（电气工程专业论文）尚志市配电系统自动化技术分析与研究.pdf

哈尔演理t 人学t 学硕一学位论文 尚志市配电系统自动化技术分析与研究 摘要 配电变电站是配电网的重要组成部分，因此配电变电站的自动化程度的高 低，直接反映了配电自动化的水平。小区变电所的综合自动化是配网自动化系 统中最重要的内容之，也是实施难度最大的任务之一。根据小区变电所网点 多、布局分散、设备陈旧、信息量大、通信网络复杂的特点，寻求一种投资 少、见效快、方便可靠的适合小区变电所的综合自动化方案就具有十分巨大的 经济效益。 由于尚志县城内所有电源均由坐落在城南和城北的两座变电站供应，供电 负荷集中，所以具备良好的实现配电自动化的条件。本文在尚志局配网自动化 系统实行配、调一体化模式下，分析和研究了该配电系统的自动化技术方案。 本论文利用现代电子技术、网络技术、网络仪表技术和通信技术，将尚志 县配电网上的实时数据、离线数据、电网结构、设备参数和地理信息等诸多信 息进行综合处理和集成，利用d f 8 9 0 0 构成了功能完整的配电自动化系统方 案，为今后实现配电网正常运行时的控制和监测奠定了基础。 本论文首先详细介绍了d f 8 9 0 0 电力应用体化系统，包括d f 8 9 0 0 系统 的一体化设计模式、数据库管理系统、s c a d a 系统、馈线自动化d a 技术、 配电网高级软件的应用以及配电自动化终端设备等各系统组成部分的特点、运 行过程及技术指标。其次，对配电自动化系统中的硬件设备微机远动装置 和网络仪表分别进行了介绍。对微机远动装置应具有的“四遥”、事件顺序记 录、系统对时、电能采集、自恢复和自检测以及能够和s c a d a 系统通信的功 能等功能和要求进行了间要说明。描述了“网络仪表”的整体概念，特别分析 了把这项技术在配电自动化中推广的可行性、先进性，指出该技术的发展前 景。介绍了网络仪表的5 个主要功能模块及其要求，并对网络仪表中关键的高 速数据采集部分，从硬件到软件进行了重点介绍。 在分析研究的基础上，本论文最后提出了尚志配电自动化故障处理所遵循 的八项原则及具体实施方案。提出了尚志市配电自动化系统的总体方案，对 1 0 k y 网架、通信、主站、分站以及集抄等方案进行了详细描述。 关键词配电自动化；配电变电站；网络仪表；故障滤波 坠! i 堡矍三查兰三兰堡! ：兰堡丝兰 a n a l y s i s & s t u d y o na u t o m a t i o nt e c h n o l o g yo ft h e d i s t r i b u t i o ns y s t e mi ns h a n g z h ic o u n t y a d s t r a c t t h ed i s t r i b u t i o ns u b s t a t i o ni sa ni m p o r t a n tp a r to fad i s t r i b u t i o nn e t w o r k s ot h e a u t o m a t i o nd e g r e eo ft h ed i s t r i b u t i o ns u b s t a t i o nc a nd i r e c t l yr e f l e c tt h ea u t o m o t i v e 1 e v e lo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k t h ei n t e g r a t e da u t o m a t i o no fl o c a ls u b s t a t i o ni so n eo f m o s ti m p o r t a n tc o n t e n to fa u t o m a t i cd i s t r i b u t i o ns y s t e m s a n di so n eo f 血em o s t d i 贩c u l tt a s k sa 8w e l l 。a c c o r d i n gt ot h ef e u t u r e so fl o c a ls u b s t a t i o n s u c ha sl a r g e a m o u n t s ，d i s p e r s e dp o s i t i o n ，o l d f a s h i o n e de q u i p m e n t s 。