0 引言
目前，我國(guó)船舶電力系統(tǒng)自動(dòng)化多采用分立元件單元化控制裝置，遙測(cè)精度、可靠性、性能穩(wěn)定性都不理想。而國(guó)內(nèi)陸上電力系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)已發(fā)展成熟。故根據(jù)船舶電力系統(tǒng)的特點(diǎn)， 采用SCADA（數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)）系統(tǒng)作為船舶電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶電網(wǎng)的能量管理。
1 船舶電站SCADA 系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)分為主站與分站。分站采集電力系統(tǒng)的遙測(cè)量、遙信量、數(shù)字量和計(jì)數(shù)值，經(jīng)處理后向主站發(fā)送，并對(duì)電網(wǎng)監(jiān)視。分站接收并執(zhí)行主站命令，形成對(duì)電網(wǎng)控制。該系統(tǒng)由遠(yuǎn)動(dòng)終端（RTU）構(gòu)成，RTU 以計(jì)算機(jī)為核心具有多輸入/多輸出系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件在軟件的引導(dǎo)下完成規(guī)定功能。
主站由前置機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、調(diào)度工作站組成。
前置機(jī)的作用為數(shù)據(jù)采集與處理，是電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)信息進(jìn)入主站的關(guān)口。該機(jī)為雙機(jī)配置，主機(jī)經(jīng)授權(quán)可作為前置機(jī)，該機(jī)接受RTU 發(fā)送的報(bào)文，按對(duì)應(yīng)的碼字結(jié)構(gòu)，提取遙測(cè)和遙信數(shù)據(jù)，遙測(cè)數(shù)據(jù)完成乘系數(shù)運(yùn)算；將遙信數(shù)據(jù)統(tǒng)一規(guī)定：“0”為“開(kāi)關(guān)分”、“1”為“開(kāi)關(guān)合”。狀態(tài)量處理是對(duì)遙信狀態(tài)信息的處理，系統(tǒng)將該信息送到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，保證數(shù)據(jù)庫(kù)中遙信狀態(tài)實(shí)時(shí)性。前置機(jī)運(yùn)行以SCADA 系統(tǒng)正常工作為前提，前置機(jī)工作站應(yīng)具有接收調(diào)度工作站送來(lái)的遙控和遙調(diào)命令，按規(guī)約組裝出遙控信息字和遙調(diào)信息字并向分站發(fā)送。
數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)由應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫(kù)管理（DBMS）和數(shù)據(jù)庫(kù)組成[2]，為滿(mǎn)足SCADA 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求，需運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)同通用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)相結(jié)合，從分站采集的模擬量、數(shù)字量、脈沖量等數(shù)據(jù)，存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，并在每次系統(tǒng)掃描周期后刷新，清除數(shù)據(jù)庫(kù)中超時(shí)間的數(shù)據(jù)。
調(diào)度工作站是調(diào)度員直接操作的界面，承擔(dān)對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和操作功能，顯示SCADA 服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，即電力系統(tǒng)和重要負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，及各主要開(kāi)關(guān)和重要電氣設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遙控操作。調(diào)度員在主接線圖上用鼠標(biāo)選擇遙控對(duì)象，經(jīng)內(nèi)部校核確認(rèn)開(kāi)關(guān)允許操作，遙控命令經(jīng)前置機(jī)工作站向分站發(fā)送，若分站對(duì)其校驗(yàn)無(wú)誤，將其送回SCADA 系統(tǒng)，在該命令返回并校驗(yàn)正確后，調(diào)度員再發(fā)出遙控執(zhí)行命令，若其誤校驗(yàn)返回，則由系統(tǒng)的超時(shí)撤銷(xiāo)功能將其撤銷(xiāo)。
2 應(yīng)用實(shí)例
以模擬某貨輪電力系統(tǒng)為例，系統(tǒng)為三相交流440V、60HZ，有4 臺(tái)2280KW 和1 臺(tái)260KW 應(yīng)急發(fā)電機(jī)組，電力負(fù)荷有推進(jìn)電機(jī)（2200KW）、舵機(jī)、錨機(jī)、空壓機(jī)及潤(rùn)滑油泵等，如圖1。
2.1 遙測(cè)點(diǎn)設(shè)置
為監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行，需在發(fā)電機(jī)、變壓器、出線、母聯(lián)斷路器等回路中安裝電流互感器（TA），發(fā)電機(jī)、母線、變壓器等處設(shè)置電壓互感器（TV）。
