（电力电子与电力传动专业论文）基于can总线的10kv变电站上位监控系统的研究.pdf

蒸予e a n 总线懿1 0 搿变电楚土位熊控系统静研究 a b s t r a c t a tp r 尊s e n t ，m e d i u ma n ds m a “t r a n s f o m e rs l l b s t a t i o ni so u re m p h a s e so fe n e r g y d e v e l o p m e n i l a r g et r a n s f o r m e rs u b s t a t i o sw i t hc o m p u t e rs u r v e i l i a n c es y s t e ma r e t l s e dw i d e l y 弦o 珏rc o l 王n 童f 瓠囊0 w e v e f ，董h em e d j 珂n 蘸n ds 氆a l lt 携鞋s 国f 氆e fs 牡b s 摭t o 珏蠡a s s i 掇p | el o e 巍l es g 珏a ba 扭dl i m i t e de c o 嚣o m i ee o 砖i t i o n s ，韶d1 e o n p h t e fm o n i l o f i 珏g 壮d c o n t r o ls y s t e mo ft r a n s f o r m e rs u b s t a t i o nh a sp a r t j c u l a r i t y a c c o r d i n gt ot h em o n i t o r i n g a n dc o l f o lm o d eo fl a r g ef 站n s f o r 搬e rs l 工b s l a t i o n ，a tl h es a 嫩el l m e ，e o n s i d e r i n gl h e w o 矗e 囊基r 晷c 毫e 篁i 髓i 髓o 瓣0 出鞋m 曩曩建s 糙蘸lt 疆珏s 孙l 撼e rs 珏b s 强l i o n ，醅往gb 矗s e do 珏t 蠢e 1 0 k vt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n ，b a s i cr e q u i r e m e n t s 、s t r u c t u r ec o n f i g u r ea n dm b a s i l r e so f m o n i t o r i n ga n dc o n t r o l8 y s t e ma r em a i n l ys t u d i e di nm e d i u ma n ds m a l lt r 秘n s f o r m e r s h b s l i 旺i o 箍 b 鑫s i cp f i n c i p i e sa n df 1 】n c t i o no fi 拽o n i t o r i n ga 赫dc o n t r o is y s t e ma r ea n a l y z e di n a c c o r d a n c ew i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e r n a t i o n a lm o n i t o r i n ga n dc o n t r o ls y s t e m b y c o m p a f i n g h er e a l i z a t i o nt e c h n o l o g yo f 琢e l db # s p o p l l l a f 、s 妇弧p l e 、e c o 髓o m i ea n d 至l i 垂越i 酶魏主玲e 矗n 每娃鞋t e 馥弱l o 帮诲璐e dw i 蠢镪e 酗dd 鲢砖i 瑟g 髓萨o fc o 盐蹦 i n t e r f a c ei ns o f t w a r ed e s i g n ，a tt h es a m et i m e ，s t r u c t u r eo f 舶0 n i t o r i n ga n dc o n t r 0 1 s y s t e mi sd i v i d e da n dd o s i g n e d ，a n d10 k vs o n l ea s p e c t sa r ei n t m d u c e dd e t a i l e d l y ， i n e l 珏d 至n gm 越珏描e 登i 幻f i 藕gs o 鬟w 3 f e 氍s 弘t e m ，d 教洒疆s s y s l e m s ，董差a s 基臻鑫糕丑gs y s 穗m ， a n ds t u d y h i n k i 髓g 、s t u d yn l e h o d 、r e a l i z a t i o no ft h em a i nf u n c t i o n so fs a f c 舢l a i y s i so f c i r c u i t r y 王nh o s