m u c hm o r ei n f o r m a t i o na n d c o m p l e x i t yo fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，i th a sg r e a te c o n o m i cb e n e f i tt os e a r c hf o ra k i n do fi n t e g r a t e da u t o m a t i o ns c h e m ef o rl o c a ls u b s t a t i o n s w h i c hn e e d sl e s s i n v e s t m e n t , b u tm o r ee f f e c t i v e m o s to fa 1 1 i tm u s tb ee x t r a o r d i n a r i l yc o n v e n i e n ta n d r e l i a b l e b e c a u s ea l lt h ep o w e rs o u r c ei ns h a n g z h ic o u n t yi ss u p p l i e db ye i t h e ro ft h e t w ot r a r t s f o r m e rs u b s t a t i o n ss e a t e di ns o u t ha n dn o r t ho ft h ec i t y , t h e r e f o r e t h el o a d i sc o n c e n t r a t e d w h i c hm a k e si tp o s s i b l et or e a l i z et h ed i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n n l e t e c h n i q u eo fas c h e m ef o rt 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 ns h a n g z h ic o u n t yi s a n a l y z e da n ds t u d i e di nt h i sp a p e r a d v a n c e dt e c h n o l o g i e so ne l e c t r i c ，c o m p u t e rn e t w o r k ，n e t w o r km e t e r sa n d c o m m u n i c a t i o na r eu s e di nt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kt oa c c o m p l i s hs u c hf u n c t i o na s p r o c e s sa n di n t e g r a t i o nt h ef o l l o w i n gi t e m s ：r e a l t i m ed a t a o i f - l i n ed a t a , s t r u c t u r eo f e l e c t r i cl l e t w o r k ，p a r a m e t e r so ft h ed e v i c e s ，g e o g r a p h yi n f o r m a t i o na n ds oo i l t h e d f 8 9 0 0i sa p p l i e dt og u a r a n t e ea l lt h ef u n c t i o n sa b o v e f i r s t l y , t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ed f 8 9 0 0 ，i n c l u d i n gt h ed e s i g nm o d u l eo f d f 8 9 0 0 ，t h ed a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，t h es c a d as y s t e m ，f e e d e ra u t o m a t i o n d at e c h n i q u e ，a p p l i c a t i o no fa d v a n c e ds o f t w a r ef o r d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，t h e t e r m i n a lu n i t so ft h en e t w o r ka n dt h ec h a r a c t e r i s t i c s r u n n i n gp r o c e s sa n dt h e t e c h n o l o g yg u i d e1 i n e so ft h e i rc o m p o n e n t s ，t h e l l 。