电力系统中通讯系统的设计

毕 业 设 计 （ 论 文 ） 中 文 摘 要电力系统设计-通讯系统设计摘要 这篇论文主要基于 Delphi 技术，后台数据库使用简单易用的 SQL 2000。讲述了关于电力系统的信息，特别是讨论了关于设计该系统时的思想、方法和过程，以及在细节上分析函数和方法的实现思想。利用 Delphi 软件建立完整性强、安全性好的数据库。在本论文中讲述的电力系统拥有一个交互式的界面、逻辑的数据库结构。并且在设计数据库时还考虑到了实体完整性约束、参照完整性约束、及尽量减少数据的冗余。关键词 电力系统 通讯系统 Delphi 数据库第 1 页 共 1 页目 次1 引言 .12 电力系统分析 .121 定义 .122 电力系统图 .123 发展简况 .224 系统构成 .23 电力系统的运行和控制 .331 电力系统的运行 .332 电力系统的控制 .433 安全控制按其功能分类 .534 提高系统稳定的基本措施 .54 计算机监控系统 .541 星型网络 .542 扩展环型网络 .65 Delphi 在电力系统中的应用 .651 主控程序（PTX） .752 GPRSServer .1053 ClientIn .1854 ServerIn .186 ActiveX 控件 .2261 COM 技术规范的发展史 .2262 Active 举例 .23结论 .31致谢 .32参考文献 .33第 1 页 共 33 页1 引言随着经济的发展，社会的进步，计算机越来越深入到我们日常的工作学习及生活中，成为我们日常生活中不可缺少的辅助工具。随着科学技术的不断提高,计算机科学日渐成熟,其强大的功能已为人们深刻认识,它已进入人类社会的各个领域并发挥着越来越重要的作用。它已经深入到日常工作和生活的方方面面，比如文字处理、信息管理、辅助设计、图形图像处理、教育培训以及游戏娱乐等。各行各业的人们无须经过特别的训练就能够使用电脑完成许许多多复杂的工作。然而，虽然现在世界上已经充满了多如牛毛的各种软件，但它们依然不能满足用户的各种特殊需要，人们还不得不开发适合自己特殊需求的软件。以前开发 Windows 应用软件是专业人员的工作，需要掌握许多专业知识和经过特殊的培训才能胜任。现在不同了，即使你没有接受过严格的程序设计训练，使用 Delphi 编程语言也一样能够开发出功能强大、适合自己特殊需求的应用程序了。Delphi 编程语言继承了其他语言易学易用的特点，特别适合于初学者学习 Windows 系统编程。 2 电力系统分析21 定义由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产、传输、分配和消费的系统。由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供给到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行丈量、调节、控制、保护、通讯和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。22 电力系统图由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供给到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地第 2 页 共 33 页域内有机地组成一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供给与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行丈量、调节、控制、保护、通讯和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。建立结构公道的大型电力系统不仅便于电能生产与消费的集中治理、同一调度和分配，减少总装机容量，节省动力设施投资，且有利于地区能源资源的公道开发利用，更大限度地满足地区国民经济日益增长的用电需要。电力系统建设往往是国家及地区国民经济发展规划的重要组成部分。电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。23 发展简况在电能应用的初期，由小容量发电机单独向灯塔、轮船、电力系统。车间等的照明供电系统，可看作是简单的住户式供电系统。白炽灯发明后，出现了中心电站式供电系统，如 1882 年 T.A.托马斯阿尔瓦爱迪生在纽约主持建造的珍珠街电站。它装有 6 台直流发电机（总容量约 670 千瓦），用 110 伏电压供 1300 盏电灯照明。19 世纪 90 年代，三相交流输电系统研制成功，并很快取代了直流输电，成为电力系统大发展的里程碑。20 世纪以后，人们普遍熟悉到扩大电力系统的规模可以在能源开发、产业布局、负荷调整、系统安全与经济运行等方面带来明显的社会经济效益。于是，电力系统的规模迅速增长。世界上覆盖面积最大的电力系统是前苏联的同一电力系统。