其電壓、電流、功率等電量屬交流強(qiáng)電信號(hào)，大小由有效值或平均值表示。數(shù)據(jù)采集模塊采用交流采樣直接對(duì)電流、電壓采樣，免去變送器[3]，交流系統(tǒng)電壓電流使用傅立葉算法計(jì)算，原理如下：
使用該方法可求電壓的有效值。
采用三相交流電，可用兩表法進(jìn)行三相有功和無(wú)功的測(cè)量。測(cè)量TA 和TV，采用不完全星形接線測(cè)量IA、IC 和UAB、UCB。求得三相有功和無(wú)功：
上述計(jì)算由數(shù)據(jù)采集裝置完成，得到系統(tǒng)運(yùn)行的電壓、電流、有功、無(wú)功等運(yùn)行參數(shù)，為值班員掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)提供重要保障。
2.2 SCADA 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模式
分站系統(tǒng)包括DF1710 面向?qū)ο蠓植际诫娬咀詣?dòng)化系統(tǒng)與DF1725 測(cè)控裝置。DF1710 采用分布式設(shè)計(jì)，所有DF1725 測(cè)控裝置間通過(guò)串行現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線連接， 系統(tǒng)互連通信包括異步串行通信（RS232/RS485/RS422）、FDKbus（自定義高速現(xiàn)場(chǎng)控制總線）、CANbus（現(xiàn)場(chǎng)控制局域網(wǎng)絡(luò)）、以太網(wǎng)等。采用FDK 和CAN 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，通過(guò)分流備用的通信機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的自動(dòng)切換和自動(dòng)愈合，提高系統(tǒng)通信的可靠性和實(shí)時(shí)性。
系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，主站系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)通信，分站各設(shè)備間通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)或子以太網(wǎng)連接，通訊介質(zhì)支持屏蔽雙絞線和光纖。分站測(cè)控單元支持按對(duì)象間隔和功能方式或混合設(shè)計(jì)，以提高系統(tǒng)配置靈活性和可靠性。采用多種抗電磁干擾措施和多層電路板設(shè)計(jì)，全金屬屏蔽外殼，所有測(cè)控模塊均通過(guò)IEC61000-4Ⅳ級(jí)電磁兼容多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，各測(cè)控模塊均安裝開(kāi)關(guān)柜等強(qiáng)電磁干擾。
主站選用DF8002 系統(tǒng)，分支持平臺(tái)和應(yīng)用軟件。支持平臺(tái)含數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形和網(wǎng)絡(luò)管理；應(yīng)用軟件含SCADA、數(shù)據(jù)采集、報(bào)表、調(diào)度員界面等。
前置機(jī)工作站運(yùn)行數(shù)據(jù)處理、前置界面顯示及傳送數(shù)據(jù)等程序。系統(tǒng)運(yùn)行SCADA 處理程序。調(diào)度員工作站運(yùn)行圖形界面程序以監(jiān)視實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器選用2 臺(tái)HP ML530，內(nèi)裝雙網(wǎng)卡，運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)Sybase 2.0。網(wǎng)絡(luò)由雙100M 以太網(wǎng)為通信干線，配備雙層網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，實(shí)行網(wǎng)絡(luò)級(jí)備用，前置機(jī)工作站、SCADA 服務(wù)器、調(diào)度員工作站選用DELL DHM/P4 3.0GHz，內(nèi)裝雙網(wǎng)卡。
3 結(jié)論
該系統(tǒng)使用后，值班員能準(zhǔn)確掌握船舶運(yùn)行、設(shè)備安全狀態(tài)，保證供配電系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。該系統(tǒng)需改進(jìn)如下：① DF8002 系統(tǒng)面向電力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，為防止誤操作，在遙控命令下達(dá)后，必須進(jìn)行返校，無(wú)誤后方可發(fā)出執(zhí)行命令。在正常運(yùn)行時(shí)，返校所延遲時(shí)間在允許范圍內(nèi)，如發(fā)生事為迅速切斷線路，應(yīng)省去搖控返校步驟，避免事故擴(kuò)大；② 該系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)采用CDT 規(guī)約，面向300～9600bps 低速通道設(shè)計(jì)，在高速以太網(wǎng)上運(yùn)行并不合適。而基于遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)IEC60870-5-101和IEC60870-5-104，能傳輸遙控、遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、保護(hù)事件等信息，傳輸介質(zhì)采用雙膠線、電力線載波或光纖，F(xiàn)T1.2 格式，數(shù)據(jù)容量是CDT 協(xié)議的數(shù)倍，能滿(mǎn)足電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)時(shí)性要求。
（轉(zhuǎn)載）