t h ec o m p u t e rr e m o t ec o n t r o l l e d d e v i c e sa n dn e t w o r km e t e r so ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ki si n t r o d u c e dr e s p e c t i v e l y t h ef o l l o w i n gf u n c t i o n so ft h ec o m p u t e rr e m o t ec o n t r o l l e dd e v i c e sa r ee x p l a i n e d b r i e f l y , s u c ha se v e n ts e r i a lr e c o r d i n g ，s y s t e mt i m i n g ，e l e c t r i c i t yp o w e ra c q u i s i t i o n ， s e l f - r e c o v e r ya n dc o m m u n i c a t i o nw i t l lt h es c a d as y s t e m t h ec o n c e p to f “n e t w o r k m e t e r s i sd e s c r i b e d ，a n dt h ef e a s i b i l i t y , a d v a n t a g e sa n di t sd e v e l o p m e u tp r o m o t i o n a r ea n a l y z e dp a r t i c u l a r l y b o t ht h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo ft h ek e yp a r ln a m e d h i 吐一s p e e dd a t aa c q u i s i t i o n , a r ei n t r o d u c e di nd e t a i l b a s e do nt h ea n a l y s i sa b o v e ，f a u l tp r o c e s s i n gs y s t e mi sp r o p o s e di nt h ee n do f t h i sp a p e r ，i n c l u d i n gt h er u l e si ts h o u l do b e ya n dap r a c t i c a ls c h e m e i nc o n c l u s i o n ， t h eo v e r a l ls c h e m eo ft h ed i s t r i b u t i o na u t o m a t i cs y s t e mf o r s h a n g z h ic o u n t yi s p r o p o s e d 。a n dt h e s c h e m e so f1 0 k vn e t w o r k c o m m u n i c a t i o n , m a i ns t a t i o n , i i 晗尔浮理丁人学t 学硕 学位论文 s u b s t a t i o na n dc o l l e c t i v er e a d i n ga r ed e s c r i b e di nd e t a i l k e y w 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 ；t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n ；n e t w o r km e t e r s ； f a u l tp r o c e s s i n g i i i 哈尔演理t 大学t 程硕上学位论文 第1 章绪论 1 1 概述 配电是电力系统发电、输电和配电( 有时也称供电和用户) 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、测量和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，以高质量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1 l 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 级称为高压，1 0 k v 级称为中压，0 4 k v 级称为低压。