220kv变电所综合自动化的与实现—毕业设计.doc

太原科技大学毕业设计论文摘 要摘 要本论文分析了220kv变电所测试系统和虚拟仪器总的发展趋势，介绍了仪器驱动器变电所综合自动化的基本概念。过去20年来虚拟仪器技术变电所综合自动化的快速发展和应用，极大地促进了电力，自动化了测试、测量及自动化领域的变革。变电所的综合自动化是一股新的潮流虚拟仪器技术增大了测试系统开发的灵活性，降低了其开发成本。仪器驱动器是现代自动测试系统的重要组成部分，它实现了和仪器的通信并对它进行控制，提供了更高层的、易用的编程模型，使得对仪器的测试变为简单的函数调用。本论文的主要任务是对信号发生器的ivi-c的设计220kv变电所综合自动化的与实现。本论文选择变电所电气主接线，计算短路电流，选择电气设备，并设计了综合自动化方案，最后，还设计了继电器的配置方案。可互换虚拟仪器（ivi）是仪器驱动器的一个革命性的变革，它能带来高性能、仪器仿真、仪器互换、灵活开发等好处。目前有两种不同类型的ivi驱动器，分别是ivi-c和ivi-com。本论文说明了ivi-c驱动器的通用开发步骤，包括设计、实现等。本文还介绍了信号发生器的测试。然后对所设计的ivi-c仪器驱动器通过lab windows/cvi进行测试，说明此设计的正确性。关键词：变电所虚拟仪器，;综合自动化仪器驱动器;，信号发生器;电气设备，应用ivi 71abstractabstractthis dissertation analyzed the general development trend of the 220 kv substation mate test system and virtual instruments, and gaveived a brief conception of integrated automation of substationinstrument driver. the rapid adoption of the integrated automation of substationvirtual instrumentation technology in the last 20 years catalyzed a revolution in electricity and automationinstrumentation for test, measurement, and mate. integrated automation of substation becomes a new technology trends. virtual instrumentation technology increase the productivity and lower test system development costs. instrument driver is an important component in modern mate test systems. they perform the communication and control of the instrument hardware in the system, as well as providing a high-level and easy-to-use programming model that turns complex instrument measurement capabilities into simple software function calls.the integrated automation of 220 kv substation ivi-c design and realization of signal generator was is the main task of this dissertation. this dissertation cheese electrical main wiring of substation, calculated short circuit current, cheese electrical device, and designed integrated automation programmer. last designed configuration programmer of relay interchangeable virtual instruments of ivi is a revolutionary standard for instrument driver software technology.ivi can provide you with many benefits, such as: high performance, instrument simulation, instrument interchangeability, development flexibility. there are two very