CN104124757B - 高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统，其特征在于：本监控系统按软件结构组成分为三层，第一层为各个一次设备数据及信号采集层；第二层是由设备状态检测模块、系统数据采集模块共同搭建而成的底层数据处理层，分别由高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台设备系统状态监控模块、系统数据采集模块、系统操作控制模块组成，第三层是基于NS3000综合集控系统开发而成的高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统平台。该系统可以对被测的光伏并网运行单元的各项运行数据进行实时监控，能实时了解并网单元的运行特性，为试验人员提供可靠的运行试验依据。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电站电网故障模拟系统的移动式检测，尤其涉及一种高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统。
背景技术
国标《光伏发电站接入电力系统技术规定》要求：大功率光伏并网逆变器必须具有低电压穿越（LVRT）能力。当电力系统事故引起光伏发电站并网点电压跌落时，在一定的电压跌落范围和时间间隔内，光伏发电站能够保证不脱网连续运行。
目前适用于高海拔地区的大规模并网光伏电站的移动式检测设备由于其设备本身的结构与设计问题，其本身只适用于其自身设备的调试与检测，没有针对检测设计专门的后台操作系统，界面可操作性有待提高，人机沟通界面简单，不能直接的了解系统的运行工况，操作性较低。
截止目前为止，适用于高海拔地区大规模并网光伏电站电网故障模拟检测设备所用的后台操作界面，其本身只适用于该设备的操作与控制，其界面设计简单，可操作性局限，后台监控内容缺乏继电保护等相关安全性数据的监控。操作存在危险性，不能对检测过程进行全程监控，不能对整套检测设备进行全程实时监控与操作。
有鉴于此，本发明提供一种高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统，以满足实际应用需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了更好地开展电网故障模拟检测工作，本发明提供一种高海拔并网光伏发电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统，该系统是国内首套针对高海拔光伏电站电网故障模拟测试系统移动检测设备定制的后台操作与监控，用于光伏发电站、光伏发电单元并网检测试验过程中的各项试验设备工况的运行数据、事故告警的展示，以及相关设备的控制，达到配合实验人员顺利、安全完成试验的目的。
本发明所采用的技术方案是：一种高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统，其特征在于：本监控系统按软件结构组成分为三层，第一层为各个一次设备数据及信号采集层；第二层是由设备状态检测模块、系统数据采集模块共同搭建而成的底层数据处理层，分别由高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台设备系统状态监控模块、系统数据采集模块、系统操作控制模块组成，第三层是基于NS3000综合集控系统开发而成的高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统平台；
第一层数据及信号采集层主要完成各个一次设备的信号机数据采集功能，包括：
电抗器状态监控模块，主要监控和采集电抗器设备的电气量数据及信号，包括35KV电抗器及10KV电抗器共4组12台电抗器红外测温仪的温度、湿度信号；
分接开关状态监控模块，主要接收35KV及10KV分接开关的档位信号、状态信号，通过档位判断分接开关的运行状态，并将状态信号及时传输给系统状态监控模块；
开关柜状态监控模块，主要监控各个开关柜内断路器、隔离刀闸及接地刀闸的分、合状态，监控开关柜的综合保护装置的运行状态，通过以太网将开关量信号传输给系统状态监控模块，进行分析判断，确定系统的运行状况；
单极接触器监控模块，主要监控机接收8台接触器的开关量及运行状况，通过以太网传输机上一级系统；
开关柜数据采集模块，主要完成各个开关柜的数据采集功能，包括四台开关柜的电气量信号，三相电压信号、三相电流信号、频率及运行工况的数据；
分接开关数据采集模块，主要完成分接开关的运行数据，并传输给上一级系统，进行处理；
系统软件结构第二层主要对第一层数据及信号采集层采集的数据进行比较和分析，其中：
