（电气工程专业论文）继电保护运行监测管理系统的设计与应用.pdf

上海大学硕士学位论文 继电保护运行监测管理系统的设计与应用 摘要： 本文详细介绍了继电保护运行监测系统的开发方案。这个系统用来收集变电 所内各种微机保护设备、录波设备的运行数据，并且及时将这些信息传输至调度 中心，做为其分析、决策的依据，预防事故的发生。系统分为两个部分：一个是 子站，它位于变电所内，负责收集变电所内的保护装置和录波装置的运行数据； 另一个是调度中心主站，位于调度中心运行管理部门，负责将子站采集到的数据 进行处理并提供给用户。本文提出了应用“b s ”三层体系结构将继电保护运行 监测与继电保护日常维护管理办公自动化一体的设计方案，从技术背景开始逐步 介绍了它们的技术要求及实现过程。最后，本文对目前已开发完成的这个系统在 性能上的不足之处作了详细的说明。 关键词： 继电保护，运行监测，在线管理，办公自动化 上海大学硕士学位论文 d e s i g na n da p p l i c a t l 0 no fa n r u n n i n ga n dm o n i t o r i n go n l i n e 砌卅a g e m e n ts y s t e mf o r p r o t e c ti v er e l a y s a b s t r a c t t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ed e v e l o p m e n ts c h e m eo fr e l a yp r o t e c t i o n r u n n i n gm o n i t o r i n gs y s t e m i tc o l l e c tt h er u n n i n gd a t ao fe v e r yd i g i t a l p r o t e c t i o na n df a u l te q u i p m e n t ，p r o m p tt r a n s m i tt h e s ei n f o r m a t i o n st o d i s p a t c h i n gc e n t e r ，a sa e v i d e n c et oa n a l y z i n ga n dd e c i d i n gt op r e v e n t f r o mc o n t i n g e n c y t h i ss y s t e mi n c l u d et w op a r t ：o n ei ss u b s t a t i o n ，l o c a t e d i nt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n i ts e et oc o l l e c tt h er u n n i n gd a t ao f p r o t e c t i o n a n df a u l te q u i p m e n t a n o t h e ri sc e n t e rs t a t i o n ，l o c a t e di nd e p a r t m e n to f r u n n i n gm a n a g e m e n t a t d i s p a t c h i n g c e n t e r i tt r a n s a c td a t aw h i c h c o l l e c t e db ys u b s t a t i o na n do f f e rt h ed a t at ou s e r t h ea r t i c l es e ta s i d e a d e s i g n i n gs c h e m ew h i c ha p p l yb st h r e e l a y e r s t r u c t u r es y s t e mt o b u i l d u pr e l a yp r o t e c t i o nr u n n i n gm o n i t o r i n gm a n a g e m e n t a n do a i t i n t r u o d u c ei t st e c h n i ca n dp r e f e c t i v ep r o c e s ss t e pb ys t e p f i n a l l y ，t h e a r t i c l eh a sd e t a i l e dd i r e c t i o no fd e f e c ta tt h ec a p a b i l i t ya sad e v e i o p e d s y s t e m k e y w o r d ：r e l a yp r o t e c t i o n ，r u n n i n gm o n i t o r i n g ，o n l i n em a n a g e m e n t v i 上海大学硕士学位论文 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：7 丕型蔓塾日期： 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 日期： 上海大学硕： 学位论文 第一章继电保护运行监测系统概述 1 1 继电保护运行监测系统的意义 随着工农业生产和社会经济的迅速发展，近年来电力供应紧张的局面尤为明 显，电力先行的地位愈显重要，电力系统也得到了持续发展，电网的规模不断扩 大，电网的结构愈加复杂，对电网的日常运行管理的要求越来越高。