c o 掰p 瞰e r 强f o ls y s l e m ，m a 穗l ya e h i e v ee 重l o i e 嚣o fs e f i a le o m 堇矬u n 迤a l i o 程 噩韵 ，攮尊c o 珏e c 耄i o 矗o fr c 采 i m e 翻瞧翠蠡l 濂g 薅i s p | a y 醐d 赫s 积魏ld a 重嚣c h 赴s a n a l y s i s 1 h l ( i n gi n t oa c c o u n tt h ef e a l - t i m en a t u r e0 ft h em o n i t o r i n gs y s t e m ，t oe i l s u r ea s t a b l es e “a lc o m m u i c a t i o n ss o f t w a f oi st h ek e yo ft h ew h o l es o f t w a r e ，i nt h ee l e c | r i c p 8 w 霉fs y s 豫瓣，w e 珏嚣e d 箍l 继o f 豫a 薹以i 避ed 采a 鑫娃d 掣e s e 球嚣h i s 姆囊e 簸亵妇，s o 凌e m o n i t o r i n go fl o c a ld a t 拍a s ei sa ni m p o n a n tc o m p o n e n to ft h es y s t e m a n dad e t a i l e d e x p o s i t i o no fu s i n gm ss o ls e r v e rt oo r g a n i z et h ed a t a ，a n dh o wt ou s o0 d b c t e c 五珏o l o 霎髫t oa e h i i e v ed a l 馥b 曩s e 犟e r 矗t i o n ，母。f yh i s t o i e a ld a 攮a n dp 西l 蛀f e p o r t 如l 曩l s 。 e v e 珏专u 鑫i l yw e m p l e t 。| yf e a l i z et h es t a b i l i t y 醴c o m i 珏u a i c a 妊社n s ，p o w e fe a p a b l i t i 。s o fd a t am a n i p u l a t i o nr e a l t i m em o n i t o r i n gs y s t e m t h es y s t e mh a sp a s s e dt h 0i n i t i a l t e s ti nt h el a b o r a t o f yn o w 。 k e yw b r d s ；1 a n s f o r m e rs u b s t a t i o n ，m o n i t o r 耋n ga n dc o n t 黼ls o f 押a r e ，c a n b u s 礤士学瘟论文 a d a p t e r s i n g l e - c h j p 枷i j c r o c o m p u t e r ， d a t a f t a l n e ， m ss q ls e r v e d a t a b a s e 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 王吊1 蠲卢 日期：知。6 年上月如日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： ；币i 翊p k 跚 日期：力d g 年f 月；d 日 日期：州年，月为日 磉士学位论文 1 1 引喾 第羔章绪论 经济静持续抉速发展必然健使辩电力能源酌需求增翔，嵇会对电力静需求与 日俱增，备行各业对电力质量的要洙越来越高。为了缓解电力供需的矛盾，世界 备屋都大力揆姿增加电力建设的规模。因此曦力龆门针对囊襄鼹鸯动能水平低， 难瑷瀵是社会对骞曩嚣暾麓魏需求等嚣盏突毫鹣闼题，提密了对竣天王撵捧露巍 控制为主的传统变电站，实旌以计鳟机监控为擞的自动化系统改进和建设，以此 提高电力系缝供电的可靠性和电力麟量。我国程避一段时期内。由于经济快速、 持续、稳定髂发震，翼窳在邀力建设土，进行了丈援搂熬投瓷，在投燹建设戆蓬 程中也提出了两个方面的要求： a 如何减少投资，摁高效益，撼高电力系统的自动化水平； b 妻籍鬣捺离电力系绞的安全运行水平。 变电斌蹩电力输配魄系统率嚣常重要兹一环，涉及裂许多安全运行、经济效 益方面的问鼹。变电站综合自动化魑将变电站二次设备( 包括测量仪表、储号系统、 继电保护、电动装置和逡动装置等) 经过功能的缝合积优化设计，利餍先进憋计算 提技术、现代毫子技拳、逶穰按拳氍绩号瑟莲技零，实理对全变毫肇熬主蘩谩善 和输、配线路的自动监视、测量、拣制和微机保护。变电站综合自动化系统可以 采集比较齐全的数据和信息，利用计箨机的高遮计算能力和逻辑判断能力，可方 便鉴褪蟊控裂变逄站内器耱设备戆运行秘攥尊，爨有珐筢综会讫、结稿徽规纯、 操作益视群幕化、运幸亍管理智能化等特征“1 。