孫玉軍，凌海燕，陳洶

（1.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇南京210003；2.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京210016）

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的破壞將引起電網(wǎng)事故的擴(kuò)大甚至造成系統(tǒng)的崩潰，帶來巨大的損失。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行與控制的要求越來越高[1-3]。當(dāng)電力系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生有功缺額時(shí)，系統(tǒng)的頻率將要下降，嚴(yán)重時(shí)可能引起全同性的頻率崩潰事故。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)突然出現(xiàn)無功缺額時(shí)，系統(tǒng)的電壓將要下降，嚴(yán)重時(shí)可能引起局部電網(wǎng)的電壓崩潰事故。防止這類事故的最有效的措施就是采用低頻低壓自動(dòng)減載及解列裝置，當(dāng)系統(tǒng)頻率或電壓下降時(shí)及時(shí)切除足夠數(shù)量的較次要的用戶負(fù)荷，或在合適的點(diǎn)上將系統(tǒng)解列，以保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)向重要用戶不間斷供電。國內(nèi)外幾乎所有的電網(wǎng)都采用了低頻減載措施，做為電網(wǎng)安全運(yùn)行的最后一道防線。許多電網(wǎng)還采用了低壓減載措施，防止發(fā)生電壓崩潰事故[4]。目前，頻率電壓緊急裝置的普遍做法是根據(jù)實(shí)際工程與用戶的需求，例如定值數(shù)量與內(nèi)容、母線分母運(yùn)行或合母運(yùn)行等需求定制與工程實(shí)際情況相結(jié)合的工程方案和程序，對不同的工程需要重新編制和修改工程程序，增加了工程程序的開發(fā)難度和時(shí)間，降低了裝置運(yùn)行的可靠性。介紹了一種新的組態(tài)式頻率電壓緊急控制裝置軟件。該軟件使用組態(tài)技術(shù)，通過組態(tài)方式設(shè)定頻率電壓緊急控制裝置的功能，將裝置的功能設(shè)定、定值管理等工程數(shù)據(jù)與工程程序分離，大大提高工程程序的通用性、擴(kuò)展性和可靠性。

1 SCS-200A硬件平臺概述

裝置的中央處理模塊使用32位ARM處理器，不僅處理速度更快，而且內(nèi)存空間更大，可以訪問的內(nèi)容更多，為使用組態(tài)式軟件提供了良好的硬件基礎(chǔ)。中央處理模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理，故障判斷和出口控制等功能。

SCS-200A頻率電壓緊急控制裝置采用按鍵及旋鈕配合的方式，方便柜前人機(jī)對話，采用長壽命寬溫TFT彩色液晶實(shí)現(xiàn)漢字顯示，用中文打印報(bào)告。

2 軟件設(shè)計(jì)原則

（1）軟件設(shè)計(jì)模塊化。將整個(gè)軟件按照不同功能進(jìn)行模塊劃分，分析與調(diào)整各模塊之間的依賴關(guān)系，保持各模塊的相對獨(dú)立性。

（2）軟件設(shè)計(jì)分層抽象。各個(gè)功能模塊設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行分層抽象，隔離軟件的變化部分。例如硬件驅(qū)動(dòng)層和硬件訪問層的分層抽象，簡化了軟件邏輯。

（3）隔離數(shù)據(jù)與程序邏輯。數(shù)據(jù)作為可修改的配置或組態(tài)信息，概括用戶需求的變化部分；程序邏輯決定程序的結(jié)構(gòu)，解析數(shù)據(jù)部分，控制程序的流程。運(yùn)用上述軟件設(shè)計(jì)原則，提高了頻率電壓緊急控制裝置軟件的靈活性、適應(yīng)性和穩(wěn)定性。同時(shí)，降低了軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提高代碼的可維護(hù)性，增強(qiáng)了代碼的可復(fù)用性。

3 軟件設(shè)計(jì)

SCS-200A頻率電壓緊急控制裝置的主要功能是在電力系統(tǒng)頻率電壓下降或升高的過程中，采取切機(jī)切負(fù)荷的方式，保持電網(wǎng)頻率與電壓的穩(wěn)定。頻率電壓緊急控制裝置的主控單元主要包含以下功能模塊：

（1）功能設(shè)定模塊；（2）數(shù)據(jù)采集與處理模塊；（3）定值管理模塊；（4）故障判斷模塊；（5）出口控制模塊；（6）通信接口模塊等。

對于電子商務(wù)運(yùn)營課程教學(xué)離不開實(shí)踐環(huán)節(jié)，在理論教學(xué)的過程中需要適當(dāng)?shù)奶峁?shí)踐環(huán)境，方便學(xué)生在學(xué)習(xí)理論之后可以通過實(shí)踐教學(xué)更好的理解、掌握和運(yùn)用相關(guān)知識點(diǎn)。