系统数据采集模块主要完成系统的电气量数据分析，将下一层系统报送的数据进行处理，根据选取的电压等级的不同，与软件模块的初始设置值进行比较，如果系统数据在初始设置值的范围内，则系统状态监控模块判定系统运行正常，并将比较结果与原始数据共同报送到上一层系统，如果系统状态监控模块判定数据超限，系统状态监控模块将发送系统运行故障状态给上一级系统，由上一级系统将状态监控数据系统进行综合分析后，发出系统运行异常指令，下发给系统操作控制模块，并由系统操作控制模块执行告警或跳闸令，将系统切除运行状态；
系统状态监控模块主要完成对底层状态监控量的综合分析，将收集的状态信息与模块初始运行正常状态进行比较，状态正常则发正常状态数据传输，如果运行状态与初始设置值有差异则发送状态故障信号给上一级系统，由上一级系统进行处理；
系统操作控制模块主要功能是根据系统监控与操作系统下发的不同控制指令，对不同的控制指令进行分类，将数据类指令转换成电气量控制信号，并第一时间发送给不同的一次设备的操作控制模块，完成相应的系统控制与操作；各个一次设备完成相应操作后，将相应的状态信号传输至各个一次设备的状态监控模块，定期上传给系统状态监控模块进行分析；一次设备的操作控制模块定期将状态量发送给系统状态监控模块，以保证状态量数据的实时采集与上传，保证系统运行的安全性；
系统软件结构第三层是整个系统的综合处理与控制系统，对第二层的数据进行综合，通过软件内部的算法，综合判断系统的运行状态和操作流程，通过不同的输入指令完成不同状态的控制，最终完成不同的操作，根据对下层数据与状态的综合分析，判断系统是否运行正常，是否满足实验要求，并给出提示，是否进行下一项实验内容，并将各个状态量和数据量通过后台进行显示。
如上所述的高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统，其特征在于，系统状态监控模块监视的设备包括：开关柜集装箱环境温湿度、电抗器集装箱环境温湿度、CB1~CB4断路器状态，包括分合闸状态、操作机构信息、相关告警和事故，流过CB1~CB4断路器的电信号，包括三相电压、电流、功率、功率因数、频率，K1~K4接触器分合状态、S1~S3分接开关档位、电抗器温度、10kV/35kV一次设备鉴别信息。
如上所述的高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统，其特征在于，系统接入RTU的数量：每台前置机最多可接入64路RTU，采用并联方式，多台前置机可组合成一个前置机系统，系统最多可接入N×64路RTU。
如上所述的高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统，其特征在于，历史数据、文档资料保存容量：采样数据分1分钟、5分钟、15分钟采样量和1小时采样量四种，采样点数不受限制，采样数据保存周期用户可自行定义，只受外设存贮空间限制。
本发明的有益效果是：该系统可以对被测的光伏并网运行单元的各项运行数据进行实时监控，能实时了解并网单元的运行特性，为试验人员提供可靠的运行试验依据。对检测设备的各项运行信息进行实时上报，及时真实的反映检测设备的遥测信号，为检测人员实时了解设备的试验状况提供依据。该系统能对各个试验点进行实时设置，可操作性强，灵活性大。该操作系统能对相关设备进行远程控制，能全程控制设备的启停，增强了设备的灵活性。该套系统能对各项事故告警展示，为实验人员进行事故分析提供依据，保证了设备运行的可靠性和安全性。
图1为高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统软件结构图。
附图说明
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
具体实施方式
高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统是基于NS3000综合集控系统平台开发，NS3000安装过程参见《NS3000(windows平台)计算机监控系统安装手册》。目前经实际安装测试，高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统在Windows XP与Win7系统上均可安装成功。
本发明的高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统按软件结构组成分为三层，第一层为各个一次设备数据及信号采集层。第二层是由设备状态检测模块、系统数据采集模块共同搭建而成的底层数据处理层，分别由高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台系统状态监控模块、系统数据采集模块、系统操作控制模块组成，第三层是基于NS3000综合集控系统开发而成的高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统平台。
