（电气工程专业论文）配电自动化模拟培训系统设计.pdf

摘要 摘要 配电自动化系统是一个庞大而复杂的系统，它服务于包括自高压变电站的出线到电能的 最终用户的各个环节，从功能方面看它包括配电s c a d a 、故障处理、a m f m g 1 s 、配电分 析软件、配电工作管理等内容，从地理范围方面看包括主站、子站、f 1 u 、分布在配电线路 上的大量电气设备及覆盖广大地域的通讯网，从使用对象看包括配电网管理、运行、检修各 类人员。本课题来源于江苏省电力公司配电人员对配电自动化的培训需求。模拟培训系统的 建成，将使广大配网从业者及相关人员受训后进一步了解配电自动化系统的意义、功能、使 用等内容，特剐是提高配电网调度人员熟练使用配电自动化系统处理各种实际问题的能力。 本文根据目前国内外配电自动化运行及培训的实际需要，设计了一套完整的配电自动化 模拟培训系统，并配置了系统正常运行状态下的配电运行管理软件和故障状态下的故障处理 培训软件，使学员进行模拟操作和故障处理。本设计方案中，将目前较为成熟的国电南瑞科 技股份有限公司的o p e n - 2 0 0 0 系统作为s c a d a d m s 平台，在此平台完成了主站功能设计 和配电终端功能设计，并配置了通信系统。该培训系统能实现对模拟最简配电网的实时监控， 在模拟最简配电网上实现馈线自动化功能，对配电网的运行状态进行分析，并实现与 g l s m i s 等外部系统的互连。 关键词：配电自动化模拟培训系统配电分析软件馈线自动化 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ed i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e mi sac o m p l e xs y s t e mw h i c hs e r v i c e sf r o mh i g i lv o l t a g e e l e c t r i cs u b s t a t i o nt ot h ec u s t o m e rp o w e r i t sf u n c t i o n si n c l u d es c a d a ，f a u l tp r o c e s s i n g , a m f m g i s ，a n a l y s i ss o f t w a r ep o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m ，p o w e rd i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n t i t s c o n s t r u c t i o ni n c l u d e st h em a i ns t a t i o n s u b - s t a t i o n 。f 1 u d i s t r i b u t e dp o w e rl i n e sa n d c o m m u n i c a t i o nn e t t h ed i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e mi so p e r a t e da n dm a i n t a i n e db ym a n a g e r , d i s p a t c h e ra n dr e p a i r e r t h el e a d i n gm o t i v eo ft h et h e s i si st h ed e m a n df o rs k i l lt r a i n i n go f o p e r a t o r s i nj i a n g s up o w e rc o a ni n t e g r a t e dd i s t r i b u t i o ns i m u l a t i o nt r a i n i n gs y s t e mw h i c hc o n s i s t so f d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n s y s t e ms y s t e ms i m u l a t i n gn o r m a lo p e r a t i o ns t a t ea n ds i m u l a t i n ga b n o r m a lf a u l ts t a t ei si n a o d u c e d i nt h et h e s i s t h ef u n c t i o n so fm a i ns u b s t a t i o n , s u b - s t a t i o na n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e ma 坞 d e s i g n e db u s e do no p e n 一2 0 0 0a ss c a d a d m ss u p p o r t 1 1 1 