【正文】 0，保護測控裝置NSR500、NSR200、NSR300，第三方保護RELAY、第三方其他智能設備IED等。保護裝置可有下列種類：NSR200系列線路保護裝置，NSR300系列線路保護裝置，NSR500系列成套微機保護裝置。從電力系統(tǒng)中輸入到繼電保護裝置的模擬信號主要有兩類：來自PT 或CT 的交流電壓、電流信號，來自分壓器或分流器的直流電壓電流信號。由于輸入的信號往往不止一個，不可能要A/D 轉換器與這些輸入信號一一對應。這些數字量還應在存儲器中按先后順序排列，以方便處理程序的調用。為了保證系統(tǒng)的可靠性和運行獨立性，通信模塊由一片專門的CPUZ(80C196）負責，與測控保護模塊分開，互不影響。下位機與CAN總線接口的通信，總線控制器可完成CAN 通信協(xié)議所要求的大部分功能，包括數據的組幀、解幀、幀校驗等。各測控保護單元采用雙CPU結構，一塊用于保護，另一塊用于通信。它擁有一套效率高、執(zhí)行速度快的指令系統(tǒng)[3] [16]。分層設計就是分級管理，分層便能減輕所有級別功能系統(tǒng)的負擔。模塊是個相對的概念，它可能既有父模塊又有子模塊，這就涉及到模塊的劃分了。下面，就簡要設計一個模塊。操作員站1操作員站2歷史數據采集站1歷史數據采集站2上屏機工程師站 1工程師站 2主服務器備服務器主前置機備前置機Web服務器終端服務器終端服務器圖33 SCADA服務工作站的硬件配置圖針對電力系統(tǒng)對可靠性的要求極高、采集的信息量很大的特點，系統(tǒng)采用雙網、雙機熱備用體系結構的模式，如上圖所示。雙網是要求系統(tǒng)有通信冗余功能。工程師站、歷史數據采集站、操作員站都采用工控機。Web服務器采用主、備運行模式，負責管理數據庫和維護工作站。4 變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)軟件部分的設計 變電站綜合自動化系統(tǒng)微機監(jiān)控系統(tǒng)對監(jiān)控軟件的要求變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)中，監(jiān)控軟件充當站內保護、測量、控制以及通信裝置與變電站運行人員之間的接口，要求其一方面能夠接收站內保護測量裝置上傳的數據信息，對數據進行一系列處理后，將結果通過人機界面反映給操作運行人員；另一方面能接受站內運行人員的控制命令，并將其下發(fā)給測量、控制和保護裝置，以便實現遙控和遙調操作。因此，監(jiān)控軟件在變電站綜合自動化系統(tǒng)乃至電網自動化系統(tǒng)都起到了非常重要的作用。變電站作為電網中的重要環(huán)節(jié)，它的能否正常運行直接關系到整個電力系統(tǒng)能否正常供電。因此，監(jiān)控系統(tǒng)必須具有很高的可靠性。采用容錯技術可以提高可靠性，然而，故障處理器容錯設計、恢復模塊容錯設計和版式容錯設計等容錯設計方法，技術難度大，技術成本高，有的僅局限于飛機導航等高可靠性系統(tǒng)。因而，提高軟件的可靠性，要從根本上實現軟件工程化，盡可能減少軟件開發(fā)過程中產生的故障。監(jiān)控軟件可以與不同的設備按照不同的通信方式連接；數據的顯示方式也可以根據用戶的需求隨意改變。應用軟件的隨意組合，應用程序的可移植性，是對這方面的基本要求。監(jiān)控系統(tǒng)所監(jiān)視的信息必須及時反應到值班人員面前，值班人員的操作也必須盡快得到執(zhí)行。電力過渡的過程和傳播速度極快，這就要求監(jiān)控軟件具有高速的計算能力，以便及時處理變電站運行中的一切問題[16][19]。模塊化程序設計的方法，是以實現的功能為核心。但是，在設計之初，軟件功能還不很精確性和很不穩(wěn)定，從而使得系統(tǒng)的功能難以精確地表達，而且該方法忽略了系統(tǒng)數據結構，以及隨著開發(fā)的逐步深入，模塊的獨立性也變得較差，從而使得系統(tǒng)整體上缺乏可重用性、可擴充性和可維護性等質量。