计算机网络 技术和数据通信技术在电力行业中应用的不断发展和深入，电力系统中大量非微 机设备正在被微机设备所代替，微机线路保护、自动装置、故障录波装置得到广 泛应用，为电网安全稳定运行提供了保障。在整个电力系统中，电气二次装置 对于整个电网的运行有着至关重要的影响，二次系统的自动化水平直接关系到电 气次系统的运行状态和故障处理。目前，就整体而言，我国电网二次系统的自 动化管理水平较为落后，尤其对继电保护等二次装置的信息收集、动作行为分析、 故障诊断、定值计算整定以及对二次设备本身的监控、管理等工作的自动化技术 相对滞后，已经不能满足电网调度运行管理自动化的需要。 继电保护作为电网工作中的一个重要环节，其工作责任大、技术性强、任务 繁重。继电保护工作人员除了每天对诸如电网结构、保护配置、运行方式变化及 故障情况等各种信息进行正确的分析、处理外，还要负责收集、记录、管理各种 保护及元器件的参数、保护定值、实验记录、保护图纸等大量的数据。随着计算 机网络技术和数据通信技术的飞速发展和普及，通过数据网络实时传输厂站端的 故障录波数据，保护装置的动作及运行信息，以提高电网事故分析的技术水平和 深度，及时了解系统保护的运行情况和事故情况，加快对事故及保护异常的处理。 提高调度管理及运行管理的自动化水平，切实保证电网安全运行，预防、杜绝电 网重大事故发生，充分贯彻国家电网公司电网二次系统“十五”规划，创国 际一流电网调度机构。也为了减轻继电保护工作人员的工作强度，提高劳动生产 率，提高自动化办公水平，开发研制适合于电力企业继电保护运行监测系统己成 为电网调度运行管理部门的重要需求。因此，组建继电保护运行监测系统网络， 是继电保护专业人员今后一段时间面临的一项重大工作。 上海大学硕士学位论文 电网继电保护运行监测系统网络组网成为电力行业新兴的课题，建立微机保 护装蹬联网、电网故障和保护信息处理的完整解决方案，综合考虑日常管理工作 中的实际应用，通过网络将继电保护各职能部门联系起来，做到格式统一、分布管 理，达到信息共享的目的。收集站端的保护动作和运行信息、故障录波数据，并 自动传送到调度端，为调度部门准确、及时地掌握电网故障情况和判断电保护动 作情况，提供详实的信息支持：为继电保护专业提供有效的分析处理手段以提高 电网事故分析的技术水平，为事故预防、设备维护、办公管理等提供先进的、方 便实用的自动化技术手段；为设备管理部门提供详细的设备运行状况及管理工 具。提高继电保护设备的运行水平和管理水平、实现变电站无入值班、降低运行 维护成本、保证电力系统安全、稳定运行。 1 2 继电保护运行监测系统现状 1 2 1 国外发展概况 国外继电保护运行监测的研究随着变电站综合自动化的研究、发展而发展， 工作始于8 0 年代，并随着计算机技术的发展在9 0 年代快速发展。1 9 9 7 年国际电工 委员会t c 一5 7 技术委员会制定了i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 继电保护设备信息接口配套标 准，进一步规范了控制与保护之间的通信标准，随着网络技术的发展t e 一5 7 技术 委员会又制定了i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 4 远动信息网络通信标准，这些标准的制定为继电 保护运行监测系统大规模应用和快速发展提供了标准化的依据”。英国、美国、 意大利、法国、西德、澳大利亚等国继电保护运行监测系统的建设都已经相当成 熟、实用。 1 2 2 国内发展概况 国内继电保护运行监测的研究起始于g o 年代末期，由于国内保护装置生产 厂家众多，通信规约各不相同，i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 标准的制定很好的解决了这个 问题。近年来，国内省一级的电力公司都在研究建设继电保护运行监测系统，如 电力信息化走在国内前列的江苏省电力公司与各设备生产厂家合作于2 0 0 4 年制 定了结合i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 和i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 4 标准的江苏电网继电保护信息管 上海大学硕士学位论文 理系统通信规约及江苏电网继电保护信息管理系统信息规范。一部分地市 级、县级电力公司也开始考虑研究建设继电保护运行监测系统0 1 。继电保护运行 监测系统正在成为国内电力行业新兴的课题，国内各主要的电力监控系统应用软 件集成商也都在研制推出继电保护运行监测系统，如南瑞公司、国电南自等公司。 