cs i m u l a t i o nt r a i n i n gs y s t e mc a n s i m u l a t et h em a l q i m es u p e r v i s i o no ft h es i m p l ed i s t r i b u t i o ns y s t e m , i m p l e m e n tt h ef e e d e r a u t o m a t i o n ，a n a l y z et h eo p e r a t i n gs t a t eo f t h ed i s t r i b u t i o ns y s t e ma n dl i n kw i t ht h ee x t e r i o rs y s t e m s u c ha sg i s m i s k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n s i m u l a t i o nt r a i n i n gs y s t e m a n a l y s i ss o f t w a r eo f d i s t r i b u t i o nf e e d e r a u t o m a t i o n i i 东南大学学位论文 独创性声明及使用授权的说明 一、学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材科。与我一同工作的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。 研究生签名；挑日期：2 。舛3 研究生签名；撕日期： 2 0 0 4 3 二、关于学位论文使用授权的声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 碱蜷轹妇辛剔磁轹邓亨日期：2 0 0 6 4 绪论 o 绪论 0 1 建设配电自动化模拟培训系统的意义 配电自动化系统是以新的自动化配电设备为基础，应用计算机技术、自动控制技术、 电子技术以及遁讯技术，对配电网进行在线和离线的智能化监控与管理，使配电网运行于 安全、可靠、经济、优质、高效的最优运行状态。它是配电网建设和改造的一个重要组成 部分。 配电自动化系统是一个庞大而复杂的系统，它服务于包括自高压变电站的出线到电能 的最终用户的各个环节，从功能方面看它包括配电s c a d a 、故障处理、a m f m g i s 、配 电分析软件、配电工作管理等内容，从地理范围方面看包括主站、子站、兀u 、分布在配 电线路上的大量电气设备及覆盖广大地域的通讯网，从使用对象看包括配电网管理、运行、 检修各类人员。本课题来源于江苏省电力公司配电人员的培训需求，模拟培训系统的建成， 将使广大配电网从业者及相关人员受训后能进一步了解配电自动化系统的意义、功能、使 用等内容，特别是提高配电网调度人员熟练使用配电自动化系统处理各种实际问题( 包括 配电网故障) 的能力。 电力公司从事配电工作的生产人员，由于历史原因，理论知识相对欠缺，对配网设备 的原理特别是自动化技术一知半解，对新的设备以及保护、测控、通讯装置不够熟悉，迫 切需要接受培训，配电自动化模拟培训系统的建设将满足他们的培训需要，模拟培训系统 建成后： ( 1 ) 可满足电力公司对配网运行及检修人员的培训需求； ( 2 ) 承担配网相关工种的职业技能鉴定工作； ( 3 ) 可承担配电专业的大型技能竞赛。 0 2 国内外配电自动化培训系统研究现状、发展动态 0 2 1 国内井配电系统自动化的发展和现状 在发达国家中，配电自动化受到了广泛的重视，国外的配电自动化系统已经形成了集 变电站自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统 于一体的配电网管理系统( d m s ) ，其功能已多达1 4 0 余种。 国外著名电力系统设备的制造厂家基本都涉足配电自动化领域，如德国西门子公司、 法国施耐德公司、美国c o o p e r 公司、摩托罗拉公司、英国a b b 公司、日本东芝公司等， 均推出了各具特色的配电网自动化产品。 日本是配电自动化发展得比较快的国家。早在1 9 8 6 年，全国9 个电力公司的4 1 6 1 0 条配电线路就已有3 5 9 8 3 条( 8 6 5 ) 实现了故障后的按时限自动顺序送电，其中2 7 8 8 条 ( 6 7 ) 实现了配电线开关( 指柱上开关) 的远方监控( 包括一般的和计算机监控) 。 新加坡公用电力局( p u b ) 在年代中期投运并在9 0 年代加以发展和完善的大型配 电网的s c a d a 系统，其规模最初覆盖其2 2 k v 配电网的1 3 3 0 个配电站，目前己将网络管 理功能扩展到6 ，6 k v 配电网，进而覆盖约4 0 0 0 个配电站。 芬兰“e s p o o s a h k o ”电力配电公司的配电自动化覆盖了该公司的8 5 0 0 0 个用户，8 座 1 1 0 2 0 k v 的一次变电站，1 1 0 0 k m 的2 0 k v 馈电线和1 4 0 0 个2 0 0 4 k v 的配电变电站。 