CN1881744A - 一种高压直流输电换流站实时监控系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高压直流输电监控系统及其实现方法，由数据采集装置、服务器和客户端组成，服务器包括前置数据服务器、实时数据服务器、通讯管理服务器和历史数据服务器，客户端以图形化方式显示各种数据信息和提供图形化监控操作流程。采集装置将采集到的模拟信号转变为数字信号，并通过网络送到前置数据服务器；前置数据服务器处理和计算得到对应信号的值，并把处数据送到实时数据服务器；实时数据服务器保存数字信号值；根据客户端请求类型把需要显示的数据送到对应的客户端，或将用户操作指令经过前置数据服务器送到对应的操作装置，由操作装置控制执行机构完成操作。服务器运行稳定、可靠，客户端界面友好、操作方便，网络传输快捷、通畅。

Description

一种高压直流输电换流站实时监控系统及其实现方法

技术领域

本发明属于自动化控制系统技术领域，具体的说是一种高压直流输电监控系统及其实现方法，应用计算机网络技术，对一个高压直流输电换流站集中进行实时监视和控制，并且把实时数据保存下来，以便后期查阅和分析使用。

背景技术

监控系统即监视和控制系统，就是利用计算机网络技术和计算机图形显示技术来对整个高压直流输电换流站的运行情况进行显示，并对全站的运行状态进行控制的系统。换流站内的开关信号一般都是以节点方式向上提供的，而测量量一般都是以电流或者电压的方式向上提供的，在经过采集单元采集和处理后，这些信号虽然转变为数字信号，但是运行人员不能直接读懂，需要把转变后的数字信号传送到本系统，然后由计算机以图形化的方式直观地显示出来。当需要控制某一个开关时，由系统提供一个图形化的界面，供运行人员操作，然后根据操作项把命令发送给相应的执行机构。

随着电网技术的不断发展，高压直流输电技术的应用也越来越广泛，尤其在长距离输电和背靠背系统中监控系统具有明显的优势，对于高压直流输电系统的监控要求也越来越高，需要一套专业、稳定、可靠的运行人员监控系统来辅助整个系统的安全稳定运行。

目前国内的高压直流输电运行人员监控系统都是由国外厂家供货，在功能、性能以及使用习惯上和国内用户存在着较大差异，主要表现在：基于多用户操作系统UNIX的运行人员监控系统界面不够友好，尤其无法实现复杂的中国式报表等功能，数据库功能不够强大，而且基本属于英文界面，汉化内容有限；基于视窗Windows操作系统的运行人员控制系统存在稳定性差，容易受到病毒感染和攻击等。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高压直流输电换流站实时监控系统及其实现方法，对整个直流输电换流站进行实时的监视和控制，以及实现历史数据存储、查询、显示，使服务器运行稳定、可靠，客户端界面友好、操作方便，网络传输快捷、通畅。

为完成上述目的，本发明采取的整体技术方案为：一种高压直流输电换流站实时监控系统，由数据采集装置、服务器和客户端组成，所述服务器包括：

前置数据服务器，与实时数据库相连，用于将采集的数据送到实时数据服务器；

实时数据服务器，一端连接前置数据服务器，另一端连接通讯管理服务器，用于管理数据对象和为客户端提供实时数据服务；

通讯管理服务器，与实时数据库连接，用于管理其它数据服务器、为其它数据服务器分配在监控系统中的主备角色，和为其他数据服务器提供所有数据服务器信息；

所述客户端通过局域网连接服务器，用于以图形化方式显示各种数据信息和提供图形化监控操作流程。

该系统还包括一个能接收全球定位系统标准时间信号的装置，用于同步系统内各台计算机的时钟。

所述服务器还包括有两个互为备用的历史数据服务器，它连接前置数据服务器，用于保存实时数据库发来的历史数据，和为客户端提供历史数据。

所述客户端包括操作员工作站、工程师工作站和站长工作站。

一种高压直流输电换流站实时监控系统的实现方法，包括以下步骤：

步骤1、采集装置将采集到的模拟信号转变为数字信号，并通过网络送到前置数据服务器；

步骤2、前置数据服务器接收到数字信号，经过处理和计算得到对应信号的值，然后把处理后的数据送到实时数据服务器；

步骤3、通讯管理服务器管理实时数据服务器，实时数据服务器将前置数据服务器处理后的数字信号的值进行保存；

步骤4、实时数据服务器接受客户端的请求并判断请求的类型，若为显示则把不同客户端需要显示的数据送到对应的客户端，若为操作则由实时数据服务器将用户操作指令送到前置数据服务器，前置服务器收到命令后，把命令送到对应的操作装置，由操作装置控制执行机构完成操作。

