（电力电子与电力传动专业论文）基于改进遗传算法的无功优化及其在电力scada中的应用.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 索算法 ( t s ) 、遗传算法 ( g a)等现代算法;对本文将采用的遗传算法进行了 理论介绍; 3 .根据遗传算法存在的问题对遗传算法进行改进并应用于无功优化。建 立了无功优化的数学模型， 提出改进遗传算法的目的和策略，列举了优化时的 具体问题; 结合一实际网络进行了基于改进遗传算法的无功优化， 并对优化结 果进行了分析比较; 4 .讨论了s c a d a系统网络和数据库的结构及其存在问题， 结合马路湾集 控站设计了系统的网络通讯和系统数据库; 5 .针对s c a d a系统的具体应用设计了s c a d a系统的主要功能， 并对无 功优化应用于s c a d a系统的主要问题进行了分析，列出了在应用中的关键技 术问题及其解决方案; 6 .最后， 指出了进行无功优化和 s c a d a系统研究和实际应用中存在的问 题，对下一步研究工作进行了展望。 关键词:电力系统，s c a d a ,遗传算法，改进遗传算法，无功优化 一i i i - 东北大学硕士学位论文 abs tract r e a c t i v e p o w e r o p t i mi z a t i o n b a s e d o n i m p r o v e d g e n e t i c a l g o r i t h m a n d i t s a p p l i c a t i o n i n t h e s y s t e m o f p o w e r s c a d a abs t r act t h e p o w e r i n d u s t r y i s v e ry i m p o rt a n t f o r t h e d e v e l o p m e n t o f o u r c o u n t r y . a n d i t b e c o m e m o r e a n d m o r e i m p o r t a n t w i t h t h e d e v e l o p i n g o f o u r n a t i o n a l e c o n o my . i t i s u r g e n t t o i m p r o v e t h e a u t o m a t i o n a n d t h e m a n a g e m e n t o f t h e p o w e r s y s t e m i n o u r c o u n t r y . a t t h e s a me t i m e m a n y r e s e a r c h e r s h a v e t h r o w o n e s e l f i n t h e r e s e a r c h . t h e a u t h o r h a v e m a d e l o t s o f r e s e a r c h o n t h e s c a d a ( s u p e r v i s o r y c o n t r o l a n d d a t a a c q u i s i t i o n ) o f d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n s y s t e m a n d t h e r e a c t i v e p o w e r o p t i m i z a t i o n o f e n e r g y m a n a g e m e n t s y s t e m i n t h e t h e s i s . t h e p a p e r b e g i n s w i t h b a s i c c o n c e p t s o f r e a c t i v e p o w e r o p t i m i z a t i o n a n d s c a d a . f i r s t l y , t h e p u r p o s e a n d t h e s e n s e o f r e a c t i v e p o w e r o p t i m i z a t i o n a n d t h e b a s i c c o n s t r u c t i o n o f s c a d a a r e d e s c r i b e d ; s e c o n d l y , t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f r e a c t i v e p o w e r o p t i m i z a t i o n i s s u m m a r i z e d a n d t h e d e v e l o p i n g o f i t i s a n a l y z e d i n t h e w a y o f a l g o r i t h m a n d t h e n a n i m p