由于對象表現出很強的獨立性和通用性，使得開發(fā)的軟件具有很強的可重用性、可擴充性和可維護性。此外，面向對象構造系統(tǒng)的思想使得系統(tǒng)的可測性大大增強，而且面向對象編程語言的規(guī)范性較好，使得系統(tǒng)在開發(fā)后期以至維護階段，故障明顯降低。在設計過程中，建立各種對象模型的過程是艱苦和漫長的，需要高超的專業(yè)技術水平。為了使系統(tǒng)結構嚴謹清晰并且完全可靠，通常包含了不少的冗余成分，編程語言的復雜性明顯增加，對程序員的素質要求較高。 從前面的論述可以得出這個結論：這兩種程序設計的方法是各有其優(yōu)缺點的。于是，人們自然想出把它們結合起來用的念頭。因此將這兩種設計方法結合起來既是完全可能的，又很有必要。這樣，這兩種設計和編程方法可以相互補充，把它們的優(yōu)點都展現出來，從而使得它們相得益彰[13][16][19]。下面，就簡要分析其優(yōu)點。（2）使每個層面上的功能減少，從而減輕其難度和負擔。（4）使系統(tǒng)結構變得清晰，有利于系統(tǒng)功能的劃分。分層，就是把系統(tǒng)的功能分級模塊化。本文對變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)設計的全過程中，都體現出了這兩種設計方法。 微機監(jiān)控系統(tǒng)軟件的分析 軟件的層次分析監(jiān)控系統(tǒng)的軟件可以分為三個層次：操作系統(tǒng)、支撐軟件、應用軟件。操作系統(tǒng)位于系統(tǒng)的最底層，它的上面是支撐軟件，應用軟件位于系統(tǒng)的最上層。 應用軟件支撐軟件操作系統(tǒng)圖41 系統(tǒng)軟件層次示意圖本文采用的操作系統(tǒng)，是Microsoft公司的Windows 2000/XP專業(yè)及服務的最新版本。此外，它具有強大的網絡功能，支持客戶/服務器通信方式和流行的許多通信協(xié)議，方便地實現Internet/Intranet的目標。支撐軟件最主要的是數據庫軟件和網絡管理軟件。 監(jiān)控軟件的邏輯構成變電站上位機監(jiān)控系統(tǒng)是調度員、運行管理人員以及他們監(jiān)控的對象變電站的開關和線路等設備的一個中介?；诖?，監(jiān)控軟件在邏輯上可以分成三個部分：數據處理系統(tǒng)、前置機系統(tǒng)和人機聯系工作站。 數據處理系統(tǒng)前置機系統(tǒng)人機聯系工作站圖42 監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯構成數據處理系統(tǒng)是監(jiān)控的核心部分。前置機系統(tǒng)主要與下位機的保護測量裝置打交道，以完成系統(tǒng)與監(jiān)控對象的接口。人機聯系工作站負責向管理和操作人員提供人機界面，如圖形、表格、聲音及動畫等等。另外，監(jiān)控系統(tǒng)本身的許多維護工作也是通過人機聯系工作站進行的[16]。對需求進行詳盡的分析、精確的描述和定義可以縮短開發(fā)周期、降低后期開發(fā)成本，也是設計出高質量、高可靠性軟件的前提工作。因此，在開發(fā)設計軟件之前，必須完全掌握系統(tǒng)要實現的功能。（1）通信功能。上行通信主控程序接收變電站RTU所采集的變電站運行的實時信息，包括遙測量、遙信量、電度脈沖量、事件順序記錄等數據，對各種控制命令的反饋信息等。另外，監(jiān)控主機還與調度控制中心進行通信，其過程類似。對通信程序采集的原始數據進行加工和處理，并進行各種累計和統(tǒng)計運算，以得到變電站運行的監(jiān)控信息。系統(tǒng)對采集到的遙測量、遙信量、保護信息以及開關變位的次數進行監(jiān)視。報警處理分兩種方式,一種是事故報警,包括非操作引起的開關跳閘和保護裝置動作信號。（4）事件順序記錄和事故追憶功能。當變電站發(fā)生故障時，能夠將上報的異常狀態(tài)變化的時間、事件順序地存儲，并能打印。（5）控制與調節(jié)功能。