南瑞上海公司开发研制的f i s 2 0 0 0 继电保护与故障信息管理系统结构如下： 主站系统是安装在电网调度中心的计算机系统，系统完全配置，包括两台数 阜蠛 薷基 懒扩蛾箩禽尹 工作站工作站灿 l 拥幕嵴! 群 。 n撇曦数据采粲网绍 燃蕊蕊l亘 u u 终端服备嚣 路由器 嘎黯瞪p 中瞪套簌搿e m s 7 s c a d a 、叫1 s 及其它应用系统 电话拨号切换 通道机箱 m o d o m 池 图卜1f i s 2 0 0 0 故障信息管理系统结构圈 据服务器( 主数据服务器、备用数据服务器) 、继电保护工作站、故障分析工作 站、维护工作站、w e b 服务器网关、两台通信服务器( 主通信服务器、备用通 信服务器) 。系统功能包括继电保护运行( 生产) 管理、电网故障信息处理、与 厂站系统的通信等功能。通过w e b 服务器向其它系统提供浏览图形、报表、历史 信息查询、启动故障分析及结果显示、故障分析结果查询等等。1 。 f t - i s 2 0 0 0 继电保护与故障信息管理系统采用“c s + b s ”的分布式的三层体 系 占构，在统一的支撑平台上，将管理系统、分析软件等应用集成起来，成为分 布式的计鳃机系统。系统的基础平台包括了网络、报表、数据库、图形，从而为 上海大学硕士学位论文 系统提供了统一的操作、使用的环境和模块访问接口。 故障分析是系统的核心功能之一，包括： ( 1 ) 故障量，根据波形计算故障前后各个周期，有效值、峰值、直流分量、 均方根值、以最大电流通道为参考的相角值。 ( 2 ) 矢量分析、故障序分量，包括其大小、相位，分别以向量图和波形两 种方式输出。 ( 3 ) 阻抗计算，画出阻抗矢量图，用于故障测距和距离保护动作的验证。 ( 4 ) 双端故障测距，根据故障线路双端数据定位故障点。 ( 5 ) 频率分析，计算故障发生时。系统频率的变化，提供给电厂供参考。 ( 6 ) 事故重演，事故的顺序记录( s o e ) ，回放事故发生的过程。 ( 7 ) 谐波分析，显示各个通道的谐波幅值，选择步长为一个采样周期，作 为故障类型定位的依据。 事故反演、专家系统为调度员分析、处理事故提供了依据。 南瑞继保公司开发研制的r c s 9 0 0 0 继电保护信息系统结构如下： 变电站1变电站。 网 服 主服务器务服务器保护_ l 作站保护i 作站 图卜2r c s 9 0 0 0 继电保护信息系统结构图 系统主要功能包括：数据采集、运行监测管理、保护故障录波波形分析、权 上海大学硕士学位论文 限管理、w e b 信息发布等功能。 上晦大学硕士学位论文 波行分析是系统的核心功能之一，具有谐波分析，故障量有效值、峰值、直 流分量的计算、故障分量大小相位的显示、波形及向量的显示方式，阻抗计算及 矢量图显示，故障测距、故障选相等。“。 国电南自开发研制故障信息系统结构如下： 图卜3 故障信息系统结构图 系统主要功能包括：设备管理、设备运行信息管理、录波数据波行分析、故 障定位、动作行为分析、短路计算、整定计算、故障统计、图档管理等功能“。 从目前这些已经在运行的继电保护管理系统来看，都侧重于运行监测，系统 采用”c s ”三层体系结构，再通过w e b 服务器对外提供w e b 查询服务，系统架 构类似于s c a d a 系统，缺乏与日常继电保护工作相关的管理功能，在m i s 网上只 能对设备运行信息进行数据库的查询浏览，且信息相对滞后，不能直接对设备操 作实时查询运行信息。继电保护工作人员每天的日常管理工作责任大、技术性强、 任务繁重，办公自动化水平有待提高，再建设一套管理系统重复投资、还易形成 数据孤岛，导致信息出现不一致。本文讨论了采用”b s ”三层体系结构，在 w i n d o w s 2 0 0 0 平台上，应用t o m c a t 、j a v a 、j s p 等流行先进的技术，在微软的i f 上海大学硕士学位论文 浏览器上实现监测与管理统一的继电保护运行监测系统。 第二章系统总体设计 在设计本系统时所主要考虑的问题是：如何将不同厂家、不同型号的装置有 效的连接起来并且实现信息标准化，为用户提供完善并且友好的人机交互界面， 包括图形监测、系统告警、查询数据、分析数据、系统管理、日常办公管理自动 化等。 2 1 继电保护运行监测系统的原理 继电保护运行监测系统实现对电网中继电保护信息的监测和管理，按功能与 作用分为继电保护运行信息、继电保护事故记忆信息、继电保护管理信息以及故 障录波器的录波信息。其中，继电保护运行信息所要求的实时性最强，继电保护运 行设备发出的信息需要尽快得到运行值班人员及调度值班人员识别，并作为电网 事故处理的重要依据。继电保护事故记忆信息在发生复杂电网事故特别是出现 继电保护异常动作后，需要尽快传递到有关专业人员手中，经专业人员分析判断 后，为调度值班人员进一步恢复供电提供支持，这也是制定反事故措施的基础。继 电保护管理信息与通常的生产管理系统接近，除应包括电网内继电保护运行、管 理信息和技术信息外，还应包括有关科研、制造、设计和基建的有关信息，它们是 提高继电保护专业工作质量和效率的关键。故障录波器的信息中包含发生事故前 后电网中丰富的信息，为运行人员提供事故分析的详细数据，需要及时传送到调 度部门。