（电气工程专业论文）基于地理信息的配电自动化系统的研究.pdf

华北电力大学i ：程硕士专业学位论文 摘要 本文以鞍山配电网为背景，分析了实施配电自动化的必要性、紧迫性和实施的 目的，同时介绍了配电自动化在国内外的应用发展情况。 本文对配电自动化系统的内容、功能和整体结构进行了说明，并对配电自动化 的主要组成部分配电地理信息系统、配电主站、配电子站和配电终端分别进行 了介绍。 在配电地理信息系统部分介绍了配电地理信息的数据组织、地图管理和设备管 理。馈线自动化主要实现配电网故障段自动隔离、非故障段自动恢复供电功能，减 少了故障停电时问，提高了配电网可靠性。 最后简单分析了配电自动化系统中的通信方式。 关键词：配电自动化，地理信息系统，馈线自动化，通信方式 a b s “恤c t t h i st h e s i s ，b a s e do na n s h a nd i s t r i b u t i o n ，a n a l y s e st h en e c e s s i t y 、 u r g e n c ya n da i m o ft h e p r a c t i c e o fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o na n di n n o d u c e st h e a p p l i c a t i o n a n d d e v e l o p m e n to fi ta th o m ca da b o a r d t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ec o n t e n t 、f u n c t i o na n ds t m c t u r eo fd i s t r i b u t i o n a u t o m a t i on t h et h e s i si n t f o d u c e sd i s t r i b u t i o n g e o g r a p h i c i n f o m l a t i o n s y s t e m 、 d i s t r i b u t i o ns t a t i o n 、d i s t r i b u t i o ns u b s t a t i o na n dd i s t r i b u t i o nt e r m i n a lu n i t s g e o g r a p h i ci n f o 珊a t i o ns y s t e mi n t m d u c e st h ed a t as t r u c t u f e 、m a pm a n a g e m e n ta n d f a c i l i t ym a n a g e m e n t f e e d e ra u t o m a t i o nc a nb eu s e df o ri m p i e m e n t i n gt h ef u n c t i o n so f a u t os e c t i o n a l i z a t i o no ff a u l t ys e c t i o n sa n da u t or e s t o r a t i o n0 fn o n - f a u l t ys e c t i o n s t h u s ， t h ei n t c r n l p t i o nt i m eo fp o w e rs u p p l yi sr e d u c e da n dt h cr c l i a b i l i t yo fd i s t r i b u t i o n n e t w o r ki si m p r o v e d f i n a l l y t h ec o m m u n i c a t i o nm e t h o di nt 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 ss i m p l y a n a l y z e d z h o n gc h a n gq i n g ( e l e d r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r c c t e db yp f 0 l j uz h o n gq i k e y w o r d s ：d i s t r i b u t i o n 孤t o m a t i o n ，g c o g r a p h i ci n f o 姗a t i o ns y s t c m ，f c c d e ra u t o m a t i o n ， c o m m u n i c a t i o nm c t h o d 声明 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士专业学位论文基于地理信息的配电 自动化系统的研究，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间，在导师 