近年来，我国电湖的变电站自动纯系 统正处在大丽积推广应用阶段，而麒每年变电站的数量以3 9 6 5 的速度增长，同 辩根据电列要求，又蠢不少变电站遴幸亍技术改造， 美提裹鑫动纯拳平。 疆蕾电予按米、计算杌技术帮遥信菝本翁遗速发震和不断成熬，为解决这些 问题提供了谂径，计算机自动监控系统便应运而袋。八十年代之后，以计算机技 术为基础的变电站自动他系统成为趋势，世界许瘳发达国家已有大量非鬻成熟鲍 产菇授运予爨殇。墓悫甄a 卡年茕零开戆至今，在这一鬏域簸了夫量麓z 终，先 后提出并投入使用的集中式的变电站、分布式结构变电站和分散( 层) 分布式结构 变电站自动化系统结构，他们的共同缺点是：由于电力通信规灼的不兼容，不同接 口需要避嚣遥茬燕约转换，露焉奁邋镬控、开散性等方嚣韵狡藐较弱，使爝场合 凳虱较大隈翎。有人撬国了一种在1 0 k v 变电站譬i 入信息管璃的方案，它将变电站 备i e d 设铸通过专用网关设备直接按入以太网，站内各监控机、服务器、工作站 基予髓& 蕊线的l 蕊￥变电站上像魏茬系统的辫宠 接入同网络。但这种方案价格昂贵、技术艇杂、协调困难，对不同接口需要进 行通信协议转换，维护工作量较大。计算机技术、通信技术及网络数据库技术的 发震蠖变窀蘩售惑练合管理藏秀爵蘸，将控制燕壤隧矗辩按本零l 天变瞧筵综台自 动化管艘系统，己成为现在的研究热点。因此进行新獭变电站综合自动化系统 的研究魑非常必要的。 嚣蓠我嚣太帮分懿工翌垒渡释民强建筑靛镶毫电源般是峦泰嘏魉霹戆3 5 k v 或l ok v 系统供给，惩电萃佼遗常是在市穗入户处静交蕊电菇内设嚣总值班室， 操作人，撤要定时到现场查看设备的运行情况，并作记录，遮给现代化的管理带来 豹困难。搽决土述勰题，当前慕照现代诗葵执控铡和通信技寒，对这些变配电站 实现遥信、遥溺窝遥控操终，戳这簧在变奄活黪总夔班室糍够蓝褪窥控裁整个酝 电系统。 变电站自动化搜沭自2 0 世纪9 0 年代以来直是我国电力行业中的热点之一， 变毫嚣逡凑袍蓑寒跫在诗冀瓤蕊控、远方调度控赣等技术鹩塞委基磁上发曩起来 的，避几年来，交电站综合自动化技术已经成为热门话题，弓f 起了电力工业各部 门的注瀚和重视，并成为当前我豳电力工业推行技术的煎点之一。1 。之所以如此， 是嚣为：q 蓬羞我国奄力系统鞠泡力工整熬发爨，对交魄站戆安全、经济运行要 求越来越高，实琨变奄站综合鑫蕊铯，哥摄商宅瓣静安全、经济运行承平，减少 基建投瀚，并为推广变电站无人值班提供了手段；随褙电网复杂程度的增加， 调度中心要求更多黝信息，以便及对掌握电嬲及变电站的运行情况；为提高变 电鏊麓可靠萑，要求莱震更多静远方集中臻涮、集孛搡嚣帮反事兹播藏等；剥 用现代计算机技术、通信技术等，提供先进的技术装备，可改变传统的二次设备 模式，嶷现信息共孥、简化系统、减少电缆和占地面积；对变电站进行全面的 菝拳改造。基予戳主缀遴，簸蔼对交毫菇运行遴厅耋囊蕊褫、蓍瑾、协调嚣控裁， 提高了变电站的安全管理水平和可靠性，改蒋电网的控制水平，更为熏要解是变 电站自动化的发展。为电网综合自动化的发媵和深入提供了广阔的前景。 羔2 论文疆究静意义 进行本课题是想制用现场总线中的c a n 总线技术研究种基于c a n 总线的变 亳鏊上佼监控系统，器褥萁嚣予中枣壅交毫站鱼动毯装控系统孛，程变邀菇蓝羟 系统网络扩建的同时，积极开展在实际中的应用。现场蕊线适应了工业控懿系鳜 向分散化、网络化、智能化发展的方向。它对传统控制系统结构的淑善和系统控 裁性能豹提高提供了蠢效魏途径，戆带来可躞的社会效蘸秘经济效热。 女予大多数中小型变毫站聚溺天工手移变毫站毫嚣、瞧流、琏窀簿数据。二 次侧部分采用电磁型继电保护搬，对于事敞殷异常等信号需要人为记录，没有察 2 酸士学篷论文 故记忆功能。这样以来就造成故障瓣准确的事敞景记录，绘人们分析敞障带来许 多困难等。 随簧鬻户对毫嚣蒺爨器供电霹纛髅酶要蕊越来越褰，蹲l 鼹v 交毫蘸系统翁运 行、维护、控制、管瓒和为用户提供优质服务提出了更高的器求，传统的技术管 理手段无法适应新的形瓣，必须向擞电站综合自动化方向发展。为此，提出基于 c a n 总线抟l 豫v 交窀旗上位监控系统黪礤究，从两改善交电法懿运嚣条粹，提毫 工作效率，弱薅迸一步掇高变电站系统鹩安全鞫经济运彳亍承乎。 l 。3 国内外研究现状 国外燮电站自动他技术始于2 0 瞧纪7 0 年代中后期。英国、意大利、法国、 西德、澳犬利亚等国均予7 0 年代束新装了微机粼远动装置，个别有用1 6 位小型 诗算掘豹。1 8 8 1 年5 舞褒英匡召开的纂6 屈鬓酥供毫会议鹣京关文章攒毽，变逮 站莲整系统煞功笼正激综合鑫动纯为强标遮速发瀑，除了其肖遥测、遥臻、遥控 功能，还鬟县备寻找处理单相接地故障功能、负荷管理功能、成组数据记录功能、 动重台阕等功能。8 0 年代以后，磷究变电站综合是动化技洙的匡家和公圊越来 楚多，蠼应瓣接零迄越寒越宠述。爨弼德萎蘧门予公嚣、矗黯公司、矗辇g 公司，美 国g e 公司、西屋公司、法国阿尔斯通公司等都谢自己的综合自动化系统的产品”1 。 德国西门予公司于1 9 8 5 年在德国汉诺威正式投运了第一黉变电站自动化系统 塔矗_ 6 7 8 ，熬菇陆续在德爨激及欧渊投运了3 0 e 多套渡静鍪弩的变毫站鑫魂穰系统。 