different models for interfacing with an ivi driver: ivi-com and ivi-c. the dissertation provided the basic development process of an ivi-c driver, including design, implementation and so on. the dissertation also provided information of test of signal generator. and test the ivi-com instrument driver to prove that it was valuable.keyword: virtual instrumentsubstation, integrated automation, electrical device ; instrument driver ;signalapplying generator;iv.i 太原科技大学毕业设计论文目 录目 录第1章引言11.1 概述11.2 自动化系统的特点11.3 自动化系统的功能21.4 主变压器容量和台数的选择31.5 所用电源的引接的原则9第2章短路电流的计算102.1 短路电流计算的目的及规定102.1.1 短路电流计算的目的102.1.2 短路电流计算的一般规定102.2 短路电流的计算10第3章电气设备的选择143.1 选择设计的一般规定143.1.1 一般原则143.1.2 有关的几项规定143.2 电气设备的选择与校验153.2.1 主变压器持续工作电流的计算153.2.2 断路器及隔离开关的选择153.2.3 母线的选择183.2.4 220kv、110kv母线电压互感器及其熔断器的选择203.3 全所电压互感器、电流互感器配置方案213.3.1 电压互感器的配置方案213.3.2 电流互感器的配置方案213.4 防雷保护方案设计223.4.1 变电所的保护对象223.4.2 电工装置的防雷措施223.5 电气主要设备一览表24第4章综合自动化方案设计264.1 常规变电站的缺点264.2 综合自动化变电站的优越性264.3 本站综合自动化方案简述264.4 综合自动化系统结构框图26第5章继电保护配置方案285.1 主变压器保护配置方案285.2 220kv及110kv母线保护配置295.3 35kv出线保护配置方案31参考文献33致谢34引言概述变电站综合自动化系统是利用微机技术，对变电站内二次设备(包括保护、控制、测量、信号、自动装配及远动等)的功能进行重新组合、优化设计，从而取代各种人工运行作业，提高变电站运行、管理水平的一种自动化系统。变电站综合自动化系统硬件由保护测控装置、站级监控计算机两部分组成。保护测控装置是系统的基本单元，完成就地信息采集、保护、测量、控翩、故障录渡等功能，并具有通讯接口。站级监控计算机则通过站内通讯网络收集信息，将所收集的信息进行处理、分类储存，完成各项集中控制操作，按照既定的通讯规约与远方控制中心(地区调度中心)的通讯，将收集的站内信息远传到控制中心，接收控制中心下达的各项命令。变电站综合自动化系统的设计应满足电力装置的继电保护和自动装置设计规范)(gb5006292)、(电力系统调度自动化设计技术规程以及其它有关规程、规范的要求变电所电气主接线的确定。自动化系统的特点变电站综合自动化系统采用的是面向对象的分布式的智能一体化结构，它将变电站内的每个一次设备(如进线、主变、整流变、断路器、电容器、电动机等)均作为一个控制对象，每个控制对象的保护测控装置相对独立，仅通过站内通讯网互连，并与站级监控计算机通讯 这种面向对象的智能一体化系统代表l当今变电站综台自动化系统新的潮流和发展趋势。变电站综合自动化系统广泛地应用于10 kv-220 kv 电压等级的有人值守或无人值守变电站的电气设备保护测量与控制。它既适用于新建变电站，也适用于老变电站改造。变电站综合自动化系统保护测控装置集保护、控制、测量、信号、通讯等功能于一体，可集中组屏，也可分散安装，具有良好的灵活性。其主要特点：（1）系统可靠性高；（2）数据共享性好；（3）可扩充性好；（4）抗干扰能力强；（5）独立性强，局部故障不影响整个系统的运行，系统故障不影响保护测控装置的运行；（6）具有h52可编程逻辑控制功能，能实现各种过程控制功能。自动化系统的功能1、保护功能变电站综合自动化系统保护功能由保护测控装鼍实现，不同型号的装置配有不同的保护。能满足变电站各种一次设备的保护要求，满足现行电力装置的继电保护和自动装置设计规范（g1006292）要求，并能实现常规继电保护难以实现的功能，保护的调试、整定及定值修改简便易行。2、控制功能就地控制功能：断路器的就地操作，电气防误操作，备用电源自动投入及用户所要求的其它各种逻辑控制功能。远方控制功能：测控装置能接收站级监控计算机及远方控制中心的各种控制和调度命令，实现远方遥控操作。3、测量与遥信功能可就地、远方测量电压、电流、功率、功率因数、电量等运行参数；就地、远方采集各种保护动作、断路器及刀闸位置等信息。