指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注 和致谢之处外，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 获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：边墨i 日期：垫笾生1 2 目 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即；学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：j ! j 二l 导师签名：二三趣一 日 期：兰! ：2 ：! ： 日 期：竺旦：! ： 华北电力大学工程硕士专业学位论文 第一章 引言 1 1 配电自动化的重要意义及内容 1 1 1 配电自动化的必要性与紧迫性【1 2 1 配电网是电力系统电能生产发、变、送、配中最后一个直接向用户供电 的环节，配电网的设备多覆盖面广，易受用户增容、城市建设等外界因素的 影响，发展很不平衡，改动也较多，直接影响到各用户的用电可靠性。图1 1 所示为鞍山地区电网结构。 一次变 5 0 眈2 0 k v 图1 1 鞍山地区电网结构 f ig 1 1t h es t r u c t u r eo fa n s h a r ie l e c t r i cw i r e 随着电网日益扩大，结构越来越复杂，配电设备越来越多，使得原有的 传统管理方式越来越不适应现代电网管理的需要。这就向我们提出，如何利 用现代化科学手段，提高电网的安全性、稳定性和可靠性；如何提高电能质 量和供电可靠性，以满足工农业生产、人民生活和改革开放的电力需求；如何 弥补由于过去长期投资不足造成电网结构薄弱，提高现有供电设备的运行、维 护和管理水平；如何减少停电时间，降低线损，加快电网故障处理能力，提 高电网经济运行水平；如何准确、高效地处理用户投诉，搞好电力行业精神文 明建设，提高供电企业经济效益和社会效益等等。实践证明解决上述问题有效 的办法是实行配电自动化。 配电自动化( d a ) 就是应用计算机、自动控制、电子技术、通讯技术以及 华北电力大学工程硕士专业学位论文 新的配电设备等技术手段对配电网进行在线与离线的智能化监控管理，使配 电网处于安全、可靠、经济、优质、高效的最优运行状态。实行配电自动化 的目的在于： ( 1 ) 缩短事故处理时间，减少停电范围，提高供电可靠性 配电地理信息系统与数据监控和采集系统( s c a d a ) 的结合可以使故障 点在地理图上快速地显示出来，缩短故障查找和处理时间。配电地理信息系 统与馈线自动化结合实行故障隔离和非故障区域恢复供电，可减少停电范围， 相应地提高了供电可靠性。 ( 2 ) 提高城市电网的供电质量和降低线损，以最优电压为用户服务 如果实现了配电自动化就能通过不断的在线监测，及时调整运行方式求 得最合理的线路损耗，并通过改变变压器分接头等来提高供电质量。 ( 3 ) 提高配电系统的运行经济性，降低运行维护费用，降低线损，最大限 度地提高企业的经济效益 ( 4 ) 提高整个配电系统的管理水平，提高工作效率 配电线路的在线监测和遥控为及时提供线路运行状况，节约故障查巡和 处理的劳动力等创造了条件。 ( 5 ) 用技术手段来改善为用户服务的水平，建立良好的供需人机界面 1 1 2 配电自动化的内容1 2 。1 u j 配电自动化是5 0 年代末首先由美国开始，以后其它工业发达国家也随之 逐渐发展起来，其范围和内容也在不断的发展和变化。 配电自动化系统的内容大体上可以分为四个方面，它们是配电地理信息 系统、馈线自动化( 即配电线路自动化) 、用户自动化和配电管理自动化。 这四方面的内容可以相互独立运行，但它们之间的联系十分密切，特别 是信息的采集、传输、存储和利用以及这些信息经过处理做出的决策和控制 是相互影响的，所以说配电自动化是一个信息集成系统。 配电自动化系统是一个分层、分布式结构的系统，整个系统由一个主站 和若干个子站及若干个子系统等集成。 ( 1 ) 配电地理信息系统 地理信息系统( g l s ) 是空间信息存贮、检索、分析、处理、显示和利用 的计算机综合应用技术系统，是信息时代和计算机技术发展的必然产物。配 电地理信息系统是地理信息系统在电力工业的扩展应用，是配电自动化的主 要特点之一。 由于配电网直接面向用户，特别是城市配电网节点多、设备分散，设备 2 华北电力大学工程硕士专业学位论文 的布局、馈线的走向与地理位置、城市建筑物、街道走向都有密切的关系， 将配电网设备和运行信息与地理信息自动绘图设备管理( 即g i s a m f m ) 联系起来，使配电网信息的含义更直观，对运行带来极大的方便。g i s ，a m f m 可在许多离线和在线功能中应用。 配电自动化中的配电地理信息系统包括设备管理、用户信息管理、停电 管理、可靠性管理、负荷管理、拓扑关系分析、网络分析等。 ( 2 ) 馈线自动化 馈线自动化( f a ) 是指配电线路的自动化，它是指从变电站的变压器二次 侧出线口到线路上的负荷之间的配电线路，在鞍山地区尤其是指1 0 k v 及以下 配电线路。 