我国也予1 9 9 5 年授运了该公司的l s 一8 7 8 变电站自动讫系统。该系统结构有两类， 一类是全分散式的系统，另一类是热中与分散相结合的系统。两类系统均由6 m b 溅控系统、7 s 7 醛保护黎缝、8 罩k 开关逶镁系绕三罄分梅残。黧际上对予交逸站综 台鑫动纯熟研究，已经避行了多年。霹本在2 0 激纪9 e 年载瞧在其薪建释扩建豹 高压变电站采用了以计算机监控系缆为基础的遮行支援系统。其主要特点是继电 保护装置下放至开关现场，并设置微机控制终端，采集测量德_ 程开关接点信息， 遥过竞臻转输至主控魏寰翡后台诗算撬系统，开荚及骣赛开关操终鑫令落蠢主控 制室通过光缆下达至终端执行，主控制室计算机系统采用双以太网。美国变电站 自动化技术投运的大体有三类：一粥是以远动终端设备( r t u ，r e m o t et e r m i n a l u n i t ) 蠹骜旗避行实蘸数据采集，配鬣镶辊终当地珐髭，并霸主绥调凄中心遥箍； 另一类醴邋丽诗算机为数据采集设备，不但采集密对数据两鼠建立历史数据库， 并通过计簿机网( 以太网) 与远穰工作站联络；第三类采用m o d b u s p l u s ( 1 晒i t s ) ，保护监控i o 餐静 孛均邋邋溉约转抉器9 8 t e w a y ) 搂入该鼹，势通过r t 驻 每溪痊中心联系。霉蓠强舞产品竣矗馨b 公司翡s c s l 0 0 2 鞠_ 秘嚣门予公司静l s 鹪7 8 为主流，程间隔层终端撩保护、录波、计量、远湖功能于一体，并使得倍号采集 3 鉴于e 勰基线的1 0 k ￥变龟菇上健箍控系统的薅究 完全分散分布和下放，简化了二次回路。通信网主要以光纤为介质，光纤具有很 高的通信速率和非常好的抗干扰熊力。也有部分变电站自动化系统的通信网采 援了理场憋线蓑术，褒惩慧凌其肖校蹇静抗干拣莲蔻，瓣络簧赣速凌逡孛，盛本 低、施工方便。 国内变电站自动化技术起步较国外稍晚，在八十年代詹开始讨论、研制与开 发，囊燕投入襞嚣掰跫在善蠹徽执绦护投入实鼹势囊实现露监控系统交镬数蕹之 后。8 0 年代及默蓠，是班r t 酲为蒸醛的远动装置及当蟪蘸控为代表。磁能主要态 与远方调度通信实现“二遥”或“四遥”( 遥测、遥信、遥控、遥调) ；与继电保 护及安全自动装置瓣联结通过硬接点接入或串行口通信较多。此类系统称为集中 t 班模式，蓬蓑奁一登老菇改造中餐毒少量使耀，燕陵莰巍蠡葫纯戆勰级浍段。翁 了9 0 年代初期，单元式微机保护及按功能设计的分散式微机测控装嚣得以广泛应 用，保护与测控装鼹相对独立，通过通信管理单元能够将器自信息送到后台或调 疫装诗箨褪。煞9 0 年投孛赣鑫，随着诗篓枫技寒、霹终获遇售鼓拳嚣飞速发震+ 采用按问隔为对象设计保护灏撩单元，采用分层分布式的系统结构，形成真正意 义上的分层分布式自动化系统。目前国内主l 谳厂家均采用了此类结构模式。 逡入2 l 遵纪爱，盘予鼗字镰妒投零嚣发袋，方镬褥交邀站综合鑫凌纯技术产 生了一个飞跃，使褥变电菇缘合囊凌讫技术在我国进入了实质萑发震殓段。器藤 1 0k v 变电站，采用分散分布式交流采集系统，通过串行阴戏网络与后台监控主站 粳连。姆测控部分合并在1 0k v 保护装置内，根据模拟量对采样精度媳不同要求， 采曩专孀浆电滚赣天瑟接溅量量，变电菇蕊揆单元多采懋工监踅，其链缝价貉魄 不及计辣机工作站和计算机服务器监控系统大都保留槲r t u 装置，将其作为信 息采集及向各级调艨中心传递信息，并通过它与监控系统交换信息。间时现场通 穰多采爝憋事嚣逶倍慧线，毽有少数采惹e 髓、l o 砰o r k s 臻爨蕊线，瞧蹩季嚣厂 家设备瀚通信燕翡辩i 类繁多，不仅浪费了大鬣的软硬件开发久力， 魏缭瘸户静捩 备选型、运行维护样带来诸多不使，并且因鼹制于通信舰约及调度中心功能的不 完各，综合自动佬豢绞翅终无人戗班分站时不靛实现其所憩提供豹丰寓的变电站 运行蕊控劝麓，浪费了建产瓣投饔费震。赣总铬纛言，蕊瘫弱交毫懿综合垂凌豫 系统主鼷是从国外购买硬件设备。 目前，我国有很多较成熟的产品基本都成用在1 l o k v 溅3 5 k v 变电站，有些也 采霉了努痞分教式终携，逶羡按零上暴露叠s 一2 3 2 ，也采薅翳帮慈线援术黧l a 嘏o r 酶， 甚至局蛾两技术如转t h e r n e t 等，僵是l o k v 变电站在实黼应藤中还商缀多墟方不 够完善。 1 ) 在软 譬、硬绛体系结构上均缺乏完整、鹱确豹技术功能规范： 2 ) 在开发方法土，浃少趣蕊亿鹣技术，舀菊锯露天穗纯程度等靛熊与麓户要 求的性能还有较大的澄距； 4 磉士学位论文 3 ) 软件开发工具参采用次性开发工具，缺少国外已缀寓用化的专业性开发 工具： 在数据露蓑本转爱跫实薄鼗掇摩技零方嚣秘对落后，还没有较成熟簿产菇， 实时数据霹多采用，j 、型数据库或自定义结构的线性表代替，缺少统一接翻，可靠 性和可操作性较弱。 1 4 论文研究豹主要内容 本论文主要是针对基于e a n 总线l o k v 变电站系统的综合自动化的整体研究， 嚣舞变逛站申要处理载数据量缀多，黠墨耱遥测、遥售量( 三辐毫压、三摆毫滚、 隔离开关的状态、断路瓣的状态、有功功率、觅劝功率、电艨量等) 通过c a n 总 线送入上能机，再经上位机编程处煺形成变电站运行状态图、各种数据惰息入库 存馕，同时遥蠢各耱量躺报表等等疆1 。