第一层数据及信号采集层主要功能介绍：
第一层数据采集及信号采集层主要完成各个一次设备的信号机数据采集功能。
电抗器状态监控模块，主要监控和采集电抗器设备的电气量数据及信号，包括35KV电抗器及10KV电抗器共4组12台电抗器红外测温仪的温度、湿度信号。
分接开关状态监控模块，主要接收35KV及10KV分接开关的档位信号，状态信号，通过档位判断分接开关的运行状态，并将状态信号及时传输给系统状态监控模块。
开关柜状态监控模块，主要监控各个开关柜内断路器、隔离刀闸及接地刀闸的分、合状态，开关柜的综合保护装置的运行状态，通过以太网将开关量信号传输给系统状态监控模块，进行分析判断，确定系统的运行状况。
单极接触器监控模块，主要监控机接收8台接触器的开关量及运行状况，通过以太网传输机上一级系统。
开关柜数据采集模块主要完成各个开关柜的数据采集功能，包括四台开关柜的电气量信号，如三相电压信号、三相电流信号、频率及运行工况的数据等。
分接开关数据采集模块主要完成分接开关的运行数据，并传输给上以及系统，进行处理。
系统软件结构第二层是由设备状态检测模块、系统数据采集模块、共同搭建而成的底层数据处理层，主要对第一层数据及信号采集层采集的数据进行比较和分析。
系统数据采集模块主要完成系统的电气量数据，将下一层系统报送的数据进行处理，根据选取的电压等级的不同，与软件模块的初始设置值进行比较，如果系统数据在初始设置值的范围内，则系统模块判定系统运行正常，并将比较结果与原始数据共同报送到上一层系统，如果模块判定数据超限，模块将发送系统运行故障状态给上一级系统，由上一级系统将状态监控数据系统进行综合分析后，发出系统运行异常指令，下发给操作模块，并由操作模块执行告警或跳闸令，将系统切除运行状态。
系统状态监控模块主要完成对底层状态监控量的综合分析，将收集的状态信息与模块初始运行正常状态进行比较，状态正常则发正常状态数据传输，如果运行状态与初始设置值有差异则发送状态故障信号给上一级系统，由上一级系统进行处理。
系统操作控制模块主要功能是根据系统监控与操作系统下发的不同控制指令，对不同的控制指令进行分类，将数据类指令转换成电气量控制信号，并第一时间发送给不同的一次设备的操作控制模块，完成相应的系统控制与操作。各个一次设备完成相应操作后，将相应的状态信号传输至各个一次设备的状态监控模块，定期上传给系统状态监控模块进行分析。一次设备的操作控制模块定期将状态量发送给系统状态监控模块，以保证状态量数据的实时采集与上传，保证系统运行的安全性。
系统软件结构第三层是整个系统的综合处理与控制系统，对第二层的数据进行综合，通过软件内部的算法，综合判断系统的运行状态和操作流程，通过不同的输入指令完成不同状态的控制，最终完成不同的操作，根据对下层数据与状态的综合分析，判断系统是否运行正常，是否满足实验要求，并给出提示，是否进行下一项实验内容。并将各个状态量和数据量通过后台进行显示。
本后台在进行光伏电站并网检测试验时使用，用于监视相关试验设备在试验前后及其过程中的运行状态，并对断路器、接触器、分接开关进行控制，以此协助用户实施整个系统的状态信息监视和实验操作。
监视的设备包括：开关柜集装箱环境温湿度、电抗器集装箱环境温湿度、CB1~CB4断路器状态（包括分合闸状态、操作机构信息、相关告警和事故）、流过CB1~CB4断路器的电信号（包括三相电压、电流、功率、功率因数、频率）、K1~K4接触器分合状态、S1~S3分接开关档位、电抗器温度、10kV/35kV一次设备鉴别信息。
系统接入RTU的数量：每台前置机最多可接入64路RTU。采用并联方式，多台前置机可组合成一个前置机系统，系统最多可接入N×64路RTU。
数据库容量：遥信、遥测、遥脉、遥控、遥调量只受字长限制，每种类型为232，客观上没有限制。计算功能可自行定义，且可以带条件运算，运算类型和计算量总数也不受限制。
历史数据、文档资料保存容量：采样数据分1分钟、5分钟、15分钟采样量和1小时采样量四种，采样点数不受限制。采样数据保存周期用户可自行定义，只受外设存贮空间限制。
告警信息保存周期用户可自行定义，只受外设存贮空间限制，一般系统可配置为保留二到三年的历史数据。
事故追忆：当系统开关出现事故变位时，可自动记录下与此有关的遥测量、遥信量，数量可自行定义。
模拟屏控制及系统转发：用户可任意定义遥信量、遥测量、脉冲量及其他计算量用于上屏或转发。
系统时钟精度：时间误差：<1毫秒(有标准天文钟)；SOE分辨率：<1～2ms。
数据精度(主站)：(1) 测量量：综合误差<0.5%，遥测合格率>99.99%；(2) 开关量：遥信响应率：100%，遥控正确率：100%。