4、故障景波功能每个装置都具有故障录渡功能，在后台监控主机可显示及打印故障前后电流、电压波形。5、监控与管理功能利用后台监控计算机对变电站设备进行集中监视和控制。显示变电站的主接线图及设备运行状态、运行参数，如断路器、刀闸状态、变压器分接头位置等。运行参数标在主接线图上，能自动更新，并能自动改变颜色以表示不同的状态。对运行参数作表格式显示或图形显示。地区调度中心值班人员可对本变电站设备进行遥控操作，如断路器、刀闸、主变压器分接头调节。或无功电压双参数综合自动控制各种信号复位。可显示各种历史数据、故障记录各种能源管理报表及图形；定时或设定打印各种报表及记录。可与企业计算机管理连网，显示并打印各种数据、各种能源管理报表及图形等，提高企业的管理水平。6、通讯功能站内通讯：全部装置均带有rs485或rs232通讯接口远方通讯：变电站综合自动化系统同时能以不同的通讯协议（dnp3.0、1801、c8705、catf或用户自定协议）与远方调度中心和远方控制中心通讯。引 言本章通过介绍驱动程序的发展背景和设备驱动程序的发展背景，引出ivi技术，并介绍了本次毕业设计的主要任务。1.1 驱动程序的发展背景在用计算机控制仪器的初期，仪器与仪器之间、仪器与计算机之间的接口大多用的是gpib接口总线，编程采用的是basic语言的i/o操作语句。每一台仪器都有自己的一套ascii码的命令集。测试程序的编写者在编写测试程序前，需要熟悉硬件设备及其一大套命令，这对于一般的软件人员来说是较为困难的。编程也就常常成为开发自动检测系统中最耗费时间的一项工作。当检测系统使用到多种不同型号的仪器时，情况会更糟。同时，编程人员还会发现，当他们在为一台仪器编写新的应用程序时，需要做大量的重复性工作，耗费了大量的时间和精力。显而易见，如果编程人员在编写程序时，可以只调用一些例行程序的高层函数，而不需要直接面对低层的函数命令，则开发费用和开发时间都会大大下降。这些可被重复调用的例行函数就是仪器驱动程序1。1.2 设备驱动程序的发展历史1、gpib接口总线标准。计算机与仪器之间的接口总线以gpib（通用并行接口总线）最为常见，其它还有rs232、485、vxi等。gpib总线的雏形是惠普公司（hewlett packard）在60年代制定的公司内部总线标准hp-ib。在此基础上，美国国家工程师协会于1975年制定了意在统一接口总线结构的ieee488接口总线标准。1978年，又对ieee标准在编码、格式、传输协议方面作了修订，这就是ieee488.2标准。我们现在开发的gpib设备驱动程序都必须遵循以上标准。此类标准中的最新版本是于1990年制定的scpi（standard commands for programmable instruments）标准。2、vxi plug&play标准。vxi是一种仪器工业中常见的总线结构，通常我们把采用这种接口总线进行信息传送的集成卡式仪器也称为vxi。由于这种卡式仪器没有用户界面，通常被用来与计算机配合使用。vxi plug&play 标准的产生是为给vxi板卡制造商们提供一个统一的接口标准。后来vxi plug&play 标准被引用到整个仪器及计算机板卡制造业。现在大多数仪器制造商的产品都支持vxi plug&play 标准。vxi plug&play 标准也为驱动程序的编写提供了固定格式。如驱动程序向仪器发送命令时必须遵守以下步骤：(1)初始化仪器。(2)设置变量参数。(3)设置测量命令。(4)进一步数据分析。(5)关闭进程。使用诸如lab windows/cvi一类的编程语言可以方便地编写出满足vxi plug&play结构框架的驱动程序。vxi plug&play标准的出现极大的推动了现有仪器的发展。3visa标准。vxi plug&play标准制定了驱动程序的结构框架，但这还不够完全。现在，许多驱动程序的数据类型都采用的是visa（virtual instrument software architecture）标准。visa标准还统一了驱动程序中一部分用户的接口函数，这就为设备的互换奠定了基础。4ivi标准。ivi规范为普通仪器提供标准化的软件接口,从而使开发者有更多精力来开发测试代码,而不必花太多时间来为系统中的每一个仪器编写通信软件. 仪器驱动器作为一个模块,一种积木式元件可直接应用于测试程序中.由于所有的仪器不可能具有相同的功能,所以不可能建立一个单一的编程接口.正因为如此,ivi基金会制订的仪器类规范被分成基本能力和扩展属性两部分. 前者定义了同类仪器中绝大多数仪器所共有的能力和属性(ivi基金会的目标是支持某一确定类仪器中95 %的仪器);后者则更多地体现了每类仪器的许多特殊功能和属性。1.3 本次毕业设计的主要任务从前面可以看到，基于ivi规范编写类驱动程序成为了一们实用的技术，本论文的主要任务就是基于ivi规范的信号发生器的驱动程序设计。第2章 ivi的关键技术主变压器容量和台数的选择ivi电气主接线是电力系统的重要组成部分，它的设计形式直接关系全所电气设备的选择和配电装置的布置。