每個(gè)模塊都有其特點(diǎn)，按照各個(gè)模塊特點(diǎn)設(shè)計(jì)組態(tài)配置方式與內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的組態(tài)化配置。

3.1 功能設(shè)定模塊

SCS-200A頻率電壓緊急控制裝置的功能設(shè)定模塊的主要任務(wù)是指定本裝置需要實(shí)現(xiàn)的功能和各個(gè)功能的細(xì)節(jié)內(nèi)容。

SCS-200A頻率電壓緊急控制裝置具有低頻減載、低壓減載、過頻切機(jī)、過壓切機(jī)等功能，具體到不同的工程時(shí)，各個(gè)工程的功能需求不盡相同。同時(shí)，每個(gè)功能的需求也有差異，主要是對各功能具備的輪次數(shù)量與輪次類型的要求不一樣。對此，設(shè)計(jì)了功能設(shè)定的組態(tài)配置方式，包含功能選擇和各功能的輪次設(shè)定。組態(tài)配置中包含功能選擇字段：通過設(shè)置該字段中相應(yīng)位的值，配置裝置是否具有低頻、低壓、過頻和過壓等功能。每一個(gè)功能都設(shè)置輪次配置字段：通過該字段設(shè)定每個(gè)功能基本輪、特殊輪和加速輪的輪次數(shù)量。裝置主控單元軟件初始化運(yùn)行時(shí)加載上述的配置字段，解析配置裝置的功能模塊，設(shè)定程序執(zhí)行的功能。

功能設(shè)定模塊確定了穩(wěn)定控制裝置的總體功能框架，描述了穩(wěn)定控制裝置需要實(shí)現(xiàn)的功能，確定了各項(xiàng)功能的細(xì)節(jié)，是進(jìn)行其他配置模塊設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

3.2 數(shù)據(jù)采集與處理模塊

SCS-200A頻率電壓緊急控制裝置采集的數(shù)據(jù)主要包括電壓、電流等模擬量輸入和壓板、線路開關(guān)位置信號等開入量輸入。

每個(gè)模擬量都有一系列的屬性，包含類型屬性：電流或電壓；隸屬屬性：屬于哪個(gè)采集單元及哪個(gè)元件；位置屬性：在采集單元中的位置等。軟件處理模擬量輸入時(shí)，都是以元件為單位進(jìn)行的，因此需要根據(jù)配置信息將采集的各個(gè)模擬量重新組織，映射后交由數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行計(jì)算。映射的原理見圖2。

每個(gè)元件的模擬量對應(yīng)的采集單元都可以任意設(shè)定，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)采集單元配置的靈活性和適應(yīng)性。通過映射抽象后，元件模擬量計(jì)算單元得到的都是統(tǒng)一格式的輸入數(shù)據(jù)，映射抽象層封裝了變化部分，降低了元件模擬量計(jì)算單元的復(fù)雜度。

開入量與模擬量類似，也有一系列的屬性，包括開入的位置，開入的類型，開入作用的對象，開入的邏輯有效特性等。這些屬性決定了該開入量在穩(wěn)定控制裝置中的作用以及處理該開入量的算法，因此需要針對這些屬性進(jìn)行開入量的組態(tài)配置設(shè)計(jì)。對應(yīng)開入的每一個(gè)屬性，都有相應(yīng)的組態(tài)配置選項(xiàng)，形成組態(tài)配置信息，工程程序根據(jù)組態(tài)配置信息決定開入的使用算法和使用地點(diǎn)。模擬量和開入是控制裝置監(jiān)測的對象，控制裝置根據(jù)模擬量以及開入量的變化情況決定采取的控制措施。因此模擬量和開入的組態(tài)配置是系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)的重要組成部分。

3.3 定值管理模塊

定值是用戶設(shè)定控制裝置功能的主要方式，而不同的用戶對定值有不同的要求，因此必須對定值進(jìn)行組態(tài)配置。定值管理模塊的首要任務(wù)是提供統(tǒng)一的定值訪問接口。當(dāng)用戶定值發(fā)生變化時(shí)，使用定值組態(tài)配置信息配置定值管理模塊，封裝定值的變化，避免修改訪問接口。

同時(shí)，通過組態(tài)配置后，不能改變用戶的使用體驗(yàn)，顯示給用戶的定值數(shù)量和內(nèi)容都根據(jù)組態(tài)配置的不同進(jìn)行相應(yīng)的變化。