继电保护运行监测系统的建设结合以上信息的不同特点进行，系统分为 主站和子站，通过广义的通信网络( 局域网、光纤、微波) 连成一个有效的整体， 子站的信息对象是各种继电保护和故障录波装置，其主要任务是为整个系统采集 数据，并进行转换、筛选和远传。主站的任务是采集子站的各种信息进行汇总、 分析，并可在与调度、m i s 等系统相连形成整个电网完整的继电保护信息，系统 采用b s 结构，通过w e b 的形式发布，让调度运行人员充分掌握电力系统各种保 护和故障录波设备的运行状况，为电力系统更加安全与稳定运行服务“。 上海大学硕士学位论文 2 1 1 继电保护运行监测系统组网原则 系统相对独立：保护信息与远动信息内容及系统构成的不同，应采取相对独 立的方案，即继电保护运行监测系统自行采集数据，且不经远动系统传输。不影响 原有继电保护装置和故障录波装置的独立运行。 具有通用性、可扩充性：以解决不同厂家、不同型号保护装置通信协议、数 据格式不同，甚至接口也不同的兼容性问题。 数据统一标识：系统中的任何一种设备、任何一个数据均采用唯一标识，以 便直接查询或修改某一个量，进行设备运行状态检查和各种统计等。 系统层次合理：包括装置层、通信层、管理层、应用层。 2 1 2 继电保护运行监测系统结构 继电保护运行监测系统的网络结构如图一所示，从物理结构上可以分为子 站、主站及联系它们的通信网络。系统结构图如下： 图2 1 继电保护运行监测系统网络结构图 上海大学硕士学位论文 2 1 2 1 主站系统 前置通信机接收从子站发送来的信息，或接收保护主站发送的命令再下达到 变电站子站。通信机将接收到的报文信息解析后，根据信息划分的级别形成数据 库和保护应用实时数据中心，供保护应用程序使用。通信机可以采用双机备份， 以保证网络通信的可靠性。数据服务器也可以采用双机备份，保证继电保护信息 数据的安全可靠。 2 1 2 2 子站系统 每个变电站配备l 套采集装置，收集全站的继电保护和故障录波信息，再把 这些信息通过通信网络传送到主站，或者接收主站下发的查询等命令再下发到保 护装置去。变电站中由于各种设备种类繁多，差异性大，保护装置有非微机型( 电 磁型、晶体管型、集成电路型) 和微机型。对于非微机型保护设备，只能通过开关 量采集装置来获得保护中间继电器的状态变化，由此得到保护动作事件的信息。 而对于微机型保护装置，可以通过多串1 2 1 卡与微机保护装置的串1 5 1 连接，直接获 取保护装置的所有信息。子站采集装置利用g p s 获得同步时钟来对全站的保护和 录波装置定时进行广播对时，使全网的保护和录波设备时间同步。采集装置结构 如下图所示： 上海大学硕士学位论文 2 1 2 3 通信网络 子站和主站之间借助电力企业的内部数据网络完成通信。随着电力数据网络 的不断建设和发展，光纤将逐渐铺设到各个变电站。就目前情况丽言，若变电站还 没有连通电力数据网络，还可通过微波、电话网等多种通信网络实现主站与子站 的通信。 2 2 系统主要功能 2 2 1 完善的数据采集、信息处理功能 系统自动采集各子站继电保护、自动装置、故障录波设备的实时运行信 息，在线检测各设备的实时运行状态，设备异常检测。 广义的通信网络：光纤、微波、局域网等多种通信方式，规约库丰富： 支持1 e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 规约、江苏省继电保护v 2 0 规约、扩充的部颁规约、 南瑞、南自等设备厂家的保护规约。系统规约库易于扩充。 2 2 2 实时监测功能 以浏览器为操作界面，显示各种实时图形画面、子站设备的实时运行信 息，实现对设备的操作，保护故障、动作、事件、自检等信息的即时报警、 事故报告的图形查询。 2 2 3 事故预防、故障分析 在线监测设备定值、测值等实时运行信息，定值自动校核、设备年检等 功能的实现可以及时发现保护设备存在的潜在问题，预防事故的发生。 分析设备的故障信号，图形显示波行、相位、实时数据等完整的信息内 容，分析事故原因。 2 2 4 定值管理功能 应用x m l 、x s l 等先进技术实现统一规范的定值单管理、各种报表的查 询、显示、编辑。应用任务流实现定值单在各部门间的网上审批流转。 上海大学硕士学位论文 2 2 5 保护专业的规范化管理 保护专业技术资料、保护规程、图资信息的规范化管理，上传、下载、 查询、浏览、打印。 2 2 6 信息的数据库管理 应用j a v a 技术、传输x m l 数据文件，在i e 浏览器上实现通用数据库表 的管理，对系统任意数据表进行维护，实现一次设备、保护发备的设备管理、 保护设备运行台帐( 投退、年检、缺陷、动作) 、系统数据等信息数据的自动 化管理。 