馈线自动化要完成以下功能：数据采集与控制，运行状态监测，控制， 故障区隔离、负荷转供及恢复供电，无功补偿和调压。 ( 3 ) 用户自动化 用户自动化即常说的需方管理自动化( d s m ) 。用户自动化涵盖的内容主 要有负荷管理、用电管理和需方发电管理。 传统的负荷管理( 负荷控制) 是在发电容量不足的情况下采用抑制负荷 的方法来改善负荷曲线( 用削峰、填谷和错峰等控制手段) 。随着发电量的增 加，此种传统的负荷控制方式得到了改善。先进的负荷管理是根据用户的不 同的用电需求，根据天气状况及建筑物的供暖特性，并根据分时电价，确定 满足用户需求的最优运行方式，并加以用电控制，以便用最少的电量获得最 好的社会、经济效益等。这将导致平坦负荷曲线，节约电力，减少供电费用， 推迟电源投资和减少用户电费支出。 用电管理主要包括自动计量计费、业务扩充、用户服务等内容。自动计 量计费可应用于不同的层次：有适合于电力市场满足发电、输电、配电以及 转供等需要的计量计费系统，有适合于不同的发电厂家、不同的供电部门的 计量计费系统，还有直接记录各家用户的自动抄表系统。 业务扩充是指用户报装、接电等一系列的用电业务服务。利用计算机进 行操作处理，实现供电部门的业务自动化。 用户服务方面包括停电报告及处理、交费等。 ( 4 ) 配电管理自动化 配电管理自动化( d m a ) 一般是指利用计算机技术、通信技术对配电网的 运行进行管理，它是一个开放的信息处理系统和集中控制的计算机系统。 配电管理自动化主要有以下功能：运行状态监控，配电设备管理，停电 管理，检修管理，网络分析，网络重构等。下面对几个功能进行简单的介绍： 3 望! ! 皇垄| 丈堂三堡堡主主些堂垡堡奎 a m f m g i s ( 自动绘图设备管理地理信息系统) ：a m f m g i s 可以离线 应用和在线应用。离线应用主要用于设备管理，用电管理，也可用于馈线的 扩充、路径的选择和配电设备的定位等。在线应用主要用于和s c a d a 系统的 接口，如在地理地图上显示配电网的互带情况、潮流，电压分布；与t c m ( 故 障投诉管理) 相接口，显示故障位置，以便选择合理的操作顺序和恢复供电 路径。 网络分析：网络分析包括负荷预测、网络拓扑、潮流计算、线损计算等 功能。网络分析的功能主要用于全面了解配电网的运行状态，以进一步减少 线路损耗和提高供电质量。 网络重构；由于计划检修或事故以及扩建、业扩等各种原因导致配电网 内某些设备停运，需要改变原来的正常的运行方式，这将有可能导致某些设 备的过负荷或损耗增加，使配电网的安全性和经济性降低。这种情况下就要 将配电网的结构进行调整，对各种可能的运行方式进行比较，选择最好的配 电网连接方式。上述过程是一个离线优化计算过程，不是一个闭环的自动控 制过程，需要配电网实时数据或预计的数据以及网络的参数和结构数据。获 得网络重构的结果后，再由调度执行开关的分合与电容器的投切。 停电管理：停电管理是配电管理自动化的重要环节。从自动停电监测系 统或电话投诉获得信息后，停电管理功能启动，迅速判断故障点和故障范围， 做出事故处理决策，进行停电事故处理，同时将处理过程和结果送到相关的 数据库，并回答投诉电话。 1 2 国内外配电自动化发展综述【2 】【4 】【5 1 国外的配电自动化发展起步较早，在5 0 年代初就利用高压开关设备的功 能在配电网线路中实现故障定位及隔离，主要设备是重合器、分段器、环网 开关柜等。随着电子技术及通讯技术的发展，将配电网的检测计量、故障探 测定位、自动控制，规划、数据统计管理集成为一个综合系统，出现了配电 自动化方案。由于这项技术的应用和发展改善了供电质量，带来了明显的经 济效益，因而得到了各国的普遍关注。到9 0 年代中期，日本基本上实现了全 国配电自动化，成为世界上配电自动化应用最普及的国家。配电自动化在美 国也有较快的发展，到9 0 年代，美国的配电自动化已达到了相当高的水平。 一个典型的例子是美国纽约长岛照明公司于1 9 9 3 年投运的配电自动化系统可 实现在4 3 秒内完成故障区间隔离和非故障区间的自动恢复供电，它代表着目 前这一领域的国际最高水平。欧洲的配电自动化系统实施进程不如日、美那 4 华北电力大学工程硕士专业学位论文 么快，但发展水平也很高，如意大利国家电力公司到1 9 9 9 年实现全国范围内 配电自动化。在近5 0 年的发展过程中，国外配电自动化经历了三个发展阶段： 1 柱上配电开关与变电所主保护开关配合，具有自动判断故障及延时 合闸功能，实现故障段的隔离和非故障段的恢复送电； 2 引入通信系统，将现场控制设备中的有关信息传送到控制中心，实 现远程监控。 3 采用先进的计算机技术实现整个配电系统的自动化。 我国配电自动化起步晚，主要原因是认识不一致，设备落后，资金短缺 等原因，根本原因是没有市场经济观念，没有认识到实现配电自动化后提高 供电可靠性、确保电费收缴、保证电压质量与投资的关系。长期以来，我国 电力部门存在“重发电、轻输变电、忽视配电”的现象，将主要精力放在大 电网、大机组上，对配电网的用电质量及可靠性重视不够，忽视了配电网的 重要性和特殊性。当前进入市场经济后，各供电单位都有了新的认识。我国 的配电自动化大约在9 0 年代以后才开始试验。 