国外的配电自动化的发展经历了从各种单项自动化林立，号称为“多岛自动化”的配 电系统，向开放式，一体化和集成化的综合自动化方向发展的过程。目前已经具有相当的 规模，并且从提高配电网运行的可靠性和效率，提高供电质景，降低劳动强度，充分利用 现有设备的能力，缩短停电时间和减少停电面积等方面，均带来了可观的经济效益和社会 东南大学工程硕士学位论文 效益。 上世纪9 0 年代起，配电自动化在中国得到迅速发展，上海市东供电局在浦东金桥金藤 开发区实施了配电自动化工程；北京供电局引进了日本东芝技术生产的具有自动化功能的 柱上真空开关设备；沈阳电业局安装了1 0 台丹阳生产的柱上真空开关，采用有线控制。随 后，石家庄供电局、大连供电局、南京供电局、郑州供电局、武汉供电局和广州供电局等 都进行了一定规模尝试，其中银川城区配电自动化系统全部采用自行研制的国产设备，是 我国第一套通过技术鉴定的配电自动化系统。在用电大省江苏，配电网自动化也迅速得到 普及，到目前为止，1 3 家供电公司中已有1 2 家建设了配网自动化系统。 目前国内外正致力于配电自动化专家系统和配电网仿真培训系统等研究，并且在研究 通过负荷分配的优化来减少网损，对变压器负荷进行管理，以最大限度地利用变压器容量 并降低系统有功损耗，以及按即时电价对用户负荷进行管理等。 0 2 2 国内外配电自动化培训系统研究现状、发展动态 自2 0 世纪s o 年代末至今，我国的仿真技术获得了极大的发展。在电力系统中，应用 较多的仿真培训系统有电厂仿真、电网运行调度仿真和变电所仿真。一般说来，凡是需要 有一个或一组熟练人员进行操作、控制、管理与决策的实际系统，都需要对这些人员进行 培训、教育与培养。早期的培训大都是经过理论讲解和现场实习，通过实际操作经验的积 累来完成的，这种培训方式因是在实际运行的系统上进行操作，不仅培训成本高、培训时 间长，而且有些故障只能在实际发生时才能得到实际操作的机会，致使一部分知识只有感 性认识，得不到实际操作的锻炼。随着系统规模的加大、复杂程度的提高，特别是造价日 益昂贵，训练时困操作不当引起的破坏而带来的损失大大增加，因此，提高系统运行安全 性、可靠性事关重大。为解决这些问题，出现了仿真培训系统，模拟实际系统的工作状况 和运行环境，以避免运用实际系统时可能带来的危险性及高昂的代价。 随着电力供应对于社会生产和居民生活显得日益重要，以及电力逐渐走向市场，优质 服务理念的逐渐强化，为了加强配电网络的稳定、高效、安全、经济运行，配网新技术和 新设备不断发展，这需要配网从业人员不断地改善思维方式，提高业务素质。 从培训角度，由于配电自动化在国内外均属起步和发展阶段，且配电网络结构特殊性 和复杂性，如对馈线各分段的故障定位、隔离和尽快对非故障段的恢复送电，经常发生的 负荷转带和网络重构，配电自动化的模式和产品的著异，a m f m g l s 功能的实现及其与 s c a d a 的一体化，以及配电自动化工作人员对培训的特殊要求等，都要求配电自动化的 培训系统不能再套用输电自动化已有的方式进行。从目前掌握的资料来看，尚无完整意义 上的模拟培训系统。配电自动化模拟培训系统的建成，可有效训练配网运行人员的操作水 平，提高培训效率、缩短培训周期、降低培训成本、提高运行人员的技术业务素质，作为 一种新型的培训方式，其经济效益和社会效益是显而易见的，具有很好的应用前景。 0 3 本文的主要工作 本文根据目前国内外配电自动化运行及培训的实际需要，设计了一套完整的配电自动 化模拟培训系统。配置了系统正常运行状态下的配电运行管理软件和故障状态下的故障处 理培训软件。通过对学员进行模拟操作和事故处理的培训，提高运行人员分析问题和解决 问题的能力。 本文进行的主要工作有： ( 1 ) 对配电自动化模拟培训系统进行了总体设计。确定了该培训系统的实现方式、硬 件系统结构、次模拟系统要求以及教练员站功能。 ( 2 ) 进行了配电自动化模拟培训系统的主站设计。它包括主站功能设计原则、技术原 则和主站系统功能设计；主站系统硬件配置；配电管理系统功能和馈线自动化功能。 2 绪论 ( 3 ) 进行了配网高级应用的设计。配网高级应用功能主要有网络拓扑、配网潮流、网 络重构和线损计算。论文还讨论了配网潮流算法问题。 ( 4 ) 选择国电南瑞科技股份有限公司的o p e n - 2 0 0 0 系统作为s c a d a d m s 平台，在 此平台上完成了配电终端功能设计，并配置了通信系统。 3 东南大学工程硕士学位论文 1 基本理论及总体设计 1 1 配电自动化的基本概念 配电是电力系统发电、输电和配电( 有时也称供电和用电) 中直接面向电力用户的功 能。由配电设备，包括馈线、降压变压器、断路器、各种开关在内构成的配电网和继电保 护、自动装置、测晕帚j 计量仪表以及通信和控制设备构成一个配电系统，按一定的规则运 行，以高质最的电能持续地满足电力用户需求。就我国电力系统而言。配电网是指l i o k v 及以下的电网。在配电网中，通常把1 1 0 k v ，3 5 k v 称为高压，i o k v 称为中压，0 4 k v 称为 低压。因此，完貉地说，配电自动化应该是指整个配电网并包括电力用户在内的自动化。 因此，这里给出如下的定义。 