r o v e d g e n e t i c a l g o r i t h m i s p r e s e n t e d ; t h i r d l y , t h e i m p r o v e d g e n e t i c a l g o r i t h m i s a p p l i e d i n a p r a c t i c a l n e t w o r k o f a d i s t r i b u t i o n s y s t e m a n d t h e r e s u l t i s s h o w n ; a t l a s t f i n a l l y , t h e m o s t l y f u n c t i o n s m a i n f u n c t i o n o f s c a d a a r e d e s i g n e d a n d t h e p r o b l e m s a n d t h e k e y t e c h n o l o g y a r e a n a l y z e d t h e ma l u w a n s c a d a s y s t e m w h i c h h a s b e e n a n a l y z e d a n d d e s i g n e d i n t h e t h e s i s h a s p a s s e d t h e t e s t w h i c h w a s o r g a n i z e d b y s h e n y a n g p o w e r b u r e a u . t h e a u t h o r t o o k p a rt i n t h e d e s i g n o f s y s t e m d a t a b a s e , t h e d e s i g n o f d a t e m a n a g e m e n t , d a t e a c q u i r e m e n t a n d e t c . t h e ma i n c o n t e n t s i n c l u d e : 1 . t h e n e c e s s i t y a n d t h e s e n s e o f r e a c t i v e p o w e r o p t i m i z a t i o n a n d t h e s t r u c t u r e o f p o w e r s c a d a s y s t e m w e r e d i s c u s s e d . t h e r e s u l t s h o w s t h a t t h e r e a c t i v e p o w e r o p t i m i z a t i o n i s v e r y n e c e s s a r y b y a n a l y z i n g t h e r e a c t i v e p o w e r a n d i t s e f f e c t o n v o l t a g e a n d l o s s e s . t h e f e a s i b l e p r o j e c t i s d e s i g n e d f o r ma l u w a n d i s t r i b u t i o n 一i v一 东北大学硕士学位论文 abs tract 2 . we g e t t h e p u r p o s e a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f r e a c t i v e p o w e r o n t h e a n a l y s i s o f b a s i c c o n c e p t o f r e a c t i v e p o w e r o p t i m i z a t i o n a n d g e n e t i c a l g o r i t h m. t h e g e n e t i c a l g o r i t h m i s i n t r o d u c e d t h e o r e t i c a l l y 3 . t h e a u t h o r i m p r o v e d t h e g e n e t i c a l g o r i t h m b e c a u s e t h e r e a r e s o m e p r o b l e m s i n ga . a n d a p p l i e d i t t o r e a c t i v e p o w e r o p t i m i z a t i o n . t h e m o d e l o f r e a c t i v e p o w e r o p t i m i z a t i o n w a s e s t a b l i s h e d a n d t h e t a r g e t a n d m e t h o d s a r e p r e s e n t