因 此，完整地说，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。 随着国民经济的发展和人民物质文化水平的不断提高，对电力需求越来越 大，促使电力事业迅速发展，电网不断扩大，用户对供电质量和供电可靠性要 求越来越高，甚至连发生电源的瞬时中断也不能忍受。对用户电能质量的评价 主要有以下几个指标：一是电压质量，它包括电压偏差、电压波动和电压闪变 三个方面的要求：二是频率；三是供电可靠率，它是配电网对用户持续供电能 力的量度，有多至1 1 项的评价指标，其中主要是年平均供电可靠率，即用户 年平均供电时间的百分数；四是谐波含量，应不高于规定的含量。 提高电能质量要由改善整个电力系统的装备和运行来达到。显然，限于配 电网络设备及用户所具有的能力，配电网只能对电能质量中的某些指标起到显 著的作用，如提高供电可靠率和电压质量。而且，合理而完善的配电网络结构 对于提高供电可靠率和电压质量至关重要，在某种意义上讲是起主要作用的。 从另一方面说，保护、监测和控制的改进并逐步达到自动化，对于配电网 的运行也十分重要，且其重要性和作用正逐渐增大，在某些方面，如故障的快 速隔离和高供电可靠率，是必不可少的。 电力系统应以最经济的能源消耗、最有效的运行管理，以最合理和便宜的 价格向用户供电。配电网及其控制和用户管理也关系到供电的经济性。因此， 实现或实施配电自动化的目的是采用现代电子、通信和计算机等技术和设备对 配电网和用户在正常运行和事故情况下实行监测、保护、控制和管理，提高供 电质量和经济性，改善服务和提高工作效率【l l 【2 1 11 【3 i 。 哈尔演理丁j ：学t 程硕j 学位论义 1 2 国内配电自动化的发展与现状 目前我国电力工业的发展速度，已由过去主要取决于投资规模逐步转变为 由市场需求来决定，电力市场也将逐步由卖方市场向买方市场转变。以往我国 发电和配电投资的比例为1 ：0 1 2 ，大大落后于先进国家l ：0 6 o 7 的投资比 例，这种状况今后会很快得到改善。9 0 年代以来，国内电力系统的3 5 k v 变电 站逐步实现了四遥功能，但规模覆盖变电站自动化、馈线的故障定位与隔离和 自动恢复供电、负荷控制、远方自动读表、最低网损、电压无功优化，配电投 资系统、变电配电和用电管理信息系统的配电网综合管理系统，则是近年来才 起步的。 上海市供电局在浦东金桥金藤开发区实施了配电自动化工程，第一期工程 采用法国施耐德集团生产的p r 环网开关柜9 台，基本达到了遥控、遥信和遥 测的目的，但规模较小，且设备依赖进口，造价高，不便推广普及。北京供电 局以引进同本东芝技术生产的具有自动化功能的柱上真空开关设备八台，即将 投运，达到国外配电自动化第一阶段水平。沈阳电业局于1 9 9 5 年安装了l o 台 丹阳生产的柱上真空开关，采用有线控制，但未大面积推广，而且也属于国外 第一阶段水平。此外，石家庄供电局、大连供电局、南京供电局、郑- i , i 供电 局、武汉供电局和广州供电局也分别立项或进行了一定规模尝试。 银川城区配电自动化系统全部采用自行研制的国产设备，采用馈线r t u 、 配变r t u 和建立在w i n d o w s 9 5 、w i n d o w s n t 平台上的先进的计算机网络系 统，运用s q ls e r v e r 大型数据库系统，并采用有线通信和无线通信相结合的综 合数据通道，而且充分利用银川地调的已有资源，实现了配电网中3 0 余条进 线、几十条馈线和7 个开闭所及小区变的全面监控，取得了大量经验，该系统 已于1 9 9 8 年8 月2 0 日通过国家电力公司组织的技术鉴定，达到国内领先水 平。这是我国第一套通过技术鉴定的配电自动化系统，它标志着我国城网改造 进入了一个新的阶段。目前西安供电局和宝鸡供电局也在按银川模式建设配电 自动化系统。 从设备制造水平的角度看，国内不少企业已成功地研制出能够满足配电自 动化要求的产品，比如可靠的柱上真空开关、重合器、馈线开关远程式终端 ( f 1 u ) 、变压器测控单元( t t u ) 、开闭所、小区变远程终端( r t u ) 、配电网地理 信息系统( g i s ) 、负荷监控系统、配网管理信息计算机网络、智能式电度表及 远方抄表计算机系统，以及各种数据传输设备( d c e ) 等。