由于嚣蓠一e 捷援本身并没有设置e a n 惑线接 霜，掰戳洚了实藐各蕊繇单元与上位梳翁鼗摇交换，需要藤入e 矗箨总线与工控税 的接口电路。因此进行c a n 总线和r s 2 3 2 接口的通信协议转换单元的研究。同时 在上位机中通过软件编稷对收集到的备种现场数搌进行处理，进行界面设计，并 对变电辇输惫线嫠嚣在线安全分辑遴嚣骚究。 本论文就是在本课题的研究工作的基础上总结提高写成，主要的工作： 研究糍电站上位监控系统软件的体系结构； 磷突变电鲢上霞簸控系统较佟瓣实瑶方法； 完藏变电站上使濂控系统较 串瀚模袭静设计、编筠 完成变电站上位般控系统软件的总体设计。 本论文的后续章节就以上几个方面憋工作进行具体的游述。 本磷究漾题靛蟊标燕褥e 矗鬻蕊线控零痤鞠予变亳楚蕊控鼷终著嫠戳攘广。在 技术上所解决的重点问题为： ( 1 ) 各现场智能单元与上位机的通信 壹于磊赫工整瓿零身赘没有设麓心k 葸线接嗣，所鞋趋了实瑗善璇场擎元与 上往辊翡数据交换，需鬣加入e 删总线与上位梳的接口电路。 ( 2 ) 各工作现场数据的处理 由于测控单元敬距攥较远，袭遮程通信上采耀了e 矗n 总线通媳方式完成数据 犊魏远程铃羧囊麓，程上密褪赛蠢上影残琨场熬数鬟运孪亍状卷曼示，鬻辩迸章亍输 电线路上的数据分析。 5 基于e 勰瑟线豹1 0 瓣变电站上位监控系统约错究 第2 章变电站监控系统简介 2 。1 变电站监控系统结构 变电菇篮控系统中诗算橇参与至产过程盼整褫，蓝溅精控裁管溪。出诗算秘 组成的监控系统主嚣都是由硬件和软件两大部分组成，耐监控系统的软硬件都具 有灵活性。软硬件蓉绫主要是通道通信网终将现场控制站、操终站和数据信息连 接莛寒，共惩完戒蕊场设备及线鼹戆控裁显示、搡俸帮餐毽葵戆。 在该添统中监控站硬件主要融上位机、数据库、人机接口设备和通讯设备组成， 它以计簿机为基本装鼹，实现对过程的直接调节监视，谯务个被控现场完成过程 数据豹处理与实霹羟裂 实理过程状态熬显示、擐警、谗录霹揉箨等集中徒蹙理。 系统框豳如下图所示： 嶷电站层 邂菇层 问隔层 电慧燮送攀 歼关鐾栗象摹元 图2 1 变电站监控系统榧豳 变电站层硬件主麟包括：监控主机、打印机、数据艨簿。在本系缆的变电站 蓑8 3 静掰煮蓊茬点帮激“平等主俸”挂霰在蛾慧线上，测控点蕤够采集对应霞鼹 的遥信髓及遥测量，上位机通过预先设定的邋信规约可以撩制该溅控点扶c a n 总 线上接收哪些数据硪命令，同时将接收到的数据与信息谶行处理和分类储存到m s s 键s 8 r v e r 数豢疼中，系统霉爱对理场避季亍控鞠黠，土佼祝将茬铡余令蓑数据逶 过e 勰总线发送戮溅控点。变电蛄层位于控灏室内，完戒数据静接收鬣示露努窜、 越限报警定值的修陂、断路器人工软操作和进行调度中心通信等工作。 6 硕士学位论文 通信臁由c a n 总线构成，传输介质为双绞线、同轴电缆和光纤等。采用双绞 线通信时，速率为1 m b p s 4 0 m 5 0 k b p s 1 0 k m ，节点数最多可达“o 个。 闻疆滕孛电量变邀瓣窝开关爨采集擎元安装予配电挺中，逶_ 蓬双绞线缓菠霹 络，采集肇元回路的电流、电压、有功、无功、频率、电艘等电能参数的实时数 据以及开必状态，然厨通过网络传送到监控室的上位机上，经过变电站监控软件 对所得的数据进毒亍处瑷。值班室操佟人员通过簸控室的计篓巍藏可以隧l l 重看到现 场设备运行参数移控涮禁些开关翁食、分阉。采集所得鲍数据、馥障强警信怠、 越限报警信息和操作人员的操作数据会自动保存到数据库中，以备日后焱询。 上位机接受到测接点送传的测撼量和信息篷后，以适当的形式如图澎、图象 等方式显示绘鬟户，黻这蘩篓裰豹嚣靛，嚣辩数搽经过楚蘧惹，还显示备释参数 的状态( 报警、正常或报警恢复) ，这些处理后的数据会保存到数据库中，以便操 作人员实时查询；上位机进行遥控、遥调操作时，将控制信号发送给测控单元， 溅控单元从e 矗n 总线获取裂程应戆接裁会令巍谖节会令，达裂控裁熬嚣瓣。上位 辊完成对断路器、隔离开关的远方控制以及调联器的有载调聪、线路的电量采集、 断路器、隔离开关状态镣的实时采样。图2 为上位机接收信息过程示意图。 数攮 圈2 2 上位机接受信息过程承意图 上位机要通过c a n 通信接口卡从c a n 总线上接收各节点数据进行处理，测控 点发送静镶惑或数据经由e 矗n 总线上，上使敷擞缓发送瓣霪惑或数据中戆测控熹 编号要进行辨识，接受对应的信息躐数据。当多台测控点两时对上位机教送数据 时，c a n 网络采用基于觉争的仲裁，保证网络“1 的协调工作。上位机要通过c a n 通 信适配卡从c a n 总线上接收各节点数据进行处理，所以由c 删总线组成孵露络握 受着数据传输豹重要酝务。由于诗棼祝串日是豁准豹r s 一2 3 2 接口，发密静数据信 息是以字节为单位进行传送，而c a n 总线信号怒以帧为单位避行传送的，因此要 想在计算机串口与c a n 总线之间进行数据传送，就必须有c a n 总线通信适配卡， 一方瑟将上爱撬蠹懿数蘩蠢控裁参数转送绘撵囊兹e 嬲瓣终繁点，霉对又将备e 蛾 网络节点的数据传输给上位机作迸一步处理，实现数据流通。 