e d . t h e n t h e r e a c t i v e p o w e r o p t i m i z a t i o n b a s e d o n i m p r o v e d g . a . i s t e s t e d i n a d i s t r i b u t i o n . t h e r e s u l t o f o p t i m i z a t i o n i s s h o w n 4 . t h e s t r u c t u r e o f n e t w o r k a n d d a t a b a s e o f s c a d a s y s t e m a r e d i s c u s s e d . a n d t h e n e w n e t w o r k c o m m u n i c a t i o n a n d d a t a b a s e a r e d e s i g n e d . 5 . t h e m a i n f u n c t i o n o f s c a d a s y s t e m a r e d e s i g n e d . s o m e k e y t e c h n o l o g y a p p l y i n g i n t h e r e a c t i v e p o w e r o p t i m i z a t i o n i s s h o w e d i n t h i s s e c t i o n . 6 . f i n a l l y , t h e t h e s i s p r e s e n t s s o m e u n s o l v e d p r o b l e m s i n t h e r e s e a r c h a n d p r a c t i c e . k e y w o r d s : d i s t r i b u t i o n s y s t e m, s c a d a , g e n e t i c a l g o r i t h m , i m p r o v e d g e n e t i c a l g o r i t h m , r e a c t i v e p o w e r o p t i m i z a t i o n 一v- t o口 尸刁明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。 论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外， 不包含其他人己经发 表或撰写过的研究成果， 也不包括本人为获得其他学位而使用过的 材料。 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谢意。 本人签名 日期一噪璨 二。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、 使用 学位论文的规定: 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论 文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。 本人同意东北大学可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流， 请在下方签名; 否则视为不同 意。 ) 学位论文作者签名导师签名 签字 日期: 签 字 日 期 ， 7 例 了 、 2 、 声 一i - 东北大学硕士学位论文 第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1无功优化的必要性和意义 改革开放以来，我国电力工业发展很快，全国发电装机容量、电力设施都 以前所未有的速度增长。 但是电力系统无功电源规划设计、 建设管理工作仍然 比较薄弱， 存在着无功电源容量缺额大、 功率因数低、 线损率高、电压质量差、 无功及电压控制自动化程度低等问题。 电压是电能质量的主要指标。电压质量对电力系统稳定运行、降低线路损耗、 保证工业和农业生产安全运行、提高产品质量、降低用电单耗等都有直接影响。 因此，保证电压质量，即保证电压的偏移和波动都在规定的范围内，是电力系统 规划设计和运行管理的重要任务。 在交流电能的传输和使用过程中，用于转换成机械能、热能、光能等的部 分电能称为有功功率，用于电路内电场和磁场交换的部分电能称为无功功率。 电力系统中，当有功功率不足时将引起频率下降;而无功功率不足时将引起电 压下降。实际上，无功及电压的调整比有功及频率的调整更为复杂。 电力系统中的无功需求主要是异步电动机的无功负荷、 变压器和线路的无 功损耗， 无功电源则由发电机及无功调节补偿装置 ( 如同步调相机、静止电容 器、电力电抗器以及静止补偿器等) 提供。 异步电动机在电力系统无功负荷中 所占比重很大，其功率因数为 0 .60 . 8 。变压器的无功损耗在系统无功需求中 占有相当大的比重，一般达到其额定容量的6 % - 1 7 %。 