因此，从技术上讲实 现配电自动化已没有任何困难，但仍面临两个问题：其一是供电企业应根据自 哈尔泞理t 人学t 程硕十学位论文 己实际情况，恰当地选用各种功能，寻求一种“性能价格”比较好，符合当代 技术发展方向，能够“统一规划、分步实施”，不致因系统发展或技术进步而 “推倒重来”的系统：其二是输电网自动化的许多成熟技术虽然可以借鉴，但 配电自动化存在本身的特点，如容量大、故障记录信息、定值远传、远方抄表 等，传统的通信规约不能够很好地满足使用要求，因此要尽早提出满足配电网 要求的标准化的通信规约，以免造成各制造厂家自行设置的混乱局面 4 i i ”。 1 3 国外配电自动化的发展和现状 在一些工业发达国家中，配电自动化系统受到了广泛的重视，国外的配电 自动化系统已经形成了集变电所自动化、馈线分段开关遥控、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。日本从5 0 年代开始在配电线上 采用自动隔离故障区，并向健全区( 无故障区) 恢复送电的按时限顺序送电装 置：6 0 7 0 年代研究开发了各种就地控制方式和配电线开关的远方监视控制装 景；7 0 年代后半期开始利用计算机构成自动控制系统；其后由于电力电子技 术、计算机技术及信息传送技术的发展，配电自动化计算机系统及配电线远方 监视控制系统在实际应用上得到很大的发展。到1 9 8 6 年，全国9 个电力公司 的4 1 6 1 0 条配电线路已有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8 0 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，目前已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。 苏兰“e s p o os 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。 从国外配电自动化系统采用的通信方式看，尚没有一种通信技术可以很好 地满足于配电系统自动化所有层次的需要。在一个配电自动化系统内，往往由 哈尔演理1 二人学t 程坝j 学位论文 多种通信技术组合成综合的通信系统，各个层次按实际需要采用合适的通信方 式。 对于日本，由于无线电通信频段大都被电台占用而很难得到保证，日本在 配电自动化系统中，基本不采用无线电通信。光纤因处在发展阶段，目前只在 一部分地方使用。比较普遍的是利用通信电缆和配电线路来传送信号。而在欧 美等国，却广泛采用无线寻呼通信网络和有线通信相结合的方式。 目前，使用较多的配电线信号传送方式有：音频控制方式，音频电流传送 方式和位相脉冲方式。利用专用电话线或c a t v 有线电视电缆，采用屏蔽双绞 线( r s - 4 8 5 ) 、光导纤维等方式，也是广泛采用的配电自动化通信方式。u h f 和 v h f 电台、调频广播( f m ) 和调幅广播( a m ) 多用来用作负荷监控的信道，无线 扩频和一点多址微波通信大多用于配网自动化的通信主干线。 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 供电质量，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效益。 目前，国外正致力于研究配电自动化专家系统和配电网仿真培训系统，以 及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 1 6 1 1 7 l f 8 】【9 1 。 1 4 配电自动化的意义 配电自动化是电力系统现代化的必然趋势，其主要意义在于：在正常运行 情况下，通过监视配网运行工况，优化配网运行方式；当配网发生故障或异常 运行时，迅速查出故障区段及异常情况，快速隔离故障区段，即时恢复非故障 区域用户的供电，缩短对用户的停电时间，减少停电面积；根据配网电压合理 控制无功负荷和电压水平，改善供电质量，达到经济运行的目的；合理控制用 电负荷，从而提高设备利用率：自动抄表计费，保证抄表计费的及时和准确， 提高了企业的经济效益和工作效率，并可为用户提供自动化的用电信息服务 等。 配电自动化在人力尽量少介入的情况下完成大量的重复性的工作。这些重 复性的手工操作通常有查抄用户电度表、监视和记录变压器油温、检查核对配 电变电所的负荷、沿配电线路合或分开关、投入或撤除补偿电容器、升或降有 哈尔滨理丁人学t 程顺f 学位论j 载调压装置分接头以调节电压等。 配电自动化系统的主要目的之一在于尽量减少停电面积和缩短停电时间， 因此必须能够采集配电网上的实时数据( 即遥测和遥信) ，并对其进行分析， 从而使调度员能够随时监视网上运行情况和作出明智的决策。