2 3 系统开发工具和运行环境 2 3 1 开发环境： 平台：w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 服务器：a p a c h et o m c a t4 0 4 数据库：m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 浏览器：i e6 o + j r e l 4 1 开发工具及应用技术： j b u i l d e r 8 + j d k l 4 1 j s p j a v a s c r i p t f r o n t p a g e 2 0 0 0 x m l + x s l o d b c 3 2 v i s u a c + 十6 0 2 3 2 运行环境 平台：w i n d o w sx p w i n d o w s2 0 0 0 系列( a d v a n c e ds e r v e r s e r v e r p r o f e s s i o n a l ) w i n d o w s9 8 m e 上海大学硕士学位论文 服务器：a p a c h et o m c a t4 0 4 数据库：m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 浏览器：i e 5 5 以上+ j r e l 4 1 显示器分辨率：10 2 4 * 7 6 8 2 4 系统数据库设计 继电保护运行监测系统是一个信息管理系统，因此在设计的一开始就把 这个部分定为工作中的重点。这部分的工作主要要解决的问题是： 斗：设备信息以何种方式进行保存 如何管理大量的数据，并且向用户提供检索途径 采用什么形式和哪些内容提供给用户 2 5 通信子系统设计 根据继电保护运行监测系统结构可知，通信子系统包括两个部分：一是 变电所数据采集装置对变电所内的装置进行数据采集；二是变电所数据采集 装置与调度中心主站系统的数据通信。本文对这两个部分分别称为“站内通 信”和“站间通信”。 2 6 运行监测系统设计 目前在运行的继电保护运行监测系统都采用”c s ”三层体系结构，侧 重于信息监测。本文讨论的保护信息运行监测系统既包括保护设备实时运行 信息的监测，还包括保护信息的管理，在多个部门之间实现信息共享，提高 了电力企业保护信息日常的办公管理水平，在运行监测子系统设计上采用基 于”b s ”的三层体系结构，将运行监测与办公管理融为一体，同时实现了 调度管理部门对继电保护信息监测与管理的双重需求。 上海大学硕士学位论文 第三章系统数据库设计 3 1 设备资源信息表 继电保护运行监测信息以设备为管理对象，结构合理、标准的设备资源信 息设计是系统数据库的关键。 图3 - 1 设备资源信息结构图 上海大学硕士学位论文 设备资源信息包括网络内的公司、厂站、一次设备、保护设备等二次设备资 源信息的属性参数信息。数据统一标识：公司、厂站、一次设备、保护设备均采 用唯一标识，以便直接查询或修改信息、进行设备运行状态检查和各种统计等。 今后在此基础上形成标准统一的调度资源信息平台，为调度管理的各个应用程序 服务。在一次设备、二次设备属性的设计上与相关的各个部门都进行了时论，属 性信息完整，可满足各个部门的应用要求，以线路设备为例，设计线路属性表结 构包含以下信息：( 设备标识、设备编码、电压等级、首端厂变名、末端厂变名、 线路编号、用途、线路状态、首端关联开关l 、首端关联开关2 、末端关联开关 1 、末端关联开关2 、过负荷能力、线路p t 、线路阻波器、耦合电容器、结合滤 波器、线路避雷器、线路长度、导线型号、架空地线型号、导线截面积、分裂数、 同杆线路、同杆长度、塔基总数、预计投运时间、实际投运时间、退役时间、资 产所属单位、调度管辖、操作管理、线路维护单位、所维护线路首末端杆塔号、 线路末端侧维护单位、线路末端侧维护杆塔、正序电阻、正序电抗、正序电容、 零序电阻、零序电抗、零序电容、制造厂家、参数来源、提供日期、实测线路每 公里正序电阻、实测线路每公里正序电抗、实测线路每公里零序电阻、实测线路 每公里零序电抗、基准容量、基准电压、制造日期、旁路开关、备注) 3 。2 保护设备实时信息 保护设备实时信息是系统的实时数据源，为调度部门准确、及时地掌握电网 故障情况和判断电保护动作情况，提供详实的信息支持。实时信息按不同的信息 类型分开储存，以设备标识确定不同设备的信息。系统对实时信息进行计算、分 析、统计、故障分析等应用，分析处理事故，预防事故的发生。 上海大学硕士学位论文 3 3 定值单信息 图3 - 2 实时运行信息图 定值单管理是继电保扫： 2 1 2 作中非常重要的一项工作，长期以来不同厂 家、不同型号设备的定值信息不一致，导致了定值单格式千差万别，在统一 管理上存在问题。通用、统一、规范的定值信息储存结构的设计解决了这一 难题，最新定值单定值信息和档案定值单定值信息分开储存，便于定值单的 查询、修改、统计。 上海大学硕士学位论文 保护设备厂商信息 定值单公共信息定值单定值信息 定值单信息 图3 - 3 保护设备厂信息图 上海大学硕士学位论文 3 4 通信配置信息 设计通用的通信信息配置数据库，包括以下信息： 厂站通信配置信息 串口属性表 网络口属性表 通信口配置信息 通信队列配置信息 系统根据上述信息生成通信配置x m l 文件供通信子系统使用，文件格式： s t a t i o ns y s t e m t y p e = “6f a c i d = 。f a e n a m e = 。s t a t e = “a d d r e s s = s u b s t a t i o n f l a g = ”。c o a l a r r a y 。? 。、 d e v i c ei d = n a m e = ”s u b s t a t i o n f l a g = a d d r e s s 2 t y p e = “m o d e l = x u n c e f a g = “s t a t e o 。