线路电抗消耗的无功与 运行电压等级和状态有关，3 5 k v及以下架空线路的充电功率甚小，且总是消 耗无功功率。ho w 及以上架空线路当输送功率较大时，电抗中消耗的无功功 率大于其电纳中产生的无功功率而成为无功负载;当输送功率较小时，电抗中 消耗的无功功率小于电纳中产生的无功功率， 则线路成为无功电源。无功功率 本身虽不消耗能量，但是无功功率的传输却造成电压波动，引起有功损耗，当 系统无功功率不足时将产生电压水平一下降、有功损耗增加的恶果。 由电压损耗算式 u= ( p r 十 q x ) i u可见，在电网阻抗( r 十 厂) 和电 压u确 定的情 况下，电 压损耗 u 与输 送的有功功率p 和无功功率q 成比 例关系。 又 当输电线路参数r :k x的情况下，电压损耗主要与输送无功功率的数值有关。 一1 一 东北大学硕士学位论文 第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1无功优化的必要性和意义 改革开放以来，我国电力工业发展很快，全国发电装机容量、电力设施都 以前所未有的速度增长。 但是电力系统无功电源规划设计、 建设管理工作仍然 比较薄弱， 存在着无功电源容量缺额大、 功率因数低、 线损率高、电压质量差、 无功及电压控制自动化程度低等问题。 电压是电能质量的主要指标。电压质量对电力系统稳定运行、降低线路损耗、 保证工业和农业生产安全运行、提高产品质量、降低用电单耗等都有直接影响。 因此，保证电压质量，即保证电压的偏移和波动都在规定的范围内，是电力系统 规划设计和运行管理的重要任务。 在交流电能的传输和使用过程中，用于转换成机械能、热能、光能等的部 分电能称为有功功率，用于电路内电场和磁场交换的部分电能称为无功功率。 电力系统中，当有功功率不足时将引起频率下降;而无功功率不足时将引起电 压下降。实际上，无功及电压的调整比有功及频率的调整更为复杂。 电力系统中的无功需求主要是异步电动机的无功负荷、 变压器和线路的无 功损耗， 无功电源则由发电机及无功调节补偿装置 ( 如同步调相机、静止电容 器、电力电抗器以及静止补偿器等) 提供。 异步电动机在电力系统无功负荷中 所占比重很大，其功率因数为 0 .60 . 8 。变压器的无功损耗在系统无功需求中 占有相当大的比重，一般达到其额定容量的6 % - 1 7 %。 线路电抗消耗的无功与 运行电压等级和状态有关，3 5 k v及以下架空线路的充电功率甚小，且总是消 耗无功功率。ho w 及以上架空线路当输送功率较大时，电抗中消耗的无功功 率大于其电纳中产生的无功功率而成为无功负载;当输送功率较小时，电抗中 消耗的无功功率小于电纳中产生的无功功率， 则线路成为无功电源。无功功率 本身虽不消耗能量，但是无功功率的传输却造成电压波动，引起有功损耗，当 系统无功功率不足时将产生电压水平一下降、有功损耗增加的恶果。 由电压损耗算式 u= ( p r 十 q x ) i u可见，在电网阻抗( r 十 厂) 和电 压u确 定的情 况下，电 压损耗 u 与输 送的有功功率p 和无功功率q 成比 例关系。 又 当输电线路参数r :k x的情况下，电压损耗主要与输送无功功率的数值有关。 一1 一 东北大学硕士学位论文 第一章 绪论 当电力系统有能力向负荷供给足够的无功功率时， 负荷的端电压就会保持正常 的电压水平。 如果无功电源容量不足，负荷的端电压就会降低。为此，要求电 力系统有足够的无功电源容量 ( 包括应有的无功电源备用容量) ，否则应增加 必要的无功补偿设备，例如， 无功补偿电容器，以保证电力系统的无功功率平 衡。 而根据功率损耗公式o p = ( p a + q z ) r / u z ， 当有功功率p 和无功功率q 通过 网络电阻r 时，都会产生有功功率损耗a p o 方面，当输送容量尸 ， 十 少和电 压u一定时，功率损耗 p与网络电阻r成正比，即网络电阻r 越大，功率损 耗a p 越大;反之，网络电阻r越小，功率损耗 尸也越小。另一方面，当输送 的 有功功率尸 一定时， 输送的无功功率q 越多，有功功率o p 就越大;反之， 当输送的无功功率q 越少， 有功功率a p 就越小。 显而易见，当网络结构一定， 输送的有功功率和电压一定时， 则有功功率损耗完全决定于所输送无功功率的 数值。也就是说，在电力系统中输送的无功功率的大小对线损有重要的影响。 线损率是衡量电力系统建设和完善化以及运行管理水平高低的一项综合 j性技术经济指标。当有功电源布局、网络结构、负荷分配确定后，无功电源的 布局、 无功电力的传输以及无功电力的管理， 将直接影响电力系统的经济运行。 由以上简单理论分析可见， 造成电压波动的主要因素，一是用户无功负荷 的变化，例如高峰负荷和低谷负荷;二是电网内无功潮流的变化，例如，主要 发电机组的开机与停机引起电网内无功潮流的变化。在这些情况下，当电力系 统中没有足够的无功电源和调压装置时， 便会产生大的电压波动和偏移， 甚至 出现不允许的低电压和高电压运行状态。 无论是低电压还是高电压运行，当电压的变化幅度明显地超过规定的范围 时，将会影响电力网的安全经济运行。 电网低电 压运行时的危害性: ( 1 )降低电源出力，减少输变电设备的输电能力; ( 2 )电压低，电动机启动困难，长期运行会导致电动机烧毁; ( 3 )降低电器的使用率和经济效益; ( 4 )影响生产过程的正常运行和产品质量; ( 5 )增加电力网的功率损耗和电能损耗; ( 6 )危及电力系统的安全运行，严重时导致电压崩溃、系统解列。 