配电系统自动化：利用现代电子技术、通信技术、计算机和网络技术与电力设备相结 合，将配电网在正常及事故情况下的监测、保护、控制、计量和供电部门的工作管理有机 地融合在一起，改进供电质量，与用户建立更密切更负责的关系，以合理的价格满足用户 要求的多样性，力求供电经济性最好，企业管理更为有效”1 。 由上述定义可将配电系统自动化的内容大致分为五个方面：一是馈线自动化，即配电 线路自动化；二是变电站自动化，正常是指输电和配电的结合部分，这里仅指其与配电有 关部分；三是用户自动化；四是指配电管理自动化；五是配电系统自动化的通信系统。事 实上，上述前四个方面的内容可以相互独立运行，但它们之间的联系是十分密切的，特别 是利用通信系统进行的信息的搜集、传递、存储、利用以及这些信息经过处理作出的决策 和控制使这四个方面相互影响。从这个意义上讲这五个方面是一个集成系统。 在配电自动化系统中，馈线自动化是基础，因此应以馈线自动化为切入点，逐步实现 配电自动化，并且要使馈线自动化起到以下作用： ( 1 ) 减少停电时间，提高供电可靠性 配电网络经过改造后，实现“手拉手”或环网供电方式，利用馈线自动化系统，可对 配电线路进行故障检测定位、自动隔离故障区段并恢复对非故障区段的供电。这样，就缩 小了停电范围，大大提高了供电可靠性。 ( 2 ) 提高供电质量 通过实时监视运行状态，适时进行负荷转带及电容器投切，保证供电质量。 ( 3 ) 改善用户服务质晕 通过用户侧管理手段，提高服务水平和服务质量。 ( 4 ) 降低电能损耗 通过优化网络结构及无功配置，减少线损。 ( 5 ) 提高设备利用率，节省基本建设投资 减少后备容量优化运行方式，提高设备利用率。 ( 6 ) 减少配电检修维护费用 在正常运行时可对各类配电设备、线路进行在线监测；在发生故障时可对故障进行自 动定位，确定故障类型，节省检修维护费用。 f 7 ) 节省总投资 实施馈线自动化所需要的线路改造、设备投资是比较大，但总体上可节省投资。首先 是线路经过改造后提高了设备利用率节省了电力设施基本建设投资；其次是实施馈线自 动化后，能提供信道、中心站设备等共享资源。可在其基础上扩充其它配电自动化子系统， 如配变监控子系统、自动抄表子系统，避免进行重复投资。 1 2 配电自动化模拟培训系统总体设计 培训仿真系统一般有两种类型，即硬仿真和软仿真。前者是对仿真对象系统按l ：l 进 4 l 基本理论及总体设计 行硬件全仿。后者是用计算机软件实现对仿真对象系统的仿真。考虑配电自动化系统的应 用在我国还处在起步和发展阶段，采用硬仿类型培训效果更好，因此本系统以硬仿为背景 进行设计。 1 2 1 实现方式 为满足配网人员的培训需求，配电自动化模拟培训系统可采用以下三种方式实现： ( 1 ) 根据配电网及配电自动化培训系统实际情况，采用三层结构( 配电主站中心层、 配电终端、一次设备层) ，简化通信层次，不设配电子站，配置通信系统。该方案又可分几 种情况：一次系统加高压或用低压模拟、通信系统采用简单的双绞线或多种实际通信方式。 ( 2 ) 配电主站和实际系统相似，不配终端及一次设备，完全采j j 软件模拟方式( 类似 于配电自动化系统的f a 模拟) ，无一次设备、f r u 和除主站网络外的其它通信设备。 ( 3 ) 以上两种方式的折衷，配电主站和实际系统相似，配置能实现培训要求的最少终 端及一次设备。和第一种方案相似，该方案也可分相同的几种情况。 从模拟的真实性考虑，第一种方案中的一次加高压方式最真实，但投资大、实施不便， 需要采取特殊的安全措施，除非己具有一次高压模拟系统，否则不宜采用；第二种方案考 虑模拟系统的真实性最差，但投资最少，实现也最容易。 经过反复比较，综合考虑真实度和成本因素，本文设计的配电自动化模拟培训系统采 用上述第三种方案，即：一次系统用低压模拟；配电主站和实际系统相似；配置能实现培 训要求的最少终端、通信系统及模拟一次设备。 1 2 2 系统结构 配电自动化模拟培训系统由主站、配电自动化终端和通讯网络三部分构成，具体结构 如图1 1 所示。 图1 1 系统结构示意图 ( 1 ) 配电主站一个 主站功能有：配电s c a d a 功能；馈线自动化功能；配网高级分析功能；w e b 浏览器 功能及与其它系统数据通信功能。 ( 2 ) 2 回1 0 k v 线路构成一个手拉手环网 既考虑投资最少，又体现环网供电的灵活性，本系统设计如图1 2 所示模拟配电网。 东南大学丁程硕士学位论文 图1 2 模拟配电网 ( 3 ) f 1 u 如图l 2 ，其中2 台除s c a d a 功能外，还具有保护功能，用来模拟变电站出线开关， 其余仅具有s c a d a 功能。 ( 4 1 通信系统 1 2 3 对一次系统模拟的基本要求 配电自动化模拟培训系统建设的目的使提高配电网调度人员熟练使用配电自动化系统 处理各种实际问题( 包括配电网故障) 的能力。从模拟的真实性考虑，建设真实的一次系 统，并加高压最真实。但一次系统投资大，实施需要采取特殊的安全措施。因此本方案的 一次系统用低压模拟设备来代替。 为满足配电自动化功能的实现，一次系统模拟设备应具备以下条件： ( 1 ) 模拟开关可遥控，具有交流直流低压电动跳闸合闸回路；并具有足够的常开，闭 辅助接点，以提供开关位置信号及其他空接点。 ( 2 ) 模拟断路器应具有保护跳闸功能。 ( 3 ) 可调整的三相交流电源( 如独立的恒流源和恒压源) ，如采用一组电源，还应具有 负荷模拟元件： ( 4 ) 与电源电压等级相适应、具有一定容量，并能提供足够遥测量的模拟c t 和p t ： 侈) 对于开关柜或环网柜 1 ) p t ：u 棚b ，u c ，( u 。可选) ，额定1 1 0 0 v ： 2 ) c t ：i a i b i c ，( 3 1 0 可选) 额定o 5 a 或o 1 a ，最大二次电流1 0 0 a 。 ( 6 ) 对于柱上开关 1 ) p t ：o 曲，u c b ，额定l 1 0 0 w i 2 5 0 v ，容量大于4 0 v a 2 v a ： 2 )c t ： n g t c ，额定o 5 a 或o l a ，最大二次电流1 0 0 a 。 1 3 教练员站功能设计 教练员站是整个模拟培训系统的控制中心。它担负着模拟培训系统运行的控制和培训 任务的实施。主要功能有： ( 1 ) 仿真进程控制：它包括对模拟培训系统进程的初始化，仿真开始、冻结、重演、 6 l 基本理论及总体设计 结束等状态的控制。 ( 2 ) 仿真故障设置：进行对仿真对象系统的故障、异常设置。设置故障类型、故障相、 故障性质以及设置断路器和保护装置是否拒动等并可设置单一故障或组合故障。 ( 3 ) 仿真教案设置、维护：进行培训仿真的教案设置并对仿真对象系统的运方和工况 进行维护。 ( 4 ) 仿真培训评价：监视学员的培训过程并对学员在培训过程中的操作、事故处理等 进行评价。 7 东南大学 - 程硕士学位论文 2 配电自动化模拟培训系统主站设计 2 1 系统培训功能设计 本设计提供一系列硬件配置和软件植入，达到以下培训要求： 2 1 1 正常状态下的配电运行管理 根据教练员布置的培训题目，学员可完成以下内容的训练： ( 1 ) 配电网的监控培训 学员可进行配电自动化系统的监控操作，配网设备倒闸操作，事件顺序记录及操作记 录查询，历史曲线及报表查询，g i s 电网图、系统单线图，厂站图、环网图和馈线图等人 机界面的操作。 ( 2 ) 配电g i s 管理培训 可进行g 1 s 电网图、系统单线图、厂站图、环网图和馈线图的缩放、移动、漫游显示 操作，设备台饭查询，停电区域分析操作。 ( 3 ) 操作票、工作票和交接班记录填写培训 可按教练要求填写操作票、工作票和交接班记录；还可根据操作票、工作票和交接班 记录，以及各种图形的拓扑关系，分析配电网设备的运行状态。 2 1 2 放障状态下的故障处理 根据教练在教练机上设置的故障，学员完成以下内容的训练； ( 1 ) 故障后的故障隔离和转移供电 根据故障定位，用人工判断和程序执行两种方法完成故障隔离和非故障线路的转移供 电。 犯) 故障消除以后恢复正常的运行方式 在教练设置故障清除信息后，学员进行倒闸操作恢复正常的运行方式。 2 2 模拟主站系统的功能 配电自动化模拟主站系统是整个模拟系统的核心，为使受训者达到培训目的。能对配 电网及配电自动化系统有一个较为全亟的了解，模拟主站系统必须实现的功能如下： ( 1 ) 实现对模拟最简配电网的实时监控。 ( 2 ) 在模拟最简配电网上实现馈线自动化功能。 配网中故障停电时有发生，配电自动化的一个重要任务就是尽快进行故障隔离和恢复 供电。配调主站的一个重要功能是利用故障信息和故障定位、隔离信息，产生恢复供电方 案，并在此基础上实现故障隔离以及对非故障区恢复供电，使停电持续时间缩小至分钟级。 f 3 ) 对配电网的运行状态进行分析。使配电系统处于安全、优化的运行状态。 “) 实现与g i s f m i s 系统等外部系统的互连。 2 3 模拟主站系统的技术原则 ( 1 1 配调主站的主机系统要求性能稳定，具有较快的运行速度和较大的存储容量。 ( 2 ) 具备完善的数据采集功能。 ( 3 ) 具有科学准确的故障处理能力。故障处理软件要充分考虑到配电网可能发生的各 种因素，要适应不同的网架结构。能进行快速准确的判断。并具备自动从工恢复供电切换 的功能。 ( 4 ) 具有定的配电网分析能力，能分析配电网的运行状态，使系统运行于安全、优 化的状态。 ( 5 ) 具有基本的配电管理功能。 ( 6 ) 具有与其它系统互连的能力。 ( 7 ) 具有网络通讯能力，能够进行异种网络、异种协议的转换。 8 2 配电自动化模拟培训系统主站设计 ( 8 ) 是真正开放的分布式系统。方便系统扩容。 2 4 配调主站系统的硬件配置 充分考虑剑培训的实际需要以及成本因素，对配调主站计算机系统的方案设计如下， 详见配置图( 图2 1 ) 。 w e b 甲目 服 主 务 服 务罂 器 旷ll 丌 iiji 尚 通讯设备 il 图2 1 系统配置图 m i s 主站系统采用单以太网，网络上的结点的工作内容分配如下： ( 1 ) 历史，实时数据服务器l 台 存贮、管理各种历史数据、登录信息、用户信息、设备信息、电网管理信息等；同时 还存放实时数据，进行实时数据处理，运行各种与实时数据处理有关的进程。服务器装有 关系型数据库管理系统，定时从实时数据库中采集实时数据，存入历史数据库，供全系统 共享。