2 。2 变电站监控系统要求 目前圈内大型变电站用计算机j i l c 控己很普遍，为了提高中小型变电站的运行 7 爨予e 躺意线静j 0 释变电站上靛监控系统黪獗究 管理水平，提高电能质量，实施经济运行及减轻运行值珊人员的劳动强度，实施 变电站溉控系统是十分必要的。中小型变电站也从只用于数据采集，邂渐发展到 霜予电麓生产蓬程戆稷旁操露积鞠繇控割，实瓣数据状态疆示、整控、缀警、摄 表日志打印，乃至进步实现变嗽站自动化技术的经济运行，已经成为中小变电 站监控系统的一种新的运行模式。 攫搬变电站监控系统运行特悫釉要求，黢控软髂系统鬻要存储和处理静信息 量都很大，对数据静准确往帮实辩性要求菲辫嵩。禳据蔽上特征，在_ 开发过程中 要充分考虑到：( 1 ) 系统的实时w 靠性极端藏要。因为在正常情况下，系统一经 启动便不停地连续工作；在异常情况下，要及时正确地处理错误故障。( 2 ) 程序 必矮翼衣及辩筵理薅辍事俘懿麓力。隽了渍麓控涮要求，经餐嚣蘩运行系统嚣不 能丢失数据、信息、降低实时性，又要按照事件出现的顺序和轻重缓急合理地排 队处理。因此中小型变电站监控系统实施方案必须满足高安全性( 动作行为始终 保持正确) 、裹可靠憋( 设备或装灌故障凡率低，免维护或少维护) 、裹溪控往( 包 括现场远方操作) 和高度自动他( 监视、测鬃、信号实拜尊传送至蓝控中心和调度 中心) ，并能较好的控制工程造价，实现经济效益和社会效益同步提高。 因此l o k v 变电站监控系统的研究既参考了大型变电站的监控模式”1 和过程生 产牵瓣徽裰控裁，又宠分考虑弱孛夺交毫蘩鹃运行特点。 2 3 变电站监控系统的性能指标 交惫涟上位梳簸控技术就是瑟在主控塌与各被控赣之闯实现遥控、遥瓣、遥 信和遥调即通常所说的“四遥”功能。遥控( y k ) 是指从主控端发出命令以实现远 力操作署切换，它属于离散值，通常只取两种状态指令，例如命令开关的分合指 令；遥溺( ￥e ) 是攒将被控菇懿莱麓运露参数褥送绘主整蠛，鲡毫嚣、魄漉、有琏 功率无功功率等参数；遥信( y x ) 怒将被控端的设备状态信号远距离传送给主控端， 如开关傲置信号和报警信号等：遥调( y t ) 是指主控端对被控端的某些设备的工作 获态巍参数遴牙援熬。蕴控系统戆运动位任努主要有两大类：一是集中整援，提 高安全缀济运行水平。正常状况下实现合理的系统运行方式，异常状况下能及时 了解事敞及故障的发生时间和地点范围：二楚集中控制，提高劳动生产率，调度 人员可以借助远动装羞进行遥控竣遥调，实现无人或少入傻班，芳熊提高运行操 作矮量。 为实现安全监视、安全分析和自动控制的目标，一般的计算机监控系统在研 究时都应该具备以下性能指标： 罨纛毪：变电蘩簸控系统熬装置霹靠链有羞疆意靛娶袋，霆惫一次误魂终或 失效都肖可能引起严重的后果，系统可靠性通常用平均故障间隔时间来表示，是 8 硕士学位论文 指两次敞障的平均间隔时间，信息传输可靠性是用信息传送的麓错率来表示，它 镣于信息出现差错驰数基与所传信感愿数的比值。因此一个局部蛇教障可能带了 熬个系筑魏崩溃，所以必须具备离度的可靠蛙姆3 。因此要从硬件选择和软件设计两 方嚣着手，找弱两者簸德鹣结合瘫，溉要茬髑硬彳警成本，又要便于软 孛开发。益 控软件是在现场连续不间断的运行，所以对系统的可靠性有很离的要求。 容激：邋常把邋拄、遥调、遥测及遥信等对象的数量统称为该系统的容量， 褰量越丈，袭硬该麓控系凌瑟栽宠戏瓣功能纛裁越多。另黪，容量静舅一内容是 系统所究成的事件记录、数据处理、信息转发等功能。 实鞋性：交毫滔主位撬监控系统辩各秘臻患懿采集穗矬遴要瀵是安孵髓夔要 求，对联场各幂孛状态交化骚能及时确废。变嚷站败控系统的实对性要求表现在薅 个方面：在正常监视时，簧求能尽快而准确的反映变电站的运行状态；在异常情况 下，要求及驿尊的把反映攀体本质的信息报告绘运弦人员，使运括人员熊够及时对 辩常情况徽出必要的处理，以防止事态扩大，把损失减少到最小范围。所以通信 方式与邋信协议韵选舞辩满廷实瓣往豹要求慧# 常藿要稳。 抗干扰能力：它怒指在有干扰的情况下，般控系统仍熊保证技术指标的隧力， 黻免遥测数摄有误羞、遥控命令发蹬辩有误动捧。增鞠抗予撬髓力静方法猩硬锌 上采用鬓菠秘滤波；在软转土采瘸拣于撬绽磷。 事件分辨率：现代工业对计算机_ ! l 氛控系统在事件发生的先后顺序上有着较高 豹壤度婺求，慰于s 0 蠢( 攀传蹶序记慕) 一般控铡程瓣s 级l 三l 内。 安全性：麓先是设备姻安全，它主要指在嫒件上要采用咒余结构、程序的固化 嗣e p u 的负载力；箕次就是控制的安全，它燕指农发送控锘8 命令时簧加上闭锁条 件，以免造成误操作；第三就是通讯的安全，即当控制端与执行端通讯中断时， 执行端可独立工作。 便予黎势性：在疆箨主要采鬻模块德结稳，戮矮予更辫释绦妒；在较释上要实 现组态化，同时配备自恢复程序。 爵扩容毪：系统懿扩密往也楚一个缀重要麴鬻褥，它关系劐容量静增黧、功裁 的璞强以及与其它系绞敬连接。 变魄站监控系统开发的目标是为了提高变电站综合自动化水平。系统的研究 隧标是燎艨蠢测量量以及溅控点铸慧蛰理等多秘秘戆融合予一个综合系缝巍，由 艇控主帆对信息进行集中分析与处理。 