电网高电压运行时的危害性: 一2一 东北大学硕士学位论文 第一章 绪论 ( 1 )加速电气设备绝缘老化，缩短电气设备的使用寿命; ( 2 )迫使部分无功补偿设备退出运行，降低其投入率; ( 3 )电压高，会加大电网的谐波，污染电力系统环境; ( 4 )影响生产过程正常进行和产品质量; ( 5 )危及电力系统安全运行，严重时导致电压崩溃、系统瓦解。 所以，为了解决电力系统的电压质量问题，保证系统安全经济运行，必须 做好无功电源规划和建设， 加强无功和电压管理， 进行合理的无功补偿和安装 必要的调压设备。 因此，为了改善和提高电力系统的电压质量，充分发挥电力系统的经济效 益，减少网损，降低线损率，一方面应在用户侧采取措施提高负荷功率因数， 另一方面在电力系统的各变电站中合理配置无功补偿装置和调压装置， 使无功 电源合理分布， 尽量减少无功功率的长途输送。 为此， 应进行合理的无功优化， 从而使整个电力系统实现安全、经济运行 1 电力系统无功优化，一般是指在满足电网的安全运行约束的前提下， 通过 变压器分接头的合理选择， 发电机机端电压的理想配合以及无功补偿量的优化 配置等措施，使系统无功潮流达到最优分布， 减少有功损耗。 它对于提高系统 电压质量，减少有功损耗，保证系统安全、可靠和经济运行有重要意义。 可控设备的多样性是无功优化有别于有功优化的主要困难之一， 各类无功 可控设备的控制能力和特点差异很大，目前常用的几种无功控制设备主要有: 发电机、有载调压变压器和无功补偿装置。 多年来，我国高压输电网络的无功优化很受重视，有了较多研究，也取得 了一定成果，并在实践当中得以应用，效果明显。而配电网的研究一直没有得 到应有的重视， 尽管国家实施两网改造工程以来， 众多配网自动化系统、 设备、 装置应运而生， 但都仅限于提高供电可靠性方面， 对于如何利用和配置无功资 源以进一步降低配网损失， 提高电压合格率， 提高配网经济运行性的研究，无 论从运行实际还是研究现状都表现出 较强的迫切性2 。 在配电网的 无功资源规 划配置、 优化网络运行和线损管理方面存在较多问题， 不仅损耗高而且电压合 格率很低， 甚至一些末端地区电压低到了影响正常用电的程度， 给企业造成了 一定的经济损失，因此，完全有必要针对配电网实际进行无功优化的研究。 由于电力系统规模日益扩大，以及无功调节手段的多样化，使得单凭经验 进行无功配置已不能适应现代电力系统的需要， 这要求在现代电子与计算机技 术的基础上，研究建立无功优化模型，提出相应的算法，在电网的规划建设和 一3 一 东北大学硕士学位论文第一章 绪论 实际调度运行中实现无功优化， 在满足电网安全运行约束的前提下， 减少有功 网损。 对于电力公司而言， 减少有功网损就是增加利润， 在电力公司由粗放式 经营向集约化经营方式转变的今天，进行无功优化就显得更加必要和重要了。 所以，开展电力系统无功优化方面的应用性研究，在以电能作为各种工业 基础的今天，具有十分重要的理论意义和实际意义。 1 . 2电力s c a d a系统综述 配电自 动化系统 ( d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n s y s t e m, d a s ) 是一种可以使配 电企业在远方以实时方式监视、 协调和操作配电设备的自动化系统， 其内容包 括数据 采集与 监控系统 ( s u p e r v i s o r y c o n tr o l a n d d a t a a c q u i s i t i o n , s c a d a ) . 地理信息系统( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m , g i s ) 和需方管理( d e m a n d s i d e m a n a g e m e n t , d s m) 几个部分 2 - 4 ) 。 配电自 动化系统的组成框图 如图1 . 1 所示。 产iklz又 配电s c a d a 系统 进线监视 i o k v 开闭所、集控站s c a d a 系统 馈线自动化 变压器巡检与无功补偿 配电自 动化( d a s ) 地理信息系统( g i s ) 配电管理系统 需 方 管 理 (dsm) 负荷监控与管理 远方抄表与计费自 动化 厂咬、1夕气1.1广1、 网络分析和优化 工作管理系统 调度员培训模拟系统 图 1 . 1配电自动化系统的框图 j/.1111.ee.ijj、1|.jjes.|1.、 s) m d 厂.吸 f i g . 1 . 1 t h e s t r u c t u r e o f d i s t ri b u t i o n a u t o m a t i o n s y s t e m 由图1 . 1 可以看出配电s c a d a系统配电自动化系统的基本组成部分，同 时又是配电自动化系统 ( d a s )的应用平台。