n d e v i c e 、a ? “o a m e = ”s u b s t a t i o n f l a g = ”a d d r e s s = 一t y p e = ”m o d e l = “x u n e e f a g = ”s t a t e 。”| ) a r r a yi d = + t y p e = “n a m e = “s t a t e = l o c k s t a t u s = c o e f f i c i e n t t y p e ：、 c h a n n e lc h a n n e l i d = “c h a n n e l n a m e = 。c h a n n e l t y p e = 一“p o r t t y p e = 。p r o t o c o l = 。 s t a t ? “s e r i a l p o r t n o = “s e r i a l p o r t m o d e = ”t y p e = + b a u d = ”p a r i t y = ”s t a r t b i t s = s t o p b i t s = ”d a t a b i t s = f l o w c o n t r o l = a s p p p o r t i p = “a s p p p o r t i d = 4n e t p o r t i p 2 7 “ n e t p o r t l d = ”n 上海大学硕士学位论文 通信信息的信息结构如下 图3 - 4 通信信息的信息结构 上海大学硕士学位论文 3 5 保护设备运行信息 定义系统中保护设备装置运行信息的含义，这也是系统数掘库设计的重 点，系统中的保护设备类型不同、厂家不同，运行信息不统一，设计标准统 一的数据库结构以统一保护设备的运行信息，为通信子系统、定值单管理子 系统服务。数据库信息分为两部分：设备运行通用信息定义、设备实际运行 信息定义，通过实际运行信息的定义来规范不同厂家、不同类型的运行信息 为标准统一的信息格式。 图3 - 5 通信信息的信息结构 上海大学硕士学位论文 3 6 办公信息 提高办公自动化的水平、相关信息数据库储存，实现无纸化办公，信息共享、 快速查询。 设备运行台帐： 设备投退信息表：管理设备的运行投退信息 设备缺陷信息表：管理设备的缺陷登记、缺陷分析、缺陷处理信息 设备检修信息表：管理设备的年检信息 设备动作信息表：管理设备的动作信息 规程资料信息： 资料信息表实现各类资料信息的分类存储 规程信息表实现以设备为对象管理操作规程 图资信息： 图资信息表实现各类图纸等资源信息的分类存储 工作任务： 通用的任务流结构表实现定值单审批、设备缺陷管理等任务的网上流转 3 7 系统信息 设计权限信息表、计算机信息表、用户信息表、菜单表。 在系统权限的控制上做到用户、计算机两级控制，将菜单纳入权限管理，用 户登录时进行权限认证，实现用户个性化的操作菜单。 上海大学硕士学位论文 4 1 站内通信 第四章通信子系统设计 站内通信包括各保护装置和录波器与调度中心主站的通信。主要需要解 决的是如何将不同保护装置以及录波装置在硬件上和软件上与调度中心主 站实现连接。在现阶段，虽然我国的继电保护厂家一般在各自生产的设备中 都配备了通信接口，以使设备能够与其它自动化系统连接，但各厂家的接口 不统一不能直接与调度中心进行通信，因此设计开发子站系统实现站内通 信，采集装置信息，以统一的信息格式与调度中心主站实现通信，如通过 i e c 6 0 8 7 0 一5 一1 0 3 、扩充的c d t 规约等“。 4 1 1 软件结构 通信子站p t u 软件设计包括： 通信程序：负责通信子站与调度中心主站的通信，上传设备运行信 息，接收调度中心主站对设备的操作命令。 任务调度程序：调度对设备的数据采集任务 采集程序：负责与站内设备通信采集设备的实时运行信息 上海大学硕士学位论文 4 1 2 数据结构 p t u 实时信息共享内存 p t u 通信报文共享内存 图4 - 1 软件结构图 存储装置设备主动上送的信息、装置设备的实时 定值、模拟量、开关量等运行信息。 操作循环队列、每个通信队列的操作循环队列、 每个通信口的上、下行通信报文循环队列。 4 1 3 软件流程 p t u 通信程序与任务调度程序之间通过s o c k e t 通信交互信息，请求应答信 息为x m l 文件。今后还可考虑在子站扩充子站后台系统，子站后台系统也是通过 s o c k e t 与任务调度程序通信。 p t u 通信共享内存区： 操作循环队列：任务调度程序s o c k e t 服务端，监听操作请求，接收到 操作请求解析x m l 为实际报文加入到操作循环队列。 通信队列操作循环队列：任务调度程序调度操作循环队列将报文添加 到各个通信队列的操作循环队列。 以每个通信口为单位： 下行报文循环队列： p t u 采集程序监听通信队列操作循环队列向该队列主通信口 下行报文循环队列添加下行报文。 上行报文( 应答报文、主动上送报文) 循环队列： p t u 采集程序向通信i z l 上行报文循环队列添加上行报文 p t u 任务调度程序监听各通信队列主通信口上行报文循环队 列，解析报文更新p t u 实时信息共享内存。 