它利用商用数据库优秀的管理性能，实现对配电网数据信息进行统一管理，并通过 下发对时命令统一全网时钟。 历史实时数据服务器采用r i s c 服务器，安装u n i x 操作系统。 ( 2 ) w e b 服务器l 台 w e b 服务器和通信网关，通过单网卡与主交换机相连，另一块网卡与模拟g i s m i s 相连，负责对g i s 、m i s 的w e b 信息发布，该机装有w e b 服务端软件，统一对外支持 w e b 访问。该机器还兼作镜像服务器负责存贮、管理与g i s 有关的空间数据的镜像，包 括各种电子地图、设备属性以及与历史数据、用户信息设备信息、电网管理信息等。 采用r i s c 工作站，安装u n i x 操作系统。 f 3 ) 通信工作站 通信工作站用于处理与f 1 u 的信息传递，通信数据处理工作站可根据通信方式设置 通信的工作参数，包括通信规约、速率、方式等。可用的通信方式包括以太网、r s 2 3 2 、 x 2 5 、m o d e m 等，可使用的规约包括t c p i p 、d n p 3 0 、j b u s 、m o d b u s 、部颁c d t 、 i e c 8 7 0 - 5 1 0 1 、i e c 8 7 0 - 5 1 0 4 、d l 4 7 6 9 2 和1 e c 6 0 8 7 0 - 6t a s e2 等。建议不配通信工作站， 通信程序可驻留在任一台工作站或服务器中。 h ) 配网调度( d a ) 工作站l 台 用于对整个配电网的监控和故障管理。正常情况下，实时显示配电环网的信息，了解 网络的运行状况。故障发生时，启动故障处理软件，自动产生相应的故障隔离和恢复供电 方案。自动或经调度员对此方案进行确认后，发出开关操作命令，实现故障隔离和恢复供 9 东南大学工程硕士学位论文 电。与此同时，系统对停电区域进行动态着色，调度员可很清楚地了解到整个故障管理过 程中网络的连通状况。本工作站还兼作网络分析工作站，运行配网高级应用软件。 采_ f j 配置较好的r i s c 工作站，安装u n i x 操作系统。 ( 5 ) 主站网络通信设备 ( 6 ) 打印机l 台 配置激光打印机1 台 ( 7 ) 配电终端l 套 由7 台f t u r t u 组成，具有以太网接口，通过相应介质直接接入主网。 ( 8 ) 一次系统模拟设备1 套 ( 9 ) g i s 系统1 套 2 5 主站功能设计原则 2 5 1 标准化原则 ( i ) 服务器操作系统：应支持“位操作及迸稃管理的u n i x 。 ( 2 ) 数据库：支持结构查询语言s q l 。系统数据库使用s y b a 。 ( 3 ) 人机界面：x w i n d o w ，m s w i n d o w s 。 ( 4 ) 网络：采用分涮冗余的双千兆以太网机制，百兆到桌面，支持t c p i p 协议。 ( 5 ) 图形：采用o p e n - g l 标准。 2 5 2 开放性 ( 1 ) 平台开放性：应用软件平台全面建立在开放的国际工业标准基础上，具有良好的 开放性。 ( 2 ) 开发工具开放性：配电自动化主站开放性一直延伸至应用系统，应用软件的开放 性设计从基础层到应用软件平台层，一直延伸至用户级。 2 5 3 可靠性 系统采用“l + n ”工作方式，即在两台服务器及多数工作站同时发生故障情况下，前 置机系统可保证系统基本功能( 遥信、遥测、遥控、遥调、d a 功能) 不受影响。同时启 动历史数据采样暂存功能，将历史数据暂时作为文件保存一段时间( 不少于2 4 小时) ，当 服务器恢复时，再将这部分数据恢复到数据库中，保证数据连续性及完整性。 2 5 4 安全性 系统应采取多种措施确保系统数据存取的安全性，防止人为的破坏和病毒侵害。系统 提供可靠的安全管理机制，采用多层、分级的管理模式。主站系统的各个节点可设置不同 的功能，不同的人员配置，即每台机器所能完成的任务、进行的操作可在线设置，每个调 度员只能在指定的机器上完成调度操作。人员根据工作性质分为不同的级别，对应于不同 的操作权限。设置多级操作权限和操作口令，禁止越权操作，自动登录操作记录，具有语 言提示、语言报警功能、遥控操作不f 位监护等。 系统有健全的权限管理功能，系统和其他系统之间具有隔离措施，防止互相干扰。 系统具有灾难恢复功能，采用冗余磁盘阵列技术和双机热备份方案加以解决防范，以 确保操作系统的安全，同时通过系统的日志文件与历史数据定期转贮、数据库定时备份等 方法进行数据备份。 2 5 5 可集成性 在遵循各种接口标准的基础上，能利用系统的开放性，按照用户的具体要求集成不同 厂家的应用软件。 2 5 6 易扩充性 软件系统及相关的硬件设备，可根据实际需求。按照不同的阶段计划，灵活配置，逐 步投入、扩展、升级，并能充分保证先期投资的可利用性。 1 0 2 配电自动化模拟培训系统主站设计 2 5 7 易维护性 系统的设备、软件、数据便于维护，各设备都具有自检和联机诊断和校验的能力。系 统具有方便的数据备份和恢复功能。 2 6 主站s c a d a 系统功能 2 6 1 数据采集和处理 2 6 1 1 数据采集 实时采集各遥测、遥信、电度、数字量等数据。系统能够采集和处理来自不同数据源 的数据。 