此外，还要求能 够通过遥控和遥调在控制中心就能对配电网进行必要的操作，从而缩短故障处 理时间和降低劳动强度。 另外，配电自动化系统有助于使配电网的潜力得以最大限度地利用，并且 确保提供给用户的电能质量满足要求。因此，电力公司和用户都能从配电自动 化中得到收益。 配电自动化系统通常都设计成开放的积木块式结构，因此可以采用分期实 施的策略。在建设初期可以先控制在适当的规模和实现基本的功能，然后根据 需要逐步扩容和全面实现期望的功能，这样既能够获得看得见的和看不见的收 益，又便于实施。比如，电力公司可以先实现对于进线变电站和开闭所的数据 采集与监控( 即s c a d a ) ，然后再扩展到对馈线上分断开关的远方测控，逐步 实现远方抄表和负荷控制等功能，最终全面实现配电自动化。但在工程实施的 各个阶段。应注意满足以后扩展的需要。 使配电自动化系统发挥出其潜在效益的关键，在于从整体的角度对电力公 司的同常操作和需求进行分析。尽管难以定量估计配电自动化的一些功能所带 来的效益，但是它们如同那些可以定量反映的效益一样是实实在在地存在的。 例如馈线开关的远方控制，在断电并且故障检修之后，遥控开关合闸而不需要 爬杆手工操作，显然会带来效益。在紧急情况下( 比如带电线路经导电物体与 地接触时) ，迅速断开开关当然也会带来效益。 目前实现配电自动化所需要的技术已经成熟，电力公司所要做的工作是分 析本公司配网所需要的潜在功能，以确定合适的实现方案。值得注意的是，每 个电力公司的配网都有其特殊性，比如地理环境、范围和规模、管理模式、用 户性质等，这往往决定了该公司的配电自动化最佳模式【10 1 【l “。 1 5 课题的提出及意义 1 5 。1 课题的提出 尚志市位于黑龙江省南部，张广才岭西麓，东界海林市，西邻阿城市，南 与五常市接壤，北与宾县、延寿、方正三县相连，是一个山地、丘陵、河谷相 间的山区县级市。全市行政面积8 8 9 4 平方公里，1 7 个乡镇，共有人口6 0 万。 哈尔演理丁人学t 程硕j 学位论文 尚志镇城区面积约3 0 平方公里，年平均气温2 3 ，极端气温- 4 3 4 3 7 ， 人口约1 0 万人。尚志镇内供电负荷集中，所有电源均由座落在城南、城北的 两座变电所供电，1 0 k v 线路全部是架空线路，城北2 2 0 k v 尚一变电所容量是 2 台x 9 0 0 0 0 k v a ，供电负荷为1 7 万k w ，城南6 6 k v 新城变电所容量 3 0 0 0 0 k v a ，供电负荷为o 7 万k w ，年供电量约1 3 亿k w h ，具备了配电自动 化的自然条件。 然而，目前它的配电自动化方案是：开闭所和配电变电所自动化使用远动 装置( r t u ) ，馈线自动化使用的是柱上开关控制器( f t u ) ，远端控制器使用 的是远方终端单元( 刑) ，由它们组成配电( 配电网数据采集和温控) s c a d a 系统。这种技术具有几个明显的弱势：一是上述设备与传统设备几乎 无法兼容，从保护到计量几乎要完全更新，因而工程周期长，投入大：二是上 述设备均以模块化，以柜体集成的方式供货，形成市场多元化局面，因而从基 础设备的调试维修，到上层通信的兼容性都无法得到保证；三是故障率高，可 靠性差。 本课题就是根据省农电局的要求，依据国家电力公司农网自动化及通信 系统建设技术指标指导意见，尚志局选择配、调一体化模式的前提下，分析 和研究利用g i s 技术和网络仪表技术完成尚志县城配电系统自动化的技术方 案。 1 5 2 课题的意义 利用现代先进的电子技术、计算机网络技术和通信技术，将黑龙江尚志市 配电网上的实时数据、离线数据、电网结构、设备参数和地理信息等诸多信息 进行综合处理和集成，构成功能完整的配电自动化系统，在人力尽量少介入的 情况下能够完成大量的重复性的工作，诸如查抄用户电度表、沿配电线路合或 分开关、投入或撤除补偿电容器等：在发生停电时，能够尽量减少停电时间和 缩短停电面积，并对其进行分析原因，从而使调度员能够随时监视电网运行情 况和做出正确的决策，确保配电网络的安全、可靠运行；同时，在控制中心通 过遥控和遥调对配电网进行必要的操作，缩短故障排除的时间和降低劳动强 度。 尚志县城内所有电源均由坐落在城南和城北的两座变电站供应，供电负荷 集中，具备配电自动化的自然条件。因此，在该县城内实现配电自动化有助于 使其配电网的潜力得以最大限度地开发和利用，并且能够根据配电网电压合理 控制无功负荷与电压水平，合理控制用电负荷，提高设备利用率，改善供电质 6 哈尔演理工人学t 程碗1 一学位论文 量，达到经济运行的目的。同时，实现自动抄表计费，既保证抄表计费的准时 性和准确性，又提高企业的经济效益和工作效率，使电力公司和用户都能从中 得到收益，达到双赢的目的。 