定值的組態(tài)配置按照3個(gè)層次進(jìn)行。第一個(gè)層次也就是最底層的是工程程序中實(shí)際使用的存儲在控制定值區(qū)內(nèi)的定值；第二個(gè)層次是對第一個(gè)層次，即定值區(qū)中定值進(jìn)行映射得到的一張定值映射表；第三個(gè)層次是對第二個(gè)層次，即定值映射表的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述得到的定值映射表結(jié)構(gòu)描述信息。這3個(gè)層次間的關(guān)系見圖3。

定值映射表結(jié)構(gòu)描述是應(yīng)對定值映射表發(fā)生變化時(shí)的處理方法。如通過結(jié)構(gòu)描述可屏蔽工程程序?qū)Χㄖ涤成浔斫Y(jié)構(gòu)的依賴，保持工程程序的獨(dú)立性。如式（1）所示：Pos1是定值在定值映射表中的位置，為了得到該值，需要通過該定值所屬的功能、類型及在該類型中的偏移量查詢定值映射表結(jié)構(gòu)描述。

定值映射表是實(shí)現(xiàn)定值管理模塊通用化的關(guān)鍵一層。定值映射表的結(jié)構(gòu)相對固定，預(yù)先確定了該表中每個(gè)元素的位置與表示的定值含義，工程程序需要使用定值時(shí)，根據(jù)需要使用的定值，確定定值在定值映射表中的位置，即Pos1。然后訪問定值映射表。定值映射表存儲的是定值在裝置定值區(qū)中的偏移位置，即式（2）中的Pos2。根據(jù)Pos2，在裝置定值區(qū)中取得實(shí)際需要使用的定值。該過程使用公式如式（1）所示：

定值設(shè)置模塊的組態(tài)化配置實(shí)現(xiàn)了用戶控制裝置行為差異的統(tǒng)一處理，是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制裝置組態(tài)式軟件的重要組成部分。

3.4 出口控制模塊

SCS-200A頻率電壓緊急控制裝置的輸出主要是接點(diǎn)信號，用于控制電力系統(tǒng)中的斷路器等設(shè)備，是對電力系統(tǒng)的反饋。

出口控制模塊的組態(tài)配置使用定值形式實(shí)現(xiàn)。針對穩(wěn)定控制裝置的每一項(xiàng)功能都有一個(gè)相應(yīng)的定值與之對應(yīng)，同時(shí)，該定值中的每個(gè)位域也與控制裝置的每一個(gè)輸出接點(diǎn)相對應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了每一項(xiàng)功能對每個(gè)輸出接點(diǎn)的控制。

輸出控制是穩(wěn)定控制的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了輸出控制模塊的組態(tài)配置，也就完成了控制裝置了組態(tài)配置。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

SCS-200A頻率電壓緊急控制裝置組態(tài)式軟件在SCS-200A硬件平臺上使用C語言實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，在PC電腦平臺上使用Visual C++6.0編制組態(tài)配置管理界面，形成組態(tài)配置信息。

SCS-200A頻率電壓緊急控制裝置已經(jīng)完成了型式試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，組態(tài)式的工程程序滿足快速、準(zhǔn)確、可靠地執(zhí)行穩(wěn)定控制措施的要求。同時(shí)，對于不同工程的需要，使用本文設(shè)計(jì)的穩(wěn)定控制裝置的組態(tài)式軟件，通過組態(tài)配置，能夠滿足各個(gè)工程的不同需求，實(shí)現(xiàn)工程程序的統(tǒng)一和獨(dú)立。

5 結(jié)束語

本文提出了SCS-200A頻率電壓緊急控制裝置組態(tài)式軟件。該軟件通過對功能設(shè)定、外部輸入、定值管理、出口控制等各模塊的組態(tài)配置設(shè)計(jì)，通過生成的組態(tài)配置信息控制裝置程序的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)了組態(tài)式的控制軟件。這種SCS-200A頻率電壓緊急控制裝置組態(tài)式軟件具有很強(qiáng)的通用性和適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)了同一套軟件適應(yīng)不同工程的目標(biāo)，不但大大縮短了工程開發(fā)和調(diào)試的周期，而且提高了頻率電壓緊急控制裝置的可靠性。

[1] 薛禹勝.綜合防御由偶然故障演化為電力災(zāi)難—北美“8·14”大停電的警示[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27(18)：1-5.

[2] 甘德強(qiáng)，胡江溢，韓禎祥.2003年國際若干停電事故思考[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28(3)：1-4.

[3] 魯宗相.電網(wǎng)復(fù)雜性及大停電事故的可靠性研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29(12)：93-97.

[4] 孫光輝.新原理的電力系統(tǒng)頻率電壓緊急控制裝置的研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，1995，19(11)：21.