所述步骤1中的前置数据服务器为两个互为备用的数据服务器。

所述步骤3中的通讯管理服务器包括一主通讯管理服务器和至少一个备通讯管理服务器，在系统运行中只有一个主通讯管理服务器，当主通讯管理服务器退出或者出问题时，则由其他一个通讯管理服务器切换主通讯管理服务器。

所述主备通讯服务器的切换具体包括以下步骤：

当数据服务器启动时，连接本机的通讯管理服务器，并且读取通讯管理服务器中的整个监控系统的数据服务器列表；

如果当前监控系统没有此类型数据服务器，则该数据服务器的角色为孤立服务器，如果检测到当前监控系统中已经有此类型数据服务器在运行，则将原来运行的数据服务器设为主数据服务器，该数据服务器成为备数据服务器，同时从主数据服务器中备份参数；

检测本机数据服务器运行是否正常，如果失常，并且该数据服务器为主服务器，则通知该数据服务器的备服务器进行主备切换；

判断是否收到数据服务器推出信号，如果接收到，则通知另外一个数据服务器成为孤立服务器。

所述步骤3中的通讯管理服务器还用于处理整个控制系统的顺序事件记录，其它数据服务器接收到或者产生顺序事件记录时，都发送给本机上的通讯管理服务器，由该通讯管理服务器传送给其它通讯管理服务器，继而传送给其他需要处理事件的数据服务器和客户端。

所述步骤3中的实时数据服务器为两个互为备用的数据服务器。

所述步骤4还包括实时数据服务器定时将前置数据服务器处理后的数字信号的值送到历史数据服务器保存的步骤。

本发明具有显著的技术优点和积极效果，本发明的系统由数据采集装置、服务器和客户端组成，服务器又包括前置数据服务器、实时数据服务器、通讯管理服务器和历史数据服务器，客户端以图形化方式显示各种数据信息和提供图形化监控操作流程。本发明对整个直流输电换流站进行实时的监视和控制，还能够实现历史数据存储、查询、显示，服务器运行稳定、可靠，客户端界面友好、操作方便，网络传输快捷、通畅。

附图说明

图1为系统硬件结构图；

图2为主流程图；

图3为上行数据流程图；

图4为控制操作流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。

请参阅图1，本发明的系统硬件结构图，本发明的高压直流输电换流站实时监控系统及其实现方法主要由服务器和客户端组成，其中服务器包括通讯管理服务器、实时数据服务器也称对象服务器、前置数据服务器、历史数据服务器，前置数据服务器与实时数据库相连，用于将采集的数据送到实时数据服务器；实时数据服务器，一端连接前置数据服务器，另一端连接通讯管理服务器，用于管理数据对象和为客户端提供实时数据服务；通讯管理服务器，与实时数据库连接，用于管理其它数据服务器、为其它数据服务器分配在监控系统中的主备角色，和为其他数据服务器提供所有数据服务器信息；

所述客户端通过局域网连接服务器，用于以图形化方式显示各种数据信息和提供图形化监控操作流程，客户端包括操作员工作站、工程师工作站和站长工作站。

通讯管理服务器是整个运行人员监控系统的管理服务器，所有包括在运行人员监控系统内的计算机都应该运行一个通讯管理服务器程序，该程序有UNIX版本和Windows版本，每一个通讯管理服务器启动时会去寻找其他通讯管理服务器程序，并且接受主通讯管理服务器的管理。在一个监控系统中，在运行过程中只存在一个主通讯管理服务器，当主通讯管理服务器退出或者出问题时，则有其他一个通讯管理服务器成为主通讯管理服务器。通讯管理服务器管理其他数据服务器包括实时数据服务器、前置数据服务器、历史数据服务器)，为其它数据服务器分配在监控系统中的角色即主或者备，并且为其它数据服务器提供所有数据服务器的信息，以便于数据服务器之间的相互连接和通讯。通讯管理服务器还处理整个监控系统的SER，其他数据服务器接收到或者产生SER时，都发送给本机上的通讯管理服务器，由该通讯管理服务器传送给其他通讯管理服务器，继而传送给其他需要处理事件的数据服务器和客户端。

