梯级水电站集控中心计算机监控系统软件

第３１卷第６期２００７年１２月２０日

水电自动化与大坝监测

ＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄＤａｍＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ

Ｖ０１．３１Ｎｏ．６

Ｄｅｃ．２０，２００７５

梯级水电站集控中心计算机监控系统软件

朱辰，施冲

（国网南京自动化研究院／南京南瑞集团公司，江苏省南京市２１０００３）

摘要：为适应水电站集控中心生产管理水平不断提高的新要求，需要对新型集控中心计算机监控系统软件进行研究和开发。简要介绍了面向对象、三层次结构、分布式对象等集控中心系统所采用的新技术，以及集控中心监控系统的控制安全性考虑等系统实现要点。

关键词：梯级水电站；集控中心；计算机监控系统；面向对象；分布式对象；控制安全性

中图分类号：ＴＶ７３６

０引言

水力资源占中国常规能源资源剩余可采储量的４０％左右，是中国重要的能源资源。更重要的是，水电是可再生的清洁能源，它不排放温室气体，对于保护全球大气环境、防止气候变暖、实现可持续发展具有重要作用。在坚持优先发展水电的能源发展方针的指导下，中国大型水电基地和流域水电开发的步伐正在加快，大型流域或梯级水电站集控中心的自动化系统建设也变得越来越重要。从远程集控、无人值班、在线状态监测到电力市场等，都标志着电力行业逐步走向市场，运行管理体制和模式在不断改革和发展，梯级水电站集控中心的综合自动化水平也要不断提高。

计算机软／硬件技术及工业控制、通信网络等方面新技术的迅速发展，为梯级计算机监控系统的发展提供了有力的支持。从监控系统软件的结构来看，早期是面向具体应用的系统，程序围绕具体应用去实现；随着应用的增加和功能要求的提高，进入面向过程的应用阶段，程序根据较抽象的过程实现软件功能；随着对应用实体的不断抽象，目前发展到以面向现场设备为特征的面向对象的梯级计算机监控系统。

国网南京自动化研究院自动控制研究所在总结多年水电厂及梯级集控中心计算机监控系统开发经验的基础上，充分吸收计算机领域的最新技术，将面向对象的设计方法与国内水电综合自动化的新要求相结合，并将其贯穿于计算机监控系统软件设计的全过程，研究、开发了跨平台的面向对象的梯级集控中心计算机监控系统软件。它包含多层分布式对象

收稿日期：２００７—０７—０２；修回日期：２００７—０９—２８。架构，全面支持异构平台，提供高效、安全、可靠的监控内核，以及功能强大的组态工具、实用方便的应用界面、多种标准接Ｅｌ、适用于梯级集控中心实际应用需求的各种常规和高级应用功能。

１软件结构

有别于电站计算机监控系统，梯级集控中心的任务是对整个梯级或水利枢纽（为简便起见，以下的论述仅提及梯级集控，所述问题对水利枢纽也适用）的运行进行监视，按照上级调度指令，对梯级综合利用的各个方面，如泄洪、蓄水、发电、航运等进行统筹安排、协同调度。

梯级各电站及泄洪闸一般按无人值班的要求设计，在条件许可时由集控中心对各电站及泄水闸进行集中监视和控制。根据梯级的任务要求，梯级集控计算机监控系统应具有对各梯级子系统进行数据采集与处理、安全运行监视、运行调度、操作控制和管理等功能，同时负责接收上级调度系统下达的各项指令，向上级调度传送所需的数据，以便对整个梯级／枢纽进行有效的监视、调度、控制及管理。梯级内往往包含不同时期建设的不同，类型的电站监控系统，它们分布地域广、传输距离远、控制的安全性和复杂性要求较高，集控中心在设计和实现时必须综合考虑这一系列问题，以保证集控中心系统安全、稳定地运行。

梯级集控中心的计算机监控系统在系统结构、计算机硬件、通信通道等硬设备确定和实施以后，软件的结构、功能等就成为监控系统项目成败的关键。图１为集控软件结构示意图。以下对新型梯级集控中心计算机监控系统软件（简称集控软件）研究、设计和实现中的要点及特点进行介绍。

