基于Modbus TCP电力监控系统的设计与应用(2)
5.3 通讯模块接口设计 25
5.4 保护项设定 28
5.5 小结 29
6 硬件平台及系统仿真测试 30
6.1 CRD-600智能监控装置及其原理图 30
6.2 CRD-600智能监控单元配置及应用 32
6.3 硬件平台搭建 35
6.4 系统仿真测试及结果 36
6.5 小结 41
论结 42
致谢 43
参考文献 44
1 绪论
1.1 电力监控系统的作用及发展状态
电力监控系统[1]对电力系统的各个运行状态参数进行监测，所监控电力系统的运行和管理得到优化，从而使电力系统在运行中时的可靠性、稳定性、安全性以及经济性等重要性能得到极大的提升。
电力系统监控技术在我国已有50多年的发展。自进入21世纪以来，随着计算机技术、通讯技术以及人工智能技术等技术的快速发展，智能电力监控系统[2] 由于其较高的可靠性和连续性，在电力行业得到了愈加广泛的应用。智能电力监控系统利用计算机、计量保护装置和总线技术，对配电系统的实时数据、开关状态及远程控制进行集中检测和集中管理。智能电力监控系统具有硬/软件模块化、通信网路化、通信信道专用化以及界面图形化等特点，如南瑞集团的ISA-1和DISA、北京哈德威四方的CSC2000、山东大学的ES60、和东方电子的DF3003系列、安科瑞公司的Acerel-2000型电力监控系统在国内均具有较大影响[3]。
在远程监控系统中，远端的设备通过所接入的通信网络被系统监测并控制，主要功能有数据的远程采集和传输、对设备的远程监控以及远程文护。然而，大多数传统的远程监控系统[4]中存在以下3点缺点:
1）无法与系统上层中的信息管理层及决策层实现无缝完美连接；
2) 需要较高的使用成本，但又不能获得较高的工作效率，而且不具备较大的传输速率和可靠性；
3）系统不具备足够的开放性，处于封闭/半封闭的状态，其可扩展能力低、可移植性差。
监控系统通过采集和显示设备对被监控的场所进行监测，并把各种参数传送到监控中心，从而实现统一监控。近几十年来，电力电子技术、计算机技术以及网络技术得到了极快的发展，现代电网也随着生活生产的需要快速发展，其结构日趋复杂，其容量日益扩大，对电网进行管理时所需要的实时信息的数量也大幅度增长，所以，在变电站自动化及调度自动化的实现中，对数据信息通信的要求不断提高；目前，变电站的无人值守及远动控制由于其巨大的优势，已经成为电力系统管理中的一种流行趋势，这种管理方式可通过综合自动化控制[5]来实现，而自动化控制的实现，关键是在于其通信单元的设计。
到目前为止，集散控制系统DCS（Distributed Control System)系统[6]在我国电力行业中得到了非常广泛的应用。在大多数场合，DCS系统都与其他专用控制系统混合使用，其专用系统包括PLC、数据采集器、智能控制器以及智能仪表等设备。如果将这些系统都接入DCS系统统一监视、控制、管理，无疑将会极大提高企业的经济效率和管理水平。目前使用的DCS系统中，大多数都提供了Modbus通信接口，因此，基于Modbus TCP协议，对电力监控系统的方案进行设计将具有巨大的现实意义和很强的可行性。
1.2 现场总线
要实现远程监控，其基础是实现现场总线与以太网的互联[7]。目前为止，还没有统一的现场总线标准，现场总线与以太网通信协议拥有不同的标准，所以互联时首先遇到的问题就是需要协议的转换。在电力监控系统的传统通信方案设计中，面临的主要问题是多种通信接口标准的存在，他们具有各自的优/缺点。各厂商生产的产品使用不同的通信协议和通信方式，进行设计时，为了使数据能够在多种通信协议之间进行转换和传输，必须在系统中增加转换设备[8]，这样一来，电力监控系统的设计成、时间以及文护费用将会会大幅度增加，这样的系统经济性较差。目前，在多种大量的系统通信中，Modbus通信协议已经成为一种通用的标准，它是一种开放的、标准的网络通信协议，广泛大量地应用于工业领域，通过该协议，不同厂商生产的设备就可以以统一的协议方式组成工业网络，从而管理层对网络中的设备进行集中监控和管理。