电力 s c a d a系统主要有以下功 能: ( 1 )面向电 力系统对象设计， 实现变电站系统对象的完整定义， 包括测量、 设备及电力系统一次设备的电器连接关系等; ( 2 )实现电 力系统实时信息的统一采集及按需分发; ( 3 )采集模拟量、 状态量、电 度量数据; ( 4 )模拟量数据处理、状态量数据处理; ( 5 )电网控制; ( 6 )实现数据备份、查询操作: 一4- 东北大学硕士学位论文第一章 绪论 实际调度运行中实现无功优化， 在满足电网安全运行约束的前提下， 减少有功 网损。 对于电力公司而言， 减少有功网损就是增加利润， 在电力公司由粗放式 经营向集约化经营方式转变的今天，进行无功优化就显得更加必要和重要了。 所以，开展电力系统无功优化方面的应用性研究，在以电能作为各种工业 基础的今天，具有十分重要的理论意义和实际意义。 1 . 2电力s c a d a系统综述 配电自 动化系统 ( d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n s y s t e m, d a s ) 是一种可以使配 电企业在远方以实时方式监视、 协调和操作配电设备的自动化系统， 其内容包 括数据 采集与 监控系统 ( s u p e r v i s o r y c o n tr o l a n d d a t a a c q u i s i t i o n , s c a d a ) . 地理信息系统( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m , g i s ) 和需方管理( d e m a n d s i d e m a n a g e m e n t , d s m) 几个部分 2 - 4 ) 。 配电自 动化系统的组成框图 如图1 . 1 所示。 产iklz又 配电s c a d a 系统 进线监视 i o k v 开闭所、集控站s c a d a 系统 馈线自动化 变压器巡检与无功补偿 配电自 动化( d a s ) 地理信息系统( g i s ) 配电管理系统 需 方 管 理 (dsm) 负荷监控与管理 远方抄表与计费自 动化 厂咬、1夕气1.1广1、 网络分析和优化 工作管理系统 调度员培训模拟系统 图 1 . 1配电自动化系统的框图 j/.1111.ee.ijj、1|.jjes.|1.、 s) m d 厂.吸 f i g . 1 . 1 t h e s t r u c t u r e o f d i s t ri b u t i o n a u t o m a t i o n s y s t e m 由图1 . 1 可以看出配电s c a d a系统配电自动化系统的基本组成部分，同 时又是配电自动化系统 ( d a s )的应用平台。电力 s c a d a系统主要有以下功 能: ( 1 )面向电 力系统对象设计， 实现变电站系统对象的完整定义， 包括测量、 设备及电力系统一次设备的电器连接关系等; ( 2 )实现电 力系统实时信息的统一采集及按需分发; ( 3 )采集模拟量、 状态量、电 度量数据; ( 4 )模拟量数据处理、状态量数据处理; ( 5 )电网控制; ( 6 )实现数据备份、查询操作: 一4- 东北大学硕士学位论文 第一章 绪论 ( 7 )报表系统; ( 8 )告警系统; ( 9 )数据显示，包括画面显示、曲线显示等; s c a d a系统的功能实现方式为定期采集配电网中各厂、 站的电压、电流、 功率等状态数据和开关位置信息，对数据进行处理， 形成表格、曲线， 使调度 员能及时掌握整个系统内的有关状况。当参数越限时，则启动报警系统发出警 报，电网的状态变化由顺序事件记录 ( s o e ) ，也可进行控制操作，以及实现 四遥( 遥控、遥测、遥信、遥调) 的功能 6 1 s c a d a系统的功能具体可以归纳为以下几个方面:一是负责接收各变电 站 r t u实时数据的功能;二是实时监视功能:通过画面、图表、曲线、棒形 图等监视系统的实时运行情况， 有部分统计及报表功能， 可进行不同级别的异 常 ( 越限、非正常变位、s o e )报警处理，事故画面推出，音响报警;三是控 制功能:具有手动和遥控功能。除此之外，还有图形编辑功能、历史数据的管 理功能、系统时钟同步功能、 通讯原码显示及通道运行工况显示功能和转发省 调、区调功能等。其中，数据采集作为系统数据源的关键，要求其具有高度的 可靠性和强大的 信息处理能力。 集控站采集的实时信息包括遥测、 遥信、 遥控、 电度信息、保护配置信息、报警信息以及事件顺序记录和事故追忆等信息。 1 .3马路湾集控站 s c a d a系统总体结构 在传统的 s c a d a 系统设计中存在的主要问题是系统的稳定性和实时性 差，而这正是s c a d a系统急需解决的实际问题。主要表现在以下方面: ( 1 )服务器处理能力的有限:当故障信号出现时，因为数据量非常大，导 致负荷量突然增大，系统容易造成死机，从而导致整个系统的瘫痪; ( 2 )系统死机时， 通讯站端上传的实时数据会丢失。 这说明系统的数据存 储、备份功能比较差; ( 3 )当故障信号出现时，实时报警功能差。上传的数据不能实时处理、显 示，并且实时数据刷新速率较低，对故障的处理速度也达不到正常的 要求。 