　万方数据

６拉电自多让与夫坝监测

高级应用数据库

＠驸数系统通信

计算机监基本组态工具ＡＧＣ，ＡＶＣ，据管理、Ｗｅｂｌ］ｇ【务＂（上级黻、控系统软件系统ＥＤＣ等历史数梯级电站等）

据管理）

网络通信软件囊崩渤‘余软件南；准接嗽件、应用程序库、

数据库系皖

ＸＷｉｎｄｏｗ／ＭｏｔｉｆＷｉｎｄｏｗｓＧＵＩ

ＪａｖａＶＭＪａｖａＶＭ

操作系统

ＵＮＩＸ开发系统、应用支撑开发环境垣胡技撵

平台

Ｗｉｎｄｏｗｓ

ＯＳ核ＪＯＪＯ．ＴｃＰ／Ⅲ、ＯＳ毫站ｂ、Ｉｏ、１℃ＭＰ、文件管理Ｗｉｎｄｏｗｓ文件管理

计算机硬

件平台ＵＮＩＸ服务器／工作站Ｐｃ系列】疆务器／工作站

图１梯级水电站集控中心计算机监控系统软件结构

２软件特点及功能

２．１面向对象技术

面向对象技术首先是在计算机软件开发技术的研究中发展起来的，其优越性已得到世界范围众多领域的认可。面向对象技术是根据客观事物（称之为对象）所具有的共性进行抽象，即忽略事物的非本质特征，只关注那些与当前目标有关的本质特征，把具有共同性质的事物划为一类，得到一个抽象的概念。类是具有相同属性和服务的一组对象的集合，它为属于该类的全部对象提供了统一的抽象描述，包含属性和服务２个主要部分。在面向对象的编程语言（如监控软件所采用的Ｊａｖａ语言）中，类的作用是定义对象。类给出了属于该类的全部对象的抽象定义，而对象则是符合这种定义的一个实体，又称为类的一个实例。在集控软件中，把梯级水电站实际生产管理中运行、维护人员非常熟悉的设备抽象为监控系统中的对象，如水轮发电机组、变压器、输电线路、开关、辅助设备等。

集控软件的系统设计、系统实现语言的选择、用户界面定义等一系列过程都依据面向对象的设计理念、原则和技术，这将给梯级集控中心的用户带来许多益处，主要表现为：

１）运行人员面对的是平时熟悉的设备对象（水轮发电机组、变压器、断路器、隔离刀闸等），进入相关对象后就可以得到各项运行参数，如机组的有功功率、无功功率、机端电压、功率因数等。

２）执行控制操作时，可直接在相关画面上选取欲操作的对象，系统中相应的对象处理软件能自动进行动态校核，给出允许操作或不允许操作的明确提示，减少了误操作的可能性，特别是在紧急情况下由于思想紧张而造成的误操作。

３）现场信号与相关对象建立了映射关系，不再作为独立事件出现。一旦有信号动作发生，系统会

自动根据关联对象的状态来决定应该启用何种相应的处理对策，例如一些信号在机组对象处于开／停机过程中时可以不予理会、另一些信号在监视对象处于检修状态时要登人专门的记录表中等。

４）在监控系统维护中，维护人员的工作也都是围绕着对象进行的，从集控中心数据库组态到显示画面组态等，都提供了面向对象的组态工具。这些工具都具有易学易用、方便快捷的特点，例如画面中的对象可以方便地复制、保存、抽取，以及对象组件放在容器中可自动调整等。

２．２多层次ｃ／ｓ结构和中间件

客户／服务器（Ｃ／Ｓ）体系结构在水电厂监控系统中也普遍采用。传统的ｃ／ｓ应用软件模式大多是基于“肥客户机”结构下的２层结构应用软件，客户端软件一般由应用程序及相应的数据库连接程序组成，而服务器端软件一般为数据库（包括集控中心实时数据库和历史数据库）系统及相应程序。

随着分布式对象技术的逐渐成熟，３层（或多层）分布式应用体系结构得到了越来越多的应用。这３层包括客户端、中间应用服务和数据服务（各种数据库）。这些层次并不一定与网络上的具体计算机位置相对应，只是概念上的分层，根据系统结构和应用需求，它们可以是集中式的也可以是分散式的。中间服务层提供包括应用服务在内的各种中间组件，中间件屏蔽了网络系统中硬件平台的差异性和操作系统与网络协议的异构性，使应用软件能够比较ＪＩ顷，Ｎ地运行于不同平台上。同时，中间件在负载平衡、连接管理和任务调度方面起了很大的作用［１］。包括通信中间件在内的一组中间件集成在一起，构成一个平台（包括开发平台和运行平台），使数据安全、完整地进行交换，并使应用与服务相对独立。各层次的修改都不会影响到其他层次，简化了用户需求发生变化时所需的修改工作量，大大降低了用户用于软件系统维护和升级的费用和难度。

传统的ｃ／ｓ结构和３层ｃ／ｓ结构有各自的优点和适用性，许多应用领域越来越多地采用３层结构，都是根据各自的需求综合考虑的。根据梯级集控中心计算机监控系统的具体情况，在分布式对象计算的总体架构下集成了传统的ｃ／ｓ和３层ｃ／ｓ这２种模式，可依据系统的具体软／硬件配置灵活设置。如在生产管理部分采用浏览器／服务器（Ｂ／Ｓ）模型构建整个子系统，增加了Ｗｅｂ服务器，也可以说构成了４层结构，其数据集中存储，所有的数据访问必须通过中间件进行权限认证，在客户端本地无需存储任何数据，大大提高了整个子系统的安全性。

在此应用方式下选用该结构的主要优点是：

　万方数据