（6）接線圖編輯設計功能和打印功能。本系統(tǒng)提供多種打印功能，可將所關心的數據圖形報表打印出來。打印的方式主要有召喚打印、定時打印、隨機打印。以表格的形式記錄、顯示變電站主要設備運行的數據信息可，代替人工抄表填寫變電站運行報表。（8）參數設置和維護功能。（9）安全管理功能。另外，在遙控和遙調操作時，需要有操作員和監(jiān)護員同時輸入口令才能進行[17][19]。下面就簡要一一介紹。上位機與通信管理機之間的通信協(xié)議采用CDT 規(guī)約，所有信息量由通信管理機主動上傳。各種圖表生成后，必須進行系統(tǒng)的配置。 （3）權限設置模塊。操作人員可以進行控制、調節(jié)操作。每個操作人員的名稱和密碼都由系統(tǒng)管理員負責設置。系統(tǒng)管理員可以進行系統(tǒng)配置的修改、保護定值的修改或定義、添加新增值班人員、刪除原有值班人員、修改值班人員密碼（防止值班人員遺忘自己密碼）等各種操作。 （4）打印模塊。 （5）數據庫模塊。其中，Para文件夾中包含下列內容：系統(tǒng)基本參數、系統(tǒng)運行參數、RTU參數、遙測遙信參數、遙測遙信存盤量參數、電度存盤量參數等等。（6）告警模塊。對于保護、預告、開關動作等各種事件，系統(tǒng)都提供了不同的多媒體語音告警，該語音告警會一直持續(xù)下去直到運行人員來解除報警為止。該模塊包含兩個子模塊：圖形顯示模塊和圖表顯示模塊。它也包括兩個子模塊：開關操作模塊和調壓器操作模塊。同開關分合操作有子模塊一樣，調壓器操作模塊也包含了“選擇”、“執(zhí)行”和“撤消”三個子模塊。定值修改模塊由定值顯示修改模塊和控制字投退模塊兩個子模塊組成[7][9]。在這么短的時間內，全面系統(tǒng)地設計它幾乎是不可能的。 監(jiān)控軟件模塊的劃分鑒于前一節(jié)所述的原因，將對上位機監(jiān)控軟件應用分層、模塊化和面向對象的軟件設計方法進行軟件部分的設計。如圖43所示。在該系統(tǒng)中，數據采集、處理和通信模塊為整個監(jiān)控軟件的基礎。該模塊要完成實時數據的周期性掃描任務，報文翻譯處理，接收下位機測控、保護單元上傳的事故變位、SOE、保護動作、事故記錄和報警等信息，并把這些信息上傳給監(jiān)控主機中相應的模塊；向間隔層裝置傳送控制命令和保護定值修改命令等任務。所有應用軟件模塊通過調用其提供的一系列接口數據，來完成欲開發(fā)的工作。其中，歷史數據庫管理模塊負責歷史數據的定時儲存：歷史數據的更新操作和維護；歷史數據的統(tǒng)計、分析、修改、查找；日報、月報、年報數據的統(tǒng)計存取；曲線數據的定時記錄，報警歷史紀錄的打??；該模塊還提供了友好的人機界面。通信管理模塊負責完成當地監(jiān)控主機與遠方調度的實時通信，上傳調度控制中心所需要的信息，同時接收遠方調度控制中心的下發(fā)的遙控和遙調命令。 命令管理模塊圖形顯示模塊…報警顯示模塊用戶安全管理模塊數據庫管理系統(tǒng)歷史數據庫實時數據庫通信管理模塊遠方調度控制中 心數據采集、處理與通信模塊下位機測控、保護單元圖43 監(jiān)控軟件的功能模塊框圖 監(jiān)控軟件的面向對象的設計如前所述，面向對象技術追求的是軟件系統(tǒng)對現實世界的直接模擬。在微機監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計中，將面向對象技術應用于系統(tǒng)分析、軟件總體設計和具體模塊實現之中，不僅簡化了原有對象模型間的邏輯關系，而且大大提高了軟件的開發(fā)效率和程序代碼質量。監(jiān)控軟件的開發(fā)可分為3個階段：面向對象的分析、面向對象的設計和面向對象的實現。系統(tǒng)分析的目的是理解為滿足現實需求軟件系統(tǒng)所要解決的問題，形成能夠描述實際系統(tǒng)特性和狀態(tài)的對象模型。系統(tǒng)設計是確定高層次的開發(fā)策略；對象設計則是確定對象的細節(jié)。在進行系統(tǒng)設計時，需要按功能對系統(tǒng)進行分層和分塊劃分，得到系統(tǒng)的總體框架。