系统响应时间(主站)：遥测越区传送≤2秒；遥测全系统扫描：2～8秒（64个厂站）；开关量变位反应时间≤2秒；事故变位报警反应时间≤2秒；控制命令≤1秒；遥调命令≤2秒；画面响应≤2秒；画面刷新≤1～3秒；SCADA主备机故障切换时间≤10秒。
系统可靠性：系统可用率超过99.99%，系统平均无故障时间（MTBF）：30000小时。
负荷率：按32个厂站配置，有50000个遥信、10000个遥测容量考虑，所有计算机的CPU负荷率在正常状态下任意5分钟内小于30%，在任意10秒内小于50%。
LAN负荷率在正常状态下任意5分钟内小于25%，在告警状态下小于35%。
工作环境和电源：电源：交流电压：176V～264V AC；周波： 48Hz～52Hz；接地电阻：<0.5欧姆；温度：0～55℃；相对湿度：5%～95%（不凝结）。
周围环境：无爆炸危险，无腐蚀气体及导电尘埃，无严重霉菌，无剧烈振动冲击源。
硬件设备：
CPU： >2.0GHz（推荐配置多核）；
内存： >1GB；
硬盘： >30GB，>7200rpm；
显卡： >1600x900x32bit，>512MB；
显示器：=1600x900x32bit；
以太网：10/100M/1000M自适应。
支持软件：操作系统：支持Windows 2000 Professional及Windows XPProfessional操作系统，不支持Windows NT4.0或以下版本，不支持Windows 7或以上版本。Windows 2000其他版本、Windows XP其它版本未经详细测试，不推荐使用。
商用数据库：必须配套安装Microsoft SQL Server 2000及相关补丁。
开发环境：Microsoft Virtual C++ 6.0和Microsoft Virtual Studio 2008。
浏览器：Internet Explorer 6.0或以上版本，其他类型浏览器未经详细测试，不推荐使用。
办公软件：Microsoft Office 2000或以上版本。
该系统软件启动成功，包含4个界面：系统网络、综合通讯控制系统、工具栏、操作界面、简报。系统网络界面不需要关注，其他四个界面在试验过程中需要用到。
该系统可以反应远程试验终端上运行的NS3000后台监控软件与其他节点（CB1综保、CB2综保、CB3综保、CB4综保、PLC）之间的连接状态。当远程试验终端与其他节点数据通道连接正常时，上图中的节点表中树枝中“值班节点 – 停运”会转变为“值班节点 – 投运”。所有节点均进度投运状态时开始试验的必要条件，如无法满足该条件，需要首先需要切断一次回路电源进行问题排查，不能够继续进行试验。
该系统有多个按钮和显示框，可进行常规的应用程序调用、用户权限切换、系统重启/关闭等功能。
NS3000系统启动成功后，默认进入如上界面。该界面包含了电网故障模拟系统的一次系统简图（界面蓝色背景部分）、试验操作区（界面背景墨绿色部分）、故障和报警信息区（界面背景黑色部分）、内嵌式简报区（界面背景灰色）。
电网故障模拟系统的一次系统简图中显示了CB1~CB4断路器、K1~K4接触器的实际状态、电抗器温度最大值、开关柜集装箱和电抗器集装箱环境温湿度、整个系统的单相一次电压和电流、当前系统适用电压等级，其中CB1~CB4断路器、K1~K4接触器通过点击鼠标右键可以进行分合操作。
试验操作区由按钮、动态数值、动态字符、静态字符4种控件组成，其中所有按钮均为灰白色背景黑色文字，所有动态数值均为黄色文字，所有动态字符均为红色文字，所有静态字符均为绿色或白色文字。用户在拥有权限的情况下可以对系统进行单设备调试，或者配置跌落深度、跌落方式、跌落时间然后进行试验，处理事故时可以进行急停操作停止一次系统工作或进行事故复归操作进行故障消除确认。
故障和报警信息区会显示所有后台能够采集到的告警和故障信息，当有告警或故障发生，且信息一致存在时，相应的光字按钮会变为红色，试验人员收到该信息后应立刻停止试验，进行故障排查；当有告警或者故障发生，并且经过修复后告警或故障消除时，相应的光字按钮会变为绿色，试验人员可通过点击来确认故障信息的复归。
内嵌式简报区可以显示最近6~8次的操作信息、遥信变位信息、用户权限切换信息等，通过按钮可以翻页，通过按钮可以打印。
主界面包括综保信息画面和电抗器调试画面。
监控系统可以反应CB1~CB4四个点综保的故障告警信息、常规动作信息、电信号模拟量详细信息，不可操作，只能监视。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (4)