1 3 本文的主要工作 本文的主要工作是结合鞍山地区配电网的结构特点进行配电自动化系统 的研究和设计，开发了配电自动化的基础一一配电地理信息系统，并就配电 地理信息系统在配电管理自动化和馈线自动化等方面的应用进行了阐述，同 时分析了馈线自动化的实施方案，最后浅析了配电自动化系统中的通信方式。 5 华北电力大学工程硕十专业学位论文 第二章配电自动化系统概述 2 1 配电自动化系统组成 2 1 1 配电自动化系统的整体结构 配电自动化系统结构设计遵循统一规划分步实施的建设原则，并考虑到 城区配电网持续发展的要求，它需要分期分批逐年完善，因此要求配电自动 化系统结构具有良好的可生长性和扩充性，把每期的配电自动化子系统以“积 木”的方式“添加”到整个配电自动化系统中。 根据上述原则，配电自动化系统可分为三个层次；配电网监控和管理中 心层、子站层和配电自动化终端层( 即监控终端、监测终端、其他终端) ，其 基本结构如图2 1 所示。 中心层 子站层 终端层 图2 1 配电自动化系统结构 f i g 2 1t h es t r u c t u r eo fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n ( 1 ) 配电网监控和管理中心层一配电主站 配电主站是配电自动化系统的最高层，是监控和管理系统的核心，从整 体上实现配电网的监测和控制，分析配电网的运行状态，协调配电子站之间 的关系，主要负责采集、管理整个系统中区域工作站( 子站) 传上来的数据； 负责数据的处理、存储，事故的报警、远方的控制，事故的隔离、无故障区 6 华北电力大学工程硕士专业学位论文 域的供电恢复；负责与多个子系统的接口，实现数据共享；负责完成l o k v 配 电信息的管理和维护。 配电主站作为人机交互的窗口，可完成各种图形显示、系统维护、设备 管理、报表打印、与其它系统的信息交换功能，并具有对可控装置的控制调 节。 ( 2 ) 区域工作站一配电子站 因为配电网中监控设备点多面广，不可能把所有的站端监控设备直接连 到配电主站上，这样一来必须增设中间一级，这称为配电区域工作站子站 ( s u b s t a t l 0 n ) ，主要负责管理其所辖区域的开闭所、柱上开关、配电变压 器上的配电终端监控设备，完成“数据集中器”的功能，所有现场信息通过 配电子站送入调度中心。监控子站还具有所辖区域内故障诊断、隔离、非故 障区域恢复供电的功能。配电子站设在变电站或大型开闭所内，通过光纤通 信方式向下与所属馈线的监控终端通信，向上与配电自动化主站通信。 ( 3 ) 配电终端设备层 配电终端设备层是整个系统的底层，主要完成柱上开关、环网开关柜、 箱式变、配电变压器、开闭所、配电室等各种现场信息的采集处理及监控功 能。 ( 4 ) 配电自动化通讯系统 配电自动化系统的各个层次通过配电自动化通信系统有机地连接起来完 成配电网的监控和管理，是配电信息和系统指令传输的通道。 2 1 2 配电自动化系统的总体特点 配电网自动化系统是一项专业密集，技术复杂、工作量大、投资大的系 统工程，配电网本身结构也非常复杂，要适应各种不同的环境等其它方面的 要求，另外用户对供电可靠性和安全性等要求也非常高，因此配电自动化系 统具有以下特点： ( 1 ) 采用先进、开放、可持续扩展的系统平台。 ( 2 ) 构架分层、功能分层。 ( 3 ) 功能强大的实时g i s 平台作为系统基础。 ( 4 ) s c a d d m s g i s 系统完全一体化设计。 ( 5 ) 支持多种方式的通信系统如专线、无线、光纤、电力扩频载波等。 ( 6 ) 柱上开关与f 1 u 在电气和结构上采用一体化设计，有效地克服了系统 集成中次设备与二次设备不配套的问题。 ( 7 ) f 1 u 采用d s p 技术高速交流采样，全工业级设计，满足户外恶劣环境 7 华j e 电力大学f 程硕十专业学位论文 运行要求( 一4 0 一+ 8 5 ) 。 ( 8 ) 配电终端和配电主站之阃可设立配电子站系统有效地解决了配电自 动化系统信息量大可能造成的信息瓶颈效应，并实现故障诊断隔离的分级控 制，易于系统扩展。 ( 9 ) 配电子站直接从变电站自动化系统中取得变电站信息，有效地避免了 从地调主站系统转发变电站信息可能造成的信息路径长，实时性弱的缺点。 ( 1 0 )对配电子站和柱上f r u 可以通过现有通道进行远程维护，有效地 解决了柱上f t u 维护量太，维护不方便的问题。 ( 1 1 )故障诊断与隔离可在当地配电子站或终端中完成，但负荷转移通 过配电主站配电管理系统( d m s ) 分析软件计算后确定从哪条路径转供，有 效地避免了负荷转移的盲目性。 2 1 3 配电自动化系统的整体功能“”1 功能设计是配电自动化系统的核心，尽管各地情况不同，采用的方案各 异，但一般说来主要有以下几方面； ( 1 ) 对辖区所需监控的柱上开关、配电变压器实现s c a d a 功能，即通过 通信网络通道、刑、刑、配电子站对配电网设备进行数据的采集与监控。 ( 2 ) 馈线自动化功能：实现1 0 k v 馈线上的故障诊断、故障隔离和非故障 区域的快速恢复供电功能。 ( 3 ) a m ，f m g i s 功能：实现网络建模、设各查询与统计、动态数据显示与 分析。 ( 4 ) 配电工作管理：在系统提供的平台上对配电网运行、维护及工程运行 进行管理。 ( 5 ) 配电网络分析与决策，主要实现网络拓扑分析、潮流计算，短路计算、 负荷管理、线损统计与分析、电压无功优化、状态估计等其它功能。 ( 6 ) 故障电话投诉、检修管理。 ( 7 ) 与调度s c a d a 系统、m i s 系统及变电站综合自动化系统接口，实现 数据共享。 ( 8 ) 实现与负荷控制系统、电量计费系统、用电营业系统等系统的接口。 ( 9 ) 实现集中抄表功能。 配电自动化系统功能如图2 ，2 所示。 8 华北电力大学f = 程硕士专业学位论文 图2 2 配电自动化系统功能 f i g 2 2 n ef i l n c t i o no fd i s t r i b u t i o na u t o 瑚t i o ns y s t e m 9 华北电力大学工程硕士专业学位论文 2 1 4 配电自动化系统的主要性能指标 配电自动化系统的性能指标分为实时性指标、容量指标、可靠性指标和 故障处理指标，详见表2 1 、表2 2 、表2 3 和表2 4 。 表2 1 配电自动化系统容量指标 t a b l e2 1c a p a c i t yi n d e xo fd i s t r i b u t i o na u t o m t i o ns y s t e m 可接入的工作站数 2 0 台 历史数据保存周期 l o 年 系统最大可接入子站个数 双环自愈型 2 5 6 网络型理论上无限制( 受制于主站硬件配置) 转发量 5 0 0 0 遥信量 5 0 0 0 0 遥测量 5 0 o o o 电度量 4 0 0 0 0 遥控量 2 0 0 0 0 计算量 2 0 0 0 0 事故追忆 1 2 o o o 表2 2 配电自动化系统实时性指标 t a b l e2 2r e a l 一t i m eq u a l i t yi n d e xo fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e m 变化遥测传送时间 5 秒 遥信变位传送时间 5 秒 事故变位报警响应时间 5 秒 调用画面响应时间 2 秒 画面数据响应时间5 秒 全系统数据更新周期 8 秒 事故推画面时间 2 秒 遥控返校时间 5 秒 主、备机切换时间 2 0 秒 变位响应时间 2 s 遥控命令响应时间 3 s 事件顺序记录分辨率 5 毫秒( 站内) 1 0 华北电力大学r = 程硕七专业学位论文 9 9 9 具有周期计算的功能 计算收敛时间 3 s 收敛功率迭代误差 9 9 9 9 系统主机c p u 平均负荷率： 正常状态下 9 8 故障隔离时间 4 0 秒 非故障区域自动恢复供电时间 1 分钟 2 2 配电网监控和管理中心层一配电主站 配电主站是配电自动化系统的控制与管理中心，采用客户服务器 ( c u e n t s e r v e r ) 模式的实时计算机网络系统，以g i s 系统作为基本平台， 具有系统的开放性、一致性。根据配电管理系统的特点和要求，可在地理图 形上直接查看电网运行的各种实时和历史数据，在地理图形上实现网络拓扑 分析、故障定位、停电线路及区域的显示等配电自动化功能。 2 2 1 配电主站平台 ( 1 ) 软硬件配置 华北电力大学一r = 程硕士专业学位论文 硬件：采用支持多种基于r i s c 技术的h p 服务器和工作站。 软件：操作系统内核采用w i n d o w sn t 操作系统，同时也作为人机接口 的操作系统，数据库采用关系型s q u c l i e n t s e r v e r 体系结构，如图2 3 所示。 网络：采用分流冗余的双网机制，既相互备份，又相互分流，支持 t c p l p 、x 2 5 、p p p 等协议。 地理信息系统基础平台采用m a p i n f o 数据库。 ( 2 ) 数据库管理系统 系统信息共享的核心是数据库的共享，采用通用的商业关系型数据库可 以为数据库开放访问提供良好的基础。数据库采用c l i e n t s e r v e r 结构体 系，分为历史数据库和实时数据库，数据库全网共享，提供方便的网络访问 接口。 数据库具有如下特点：能提供规范的数据库管理服务，为用户自定义数 据库表提供了开放基础；安全的事务处理能力，当系统发生故障时，保证数 据不丢失；触发器功能为保证相关数据的一致性带来便利；自动数据备份功 能，使重要数据的备份简便易行；具有标准的s q l 语言数据库访问接口；系 统支持不同类型的实时数据库或者同一实时数据库的备份或镜象分布在不同 的网络节点上，数据库的信息由用户自己通过人机交互界面进行设置。 幽2 3 配电主站的软件组织结构 f i g 2 3 t h es o f t 、a r es t 邝c t w e0 fd i s t 邸u t i o nm a i n s t a t i o n ( 3 ) 用户高级语言 1 2 华北电力大学工程硕士专业学位论文 配电主站系统支持用户化的各类计算及控制，主要有计算语言和控制语 言。