它的设计应以设计任务书为依据，以国家有关经济建设方针、政策及有关技术规范为准则，结合工程具体特点来确定，要求安全可靠、稳定灵活、方便经济。通常被认为是最新的驱动程序规范，本章将讨论本文所涉及到的ivi的相关技术。包括虚拟仪器技术，ivi的规范，ivi驱动程序的结构。2.1 虚主变压器容量和台数的选择拟仪器技术虚拟仪器概述虚拟主变压器的台数：待设计变电站为大型的城市变电站，负荷较重（本期最大负荷150+210=360mva,远期最大负荷240+210=450mva），又因是城市变电站，负荷较为重要，且为终端变电站，要求电压质量是可以调节的，现在市场上生产的变压器的容量，选择2台变压器不能满足负荷的要求，我选择4台相同容量的变压器。主变压器容量：根据运行经验，变压器的容量应保证在有一台检修的情况下，其他变压器能带全部负荷的70%，按任务书给定的资料（按远期最大负荷算），即3台主变的容量应满足70%的负荷需求，因此本设计的主变每台应带负荷为：（240+210）70%/3=10.5（mva），所以我们选择的主变容量为120mva变压器。主变型式：本设计220kv降压到110kv和35kv两个电压等级，因此采用三绕组变压器。调压方式：根据地区及负荷的要求，变压器选择有载调压方式根据以上原则，查阅有关资料，选择的主变压器技术数据如表1-1所示下：表1-1主变压器技术数据表型 号 sfpsz7 -120000 / 220容 量 120 mva容 量 比 120/120/120额定电压高压22081.25%中压121低压38.5联结组标号 yn，yn0,d11损 耗空载144 kw负载480 kw空载电流 0.9 %阻抗电压高-中14 %高-低24 %中-低9 %仪器（virtual instrument,简述vi）是虚拟仪器技术在仪器仪表领域中的一个重要应用,它是现在计算机硬件、软件、总线技术和仪器技术深层次结合的产物,是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。即虚拟仪器就是计算机技术介入仪器领域所形成的一种新型仪器,它是利用计算机强大的图形环境,组合相应的硬件,编制不同的测试软件,建立界面友好的虚拟仪器面板（即软面板）,通过友好的图形界面及图形化编程语言控制仪器运行,构成多种仪器,完成对被测量的采集、分析、判断、显示、存储及数据生成的仪器.也就是说,虚拟仪器是利用计算机显示器模拟传统仪器控制面板,以多种形式输出检测结果，利用计算机软件实现信号数据的运算、分析、和处理利用i/o借口设备完成信号的采集、测量、与调理,从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。vi以透明的方式将计算机资源（如微处理器、内存、显示器等）和仪器硬件（如a/d、d/a、数字i/o、定时器、信号调理等）的测量与控制能力结合在一起,通过软件实现对数据的分析处理与表达。这样软件就成为了虚拟仪器的关键,任何一个使用者都可以通过修改虚拟仪器的软件来改变它的功能,这就是美国ni公司“软件就是仪器”一说的来历2。虚拟仪器的组成由硬件平台和应用软件两个部分构成.硬件平台一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。计算机硬件平台可以使各种类型的计算机如pc、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等.测控功能硬件设备主要完成被测输入信号的采集、放大、模/数转换。不同的总线有其相应的i/o借口硬件设备,如利用pc总线的数据采集卡daq、gpib总线仪器模块、串口总线仪器等。虚拟仪器与传统仪器相比具有以下特点2:(1)传统仪器的面板只有一个,其表面布置着种类繁多的显示与操作元件,由此可能导致认读与操作错误。虚拟仪器与之不同,它可以通过在几个分面板上的操作来实现比较复杂的功能。虚拟仪器融计算机强大的硬件资源,突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制,大大增强了传统仪器的功能.高性能处理器、高分辨率显示器、大容量硬盘等已成为虚拟仪器的标准配置；(2)在通用硬件平台确定后,由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能；(3)仪器的功能可以根据用户需要由软件自行定义,而不是由厂家事先定义的,增加了系统灵活性；(4)仪器性能的改进和功能扩展只需要更新相关软件设计,而不需购买新的仪器,节省了物质资源；(5)研制周期较传统仪器大为缩短；(6)虚拟仪器是基于计算机的开放式标准体系结构,可与计算机同步发展,与网络及其周边设备互联。2.1.1 虚拟仪器发展趋势美国国家仪器公司（national instrument 简称ni）在20世纪80年代中期，首先提出了“软件就是仪器”这一虚拟仪器概念。这个概念为用户定义构造自己的仪器系统提供了完美的解决途径。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并可以实现通过软件实现对数据的显示存储以及分析处理。