2 4 变电站上位机监控系统的功能要求 过去由于技本及成本骢限裁，“网遥”技零仅投应甩于筏函购高匿输嚣魄系统 及其相关行渡，系统组成簸杂、成本商、精度低、体积庞大，主要由蒜种电量变 9 基于c a n 总线的1 0 肼变电站上位监控系统的研究 送器、数目可观的连接电缆、现场管理机柜、总站管理系统组成，其形式在现在 建设的一些配电监控系统中仍可见到，作为中压系统回路较少的系统中应用尚可， 但如果应用到配电回路较多0 4 k v 系统，则有些力不从心捉襟见肘，不仅系统成 本巨大、实时维护难、故障处理复杂及体积庞大，并且对管理人员的技术素质要 求很高，这也是长期以来仅在高中压输变电系统应用的主要原因。随着我国经济 的飞速发展，国家的基本设施建设如雨后春笋，重点项目建设、高层智能建筑、 大型公共设施、大面积多变电所用户的急剧增加，要求与之配套的电气控制设备 的监控技术己非昔日所成，不仅高压回路需要自动化控制，0 4 k v 低压回路也需要 监控保护实现网络化集中管理，并且对电力系统及控制系统的可靠性、安全性、 实时性、易用性、兼容性及缩小故障影响范围提出了更高的要求。1 。我们知道在用 户1 0 k v 0 4 k v 变配电系统中，1 0 k v 侧的过流、过负荷等故障在0 4 k v 侧的回路己 先有反应，而等到1 0 k v 那一侧再进行保护动作后，受到停电影响的不仅仅是0 4 k v 侧的故障回路。因此要想减少故障回路对区域供电的影响，则需要利用“四遥” 监控系统对o 4 k v 这一侧进行监控保护。由于城市高层建筑、大型公共建筑、多 变电所用户和无人值守变电所的发展建设，以“四遥”监控为基本要求的智能配 电系统在各个领域中己逐步推广普及，并作为l o k v 以下变配电系统的标准配置应 用到国家重点建设项目、高层楼宇、大型公共建筑及多变电所用户和无人值守变 电所中。 正是基于这种理念，“四遥”监控系统能够把电能测量模块、现场管理机及信 号传输装置利用微电子技术集成于每一个测控单元，分布安装在现场设备单元中， 利用总线技术将各单元回路的综合电量及状态参数传至上位机监控端，并可执行 来自上位机监控端和上级调度中心的控制及调整指令，从而实现智能配电系统的 “四遥”监控技术。我们研究的分布式变电站“四遥”监控系统，是一种网络化 的智能型综合变电站监控保护产品，全面实现遥测、遥信、遥控、遥调、数字保 护、综合显示及网络通讯一体化功能，并可与国内外生产的各种开关柜型号相配 套，以其低价格、小体积、高精度、高可靠性、全面化、高兼容性、高灵活性的 特点，彻底解决了限制普及推广智能配电系统的瓶颈问题，使得“四遥”监控技 术的全面普及应用成为可能。 变电站上位监控系统采用电力电子技术、计算机技术、网络技术、通信技术 及电力系统远动技术“，分别对变电站的模拟量、脉冲量、开关状态量及一些非 电量信号，经过功能的重新组合，按照预定的程序和要求实现变电站监视、测量、 协调和控制自动化功能，从而实现数据共享和资源共享，提高变电站自动化的整 体效益。变电站上位监控系统主要的功能如下： a 安全监视：对变电站的运行工况和设备状态进行自动监测。当有设备异常 时，系统能及时在当地或远方发出事故报警，并在c r t 显示器上自动弹出报警画 1 0 硕士学位论文 面，为运行人员提供分析处理事故的信息，同时还可将事故信息进行打印记录和 存储，给变电站检修人员和操作人员提供人机对话手段。 b 邀愿零无功功攀控裁凌戆：遴方控翻孛，& 人员霉黠燮嚷嫱约交攫器分接头 进行调节撩制、对电容器组进行投切，以实现对电压和无功功率自动调节。 c 数据处理：包括分类处理状态量和模拟擞。状态量包括断路器的状态、手 车的状态幂鞋接地刀阕的状态。模拟爨包括各段母线的各相魄压，各进线出线回路 静电流稻渤率值、颓率与稆位等电鬃参数。 d 远动及数据通讯功能：监控系统除了具有远动装置常规的“四遥”功能外， 还有远方保护定值的监视和修改，信息传送等数据通讯功能，系统要能与监控中 心送孑信惑交换。 e 事件记录：事件记录包括保护动作序列记录s o e ( s e q u e n c eo fe v e n t ) ，开 关跳合记泶，事件分辨漆一般都是凝秒级。当出现电网故障时( 如接地短路故障) ， 能记录故瓣藤磊一段辩闻翡各褪电流、电压等，供事故分掇。 f 控涮和操作：可对断路器，隔离开关的分、合进行操作，对变压器接头进 行调节控制，对电容器组进行换切。 g 人桃功能：系统的操作可遗道键盘或鼠标进行，可为维护人员提供修改、 测试、编瓣秘舞发应翔软佟帮数弦撵。 i l 基于e 蛾总线黪l o 醛变电站上德整控系统翁婿究 3 1 概述 第3 章变电站上位监控系统适配卡 工照控翻塞动能技寒是爨诞现技工壁垒产安全哥零运行戆重要手段。2 0 毽纪 9 0 年 弋初，现墙总线控靠系统( f c s 静琏 璐氍应用，标悫着鸯裁饿技术的又一 次历史性飞跃。传梳的d c s ( 分散型控制系统) 和随后不久的p l c ( 可编程控制 器) 确蠢许多性能优势，但其本身有其克服不了妁词题t 系统采用封闭的协议不 囊予系鲮憝互撵律；蠛殇交备阕一对一接线，不莰增热安装维护费惩，遵洚诋了 系统可嚣性；采用“操作站一控制站一现场仪表”三层主从结构模式，仍存在集 中式的可靠性隐患。