按面向對象的方法，添加一些類以實現這些模塊的功能。 部分軟件模塊設計舉例微機監(jiān)控系統(tǒng)包含很多子功能系統(tǒng)，研究的廣度和深度的辨證關系以及篇幅的限制，不可能對它們一一設計。 報警信息實時處理模塊的設計系統(tǒng)確保對變電站全面監(jiān)控的連續(xù)性正是借助于報警實時處理模塊才得以實現。通過它，操作運行人員便能及時發(fā)現這些情況，明白發(fā)生了什么事情，得到處理這些情況的相關提示等。通過定時檢測信息控制器報警端口的狀態(tài)位，系統(tǒng)可以獲悉現在是否發(fā)生報警以及何處發(fā)生報警，然后決定是否啟動報警響應程序。報警聯動是指當發(fā)生報警時，系統(tǒng)能聯動與該報警事件相關的設備。 報警檢測報警響應報警聯動報警提示開始 圖44 報警實時處理的工作流程圖 系統(tǒng)圖的界面修改系統(tǒng)圖，即一次電氣主接線的模擬圖。系統(tǒng)圖的動態(tài)圖形以及動態(tài)數據隨現場情況變化而變化，能夠實時刷新。因此，通過監(jiān)視系統(tǒng)圖，便能夠對變電站的運行進行全程監(jiān)控，從而實現了變電站監(jiān)視和控制的微機化。操作運行人員要想進入系統(tǒng)，必須驗證密碼是否正確。利用它，可進行在線修改回路斷路器、隔離開關的開合狀態(tài)、狀態(tài)顏色等屬性，并且能夠在線修改所選刷新內容的實時刷新速度，在線增加說明信息等操作。開始輸入密碼密碼正確？NY彈出操作菜單按菜單上的提示進行相應的操作操作完成？YN將新信息存入信息庫退出系統(tǒng)圖45 在線修改系統(tǒng)圖的流程圖通過對系統(tǒng)圖界面在線修改流程圖的分析，便能夠得出實現它的算法。5 VC++應用程序設計舉例 Visual C++高級語言概述C具有像語言簡潔、緊湊，具有位處理功能，可移植性好等等的很多優(yōu)點。它不僅擴充了C面向過程的功能，而且還增加了面向對象的過程，這就使C++成為能夠適應面向對象程序設計的現代大型語言。C++是C的一個超集，它的設計目標就是保持與C的兼容性，進一步增強了程序的擴充性、可維護性和可靠性。在C++中，對象的類型稱為“類”（class）。類是對象的抽象，而對象是類的具體實例。在用VC++開發(fā)面向對象的應用程序時，主要有兩種方法。另一種方法是直接使用Microsoft提供的MFC類庫。MFC類庫集成了大量已經預先定義好的類，用戶可以根據編程的需要調用相應的類，或根據需要自定義有關的類[22][23]。在監(jiān)控系統(tǒng)運行過程中，必須對一些參數進行連續(xù)的安全監(jiān)視，以對電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)和電氣設備運行的狀態(tài)進行不間斷的監(jiān)視。安全監(jiān)視功對保證電力系統(tǒng)的正常運行、延長電氣設備的使用壽命等起到很大的作用。本章要對安全監(jiān)視功能模塊中的一部分進行應用程序的設計。其中，這個模塊包括兩個部分：交流采樣模塊和交流量越限安全監(jiān)視模塊。交流信號的采樣控制模塊是在A/D轉換器的中斷服務程序中實現的，實際上是控制多路開關的選通的；交流采樣數據的處理模塊是將采樣數據經格式變換、計算等處理轉換成適合遠傳和當地監(jiān)視的數據結構。圖51展現出了它的組成結構。 交流量越限安全監(jiān)視模塊的流程框圖從某種程度來說，設計算法比進行編程更重要，掌握了算法就掌握了程序設計的靈魂。要設計出好的算法，必須設計出該功能模塊的流程圖。要設計流程圖，必須對系統(tǒng)要實現的功能進行細致地分析，明白實現它的步驟。越限處理模塊是變電站某部分發(fā)生異?；蚴鹿蕰r才有的功能；在變電站正常運行的情況下，只有對交流量越限監(jiān)視這一個功能模塊在不間斷地運行。然而，越限處理模塊中還包含有對交流量進行連續(xù)地越限監(jiān)視這一功能部分。該功能模塊的整體流程框圖如圖52