从发展史看，电子测量仪器经历了由模拟仪器智能仪器到虚拟仪器的发展过程。当硬件平台i/o接口设备与计算机确定后，编制某种测量功能的软件就成为该种功能的测试仪器。因为虚拟仪器可以与计算机同步发展，与网络及其他周边设备互联，用户只需改变软件程序就可以不断赋予它或扩展增强它的测量功能。这就是说，仪器的设计制造不再是厂家的专利。虚拟仪器开创了仪器使用者可以成为仪器设计者的时代，这将给仪器使用者带来无尽的收益。虚拟仪器从概念的提出到目前技术发展已日趋成熟，体现了计算机技术对传统工业的革命。大致说来，虚拟仪器发展至今，可以分为三个阶段，而这三个阶段又是同步进行的。第一阶段，利用计算机增强传统仪器的功能。由于gpib总线标准的确立，计算机与外界通信成为可能，只需要把传统仪器通过gpib和rs-232同计算机连接起来，用户就可以用计算机控制仪器。随着计算机系统性价比的不断上升，用计算机控制仪器成为一种趋势。这一阶段虚拟仪器的发展几乎是直线前进。第二阶段，开放式的仪器构成。仪器硬件上出现了两大技术进步一是插入式计算机数据处理卡；二是vxi仪器总线标准的确立。这些新的技术使仪器的构成得以开放，消除了第一阶段内在的由用户定义和供应商定义仪器功能的区别。第三阶段，虚拟仪器框架得到了广泛认同和采用。软件领域面向对象技术把任何用户构建虚拟仪器需要知道的东西封装起来。许多行业标准在硬件和软件领域已产生，几个虚拟仪器平台已经得到认可并逐渐成为虚拟仪器行业的标准工具。发展到这一阶段，人们也认识到了虚拟仪器软件框架才是数据采集和仪器控制系统实现自动化的关键。ivi规范ivi 规范的基本要求方案：（见图1-1）图1-1分析：因本220kv变电所不仅供本地区的负荷，还降压到110kv向另一终端变电所转供大量的负荷，所以方案在220kv高压侧采用“双母线带旁路接线”，它具有供电可靠、检修方便、调度灵活及便于扩建等优点。110kv侧采用“双母线接线”。35kv侧采用“单母线分段带旁路接线”，便于分段检修母线及各出线断路器。当一段母线发生故障时，自动装置将分段断路器跳开，保证正常母线不间断供电，两段母线同时故障的机率极小，可以不予考虑。方案（见图1-2）图1-2分析：考虑220kv本期只有两条进线及本所只有两台主变压器，所以方案在220kv高压侧采用“单母线分段接线”， 采用“单母线分段接线”虽然使用断路器数量少、布置简单、占地少、造价低，但在变压器故障时需停相应线路，且隔离开关又作为操作电器，所以可靠性差。110kv侧采用“单母线分段接线”，四条出线从不同分段上引接以提高供电可靠性，此种接法的优点表现在简单清晰，设备少，投资小，运行操作方便，便于分段检修母线。当一段母线发生故障时，自动装置将分段断路器跳开，保证正常母线不间断供电，两段母线同时故障的机率极小，可以不予考虑。当一条出线断路器故障或检修试验时，不会对另一终端变电所造成停电。35kv侧采用“单母线分段带旁路接线”，此接线的优缺点已在前文中叙述，不再赘述。方案：（见图1-3）图1-3分析：方案在220kv高压侧采用“单母线分段接线”。110kv侧采用“双母线接线”，它具有供电可靠、检修方便、调度灵活及便于扩建等优点，但当母线系统故障时，需短时切除四条出线，使另一终端变电所全停。35kv侧采用“单母线带旁路接线”，虽然对断路器检修试验等均有好处，但当母线故障时，会造成10kv用户断电，可靠性差，故不宜采用。方案（见图1-4）分析：本方案在220kv侧采用“单母线接线”，虽简单清晰，设备少，投资小，但当母线出现故障时，会造成全所停电及另一终端站的停电。供电可靠性不好。110kv侧采用“双母线分段接线”，它同时具备双母线和单母线分段的特点，具有很高的可靠性和灵活性，但由于高压断路器及配电装置投资较大，只适合于610kv电压等级。35kv侧采用“双母线接线” 它具有供电可靠、检修方便、调度灵活及便于扩建等优点，但当出线断路器检修或故障时，无法将负荷及时送出，图1-5图1-4会造成重要用户的长时停电，故不宜采用。方案：（见图1-5）分析：方案的220kv侧采用“单母线接线”， 此接法的优点表现在简单清晰，设备少，投资小，但当母线出现故障时，会造成全所停电及另一终端站的停电。110kv侧采用“双母线带旁路接线”，具有十分好的可靠性及灵活性，但使用设备多，投资大。35kv侧采用“单母线接线”， 此接法的优点表现在简单清晰，设备少，投资小，但当母线出现故障或短路器检修试验时会造成10kv重要用户的长时间的停电。由以上的分析，初步选定方案和方案为本设计的主接线方案，经详细的比较后选定最终方案。我国变电所设计技术规程规定：“变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且应满足运行可靠，简单灵活，操作方便和节约投资等要求”。现就方案和方案的可靠性、灵活性和经济性进行详细地比较，筛选出最佳方案。1供电可靠性的比较方案的220kv高压侧采用“双母线带旁路接线”，当一段母线出现故障时，及时将运行方式改变到另一母线上运行，只能短时造成全所停电及另一终端站的停电。