针对 s c a d a系统存在的问题，我们设计、开发的马路湾集控站 s c a d a 系统在对国内各种s c a d a系统进行了全面深入分析后， 彻底修正和摒弃传统 s c a d a系统所存在的缺陷和局限性，针对马路湾集控站的具体情况，充分利 用最新的计算机技术和全面开放的思想理念， 将电力系统自动化的多个应用领 一5一 东北大学硕士学位论文 第一章 绪论 ( 7 )报表系统; ( 8 )告警系统; ( 9 )数据显示，包括画面显示、曲线显示等; s c a d a系统的功能实现方式为定期采集配电网中各厂、 站的电压、电流、 功率等状态数据和开关位置信息，对数据进行处理， 形成表格、曲线， 使调度 员能及时掌握整个系统内的有关状况。当参数越限时，则启动报警系统发出警 报，电网的状态变化由顺序事件记录 ( s o e ) ，也可进行控制操作，以及实现 四遥( 遥控、遥测、遥信、遥调) 的功能 6 1 s c a d a系统的功能具体可以归纳为以下几个方面:一是负责接收各变电 站 r t u实时数据的功能;二是实时监视功能:通过画面、图表、曲线、棒形 图等监视系统的实时运行情况， 有部分统计及报表功能， 可进行不同级别的异 常 ( 越限、非正常变位、s o e )报警处理，事故画面推出，音响报警;三是控 制功能:具有手动和遥控功能。除此之外，还有图形编辑功能、历史数据的管 理功能、系统时钟同步功能、 通讯原码显示及通道运行工况显示功能和转发省 调、区调功能等。其中，数据采集作为系统数据源的关键，要求其具有高度的 可靠性和强大的 信息处理能力。 集控站采集的实时信息包括遥测、 遥信、 遥控、 电度信息、保护配置信息、报警信息以及事件顺序记录和事故追忆等信息。 1 .3马路湾集控站 s c a d a系统总体结构 在传统的 s c a d a 系统设计中存在的主要问题是系统的稳定性和实时性 差，而这正是s c a d a系统急需解决的实际问题。主要表现在以下方面: ( 1 )服务器处理能力的有限:当故障信号出现时，因为数据量非常大，导 致负荷量突然增大，系统容易造成死机，从而导致整个系统的瘫痪; ( 2 )系统死机时， 通讯站端上传的实时数据会丢失。 这说明系统的数据存 储、备份功能比较差; ( 3 )当故障信号出现时，实时报警功能差。上传的数据不能实时处理、显 示，并且实时数据刷新速率较低，对故障的处理速度也达不到正常的 要求。 针对 s c a d a系统存在的问题，我们设计、开发的马路湾集控站 s c a d a 系统在对国内各种s c a d a系统进行了全面深入分析后， 彻底修正和摒弃传统 s c a d a系统所存在的缺陷和局限性，针对马路湾集控站的具体情况，充分利 用最新的计算机技术和全面开放的思想理念， 将电力系统自动化的多个应用领 一5一 东北大学硕士学位论文 第一章 绪论 域统一在一个支撑平台上，实现 s c a d a系统从数据到功能真正的开放，并且 采用组件式的编程模式，使系统可以不断平滑的升级。 1 . 3 . 1马路湾集控站s c a d a系统主要特点 马路湾集控站s c a d a系统在设计上从软件组织到硬件构成上都针对传统 s c a d a系统在稳定性和实时性方面存在的问题进行了改进，使得系统的稳定 性得到增强， 也使系统的实时反应速度得到提高。 本系统的特点主要表现在以 下方面: ( 1 )前置机采用实时嵌入式操作系统 q n x ，后台机采用 w i n d o w 2 0 0 0 s e r v e r 系统，采用这种方式进行前置机和后台机操作系统配置是利用 q n x系统的稳定性来提高系统的稳定性， 而后台机采用w i n d o w 2 0 0 0 则使用户操作简单方便; ( 2 )面向电 力系统对象设计，实现了 变电站系统的完整定义: ( 3 )开放的 系统定义 库、 实时 库、 历史库的操作接口， 可以 满足多方应用 软件集成化及一体化设计的要求; ( 4 )前置机系统规约处理模块化， 使任何规约修改不影响系统其它规约程 序的运行和处理，确保系统连续运行; ( 5 )报表系统采用p o w e r b u i d e r 8 . 。 实现，利用其与数据库的内部连接， 使得数据报表的查询速度更快，系统的运行效率更高; ( 6 )在实现 s c a d a系统功能的同时， 可根据用户需要增加诸如 e m s ( 能 量管理系统) 及电量采集计费等功能。 1 .3 .2马路湾集控站s c a d a系统的硬件结构 电力s c a d a系统的硬件配置非常灵活，根据电力系统的运行特性及其对 稳定性、实时性的要求，马路湾集控站s c a d a系统在硬件组织结构上进行了 详细、认真的分析， 保障系统在基础上可以满足速度、稳定性等各个方面的要 求。 整个马路湾集控站s c a d a系统的硬件配置包括前置机与工作站配置两个 方面。在前置机配置上为了避免 r t u采集到数据因网络传输的丢失及在万一 情况下前置机运行瘫痪而致使的整个服务器的非真实运行造成的后果， 前置机 子系统采用双机互为热备份方式; 在服务器与工作站配置上为保证系统运行可 靠性，服务器与工作站子系统也采取双机互为热备的工作方式。 一6一 东北大学硕士学位论文 第一章 绪论 域统一在一个支撑平台上，实现 s c a d a系统从数据到功能真正的开放，并且 采用组件式的编程模式，使系统可以不断平滑的升级。 