1.一种高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统，其特征在于：本监控系统按软件结构组成分为三层，第一层为各个一次设备数据及信号采集层；第二层是由设备状态检测模块、系统数据采集模块共同搭建而成的底层数据处理层，分别由高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台设备系统状态监控模块、系统数据采集模块、系统操作控制模块组成，第三层是基于NS3000综合集控系统开发而成的高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统平台；
第一层数据及信号采集层主要完成各个一次设备的信号机数据采集功能，包括：
电抗器状态监控模块，主要监控和采集电抗器设备的电气量数据及信号，包括35KV电抗器及10KV电抗器共4组12台电抗器红外测温仪的温度、湿度信号；
分接开关状态监控模块，主要接收35KV及10KV分接开关的档位信号、状态信号，通过档位判断分接开关的运行状态，并将状态信号及时传输给系统状态监控模块；
开关柜状态监控模块，主要监控各个开关柜内断路器、隔离刀闸及接地刀闸的分、合状态，监控开关柜的综合保护装置的运行状态，通过以太网将开关量信号传输给系统状态监控模块，进行分析判断，确定系统的运行状况；
单极接触器监控模块，主要监控机接收8台接触器的开关量及运行状况，通过以太网传输机上一级系统；
开关柜数据采集模块，主要完成各个开关柜的数据采集功能，包括四台开关柜的电气量信号，三相电压信号、三相电流信号、频率及运行工况的数据；
分接开关数据采集模块，主要完成分接开关的运行数据，并传输给上一级系统，进行处理；
系统软件结构第二层主要对第一层数据及信号采集层采集的数据进行比较和分析，其中：
系统数据采集模块主要完成系统的电气量数据分析，将下一层系统报送的数据进行处理，根据选取的电压等级的不同，与软件模块的初始设置值进行比较，如果系统数据在初始设置值的范围内，则系统状态监控模块判定系统运行正常，并将比较结果与原始数据共同报送到上一层系统，如果系统状态监控模块判定数据超限，系统状态监控模块将发送系统运行故障状态给上一级系统，由上一级系统将状态监控数据系统进行综合分析后，发出系统运行异常指令，下发给系统操作控制模块，并由系统操作控制模块执行告警或跳闸令，将系统切除运行状态；
系统状态监控模块主要完成对底层状态监控量的综合分析，将收集的状态信息与模块初始运行正常状态进行比较，状态正常则发正常状态数据传输，如果运行状态与初始设置值有差异则发送状态故障信号给上一级系统，由上一级系统进行处理；
系统操作控制模块主要功能是根据系统监控与操作系统下发的不同控制指令，对不同的控制指令进行分类，将数据类指令转换成电气量控制信号，并第一时间发送给不同的一次设备的操作控制模块，完成相应的系统控制与操作；各个一次设备完成相应操作后，将相应的状态信号传输至各个一次设备的状态监控模块，定期上传给系统状态监控模块进行分析；一次设备的操作控制模块定期将状态量发送给系统状态监控模块，以保证状态量数据的实时采集与上传，保证系统运行的安全性；
系统软件结构第三层是整个系统的综合处理与控制系统，对第二层的数据进行综合，通过软件内部的算法，综合判断系统的运行状态和操作流程，通过不同的输入指令完成不同状态的控制，最终完成不同的操作，根据对下层数据与状态的综合分析，判断系统是否运行正常，是否满足实验要求，并给出提示，是否进行下一项实验内容，并将各个状态量和数据量通过后台进行显示。
2.根据权利要求1所述的高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统，其特征在于，系统状态监控模块监视的设备包括：开关柜集装箱环境温湿度、电抗器集装箱环境温湿度、CB1~CB4断路器状态，包括分合闸状态、操作机构信息、相关告警和事故，流过CB1~CB4断路器的电信号，包括三相电压、电流、功率、功率因数、频率，K1~K4接触器分合状态、S1~S3分接开关档位、电抗器温度、10kV/35kV一次设备鉴别信息。
3.根据权利要求1所述的高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统，其特征在于，系统接入RTU的数量：每台前置机最多可接入64路RTU，采用并联方式，多台前置机可组合成一个前置机系统，系统最多可接入N×64路RTU。
4.根据权利要求1所述的高海拔光伏电站电网故障模拟检测设备后台操作监控系统，其特征在于，历史数据、文档资料保存容量：采样数据分1分钟、5分钟、15分钟采样量和1小时采样量四种，采样点数不受限制，采样数据保存周期用户可自行定义，只受外设存贮空间限制。
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