而方案的220kv侧采用“单母线接线”，当母线出现故障时，就会造成全所及另一终端站的长时间的停电。110kv侧接线方式的可靠性基本相同，不需比较。35kv侧方案采用“单母线分段带旁路接线”，当一段母线发生故障时，保护装置将分段断路器跳开，保证正常母线不间断供电，不会造成35kv的用户全部停电，且故障段的重要用户可经过旁路母线带出。方案中35kv侧采用“单母线接线”，当母线出现故障或出线短路器故障时会造成35kv重要用户的长时间的停电。两方案的可靠性相比较，方案的可靠性远比方案的可靠性强。2灵活性的比较220kv侧：方案可选择任一段母线运行，随时检修任一组断路器及母线上的设备，方案的接线就只能一种方式运行。110kv侧：两方案都具有很高的灵活性，虽然方案的灵活性要高一些，即每条出线断路器的检修、试验都可随时进行，但是四条出线向另一终端站送电，没有必要选择此种灵活性。35kv侧：两方案运行调度灵活，四台主变可以单独并列运行，也可全部并列运行。但是主变解列运行时方案的负荷可分别由四台中的两台主变带出，方案的负荷只能由其中两台主变带出，另两台主变空载。3经济性的比较在主接线设计时，主要矛盾往往发生可靠性与经济性之间，因此在满足供电可靠，运行灵活方便的基础上，尽量使设备投资费用和运行费用为最少。方案比方案 220kv、35kv设备多。但110kv设备方案比方案少一些。二者相比，方案比方案投入的资金要多一些。虽然方案比方案投入资金多，但从可靠性和灵活性综合的看，方案显然优于方案的设计。因此本设计最终确定的方案为设计方案。目前ivi基金会已经制定了九类仪器的规范：示波器、开关、任意波形发生器/函数发生器、数字电压表、电源、射频信号发生器、频谱分析仪、功率计和数字i/o仪器。美国国家仪器公司（简称n i）作为ivi的系统联盟成员之一，积极响应ivi的号召,开发了基于虚拟仪器软件平台的ivi驱动程序库4。因为所有仪器的功能都有可能不完全相同,因此不可能建立一个单一的编程接口满足不同仪器的所有要求。ivi规范的仪器驱动程序在结构上分为2 层,一类是通用仪器类层,它提供某一类仪器的通用接口,支持仪器的互换性;另一类是特定仪器层,它用于描述每一个特定的仪器,与诸如vpp驱动程序相连,代表仪器功能实现的特性化部分。 前者就是下面要论述的类驱动器,后者则是特定驱动器.2.1.2 类驱动器ivi类驱动把仪器功能分成固有功能(inherent capabilities) 、基本功能(fundamental capabilities) 、扩展功能组(extension groups) 及仪器特定功能( instrument specific capabilities)这四组。关于这些类驱动器将在后面章节详细介绍。2.1.3 专有驱动器专有驱动器(specific driver)即每一类仪器中的不同型号仪器的驱动器。.专有驱动器包含了用于特殊仪器编程的命令字符串或寄存器信息.。如果无需考虑仪器硬件互换,可以直接用特定仪器驱动器来开发测试应用程序。类驱动器与特定驱动器的关系:在工作过程中,应用程序先调用类驱动器,类驱动器再通过调用特定驱动器与物理的仪器通信。在某些特殊情况下可以直接调用特定驱动器来实现某些功能,而不再需要类驱动器4。2.2 ivi所用电源的引接的原则驱动程序的体系结构2.2.1 ivi驱动程序的结构1负荷的种类本变电所的所用电负荷主要是1：变压器强迫油循环冷却装置的油泵、风扇；蓄电池充电设备；油处理设备；采暖通风；照明及供水泵用电等。2负荷的重要性因本所两台主变压器为强迫油循环冷却的变压器，要求所用变分别接在两个不同的电源上，以保证在变电所所内停电时，仍能使所用电得到不间断的供电。3所用变的供电电压及型号、容量所用电属于低压用户，本站属大型的220kv变电站，其供电电压为380v三相四线制，用电容量都较110kv大，因此将供电电压选为35kv。选择sl7-500/35，低压0.4kv，容量500kva变压器两台。4供电方式供电可靠性是所用电的首要保证，在本供电系统中所用电应为3级用户。结合其供电电压及其容量，可将一台所用变压器引接于35kv段母线上，另一台所用变压器引接于35kv段母线上。两所用电源采用明备用方式，并且装设备用电源自动投入装置来保证其可靠性。ivi 建立在vpp仪器驱动器规范的基础之上,是vpp仪器驱动器的一个超集,所以在结构模型上与vpp仪器驱动器模型存在相似之处,ivi规范同vpp仪器驱动器一样定义了驱动器的外部接口模型和内部设计模型6。外部接口模型6图2-1外部接口模型外部接口模型(图2-1) 定义了仪器驱动器与仪器设备、上层应用软件和用户之间的通信方式,使得测试应用的开发独立于仪器之外。其中底层的visa是用于控制vxi、gpirs2221以及其他类型仪器的i/o接口库（vpp4. x 定义了其详细的规范）,其作用是提供统一的i/o设备资源管理、操作和使用的机制,实现一致的仪器i/o操作。visa i/o接口库是ivi的基础,功能体实现了仪器驱动器的功能代码,是仪器驱动器的核心。子函数接口是向仪器驱动器提供函数调用服务的接口;上层的交互式程度开发接口和应用程序开发接口则是驱动器向应用程序开发者提供服务的接口。