数字化变电站后通信管理系统的开发

摘要

随着变电站自动化技术的高速发展，数字化变电站已经成为变电站发展的趋势。传统的变电站监控系统主要由人来处理信息，设备需要定期维护，有着信息传送的实时性和可靠性较差等缺点。而数字化变电站有二次接线简单、信息传输可靠和测量精度高等优势，这也就对变电站监控系统的通信管理提出了更高的要求。因此，本文对数字化变电站后台通信管理系统进行研究具有重要意义。
　　 本文首先介绍了课题的背景及数字化变电站的特点。然后，本文介绍了数字化变电站监控系统的三层分布式结构，并根据数据通信技术的不同分析了各自的通信网络结构以及二次设备布置形式。通过研究国内外通信管理系统的现状，本文决定选用模块化方法来设计监控组态软件的整体结构。通信管理系统作为监控组态软件一个重要组成模块，本文选用螺旋模型作为该系统的开发模型。
　　 其次，本文介绍了数字化变电站各层之间相互通信的内容以及对通信速率和网络性能等的要求。通过对Modbus、IEC60870-5系列规约和IEC61850规约等国内主流问答式通信规约的分析介绍，本文以基于Modbus协议的串行通信为主来阐述通信系统的设计思想，并选用Win32 API函数进行串口编程，采用异步I/O技术提高程序执行效率，使用多线程机制实现同步信息传输，最后运用动态链接库技术给出CAN、Profibus和以太网协议通信程序的二次开发模板。
　　 数据管理系统是监控软件的核心，它分为组态数据库、实时数据库和历史数据库三部分。组态数据库部分主要用来管理静态的数据参数信息、系统配置信息和画面信息等。实时数据库部分采用开源的内存数据库FastDB来实现对实时数据的快速读写，并设计了该部分与其它模块的接口，以方便监控画面和历史数据库对实时数据的调用。历史数据库部分采用二进制方式来读写磁盘，并对历史数据的磁盘空间、读取速率和备份操作等方面进行了优化。另外，本文还设计了用户管理系统，用来实现新增用户、删除用户和修改口令等功能，通过对用户权限的管理，大大提高了通信管理系统运行的安全性。
　　 最后，本文针对系统设计了测试用例，进行了详尽严谨的测试。对通信系统逐步进行独立路径测试、单一功能测试和子系统测试，与紫金桥组态软件相比，该通信系统有着数据更新速率快，占用内存小的明显优势。对实时数据库进行接口和插入速率测试和对历史数据库进行查询测试，与SQL Server2000比，实时数据库速率快、占用资源少。对通信管理系统综合测试，各个模块间运行正常，说明本文选用的方案是可行的。