1 . 3 . 1马路湾集控站s c a d a系统主要特点 马路湾集控站s c a d a系统在设计上从软件组织到硬件构成上都针对传统 s c a d a系统在稳定性和实时性方面存在的问题进行了改进，使得系统的稳定 性得到增强， 也使系统的实时反应速度得到提高。 本系统的特点主要表现在以 下方面: ( 1 )前置机采用实时嵌入式操作系统 q n x ，后台机采用 w i n d o w 2 0 0 0 s e r v e r 系统，采用这种方式进行前置机和后台机操作系统配置是利用 q n x系统的稳定性来提高系统的稳定性， 而后台机采用w i n d o w 2 0 0 0 则使用户操作简单方便; ( 2 )面向电 力系统对象设计，实现了 变电站系统的完整定义: ( 3 )开放的 系统定义 库、 实时 库、 历史库的操作接口， 可以 满足多方应用 软件集成化及一体化设计的要求; ( 4 )前置机系统规约处理模块化， 使任何规约修改不影响系统其它规约程 序的运行和处理，确保系统连续运行; ( 5 )报表系统采用p o w e r b u i d e r 8 . 。 实现，利用其与数据库的内部连接， 使得数据报表的查询速度更快，系统的运行效率更高; ( 6 )在实现 s c a d a系统功能的同时， 可根据用户需要增加诸如 e m s ( 能 量管理系统) 及电量采集计费等功能。 1 .3 .2马路湾集控站s c a d a系统的硬件结构 电力s c a d a系统的硬件配置非常灵活，根据电力系统的运行特性及其对 稳定性、实时性的要求，马路湾集控站s c a d a系统在硬件组织结构上进行了 详细、认真的分析， 保障系统在基础上可以满足速度、稳定性等各个方面的要 求。 整个马路湾集控站s c a d a系统的硬件配置包括前置机与工作站配置两个 方面。在前置机配置上为了避免 r t u采集到数据因网络传输的丢失及在万一 情况下前置机运行瘫痪而致使的整个服务器的非真实运行造成的后果， 前置机 子系统采用双机互为热备份方式; 在服务器与工作站配置上为保证系统运行可 靠性，服务器与工作站子系统也采取双机互为热备的工作方式。 一6一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 域统一在一个支撑平台上，实现s c a d a 系统从数据到功能真正的开放，并且 采用组件式的编程模式，使系统可以不断平滑的升级。 1 3 1 马路湾集控站s c a d a 系统主要特点 马路湾集控站s c a d a 系统在设计上从软件组织到硬件构成上都针对传统 s c a d a 系统在稳定性和实时性方面存在的问题进行了改进，使得系统的稳定 性得到增强，也使系统的实时反应速度得到提高。本系统的特点主要表现在以 下方面： ( 1 ) 前置机采用实时嵌入式操作系统q n x ，后台机采用w i n d o w 2 0 0 0 s e r v e r 系统，采用这种方式进行前置机和后台机操作系统配置是利用 q n x 系统的稳定性来提高系统的稳定性，而后台机采用w i n d o w 2 0 0 0 则使用户操作简单方便： ( 2 ) 面向电力系统对象设计，实现了变电站系统的完整定义； ( 3 ) 开放的系统定义库、实时库、历史库的操作接口，可以满足多方应用 软件集成化及一体化设计的要求； ( 4 ) 前置机系统规约处理模块化，使任何规约修改不影响系统其它规约程 序的运行和处理，确保系统连续运行： ( 5 ) 报表系统采用p o w e rb u i d e r8 0 实现，利用其与数据库的内部连接， 使得数据报表的查询速度更快，系统的运行效率更高： ( 6 ) 在实现s c a d a 系统功能的同时，可根据用户需要增加诸如e m s ( 能 量管理系统) 及电量采集计费等功能。 1 3 2 马路湾集控站s c a d a 系统的硬件结构 电力s c a d a 系统的硬件配置非常灵活，根据电力系统的运行特性及其对 稳定性、实时性的要求，马路湾集控站s c a d a 系统在硬件组织结构上进行了 详细、认真的分析，保障系统在基础上可以满足速度、稳定性等各个方面的要 求。 整个马路湾集控站s c a d a 系统的硬件配置包括前置机与工作站配置两个 方面a 在前置机配置上为了避免r t u 采集到数据因网络传输的丢失及在万一 情况下前置机运行瘫痪而致使的整个服务器的非真实运行造成的后果，前置机 子系统采用双机互为热备份方式；在服务器与工作站配置上为保证系统运行可 靠性，服务器与工作站予系统也采取双机互为热各的工作方式。 一6 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 通过前置机与后台机采用的双机热备方式组成的双机双网结构可以在综 合考虑整个系统工程费用和系统稳定性的同时，在满足系统要求的条件下获得 最佳性价比。本系统构成的硬件连接图如图1 2 所示。 图1 2 系统结构及硬件组成 f i g 1 2t h es t r u c t u r eo f s y s t e ma n dh a r d w a r e 1 3 3 马路湾集控站s c a d a 系统的软件结构 马路湾集控站s c a d