计算语言主要有算术运算( 加、减、乘、除等) 、逻辑运算( 与、或、非和 i fe l s e 等) 、函数运算( s i n o ，c o s ( ) ，t 蛆( ) 等) ，同时用户可自定义计算公式。控 制语言定义为当某事件发生或满足某类条件时，执行某进程或控制操作( 如 一次设备控制调整对象，二次设备投退) 。 计算语言和控制语言程序启动方式有定时启动、周期启动、事件触发( 如 状态变化等) 启动。 ( 4 ) 图形及人机界面系统 图形系统的主要技术特点如下；提供跨平台、跨应用的统一图形平台； 面向电力对象的开放性处理；全网画面共享，提供图形一致性维护；画面可 无级缩放、变焦、漫游、分层；支持多显示器、多窗口、多画面、多模式的 操作；完全兼容g l s 系统( 支持m a p i n f o ，a r c i n f o ，a u t o c a d 格式) ；提供 快速简洁的绘图模板；数据库可在图形上进行录入，并支持多种图像格式 ( b m p 、g i f 等) ，能够进行动态着色；所有操作已实现1 0 0 的鼠标化。 ( 5 ) 提供第三方开发的应用接口 系统为第三方开发提供完全的应用编程接口及相应的文档资料，为系统 的扩展做好准备。 配电主站系统配置如图2 4 所示。 由由 图2 4 配电主站系统配置 f i g 2 4s y s t 咖c o 嘣g l i r 砒i o no fd i s 啊b u t i o ns 伽 2 2 2 配电地理信息系统 配电地理信息系统( g i s ) 可以为配电自动化提供强有力的数据和图形平 华北电力大学1 = 程硕士专业学位论文 台，是配电自动化的基础，它的应用遍及配电管理系统的各个方面。建立在 配电地理信息系统基础之上的配电自动化系统，可以显著地提高配电系统运 行和管理人员的工作效率和配电企业的服务质量，减少发生事故的几率和降 低因事故造成的损失。 2 2 2 1 配电地理信息系统的性能 配电地理信息系统具有适应配电网逐渐发展、控制与管理相结合的特点， 是一个可扩充、开放式、分布式的计算机系统，主要有以下性能： ( 1 ) 开放性；从硬件平台到软件平台、软件结构、通信协议、数据存取技 术等都遵循国际标准，支持全系列操作系统与多种硬件平台。 ( 2 ) 实时性：对于系统监视、控制等功能，满足电力系统实时性的要求。 ( 3 ) 可扩充性：电力系统的发展非常迅速，因此系统的运行也是一个动态 的过程，应当随时可以添加新的功能进入系统，以适应业务发展的需要。 ( 4 ) 可维护性：系统可维护性良好，大大提高了系统的可利用率。 ( 5 ) 易用性：力求采用统一界面，易学易用。 ( 6 ) 安全性；根据不同管理需要分别设置用户权限。系统管理员可增加使 用者名单，并对每个用户设置各种不同模块的使用权限，提高系统的安全性。 ( 7 ) 高可靠性：本系统采用u n i x 集群系统的运行方式，可在发生故障时 及时地实施切换和恢复，以及网络节点的再生功能，确保网络正常工作。 2 2 2 2 配电地理信息系统的功能特点嘲【1 2 l 【1 3 l 配电地理信息系统作为配电自动化系统的基础，具有以下功能特点： ( 1 ) 人机界面 系统使用全图形和窗口技术，人机界面友好，可完全用鼠标化操作，也 可鼠标结合键盘操作，简单灵活，满足快速切换的需要。系统提供多种数据 的可视化方式，设备的各种项目清单查询、检索和显示方便、灵活，充分采 用先进的多媒体技术。 ( 2 ) 具有a m f m g l s 功能 a m ( 自动绘图) 功能是系统最基本的功能，系统提供完备的用于数据录 入、数据编辑、数据输出的工具或函数。 f m ( 设备管理) 功能是将电网中的所有设施抽象成点、线、面( 可以进 行一定的夸张和修饰) ，并统一构建设施库，对电力设备设施进行静态和动态 的管理：根据设施的状态属性等信息可以进行电网的各种分析，完成自动着 色、拓扑分析等功能。 1 4 华北电力大学工程硕士专业学位论文 g i s ( 地理信息系统) 是系统的基础平台，通过g i s 可以将所有的信息 与地理位置信息关联起来，完成g l s 图形与属性数据间的相互查询、统计、 分析等操作。 ( 3 ) 实时显示功能 通过与s c a d a 系统的接口，g i s 系统能准确快速的显示配电网中的遥 测、遥信和电度值等实时信息。系统实时显示方式可采用表格方式，便于列 表对照；或者是以注记方式，可以在地理背景图上比较直观的显示实时量。 ( 4 ) 具有完善的用户信息管理系统 用户信息作为属性信息存储在历史数据库中，通过用户所在的地理位置 与地图相关联。g i s 系统提供多种工具对用户信息进行查询、检索、统计等操 作，并且提供工具在停电状态下，统计停电区域内用户数、用户信息等，并 自动生成报表打印输出以便通知停电用户。 ( 5 ) 数据存储与管理 g i s 以地理坐标为基础组织数据，数据分成空间数据和属性数据两种。 空间数据管理以一种拓扑结构来描述物理位置的确定、相关位置及逻辑连接； 属性数据是记录地理元素和电网一次、二次设备等特征的数据，这些属性数 据存放在g i s 的属性数据库、商用数据库和文件服务器中。g i s 同时可建立 这两类数据之间的互访关系。 ( 6 ) 模拟态、实时态自动切换 g i s 系统可在离线方式下进行模拟操作，显示某种故障可能导致的停电 范围、某种操作可能恢复供电的区域等。离线模拟操作根据操作者的指令开 始和结束，离线操作结束后能自动恢复在线运行。配电系统发生故障时，应 能自动中断离线模拟操作而恢复正常在线运行，亦不影响其它工作站的正常 操作和显示。 ( 7 ) 具有设备统计、查询功能 g i s 系统支持标准s q l 查询，可对配电网设备进行各种统计分析、计算 和查询，并且能以表格形式来反映查询和统计结果。 ( 8 ) 强大的兼容性 g i s 系统采用的m a p i n f o 内置o d b c 可方便读写远程数据，具有0 l e 功 能可方便地嵌入w o r d 、e x c e l 等环境中，同时允许v b 、c + + 等调用。 ( 9 ) 地图操作功能 地图操作属于g i s 软件的基本功能，图形画面具有任意放大、缩小、滚 动、漫游等功能，同时还能对地图进行修改、删除、增加、标注等。 ( 1 0 )具有与供电可靠性系统、用电管理系统和m i s 系统的接口 1 5 华北电力大学工程硕士专业学位论文 系统可以读取存储在其它数据库中的数据，并且可以和图上的设备等关 联；可以与外部程序进行通信，相互传递参数等。 ( 1 1 ) 网络管理：监测本系统各节点的运行状态及各节点用户的权限管 理等功能，如图2 5 所示，红色表示该机器正在使用中。 ( 1 2 ) 运行日志管理 在线方式运行时，系统自动记录某人、某时进行过何种改变电网运行方 式的操作进程和操作对象，并可进行查询，便于进行安全责任的管理。 图2 5 网络监视 f i g 2 5 n e 却o f ks u p e r v i s i o n 2 2 3 配电主站s c a d a 系统 2 2 3 1 配电主站s c a d a 系统的特点 在开放式支撑平台基础之上，配电主站s c a d a 系统的设计满足系统的 开放性、可靠性、易用性要求。 ( 1 ) 数据库 数据库分成实时库和历史库两部分，都支持客户服务器的计算模式及 s o l 标准查询语言，系统中的历史数据均存为标准的数据库格式便于与其他 系统共享数据库资源。系统的所有功能设计都是基于实时库和历史库的应用 设计，可实现与高级功能应用数据库的统一管理，为系统扩充功能提供了方 便。数据库的定义和修改可在线进行，并且在设计中使应用程序与数据库保 1 6 华北电力大学工程硕士专业学位论文 持相互独立，不致因数据库结构的修改造成应用程序的失效。 ( 2 ) 数据采集 配电主站s c a d a 系统数据采集功能分三部分实现：完成对远方终端的 底层通讯以及对通讯端口本身的各种操作；对采集到的原始数据进行规约解 释，并放入公用数据区，同时完成后台控制中心对远方终端的调控功能；完 成与后台数据处理节点的数据交换和消息传递、通讯链路的监控和通道的切 换功能。 ( 3 ) 绘图包及调度员界面 绘图包及调度员界面的设计充分利用了w l n d o w s 的特点，使绘图操作 方便、灵活，对图形的编辑支持修改、删除、变大小、移动、旋转等操作， 实现了图形的无级缩放、分层显示和管理技术，支持用户自定义图符。在与 实时库、历史库的连接中采用统一的访问接口方式，可把数据库中的任意域 组态到画面中显示，并可以各种不同的形态直观显示实时数据，如棒图、饼 图、曲线、数字、盘表等，同时绘图元件采用了0 p e n g l 标准，图形画面漂 亮、生动。 ( 4 ) 配电主站s c a d a 系统与配电网络分析与决策的一体化设计 配电网络分析与决策的结果可直接在调度员界面中进行显示、如潮流计 算、网络拓扑分析、故障诊断分析结果的显示，负荷转移计算的结果等，同 时主站系统的实时库和历史库为高级功能应用提供了开放标准的访问接口。 ( 5 ) 配电主站s c a d a 系统与g i s 地理信息系统的一体化设计 s c a d a 图形与g l s 图形同步显示，在s c a d a 界面上操作某个设备时， g i s 图形窗口相应显示出此设备，反之亦然。事故发生时，同时推出s c a d a 图形。 ( 6 ) 配电主站s c a d a 系统与其它应用系统的接口 主站系统的历史数据采用标准的关系型数据库存储，为其它计算机应用 子系统的接口提供了方便，首先可通过数据共享为其它应用提供配电s g 如a 系统整理的历史数据如曲线报表数据、事项数据等。其次实时数据库的设计 也遵循客户服务器的模式及分布存放的格式，并可提供类似标准s q l 查询 语言的接口函数，使其它应用系统访问实时数据库成为可能。系统的网络协 议采用国际流行的t c p l p 协议并开发了相应的网络应用接口函数，可供与其 它系统互连时使用。 ( 7 ) 系统的安全性 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。人员级别 可分为调度员、系统管理员、系统维护人员( 修改和开发程序) 、维护员、一 1 7 华北电力大学工程硕士专业学位论文 般用户。设置多级操作权限和操作口令，禁止越权操作。 ( 8 ) 系统的可维护性 系统出现问题时，为做到快速响应，系统提供了一套远程维护方案，系 统可以通过拨号m o d e m 远程维护主站系统、站端系统，同时在主站系统利用 维护软件可以对站端系统进行维护。 