这些数据源包括： ( 1 ) 实时数据 r t u 、f r u 、d t u 、刑等用户终端传来的数据 s c a d a 系统转发的数据 ( 2 1 非实时数据 通过计算机通信和其他控制中心传来的非实时数据 g i s 子系统传来的图形信息 电能量累计数据 m i s 系统、负荷管理等其它系统传来的数据 人工输入数据 通过对上述相关数据的采集，将这些数据与人机会话软件所生成的各种画面相结合， 在屏幕上以单线图，列表等画面形式，显示电力系统的实时运行工况。 数据可分为模拟量、状态量、累积量等。 模拟晕采集主要包括： 变电站和线路、馈线的有功功率和无功功率 变电站和线路、馈线电流 母线和结点电压 周波值 其他测晕值 模拟量采集方式有扫描方式和阈值方式两种。扫描方式将所有模拟量每周期扫描一次， 存入数据库。阈值方式把每个模拟量超过设定阂值的值发送给控制系统。 模拟量采集周期：域值方式3 秒，扫描方式3 - 8 秒 状态量的采集主要包括： 断路器俯置 开关位置 故障过流信号 f t l j 复位信号 重合闸动作信号 保护动作信号或事故总信号 故障录波信号 有载调压变压器抽头位置 事件顺序记录 其它非远动类数据 状态量采集方式有状态变化检出和扫描方式两种。状态变化检出由系统实时状态变化 事件驱动，一旦状态变化立即读出响应；扫描方式将所有r t u 和f 1 u 、d t u 实时遥信状 态按周期读入系统，更新数据库。 东南大学t 程硕士学位论文 脉冲量主要为f 1 u 脉冲电度量。脉冲量的采集方式是定时扫描周期采集。 系统应支持以下国内外通用的通信规约： 部颁c d t 规约 p o l l i n g 规约( i e c 8 7 0 - 5 1 0 1 ) d n p 3 0 规约 南自院x t 9 7 0 2 规约 能支持其它通信规约程序的开发 2 6 1 2 数据处理 ( 1 ) 有功功率总加：可分区计算，如按变电站计算有功功率总加值。 ( 2 ) 无功功率总加：可分区计算，如按变电站计算无功功率总加值。 ( 3 ) 电能量总加：可分时段统计电能量总加。 ( 4 ) 越限告警 系统具有高限、低限越限报警功能，越限报警等数值可由维护人员输入设定，并以备 校正，调整及报警。 ( 5 ) 计算功能 对计算量的处理：一类为标准处理，如求晟丈值、最小值、平均值、总加值、合格率 等均以表格方式定义。另一类为用计算语言编写的公式，公式编译加载后系统自动定时或 以事件触发的方式进行计算。 旧合理性检查和处理 1 ) 模拟晕数据：具有数值的合理性检查，进行工程晕转换，更新实时数据库，可进行 多级限值检查及变化速率检查，具有零值死区处理，可进行人工或自动替换，虚拟遥测的 计算等。 2 ) 状态量数据：合理性检查及报警，可进行主站端定义，逻辑处理及手工输入状态， 复合遥信的计算。 3 ) 累积阜数据处理：限值检查，增晕检查及丢失数据处理，具有积分累积量。及分时 段处理的功能，可进行运行时间统计及操作统计。 ( 7 ) 历史数据处理 历史数据库设置在后台服务器的商用数据库内，它不分布在各个结点，但在各个结点 上可以直接访问它。历史数据库内保存的历史数据按数据性质及存贮的时间间隔分类。例 如：5 分、1 0 分、3 0 分、1 小时、日等。根据系统的需要确定保存的数据。 1 1 历史数据处理进程： 运行在后台服务器上，它根据定义的原则，如按照数据的时间顺序，一定的时间间隔或一 定的启动，或调度员命令，将需要的数据及图表记录存入历史数据库内。 2 ) 历史数据库的访问： 在系统的各个结点上都可以用标准的s q l 语言或a p i 函数透明地直接访问历史数据库， m 1 s 网上的工作站要求能对后台服务器的历史数据进行访问，但不能修改或删除。 3 ) 历史数据库的操作： 历史数据可以文件形式转贮和保存。转贮的历史数据文件可调入历史库显示或打印及 修改。 2 6 2 控制和调节 遥控量：完成开关的分，台闸 控制模式：选择的返送校核正确后，发出执行命令。对于控制操作，系统提供充分的 保护手段。例如：口令保护，时限控制等。控制操作方式，可提供下列方式： ( 1 ) 单机单调度：不需要监督人，遥控过程由一个调度员在一台机器上完成。 1 2 2 配电自动化模拟培训系统主站设计 ( 2 ) 单机双调度监督：需要监督人、操作者两个人在一台机器上完成。 ( 3 ) 双机烈调度机制t 需要监督人、操作者两个人在两台机器上完成。 2 6 3 事件事故处理 2 6 3 1 事件顺序记录( s o e ) 配电系统发生故障时，往往是多个保护装置和开关先后动作，事件顺序记录把这些带 有毫秒级时间标记的遥信动作颁序记录下来，存入数据库。 ( 1 ) d t u 、f t u ，r t u 、s c s 中的任何状态量输入点都可设定为一个s o e 点。 ( 2 ) 为保证s o e 的高分辨率，系统应提供与d t u ，f 1 u r t u 对时的功能。 ( 3 ) 在f 1 u 提供对配网设备以毫秒级时间精度记录其动作顺序时，系统可将其动作顺 序的s o e 信息收集传送到主站。 ( 4 ) 系统范围内时间分辨率应2 0 毫秒 ( 5 ) s o e 记录包括日期、时问、厂站名，事件内容和设备名，主站系统按照设备动作 的时间顺序，将s o e 记录保存判历史数据库中。 ( 6 ) 能长期存储s o e 记录，s o e 记录可以方便地显示、检索和打印输出。 ( 7 ) 事故时，采集并提供录波信息和图形信息。 ( 8 ) 提供具有强大事项数据修改能力的历史事项查看器，可对事项数据进行显示、修 改、删除、拷贝、粘贴与打印输出。 2 63 2 事故追忆( p d r ) 系统记录包括开关动作、遥测变化、控制操作等在内的全部历史信息。 ( 1 ) 系统提供两种查询事故追忆数据的方法： 1 )事故反演方式：以接线圈的方式显示事故发生时( 前后3 2 点) 的遥测量值和遥信 状态。 2 )查看数据的方式：以数据表格的方式显示事故发生时( 前后3 2 点) 的遥测量值和 遥信状态。 ( 2 ) 系统在检测到预先定义的触发事件，应自动启动事件事故追忆。该类触发事件可 以是设备状态变化、测量值越限、测量计算值越限、逻辑计算值为真、操作命令等。 ( 3 ) 事故追忆启动触发可以是电力系统一次设备故障或继电保护动作，也可以由操作 人员启动。监溯对象和启动触发条件由用户自定义执行。 ( 4 ) 事故触发点个数不限。当触发点被触发时启动p d r 开始记录事故。记录的数据为 全网数据，容量也不受限制。一个或多个触发点可以与一定数量的点组合构成一个组，因 此当一个触发点动作时，它把相关的事故后的状态和值都记录下来。每一组可以独立或同 时被触发。 ( 5 ) 当系统运行时，能按每次( 时间间隔可设定) 记录多个监控点( 所有的点类型) 的记录速度持续记录。扫描频率可由用户定义。 ( 6 ) 事故追忆数据可以图形、曲线和表格方式描述重现。 ( 7 ) 用户能方便地定义多个触发事件( 以数据库点名的形式) 和触发条件，触发事件 及其相关的数据保存到历史数据库中。 ( 8 ) 事故前、事故后的时间段可调。 ( 9 ) 提供检索p d r 数据的工具和界面。能方便地检索、显示和打印p d r 数据。 ( 1o ) 可以基于图形显示和检索p d r 数据( 事故前和事故后值) 。并提供动态追忆功能， 用户可以使用放映、快进、重放和暂停、回退( 重演速度可自行调节) 等功能，以便更容 易、更灵活地查询p d r 数据。 ( 11 ) p d r 数据存放在数据库中。并有时问和触发标志，使用户容易地确定p d r 数据 东南大学工程硕上学位论文 是何时记录。由那一点触发的。 ( 1 2 ) 在系统中能存放的p d r 数据软件上没有限制，主要受硬盘容茸的限制。能给出必 要的警告以防止这些文件被覆盖和被删除。 ( 1 3 ) 提供多种事故追忆记录检索界面，包括：按数据属性和标识检索，按曲线或表格 类别检索等。 n 4 ) 可进行事故重演，可在工作站上观察到事故发生对的全部画面。 2 6 3 3 事件及事故报警 当配电系统中任一设备( 如变压器、线路、母线等) 发生异常或事故时发出警报。 ( 1 ) 报警模式和信息控制 报警分为以下几种； 1 ) 越限报警 2 ) 变位报警 3 ) 事故报警 4 ) 工况报警 报警方式可以由运行人员设置和试验，也可以被禁止。运行人员也可控制报警信息的 流向。将不同的报警送给相应的人员。 1 ) 画面闪烁 2 1 自动推画面 3 ) 文字报警 4 ) 报警表显示 5 ) 打印报警内容 们音响报警。 对于不同的报警类型，采用不同的音响。可以设置至少4 种以上的音响来反映事故的 严重程度。 7 ) 语音报警。对报警进行语音提示。 ( 2 ) 报警的保存 系统的报警和事件信息可以长期保存在数据库中。 ( 3 ) 事件报警杏询 系统的报警和事件信息可以按事件类型、设备类型、时间、日期、所在线路、所在厂 站等多种方式进行分类查询。 ( 4 ) 报警内容 报警设置多个限值。当下列事件发生时，系统用汉字在c r t 的报警区域上显示报警信 息，打印报警信息并将报警信息写入数据库： 1 ) 配电设备的状态改变、或多个设备状态组合变化。如开关变位。 2 ) 配电系统发生故障。如变电站事故总信号。 3 1 测量值和计算值达到报警极限。 4 ) 计算机系统发生严重错误。 5 ) 重要外部设备不正常脱机。 6 ) 数据采集装置异常和故障。 7 ) 通信通道异常。 8 ) 调度员的重要操作，如设定值、执行控制命令等。 9 ) 数据传送错误和有效性检查出错。 1 0 ) 用户定义的组合告警 ( 5 ) 当系统中发生下列事件时，系统将发送信息到记录文件中： 1 4 2 配电自动化模拟培训系统主站设计 1 ) 操作人员执行重要操作，如操作人员( 或系统管理员) 进行系统设置，数据库创 建、增加、修改、删除，操作人员占有一通信通道等。 2 ) 系统管理员或操作人员并 来监视或控制电力系统的重要操作，如远方或手工改变 一个点的状态或数值。 3 ) 一些点由扫描状态到手动状态。 拍) 当告警原因消除后，该告警显示能够自动撤消。 ( 7 ) 登录告警并由操作员确认。确认方式包括： 1 ) 仅清除事故告警音响 2 1 仅确认事故告警 3 1 确认事故告警并清除告警音响 ( 8 ) 用户可以预先定义告警事件的类别和级别以及选择告警方式。 2 6 4 人机联系 2 6 4 1 界面显示与操作 人机接口处理麻提供操作方便