它东西横越 7000 千米，南北直通 3000 千米，覆盖了约 1000 万平方千米的土地。中华人民共和国的电力系统从 50 年代开始迅速发展。到 1991 年底，电力系统装机容量为 14600 万千瓦，年发电量为 6750 亿千瓦时，均居世界第四位。输电线路以220 千伏、330 千伏和 500 千伏为网络骨干，形成 4 个装机容量超过 1500 万千瓦的大区电力系统和 9 个超过百万千瓦的省电力系统，大区之间的联网工作也已开始。此外，1989 年，台湾省建立了装机容量为 1659 万千瓦的电力系统。24 系统构成电力系统的主体结构有电源、电力网络和负荷中心。电源指各类发电厂、站，它将一次能源转换成电能；电力网络由电源的升压变电所、输电线路、负荷中心变电所、配电线路等构成。它的功能是将电源发出的电能升压到一定等级后输送到负荷中心变电所，再降压至一定等级后，经配电线路与用户相联。第 3 页 共 33 页电力系统中网络结点千百个交织密布，有功潮流、无功潮流、高次谐波、负序电流等以光速在全系统范围传播。它既能输送大量电能，创造巨大财富，也能在瞬间造成重大的灾难性事故。为保证系统安全、稳定、经济地运行，必须在不同层次上依不同要求配置各类自动控制装置与通讯系统，组成信息与控制子系统。它成为实现电力系统信息传递的神经网络，使电力系统具有可观测性与可控性，从而保证电能生产与消费过程的正常进行以及事故状态下的紧急处理。3 电力系统的运行和控制31 电力系统的运行电力系统的运行状态可以分成正常状态和异常状态两种。正常状态又可分为安全状态和警戒状态；异常状态又分成紧急状态和恢复状态。电力系统的运行包括了所有这些状态及其相互间的转移，如图所示。 电力系统运行安全状态 系统的频率、各节点的电压、各元件的负荷均处于规定的允许值范围内，并且一般的小扰动不致使运行状态脱离正常运行状态。由于目前电能尚不能大量存贮，任何瞬间必须保证发电、输电、用电之间的平衡，而用电负荷又随时会发生变化，所以正常安全状态实际上始终处于一个动态的平衡之中，必须进行正常的调整，包括频率和电压，即有功功率和无功功率的调整。警戒状态 系统整体仍处于安全的范围内，但个别元件或地区的运行参数已临近安全范围的边缘，扰动将使运行进入紧急状态。对处于警戒状态的电力系统应该采取预防控制，使之进入安全状态。紧急状态 正常运行状态的电力系统遭到扰动（包括负荷的变动和各种故障），电源和负荷之间的功率平衡遭到破坏而引起系统频率和节点电压超过了允许的偏移值，或元件的负担超过了安全运行的限制值，系统处于危机中。对处于紧急状态下的电力系统，应该采取各种校正控制和稳定控制措施，使系统第 4 页 共 33 页尽可能回复到正常状态。近来有人把紧急状态进一步分为耐受性危机（它允许持续几秒到几十分钟）和稳定性危机（它允许持续时间一般不超过 10 秒钟）。这种细分有利于针对不同的危机采取不同的控制措施。恢复状态 这时电力系统已被解列成若干个局部系统，其中有些系统已经不能保证正常地向用户供电，但其他部分可以维持正常状态；或者系统未被解列，但已不能满足向所有的用户正常供电，已有部分负荷被切除。当处于紧急状态下的电力系统不能通过校正和稳定控制回复到正常状态时，应按对用户影响最小的原则采取紧急控制措施，使之进入恢复状态。然后根据情况采取恢复控制措施，使系统回复到正常运行状态。安全控制 预防性控制、校正控制、稳定控制、紧急控制和恢复控制都以提高电力系统安全性为目标，所以统一称为安全控制。由于供电中断和电能质量的低劣会给国民经济和人民生活带来严重影响，所以电力系统的运行必须安全可靠、保证电能质量和求取最大的经济性。为了提高电力系统的安全可靠性，要求系统有一定的备用容量以满足负荷变动和事故的需要；要求合理配置无功功率电源；要求设备处于健康的状态，系统具有一定的稳定性储备，并配备各种必要的安全措施和装置。 交流电力系统的频率、电流和电压的正弦波形，以及各节点的电压幅值是电能质量的 3 个基本指标。为了保证电能质量，必须采取电压调整、频率调整和抑制谐波的措施。电力系统调度 电力系统在保证安全可靠和电能质量的前提下，还应力求调整负荷，提高设备利用率，合理利用各种能源资源，实施经济运行，降低煤耗、厂用电和网络损耗，以取得最大的经济效益。由于电力系统本身的特点：集中的发电和分散的用电，电力系统分布于广阔的地域而发、送、用之间的功率又要求严格的瞬时平衡，因而电力系统的运行需要统一而分级、分层的调度管理，需要一个和电能传输、分配系统相平行的信息采集、传输和处理的通信系统，以实现正常的调整和各种安全、经济的控制。32 电力系统的控制电力系统安全控制的目的是采取各种措施使系统尽可能运行在正常运行状态。在正常运行 状态下，调度人员通过制定运行计划和运用计算机监控系统（或）实时进行电力系统运行信息的收集和处理，在线安全监视和安全分析等，使系统处于最优的正常运行状态。同时。在正常运行时，确定各项预防性控制，以对可能出现的紧急状态提第 5 页 共 33 页高处理能力。