此外,ivi提供了一个区别与vpp仪器驱动器模型的重要机制ivi引擎,以实现ivi特殊的技术：状态缓存和属性跟踪。从ivi 驱动器的外部接口模型可见,ivi分成三个层次:仪器功能服务层、仪器功能实现层和应用服务层。底层向上层提供透明的服务,每一层的开发可以在下层标准服务的基础上独立地进行,这种模式适应了软件大生产的要求。内部设计模型ivi驱动器的内部设计模型描述了实现仪器驱动器功能的内部结构。内部结构分为三个部分：回调函数集、组件函数集和应用函数集。组件函数集是控制仪器特定功能的软件模块，按功能不同分成初始化函数、配置函数、动作/状态函数、数据函数、通用函数和结束函数。应用函数集是面向测试任务和测试过程的功能模块，由组件函数综合而成。回调函数集是ivi引擎调用的读写仪器设置或获取仪器状态的一组操作，回调函数不能被用户显式地调用。回调函数机制是在ivi引擎的驱动下工作的，与ivi引擎密切联系。2.2.2 ivi仪器驱动程序的特点非ivi驱动程序使用直接仪器来查询和修改仪器设置,而ivi驱动程序则通过属性查询和修改仪器设置。ivi引擎与驱动程序一起参与对仪器属性读写的操作，包括记忆并跟踪属性值、控制驱动程序读写属性值等。ivi仪器驱动器的核心是仪器属性和状态缓存两个模型。ivi状态缓存在命令在specific driver下执行，不会影响class driver 的运行。ivi引擎通过控制仪器的读写属性，来监控ivi驱动程序。通过状态缓存， 将仪器当前状态的每一个属性设置值存储起来，消除了送到仪器的冗余命令，如设置仪器已有的属性值,ivi将跳过此命令,提高程序运行速度。ivi驱动程序具有仿真功能，且有许多内置的仿真数据产生算法，可以对仪器进行硬件仿真。同时仿真驱动程序也可以对仪器的属性值进行范围检查。即当测试代码未接仪器时，ivi仿真驱动程序自动识别所发送的值是否有效，同时当输入参数超过范围时，强迫给一个正确值。仿真功能在specific d river 的控制下发生,直接和间接调用方式都可以应用这个特性。2.2.3 ivi仪器类驱动器的构建机制为了实现不同厂商同类仪器的可互换性，ivi建立了仪器类驱动器的机制，在测试应用中，每个通用的仪器类驱动器通过调用同类仪器的某个具体的仪器驱动器功能来实现对仪器的控制。在这里，为了实现仪器互换，ivi仪器驱动器分成两个层次:通用类驱动器层和特定仪器驱动器层。图2-2显示了使用数字万用表的ivi驱动器的层次结构。需要注意的是，这两个层次都是同时遵循ivi规范，只是类驱动器实现了同类仪器中的公共接口和属性，而针对于特定仪器的特定操作命令(如控制字串、解析代码、范围、精度等)则由具体的仪器驱动器实现。本文用的是信号发生器。图2-2 类驱动器映射特定驱动器示意图从图2-2中可见,测试程序调用的是通用dmm类驱动器的公共函数,而类驱动器调用的是特定驱动器（如hp34410 或fluke 45ivi驱动器）的功能函数。由于类驱动器提供同类仪器一致的接口函数,所以同类的不同仪器可以使用相同的测试程序。ivi使用ivi. ini配置文件实现了从类驱动器到特定驱动器的映射,使得更换仪器时只需改变驱动器的映射,即将类驱动器的映射从一个驱动器改变到同类仪器的另一个驱动器,而不必改变测试程序。这里将通过fluke 45 数字用表的初始化过程来说明类驱动器到特定驱动器的映射机制的实现过程。ivi. ini 映像文件配置如下:ivilogica inane dmm = vinstr2 fl45”class driver - ividmmdescription =“ivi digital millimeter class driver”simulation vinstr =“vinstr nisimdmm”vinstr - fl45description =“fluke 45 digital millimeter”driver =“driver - 45”hardware =“hardware - fl45”range check = truesimulate = falseuse specific simulation = falsetrace = trueinter change check = truequrestatus = truechannel name =“chl”default setup =“”driver - fl45description =“fluke 45 digital millimeterinst rument driver”module path =“d: program files cvi inst r fl45.dll”prefix =“fl45”interface =“gpib”hardware - fl45description =“”resource disk =“gpib:2: instr”id string =“flu ke, 45, 4940191, 1.6, d1.0”default driver =“driver - fl45”在应用程序中,调用数字万用表类驱动器的初始化函数来进行仪器初始化: ividmm-initialize (&dmm handle);通过ivi.ini文件映射,类驱动器读入映像文件的配置信息,并动态地载入位于“d :program filescviinstrfl45.dll”的fl45驱动器代码。