实时数据服务器也称对象服务器，作为整个监控系统的实时数据服务程序，管理所有数据点的属性信息和实时值，根据客户端的需要把某些数据传送给客户端使用，同时每隔一定间隔把所有数据点的值传送给历史服务器保存下来。实时数据服务器之中还管理各个数据点之间的关系，并且按照IEC-61970标准建立数据点之间的所属和关联关系。实时数据服务器中还包含有表达式功能，可以自由定义各种表达式，一些特殊点的值可以直接取到表达式的计算值，实时数据服务器定期计算已经定义好的表达式。

前置数据服务器是整个运行人员监控系统连接底层装置的部分，该程序根据各个底层装置的不同，使用不同规约来处理各个底层装置送上来的数据报文，并且把处理结果传送给实时数据服务器。

历史数据服务器是整个监控系统保存历史数据的服务器，该部分把实时数据服务器传送过来的实时值以日期和时间为标签保存到数据库中，供客户端需要显示历史时使用，如每一个月建立一张数据表，保存当月历史数据。历史服务器还保存通讯管理服务器传送过来的SER信息，把这些SER信息逐条保存在数据库中，供客户端需要查询历史SER时使用。

客户端是整个监控系统中的人机界面部分，该部分把各种数据信息以易于理解的图形化方式表现出来，同时为控制操作提供简单方便的图形化流程。客户端可以配置一个显示器，也可以配置两个显示器进行双屏显示。在整个运行人员监控系统中包含有多个客户端，一般配置有两个双屏显示的操作员工作站，这是运行人员最经常使用的工作站，运行人员通过它们对整个换流站监视和控制。一个工程师工作站，用来编辑、修改和维护整个运行人员监控系统的各种配置参数、显示界面等。一个站长工作站，这是为了方便换流站的站长便于监视全换流站状况而在站长办公室设立的工作站，一般只提供监视功能。

各个主备数据服务器的备用与切换过程如下：当一个数据服务器启动时，首先连接本机的通讯管理服务器，并且读取通讯管理服务器中的整个监控系统的数据服务器列表，如果在当前的运行人员监控系统没有此类型的数据服务器，则该数据服务器的角色为孤立服务器，如果检测到当前的运行人员监控系统中已经有此类型的数据服务器在运行，则原来运行的数据服务器成为主数据服务器，该数据服务器成为备数据服务器，同时从主数据服务器中备份参数。每一次数据服务器的启动和停止，通讯管理服务器中的数据服务器列表都会随之更新，同时产生一个SER事件。每隔一定时间通讯管理服务器都检测本机的数据服务器是否运行正常，如果发现数据服务器运行失常，并且该数据服务器为主服务器，则通知该数据服务器的备服务器进行主备切换。如果接收到一个数据服务器的退出信号，则通知另外一个数据服务器成为孤立服务器。