上海大学硕士学位论文 1 、判断有无通信口互为备 用，确定互为备用的几个 通信口中谁是主通信口， 谁是各通信口 2 、从通信队列操作循环队 列中取山报文添加到各自 操作请求所对应的主通信 口的循环队列中 从操作请求循环队列中调度任务转抉 为下行报文添加到通信队列操作循环 队列中 主动上送报文) 到上行报文 循环队列 图4 2 信息循环流程图 p t u 通信程序负责与调度中心主站实现通信，实现串口方式、网络i z i 方式等 多种协议的通信，实时运行信息中包含设备的实时运行信息、以及上送信息循环 队列。在上送信息循环队列的设计上定义为多个主站上送信息循环队列，支持运 行信息上送给多个主站。 上海大学硕士学位论文 4 1 4 与调度中心主站的通信规约 4 1 4 1 江苏继保v 2 0 规约 采用i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 4 结合i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 保护信息报文，网络通信协议 报文格式如下： 起动字符6 8 t t a p d u 长度( 最大，2 5 3 ) 长度 控制域八位位组1 控制域八位位组2 控制域八位位组3 控制域八位位组4 a p c i 土 i e c6 0 8 7 0 5 1 0 1 和i e c 6 0 8 7 0 8 1 0 4 定义的a s d u 表4 - 1 保护信息报文表 a p d u 定义 a p c i 定义 表4 - 2a p c i 定义 启动字符6 8 h 定义了数据流中的起点。 a p d u 的长度域定义了a p d u 体的长度，它包括a p c i 的四个控制域八位位组 和a s d u 。第一个被计数的八位位组是控制域的第一个八位位组，最后一个被计 数的八位位组是a s d u 的最后一个八位位组。a s d u 的最大长度限制在2 4 9 以内， 因为a p d u 域的最大长度是2 5 3 ( a p d u 最大值= 2 5 5 减去启动和长度八位位组) ， 控制域的长度是4 个八位位组“。 控制域定义了保护报文不至丢失和重复传送的控制信息、报文传输启动停 11jii叫llll 肥 i 叫船 上海大学硕士学位论文 止、以及传输连接的监视等控制信息。 三种类型的控制域格式用于编号的信息传输( i 格式) ，编号的监视功能( s 格式) 和未编号的控制功能( u 格式) 。 控制域第一个八位位组的第一位比特= 0 定义了i 格式，i 格式的a p d u 常常包含一个a s d u i 格式的控制信息如图所示 比特8 7654321 发送序列号n ( s ) l s b o m s b 发送序列号n ( s ) 接收序列号n ( r ) l s 8 o m s b接收序列号n ( r ) 八位位组l 八位位组2 八位位组3 八位位组4 表4 - 3 信息传输格式类型( i 格式) 的控制域 控制域第一个八位位组的第一位比特= 1 并且第二位比特= 0 定义了s 格式。s 格式的a p d u 只包括a p c i 。s 格式的控制信息如图所示： 比特8 765432l 00l 0 接收序列号n ( r ) l s b 0 m s b 接收序列号n ( r ) 八位位组1 八位位组2 八位位组3 八位位组4 表4 4 编号的监视功能类型( s 格式) 的控制域 控制域第一个八位位组的第一位比特= l 并且第二位比特= l 定义了u 格 式u 格式的a p d u 只包括a p c i u 格式的控制信息如图所示。在同一时刻， t e s l 、f r ，s t o p d t 或s t a r t d t 中只有一个功能是激活的。 比特8 7654321 t e s t f rs t o p d ts t a r t d t 。确认 生效确认生效确认生效 1 0 0 0 0 表4 5 未编号的控制功能类型( u 格式) 的控制域 保护信息的传送： 八位位组1 八位位组2 八位位组3 八位位组4 上海大学硕士学位论文 采用通用分类服务( a s d u 2 1 a s d u i o ) 传送保护定值、模拟量信息 采用总程序( a s d u 7 a s d u l 2 ) 传送子站运行状态、保护开关量、动作、诊断 采用a s d u i a s d u 2 主动上送故障动作测距，自检异常、运行状态变位等信息 4 ，1 4 2 扩充的c d t 规约x t 9 7 0 2 扩充部颁c d t 规约传送保护信息，报文结构： 帧：一个帧由一个同步字，一个控制字，和n 个信息字组成。帧长度受缓冲区长 度限制，一般以信息字数n 不超过1 6 0 为限。 表4 - 6 同步字：一个同步字由六个字节组成，它们是e b h ，9 0 h ，e b h ，9 0 h ，e b b ，9 0 h 控制字：一个控制字由六个字节组成，它们是控制字节，帧类别码，信息字数n ， 校验码等组成。 