根据driver - fl45 字段中定义的驱动器前缀“fl45”找到对应的fluke 45 数字万用表的初始化函数,并将映像文件中初始信息作为参数传入; 资源地址gpib: : 2:instr;属性配置“simulate=0,range check=1,query instrstatus=1,cache=1”,从而完成fluke45dmm的初始化。在labwindows/cvi平台下,ivi.ini文件可以存放在缺省的目录vxipnpwin95niivi下,也可以由ivi-setiviinidir 函数指定。可以发现,使用类驱动器编写的代码与特定的仪器无关。对于同类的仪器、相同的测试,用类驱动器编写的测试代码是一样的,实际操作的过程则是调用ivi.ini中对应驱动器的功能函数。第3章第4章 短路电流的计算开发工具及相关知识准备选择编程工具对驱动程序设计来说,是很重要的，,不同的编程工具的编程流程是不一样的,而且难度也不一样，,本章将介绍一种有用、较简便的编程工具cvi,本章介绍其工作环境、电脑配置要求、安装、基本操作等。4.1 开短路电流计算的目的及规定发工具的选择短路电流计算的目的在变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。在选择电气设备时，为保证在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定值；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。短路电流计算的一般规定电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；短路种类：一般以三相短路计算；接线方式应是可能发生最大短路电流的正常方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。短路电流计算点：在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点。计算容量：应按工程设计规划容量计算，并考虑系统发展规划。目前虚拟仪器开发环境主要有visual c+，visual basic，以及hp公司的vee和ni公司的lab view、lab windows/cvi等。vc、vb虽然是可视化的开发工具，但它们对开发人员的编程能力要求很高，而且开发周期较长。hp vee是一个基于图形的虚拟仪器编程环境，拥有较多的用户，缺点是其生成的应用程序是解释执行的，运行速度较慢。对于基于ivi规范的驱动程序开发，目前还没有专业的、ivi基金会指定的工具。对ivi-c而言，理论上可以在任何支持ansi c开发的编程平台进行开发。基于环境限制以及开发的普遍性和应用广泛性，本课题选用lab windows/cvi作为软件开发平台。lab windows/cvi是以ansi c为核心，将功能强大和使用灵活的c语言平台与专业测控工具结合起来的集成化开发平台。为熟悉c语言的人员提供了一个理想的开发检测、数据采集和过程监控等系统的软件开发环境。lab windows/cvi简介虚拟仪器编程语言lab windows/cvi是ni公司开发measurement studio软件组中的一员。它是32位的面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开发平台，可以在多操作系统下运行。lab windows/cvi是以ansi c为核心的交互式虚拟仪器开发环境，它将功能强大的c语言与测控技术有机结合，具有灵活的交互式编程方法和丰富的库函数，为开发人员建立检测系统自动测试环境数据采集系统，过程监控系统等提供了理想的软件开发环境，是实现虚拟仪器及网络化一起的快速途径6。4.1.2 lab windows/cvi的特点lab windows/cvi 作为一个优秀的软件开发平台，和其他虚拟一起开发工具相比，具有以下特点：（1）交互式的程序开发lab windows/cvi将源码编程32位ansi c便宜连接调试及标准ansi c库等集成在一个交互式开发平台中，采用简单直观图形用户界面设计，利用函数面板输入函数的参数，采用事件驱动方式和回调函数方式的编程技术，有效地提高了工程设计的效率和可靠性。（2）功能强大的函数库如接口函数库信号处理函数库windows sdk等，利用这些函数库可轻松实现复杂的数据采集和仪器控制系统的开发。同时，lab windows/cvi附加了各种功能的软件开发包，如数据库软件包internet软件包小波分析软件包等，大大增强了lab windows/cvi的性能。（3）灵活的程序调试手段lab windows/cvi 提