在功能上，本发明的系统实现了配置管理、安全管理和图形显示，具体功能包括：1、权限设置，所有用户在进行所需操作前必须登录，系统会检验其是否有操作权限，只有有对应的操作权限才可以进行操作，不同用户的操作权限是可以灵活配置的。2、数据点信息管理，建立各种数据对象模型，设置各个数据对象模型之间的关系和详细属性信息。3、图形系统，所有数据点的从属关系和实时值都可以用图形化的方式表现在人机界面上，控制以图形方式显示的流程和向导帮助运行人员完成操作，采用全图形、多窗口技术，支持画面缩放、漫游、平面叠加、层次显示功能；支持各种图形、表格、曲线、棒图、饼图等表达形式；支持告警推画面功能；支持画面拷贝；屏幕显示支持多种字体汉字。4、历史报表，系统可以用报表方式显示历史数据，该报表可以自由定义表头格式，可以根据已有数据进行统计，如统计出最大、最小值，计算平均值等。报表可以即时、定时、召唤打印。5、曲线，系统还可以用曲线方式显示历史数据或者历史，方便观察某一段时间内数据的变化趋势，并且可以在同一坐标系内显示多条曲线以便于比较。6、在线谐波监视，系统可以完成对换流站内要求进行谐波分析的数据进行1到50次谐波的实时测量和分析，其所选谐波次数可预选；谐波可以在指定时间内或者每日定时监测，监测持续时间可整定，监测结果可以自动长期保存；可以用图形或表格显示谐波数据。7、顺序事件记录(SER)，系统能够采集全站所有预先定义事件，并汇总事件记录送至数据库存储和显示。系统对于事件记录具有数据过滤、自动统计和归档功能。事件包含产生时间、事件产生对象、相关设备、相关量测、事件描述、事件等级、是否确认、确认人等信息。用户能够从事件记录中生成各种统计文档，如紧急/故障列表、告警列表、状态变位、操作事件等。事件记录可按照事件类型、事件发生时间、事件级别、描述文字等项目进行检索。能够打印即时和检索的事件记录，可以打印当时显示的全部事件或者选定的部分事件。8、自动功率调度，系统支持事先确定一个功率输送曲线，以时间为标签确定不同时刻输送不同功率，启动自动功率调度功能后，系统可以按照已经确定好的自动功率曲线控制整个高压直流输电系统。9、脚本语言支持，系统支持脚本语言，在流程控制、联闭锁检测等方面提供灵活强大的功能。10、其他辅助功能，系统能接收全球定位系统(GPS)的标准时间信号并以此同步系统内各台计算机的时钟，使其与标准时钟的误差保持在1秒以内；系统具备下行对时功能，定时底层装置发送对时信号。系统提供图形页面维护、报表维护、曲线维护、数据库维护等灵活方便的维护工具；系统具有自诊断功能，能够诊断系统通道和网络故障。系统提供一个文档管理系统，负责存贮、管理整个换流站的全套设计资料以及研究报告、运行手册、维护手册等帮助文件，以供站工程师、管理人员、运行人员和维修人员查询。

请参阅图2，本发明的主流程图。首先，监控系统的数据采集装置将采集到的模拟信号转变为数字信号，并通过网络送到前置数据服务器；

然后，前置数据服务器处理数字信号，计算得到对应信号的值，并把处理后的数据送到实时数据服务器；

接下来，在通讯管理服务器的管理下，实时数据服务器将前置数据服务器处理后的数字信号的值进行保存在自己计算机的存储器中；

最后，实时数据服务器接受客户端的请求并判断请求的类型，若为显示则把不同客户端需要显示的数据送到对应的客户端，若为操作则由实时数据服务器将用户操作指令送到前置数据服务器，前置服务器收到命令后，把命令送到对应的操作装置，由操作装置控制执行机构完成操作。

请参阅图3本发明的上行数据流程图。不同的模拟信号由采集装置处理后变为数字信号，通过网络送到前置数据服务器，前置数据服务器接收到网络报文，经过处理和计算得到对应信号的值，然后把处理后的数据送到实时数据服务器。实时数据服务器内保留有整个换流站所有需要采集的信号的当前值，并且定时送到历史数据服务器保存，以备以后查看，同时接受多个客户端的请求，把不同客户端需要显示的数据送到对应的客户端。

请参阅图4，本发明的控制操作流程图。当运行人员需要对某一个可控制对象进行操作时，首先选中该控制对象或者可以对该控制对象进行操作的点，然后程序会对当前登录的用户进行权限校验，如果没有相应的操作权限，则提示后退出操作流程。权限校验通过后，为了设备和人身安全以及防止误操作，需要对该控制对象的联闭锁逻辑进行判断，如果有闭锁条件没有满足，则列出没有满足的闭锁条件给运行监控人员后退出操作流程。闭锁条件满足后，列出可以对该控制对象所有可以进行的操作供运行监控人员选择，直到运行监控人员选择好操作命令并且确认后，把运行监控人员选择执行的操作命令整理后送到实时数据服务器，由实时数据服务器送到前置数据服务器，前置服务器收到命令后，把命令送到对应的操作装置，由操作装置控制执行机构完成操作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、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 (11)