这些控制内容包括：系统以额定工况运行调整发电机出力、切换网络和负荷、调整潮流、改变保护整定值、切换变压器分接头等，使系统运行在最佳状态。在系统发生事故时有较高的安全水平当电力系统一旦出现故障进入紧急状态后，则靠紧急控制来处理。这些控制措施包括继电保护装置正确快速动作和各种稳定控制装置等切除故障，防止事故扩大，平衡有功和无功，将系统恢复到正常运行状态或重新进入正常运行状态。 33 安全控制按其功能分类 1、提高系统稳定的措施有快速励磁、电力系统稳定器（） 、电气制动、快关汽机和切机、串联补偿、静止无功：、超导电磁蓄能和直流 调制等。 2、维持系统频率的措施有低频减负荷、低频降电压、低频自起动、抽水蓄能机组抵频抽水改发电、低频发电机解列、高频切机、高频减出力等。 3、预防线路过负荷的措施有过负荷切电源、过负荷切负荷等。 34 提高系统稳定的基本措施 1、加强电网网架，提高系统稳定。线路输送功率能力与线路两端电压之积成正比，而与线路阻抗成反比。减少线路电抗和维持电压，可提高系统稳定性。在线路上装设串联电容是一种有效的减少线路阻抗的方法。在长线路中间装设静止无功补偿装置。能有效地保持线路中间电压水平（相当于长线路变成两段短线路） ，并快速调整系统无功。是提高系统稳定性的重要手段。 2、电力系统稳定控制和保护装置。提高电力系统稳定性的控制可包括两个方面：一是失去稳定前，采取措施提高系统的稳定性；二是失去稳定后，采取措施重新恢复新的稳定运行。所谓稳定，是指电力系统可以连续不断的向负荷供电的状态。电力系统继电保护的充足性、安全性、经济性和质量是电力工业生产稳定必须满足的几项基本要求。4 计算机监控系统对于应用较为广泛的星型和环型网络进行详细分析并进行扩展，同时结合有、无主结构分析其应用性质41 星型网络由星形网络组成的监控系统，各网络节点通过中心交换机连接，同时考虑到冗余需要，利用另外一台交换机组成双网络，网络工作原理如下：第 6 页 共 33 页有主结构：现地控制单元有两块 CPU 模件，实现该单元节点处的故障冗余，为主的 CPU 板实时采集各种信号，并针对故障信号采取相应处理，同时将采集的信号量数字化，再传送给主站；主站负责数据的接收，同时向操作员站送实时数据，并将操作员站的命令下达无主结构：现地控制单元实时采集各种信号并针对故障信号采取相应处理，主站作为数据服务器，定时向各现地控制单元节点要数据并记录，操作员站通过交换机直接与现地控制单元通讯，传送数据与命令星形网络的优点是结构相对简单，由于普遍通讯协议为 TCP/IP，开发额外的系统应用程序比较简单，缺点是系统安全性能不高，若交换机坏，则网络就面临崩溃，对主站依赖性强此种网络结构在一些系统升级改造的电站应用较多42 扩展环型网络扩展环型网络是在环型网络的基础上，加上各其他功能节点，或通过转换与其他应用网络连接，而现地计算机控制依旧处于环型网络上由扩展环型网络组成的监控系统，各网络节点通过环型链路交换数据，利用两条环链构成冗余，除现地单元、操作员站外的其他应用计算机属于另一个TCP/IP 网，主站与应用程序这些功能计算机通过协议转换连接到两个网络中网络工作原理如下：此种网络拓扑结构较适合于无主结构，若应用为有主结构，TCP/IP 网段的信息交换将由于主站性能限制而受到迟滞，对应用快速性不利在无主结构模式下，现地控制单元实时采集各种信号并针对故障信号采取相应处理，主站作为数据服务器，记录各现地控制单元节点数据，操作员站在环网上直接与现地控制单元通讯，传送数据与命令在环网之外的 TCP/IP 网络通过与主站、应用程序工作站通讯，取得各种信息并可发送命令扩展环型网络的优点是在结构上，分层应用明显，各节点功能清楚，系统安全性能高，两个不同协议网段间的故障互相没有影响，网络稳定性好缺点结构相对复杂，网络投入较大，开发应用程序时，需考虑到两个网段的不同协议目前国内某在建大型水电站的计算机监控系统采用的就是这种结构5 Delphi 在电力系统中的应用这里主要讲 Delphi 在这个工程里作为中间层起到的作用1.调用下层 api 函数。2.负责通讯（上位机和下位机）。3.负责对下位机传上来的数据进行解码，容错和控制。第 7 页 共 33 页4.负责对上位机下发的数据进行解码，容错和控制。由于考虑到程序整体的稳定性大致按功能分为：主控程序（PTX）：主要作用是控制这 4 个模块的稳定性。比如这 4 个模块中任何一个崩溃了，需要自动重启之。无线电接口程序(Server)：主要作用和无线电发射机进行交互，因为整 个工程是无线电和 GPRS 并用的。GPRS 接口程序（GPRSServer）：主要作用和 GPRS 硬件模块进行交互。ActiveX 接口程序(ServerIn)：主要作用是和网页中的 ActiveX 插件进 行交互。Java 后台接口程序(ClientIn)：主要作用是和 Java 后台进行交互，当然 java 用的是 jsp 平台。51 主控程序（PTX） 这里用到了一个定时器 Timer1,它的作用是每隔 1s 作一次循环检测，检测上面 4 个模块是否死机了，如果死机就把相应的模块启动起来procedure TFormTX.Ti