成将测温电阻pt100电阻值转换为实际温度输入；数字量输出模块组成经屏柜端子连接开出继电器，实现控制输出的功能。

lcu主站的以太网模块通过传输线与以太网交换机连接，以太网交换机还连接有无线ap，通过以太网交换机和无线ap搭建以太网网络，实现与上位机服务器、语音服务器、工程师站的无线连接。以太网交换机的型号为思科2960g二层交换机，划分vlan100(监控0网)、vlan200(监控1网)，通过vlan逻辑隔离将监控系统仿真平台网络构建成双网结构，使得一台无线ap、以太网交换器、一个以太网模块构成监控0网，另一台无线ap、以太网交换器、另一个以太网模块构成监控1网。

进一步的，为了构建双套局域网通信，本实施例中,plc主站插接有两块以太网模块，以太网交换机上通过传输线连接有两台无线ap，无线ap的型号为hq2400nr2。

本实施例中，采用双套局域网通信，上位机、下位机之间采用无线通信模式。控制网络采用一台交换机及两台无线ap组成控制网络。通过在交换机上配置两个vlna，实现监控系统双网配置。plc与上位机服务器之间通过无线网络连接，大大减少了实际布线的数量，同时增加了系统接入的灵活性。主服务器通过在linux系统中配置无线网卡，实现开机自动联网通信。语音服务器通过无线网络连接，实现与主服务器间的通信，工程师站通过接入监控0网的无线网络，可方便的实现各服务器间的通信维护，同时可对下位机进行程序连接及维护，大大方便了调试工作，同时也便于维护人员进行系统深入学习。以太网交换机的型号为cisco2960series，无线ap的型号为hq2400nr2。

当然，lcu主站的核心处理器还与人机交互屏连接，人机交互屏主要负责人机交互，提供各状态下的画面实时显示，同时可在人机交互屏发控制命令。人机交互屏的型号为mt8150xv2wv。

值得说明的是，无线通信方式及设备选型仅考虑在仿真平台使用，因无线通信技术在工业实际使用过程易受干扰，不建议在实际生产中使用。

机组演示柜采用标准的45u屏柜，屏柜面板有57只φ22的指示灯33、64只单极空气开关35及一个φ104.8的风扇34(模拟机组)组成。指示灯皆通过继电器32与数字量输出模块连接，若干继电器设置在继电器箱内，指示灯与继电器一一对应连接。单极空气开关采用一极并联接入di公共端，另一极接入数字量输入模块。模拟输入模块与模拟量信号发生器31连接，模拟机组功率输入采集。温度量输入模块与pt100温度传感器30连接。风扇通过继电器与数字量输出模块连。

与所有指示灯亮经数字量输出模块控制继电器实现指示灯控制，用以模拟机组开停机流程，重要状态及事故信号指示，64只单极空气开关分为4组，每组16只，每组的16只单极空气开关皆采用一极并联接入di公共端，其中两组的单极空气开关另一极接入数字量输入模块，另外两组单极空气开关的另一极接入中断开关量输入模块，实现开关量信号输入。

作为一种优选技术方案，继电器的型号为omronmy4nj-d2-j；单极空气开关的型号为施耐德c4。

水电站运维仿真平台具备水电站机组电气事故、机械事故、紧急事故自动控制功能，可通过相关重要事故触发信号的操作触发相关流程启动，实现事故模拟的效果。系统流程执行情况与生产现场完全一致，对生产人员熟悉事故动作情况及掌握系统关键数据帮助很大。

水电站运维仿真平台具备水电站机组负荷调节控制功能，同时，可通过内置于上位机监控系统中的agc/avc控制程序实现有功、无功的自动控制命令下发。通过模拟量信号发生器模拟机组负荷采集，系统程序根据负荷调节pid参数进行计算并执行增减功命令开出，可通过试验负荷变化的各种极端工况掌握负荷调节保护逻辑、负荷pid参数作用到实际开出控制中的作用等，可用于运维人员对负荷调节掌握的进阶培训。

水电站运维仿真平台按照水电站计算机监控系统的实际结构进行设计，具备灵活组态的特性，如毛尔盖电站中，开关站、公用系统、闸门lcu程序在该平台通过简单的硬件组态均可运行，操作简单，为系统培训及创新思路实践提供灵活可变的学习试验平台。

本实施例中，上位机中装有仿真软件，仿真软件模拟实际水电站运维的控制软件，通过在上位机的操作，可以使得机组演示柜模拟水电站机组的工作，上述的模拟量输入模块、模拟量输出模块、温度量输入模块、中断开关量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块皆有多个测点输出，每个测点跟其对应的空气开关、指示灯或风扇一一对应相连，使得通过模拟量输入模块、模拟量输出模块、温度量输入模块、中断开关量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块，完成指令下发，机组演示柜的各个部件对水电站机组工作状态进行模拟，同时能够采集机组演示柜各个部件的状态，将其反馈给上位机，从而在上位机可以对状态进行查询，实现水电机组模拟仿真。具体的，模拟量输入模块、模拟量输出模块、温度量输入模块、中断开关量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块的各个测点检测到的机组演示柜的部件状态代表的含义如下表所示：

配合lcu主站控制程序流程模拟水电机组执行过程如下所述：

开机操作

(1)上位机下停机至空转、空载、发电命令

(2)di19置0、di21置1，退爬行监测反馈，等待时间30s；

(3)di22置0、di23置1，复归制动，等待时间30s(制动在复归位置时不用操作)；

(4)di24置1，开技术供水电动蝶阀，等待时间70s；

(5)di25置0，退主轴密封；

(6)di26置0、di27置1，退导叶接力器锁锭；

(7)ert9、10置1、di3、7、8、18置0，转速大于95％判断，导叶全关复归，机组至空转态；

(8)ert15置1，励磁系统自动远方位置判断，正常不需操作；

(9)、ert17置1、ert16置0，灭磁开关合闸位置判断；

(10)di1置0、di2置1，机端电压大于80％判断，机组至空载态；

(11)ert5置1、ert6置0，出口断路器合闸反馈，机组至发电操作完成。

停机操作

(1)ert5置0、ert6置1，出口断路器分闸反馈，机组至空载态；

(2)ert15置1，励磁系统自动远方位置判断，正常不需操作；

(3)di1置1、di2置0，机端电压小于10％判断，机组至空转态；

(4)di3置1，导叶全关判断；

(5)ert18置1、ert9、10置0，转速小于20％顶制动闸；

(6)di22置1、di23置1，顶制动闸(顶制动闸指示灯亮起后操作)，等待120s；

(7)ert7、8置1，转速小于5％反馈，等待60s；

(8)di22置0、di23置0，复归制动闸；

(9)di26置1、di27置0，投入导叶接力器锁锭反馈；

(10)di25置1，投检修密封反馈；

(11)di19置1、di21置0，投爬行监测反馈；

(12)di6、7、8、9、10置0，冷却水关闭反馈；

(13)di24置0，关技术供水进水蝶阀反馈，机组发电至停机完成。

本发明中，机组演示柜的各个部件代表了实际水电站中的各个设备和各种情况，通过机组演示柜里面部件的演示，使得可以很好的水电站运维人员进行运维培训。