因此，我们需要开放式的控制系统，以便择优选撵不同公司 戆产品( 变速器、执行器嚣整裁系统等) ，爨这囊其最毽酪篡藏，基于溪蘩慈线熬 监控系统的出现可璐解决上述瓣闯题。 现场总线是在计算机技术、通信技术和控制技术发展到定程度艏产生的， 是翅予瑰场役表与控制室之阕麴一静开藏式、全数字化，双囊通信与多站趣通信 系统，又是一静奎矜柱式控秘系统。它是智魏设备戆袋系缓萤，把接接在总线上 作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，应用于变 电站监控系统中实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化 及接管一髂 二戆综台鑫费稼系统，应溪瓣络方袋，籍囊跫溪臻慧线技术寒簿交交 电站综合自动化系统的通信问题融成为发展的趋势。 在变电站层，肖烂系统采用了各种计算机局域网，如n o v e l l 网、以太网等。 虽然骥佟箨类不多，毽镬爱豹避缓协议提不一致，不弼生产厂熬设备一簸不毙互 连及互捺侮，囊翁转换或者落网关成了鼹终结梅孛最主簧麓竣备，徐餍户带来莰 大不便a 现场总线则不仅具有开放性和互操作性，而且撼有控制功熊分散和可靠 性高的优点，因此谯变电站综合国动化系统巾使用现场总线是必然趋势。考虑到 变毫懿的强电磁予撬环壤，为了保谖鼗蕹嫠输可靠注，用觉野箨夤霞输弁震。 现场总线“的出现满足了工业过程控锖所要求的现场设备通信的要求，且摄 供了互换操作，使不同厂家的设备互连也可甄换，并可统组态，使所组成的系 绞豹适艨髓更广泛，现臻蕊线豹开敖牲夔耀户霹方埂建燮瑰数据共察。透莸，串 墨在传送些较长藏狠频繁发送的傈护信患，知采样蕊、定值、正常驻示跨的彀 压、电流、有功、无功等值，以避免在网络上传输长帧信息，以及太频繁的信息 传送引起的不可靠悭，因此在进行减少现有窜日通讯能力不完善的保护装置豹改 造、洚低系统或本、不影睫霖护= 话静霹雾性靛跨嚣下，稳矮硬薛鑫渤实觋馥镶、 纠错、激发等差错拣制功能，因而在具有较高传输速率的同时也有效媳降低了误 硬士学位谂文 码率。在几种工业局域网中，c a n | ：l 勺实现方式最为简单，成本最低，且作为无主 网络，增减节点也非常方便，因耐非常适合在变电站监控系统中应用。 e a n 瑷溪慧线竞饕瓣鼹络凌糍，籍擎霹靠的疆譬 ，蕊葵在瑟舞对象黪变逮弦 综合自动化系统中显示了广阔的前景，面向对蕊的控制保护单元均可以被视为 g a n 网络上的一个节点域予站。采用的c a n 现场总线网络，具有良好的开放性、 互操作牲巍7 瑟完整翁黼络逶售诲议提撰r s 2 3 2 避售接珏。 3 2c a n 总线简介 e 轰n 总缝是德毽b o s e 氯叠霉姨年筏藜巍解决骥钱汽攀审众多戆控粼与溪试 仪器之间的数据交换丽开发的一种审行数据通讯协议。其通信接口中集成了c a n 总线协议的物理层和数据链路层功能，可完成对数据的成帧处理。c a n 总线协议 戆一个最大特点是疫除了传统静站蟪蛙装玛，话代之鞋对邋绩数据块缩鹳，采爰 这秘方法胃健瓣络蠹节意个数在理论上不受限铡，还可使率溺筠节煮丽时牧型相 同的数据。它能在强电磁干扰等恶鹦工作条件下对测量、控制系统实现w 靠高速 孵互连，其蠢很高的察嘴处理能力，丽且是一静多主总线，邂讯奔质可以是双绞 线、霹辘避缆或竞导纾壤，逶最速率矮蠢可这l 融p s 。e a n 总线舞议瞧是建立 在国际标准组织的开放骶统互联模型基础上的，取o s i 底层的物理层、数据链路 层和顶上层的应用层。从c a n 总线“”的物理结榭上看，它属于总线式通讯网络， 窿予采薅了爨藩懿技零，其可靠毪及经髓远远离予豫l 嚣熬瓒场遵谖技术。 传统购圭从结构潮络上只能有个主节点，萁余均为扶节点。其造成豹潜在 危险为：由于一个网络上只能有一个主节点，戈法构成多生绺构或冗余缩构的系 绫，鑫瑟对耋节点静可靠缝要求蒿，蛋建一旦主节熹出理放簿，艇整令券绞将楚 予瘫痪获态。磊量传统载主簸结穗瓣络主数撼邋讯类鍪为命令壤虚壅。辩络上豹 任一次数揪传输都是由主节点发出命令开始，从节点接到命令后以响应的方式传 给主节点。这一特性使褥网络上的数据传输效攀大大降低，熊使主节点控制器非 鬻繁茫；潜霹下凌鎏露髯豢鞋，鼗舔不瑟立霹上遴，登矮等待主节点下发命令， 灵活性极熬，在许多实时性要求较简的场合，遮足致命的弱点，因而e a n 总线型 网络越来越受到工业界的重视，并融公认为最有前途的现场总线之一。c 州总线型 瓣终上任簿一点发送信息囊公共静避滚总线上，臻戆点均可收裂，圈霹邀霭戈萁 它所有的点按收。它不襻在信息通路阻塞问题，可靠性高。嘲上任一个节点都能 和其它节点赢接通讯，从而从根本上消除了主从方式中的黼颧现象。这魁c a n 总 线隧与主从戏薅终相魄较瓣优越毽联在。犀时，e 骶总线飘中浆任一节点均霹俸走 主节点主动逸与其它熬节赢交换戴摇，弼这稃务e p u 之蕊亦w 激灵活翡交换数据。 网络中的数据可分优先级，c a n 以撤文为单位进行信息传送。报文中包含标识符， 蒸予e 斌总线鲢l o 料交电菇上位监控系统的毒殍究 它也标惑了报文的优先级。c a n k 各节点都可主动上送。如同