1、一种高压直流输电换流站实时监控系统，由数据采集装置、服务器和客户端组成，其特征在于，所述服务器包括：

前置数据服务器，与实时数据库相连，用于将采集的数据送到实时数据服务器；

实时数据服务器，一端连接前置数据服务器，另一端连接通讯管理服务器，用于管理数据对象和为客户端提供实时数据服务；

通讯管理服务器，与实时数据库连接，用于管理其它数据服务器、为其它数据服务器分配在监控系统中的主备角色，和为其他数据服务器提供所有数据服务器信息；

所述客户端通过局域网连接服务器，用于以图形化方式显示各种数据信息和提供图形化监控操作流程。

2、根据权利要求1所述的高压直流输电换流站实时监控系统，其特征在于，该系统还包括一个能接收全球定位系统标准时间信号的装置，用于同步系统内各台计算机的时钟。

3、根据权利要求1所述的高压直流输电换流站实时监控系统，其特征在于，所述服务器还包括有两个互为备用的历史数据服务器，它连接前置数据服务器，用于保存实时数据库发来的历史数据，和为客户端提供历史数据。

4、根据权利要求1所述的高压直流输电换流站实时监控系统，其特征在于，客户端包括操作员工作站、工程师工作站和站长工作站。

5、一种高压直流输电换流站实时监控系统的实现方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、采集装置将采集到的模拟信号转变为数字信号，并通过网络送到前置数据服务器；

步骤2、前置数据服务器接收到数字信号，经过处理和计算得到对应信号的值，然后把处理后的数据送到实时数据服务器；

步骤3、通讯管理服务器管理实时数据服务器，实时数据服务器将前置数据服务器处理后的数字信号的值进行保存；

步骤4、实时数据服务器接受客户端的请求并判断请求的类型，若为显示则把不同客户端需要显示的数据送到对应的客户端，若为操作则由实时数据服务器将用户操作指令送到前置数据服务器，前置服务器收到命令后，把命令送到对应的操作装置，由操作装置控制执行机构完成操作。

6、根据权利要求5所述的高压直流输电换流站实时监控系统的实现方法，其特征在于，所述步骤1中的前置数据服务器为两个互为备用的数据服务器。

7、根据权利要求5所述的高压直流输电换流站实时监控系统的实现方法，其特征在于，所述步骤3中的通讯管理服务器包括一主通讯管理服务器和至少一个备通讯管理服务器，在系统运行中只有一个主通讯管理服务器，当主通讯管理服务器退出或者出问题时，则由其他一个通讯管理服务器切换主通讯管理服务器。

8、根据权利要求7所述的高压直流输电换流站实时监控系统，其特征在于，主备通讯服务器的切换具体包括以下步骤：

当数据服务器启动时，连接本机的通讯管理服务器，并且读取通讯管理服务器中的整个监控系统的数据服务器列表；

如果当前监控系统没有此类型数据服务器，则该数据服务器的角色为孤立服务器，如果检测到当前监控系统中已经有此类型数据服务器在运行，则将原来运行的数据服务器设为主数据服务器，该数据服务器成为备数据服务器，同时从主数据服务器中备份参数；

检测本机数据服务器运行是否正常，如果失常，并且该数据服务器为主服务器，则通知该数据服务器的备服务器进行主备切换；

判断是否收到数据服务器推出信号，如果接收到，则通知另外一个数据服务器成为孤立服务器。

9、根据权利要求5所述的高压直流输电换流站实时监控系统，其特征在于，所述步骤3中的通讯管理服务器还用于处理整个控制系统的顺序事件记录，其它数据服务器接收到或者产生顺序事件记录时，都发送给本机上的通讯管理服务器，由该通讯管理服务器传送给其它通讯管理服务器，继而传送给其他需要处理事件的数据服务器和客户端。

10、根据权利要求5所述的高压直流输电换流站实时监控系统的实现方法，其特征在于，所述步骤3中的实时数据服务器为两个互为备用的数据服务器。

11、根据权利要求5所述的高压直流输电换流站实时监控系统的实现方法，其特征在于，所述步骤4还包括实时数据服务器定时将前置数据服务器处理后的数字信号的值送到历史数据服务器保存的步骤。

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