控制字节：固定为o f i h 帧类别码：采用3 d h 传送保护信息 保护信息字0 ： b i t 7b i t 6b i t 5b i t 4b i t 3b i t 2b i t lb i t 0 0 功能码= o o h x x 通信标志主动标志保护类型 保护有效报文长度低8 位 保护有效报文长度高8 位 校验码 保护类型：i = i s a ，2 = 新l f p ，3 = 老l f p ，4 = 水工厂保护。 通信标志：通常= “0 ”。当厂站端与保护装置通信发生故障时，厂站端应向 主站报告，此时：通信标志置“1 ”，保护有效报文度置0 ，控制字中的信息字 数n = i 。 主动标志：通常= “0 ”。当为保护装置主动上送的报文时置“l ”，如：事故 跳闸时的跳闸报告，保护自检故障时的白检报告等。 上海大学硕士学位论文 保护其他信息字 b i t 7b i t 6b i t 5b i t 4b i t 3 b i t 2b i t lb i t o 0功能码 校验码 从信息字1 开始送保护信息，将保护的有效报文，分为4 个字节一组，顺序 组装发送，功能码= l ，2 ，3 ， 保护的有效报文都是从设备地址字节开始，至代码和前一个字字结束。 本文采用l f p 2 0 规约传送保护信息。 4 2 站间通信 站问通信实现的是各地的变电所数据采集装置与调度中心主站系统的通信 连接，数据采集装置向调度中心主站上送设备最新的运行信息，并执行调度中心 下发的数据查询命令。通信网络可使用局域网、光纤、微波等通信网络，当采用 局域网通信时调度中心主站系统做为客户端，变电所子站做为服务端，在通信上 存在一对多的联系方式，也就是变电所子站可以有多个上级主站，反之亦然。 4 2 1 软件结构 主站通信软件负责接收子站主动上送的设备运行信息，完成数据解析入库， 完成主站对子站设备操作命令的报文组装，下发给子站。主站通信程序包括以下 几个部分：任务调度程序、通信服务程序、通信调度程序、通信监视程序、通信 规约动态库，其中通信服务程序可有多个，管理各自的通信1 ：3 ，如网络口与串1 ：3 分开实现通信服务程序，在程序的控制上结构清晰，易于控制，简化程序，增加 程序稳定性，同时也提高数据采集速度。 上海大学硕士学位论文 图4 3 软件结构图 任务调度程序：s o c k e t 服务端，接收本机或其他计算机应用程序( s o c k e t 客户端) 的操作任务请求( x m l 信息) ，进行操作任务调度，将操作任务请 求加入到下行循环队列，监听上行循环队列应答客户端。 通信服务程序：可有多个，分别实现不同通信口、不同规约的实时数据采集。只 实现链路控制，完成具体的报文收发。 主通信口： 从通信口下行循环队列( 报文) 取报文发送 将收到的每包完整报文加入到通信口上行循环队列( 报文) 分开实现简化程序，增加程序稳定性，同时也提高数据采集速度 网络口与串口分开实现通信服务程序，甚至可以按不同的规约分 开实现通信服务程序，每个通信服务程序管理自己所负责的几个 通信口。 上海大学硕士学位论文 通信调度程序：实现通信队列的管理，通信情况的统计，调度各队列的主通信口， 负责维护： 下行循环队列操作请求 上行循环队列操作请求 通信队列下行循环队列 通信口下行循环队列 通信口上行循环队列 取下行循环队列的操作请求分发到各个通信队列下行循环队列 各个通信队列主通信口空闲，从通信队列下行循环队列中取任务 加入到主通信口的下行循环队列 取各通信口上行循环队列中的数据加入到上行循环队列 通信监视程序：实现通信口管理、通信报文监测、厂站、通道、通信队列误 码率的显示。 通信规约动态库：实现报文的组装解析，每种规约实现一个规约动态库。 组装接口p a c k ：输入操作请求x m l ，输出报文 解析接口u n p a c k ：输入报文，输出x m l 应答信息 4 2 2 数据结构 共享内存组成： 主动上送的实时信息循环队列 下行循环队列 上行循环队列 厂站信息：包括各厂站的基本信息及通信统计信息。 通信队列信息：包括发送报文循环队列、通信口节点信息及各通信节点 统计信息、设备节点信息及各节点通信统计信息。 通信口信息：包括通信口i d 、通信队列i d 、通信口属性结构、通信口 状态、接收缓冲区、上行报文循环队列、下行报文循环队 列、报文显示循环队列、发送标志、发送时间、重发时间、 发送次数、超时重发时问、等待应答时间、执行超时时间、 上海大学硕士学位论文 4 ，2 3 软件流程 通信统计信息、设备节点信息及各节点通信统计信息。 图4 4 软件流程图 上海大学硕士学位论文 5 1 软件结构 第五章运行监测系统设计 5 。1 1 软件结构 系统基于w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 、t c p i p 协议、i n t e r n e t i n t r a n e t 技术、 t o m c a t 、m ss o ls e r v e r 2 0 0 0 商用数据库等操作运行环境，采用c o m d c o m 技术、 a c t i v e x 技术、j a v a 、j s p 、x m l 、x s l 、s o a p 、h t m l 、j a v a s c r i p t 、v c + + 等开发 语言。系统采用b s 结构，w e bs e r v e r 建在调度中心服务器