2 2 3 2 配电主站s c a d a 系统的功能 配电主站s c a d a 功能是指将s c a d a 和d s m 上报的实时数据信息与g i s 相结合，以便于操作和管理人员更方便地动态分析配电网的运行情况。 ( 1 ) 数据采集和处理 数据采集软件运行于前台服务器上，采集和处理来自于变电站、开关站、 环网柜、柱上开关、配电变压器等的实时数据，包括遥信值、遥测值、电度 量、g p s 时钟信号和频率及地调s c a d a 系统中实时数据。 数据处理包括对模拟量、状态量等数据进行数值的合理性检查及报警， 进行工程量转换，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，完成开关动作次数统计，异常 情况和操作记录等提示告警、打印，并可根据采集的数据生成报表和趋势曲 线，如图2 6 和图2 7 所示。 东山干2 3 a 相电流日曲线( 2 0 0 2 1 2 _ 2 6 ) 当日曲螭：鼍1 ，l h - 瑚善。哪肿3 1 平，啦，嘲柚 上b 曲栈：峰ti ，7 0 - l e 硼各。0 9 舯- 归瑚罕均谴。0 9 5 ，柏 图2 6 日电流曲线 f i g 2 6 t h ec i l r v eo fd a n yc l e c t l 嘻c 伽e n t ( 2 ) 数据的交换与传输功能 配电主站s c a d a 系统可实现与地调s c a d a e m s 系统、负荷监控系统、 1 8 华北电力大学一i ：程硕士专业学位论文 用电营业管理系统、故障报修系统的数据交换，可实现向配电地理信息系统 的数据转发，可实现与刖、t t u 的数据通信。 ( 3 ) 入机界面功能( 工况监视功能) 如图2 8 所示人机界面功能采用多窗口风格，不同的窗口可显示不同的画 面；可实现配电网逻辑图实时数据刷新显示，实现在线数据查询、拷贝和打 印历史文档功能；具有通道运行监视、报警和统计功能；支持图形的线路动 态着色，可实现线路带电停电着色，线路开关的分合闸着色。 图2 7 日有功功率曲线 f i g 2 7 t h ec l l r v eo fd a i l ya c t i v ep a w e f 图2 8 人机界面 f i g 2 8 t h em 卸一m a c h i n ei n t e r f a c c 1 9 华北电力大学_ 【程硕士专业学位论文 ( 4 ) 图形编辑功能 通过系统提供的功能强大的绘图包实现图形的在线编辑。在一个有权限 的机器上编辑的图形可实时更新到全系统，并可存储到数据库中。该绘图包 支持所有图符都可与实时数据库连接，实现图符的动态显示，包括动态连接、 离散连接、模拟连接，可见连接、闪烁连接、尺寸连接、百分比连接、位置 连接、变色连接、图形调用连接( 热点调图) 和旋转连接等。图上任意的实 时数据动态点可以任意字体、方向、颜色和格式显示。 绘图包具有方便、灵活、丰富的图元编辑功能，支持图元的块定义、拷 贝、移动、删除和块读入、存盘功能。图形的编辑还具有块图元的对齐、等 分、等大小和图元的旋转，并支持o l e 对象的插入与编辑。 ( 5 ) 事件事故报警处理 配电主站s c a d a 系统能够对开关定值越限、状态变化和主站设备、配 电网终端和通道故障以及对库操作、人工置数、遥控、遥调操作等操作事件 进行报警。 所有报警均登录于报警表中，可即时在报警行中显示，事项的显示格式 可由用户定义。报警表分为实时报警表和历史报警表，它的报警项同时产生。 实时报警表可在画面上确认，当报警项不再需要时，可在c r t 上进行清除， 即不再在实时报警表中保留，而历史报警表不可进行消除。配电主站s c a d a 系统支持语音报警( 在线多媒体语音功能) ，语音报警格式由用户自由定义。 故障事项可以启动配电网调度工作站中d a 控制操作与g l s 系统故障处 理功能。 ( 6 ) 事件顺序记录 系统以g p s ( 全球定位系统) 时钟统一系统及f r u ( 馈线终端) 时钟， 事件顺序记录是以毫秒级精度记录主要开关量的动作顺序形成动作顺序表， 可显示于c r t 上，可召唤打印及存入历史库。 ( 7 ) 事故追忆 事故追忆通过预定事件启动，此触发事件可以定义，记录事件发生前、 后一定时间段的数据，追忆采用全部追忆。调度员启动作为一种触发事件， 可记录系统的快照( 一个断面) 。配电主站s c a d a 系统可进行事故重演，可在 c r t 上观察到事故发生时的全部画面。 ( 8 1 历史数据管理 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。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。在系统的各个结点上都可以用标准的s q l 语言、o d b c 技术透明地直接 华北电力大学工程硕士专业学位论文 访问历史数据库，m i 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。 ( 9 ) 打印输出 配电调度工作站可召唤或定时打印在报表工作站上生成