哈尔滨理t = 学t 程硕卜竽位论文 第2 章电力应用一体化系统 2 1d f 8 9 0 0 电力应用一体化系统介绍 2 1 1d f 8 9 0 0 系统简介 d f 8 9 0 0 电力应用一体化系统是面向地县级电力调度部门，包括大型厂矿 企业的电力调度部门，实现实用的调度、集控、配电，电能计量功能。该系统 最大的优势就是具有开放性的特点，它将系统的开放性延伸至应用系统，应用 软件的开放性设计从基础层到应用平台，再一直延伸至用户级。应用软件平台 包括数据库软件、通讯软件、人机接口软件、分布式管理和监视软件，以及报 警处理软件等。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。通用商业数据库的采用，进一步提高了系统的开放性。应用系统 的开放性设计具备多层次特征，为多方位、多层次持续拓展系统功能提供了坚 实的基础。 所以，d f 8 9 0 0 系统的应用级多层开放性适用不同程度的拓展需求，这种开 放性不仅为开发厂家提供了纵横互连，功能扩展的能力，更重要的是 把能力直接提供给客户。 2 1 2 d f 8 9 0 0 系统的一体化设计模式 d f 8 9 0 0 电力应用系统采用烟台东方电子调度自动化d f 8 0 0 2 系统以及 d f 9 1 0 0 配电自动化与配电管理系统在国内率先使用的一体化设计思想，把 s c a d a 、p a s 、d m s 及电量计费都统一设计，数据库等方面采用了同一种检 索关键字，所有数据、参数和图形在各子系统之间可平滑共享。一体化系统就 是在s c a d a 主系统上加两台配调工作站或加两台电量计费工作站，如 s c a d a + 配网、s c a d a + 电量计费以及s c a d a + 电量计费+ 配网。 d f 8 9 0 0 一体化系统是一个综合概念，它具有开放式的应用软件平台，分 布式客户、服务器计算，开放性网络互连以及规模优化等诸多属性。其中，开 放式的应用软件平台是一体化系统的基础，它为分布在网络各个节点的应用提 供统一的运行环境和资源管理，并保证系统灵活的扩充性，它承担整个系统的 纵向和横向的集成任务。 2 2d f 8 9 0 0 数据库管理系统 d f 8 9 0 0 系统的数据库子系统具有以下五种特点： 哈尔演理i 人学t 程硕l 二学位论文 数据库采用通用的商用关系型数据库； 实时数据库c 1 i e n t s e r v e r 模式支持s q l 访问； 应用系统程序独立于d b 词典，系统可拓性强； 严密的冗余服务器弋致性： 面向电力设备层次关系的数据库； 商用库 实时库 绘图包 维护存盘 描述库 在线维护加载 数据库维护 j 乏统描述 工具 启机加裁及 i 故障恢复加载 备份库l 、- 实时数据 i ；最新电网 断面更新 i 历史数据l怛 历史数据 l 浏览工旦f 唯时存盘 1 _ j 图2 - 1d f 8 9 0 0 系统商用库和实时库工作原理图 f i g 2 - 1t h ep r i n c i p l eo f t h ec o m m e r c i a la n dr e a l - t i m eb a s eo f d f 8 9 0 0 2 2 1 采用通用的商业关系型数据库 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，因此，商用数据库的使用已经成为目前工 业界数据库应用的潮流。同时，商用数据库具有如下明显优点： 1 c 1 i e n t s e r v e r 结构体系，提供方便的网络访问： 2 安全的事务处理能力，当系统发生故障时，保证数据不丢失； 3 自动数据备份功能，使重要的数据备份简便易行； 4 开放的，标准的s q l 语言数据库访问接口； 为了在保证数据库访问的开放性和标准性的前提下，满足电力自动化系统 数据访问，数据处理的实时响应性，数据库子系统由商用数据库和自行开发的 实时数据库两部分组成。商用数据库采用支持a n s i s q l 访问关系的关系数据 库s y b a s e 、o r a c l e 等，主要用于历史数据存储，数据库模式建立，以及对外 部系统的访问接口。商用库s y b a s e 、o r a c l e 数据库具有广泛的大型数据库应 用经验，尤其是其u n i x 平台服务器，处理速度快，安全性高，储存容量大。 实时数据库常驻内存，支持数据的快速访问和处理：支持c 1 l e n t s e r v e r 模式 s q l 访问。历史数据库和实时数据库具有支持冗余双服务器热备用机制，冗余 哈尔游理丁人学1 = 程硕 学位论文 服务器之间自动地保持数据的一致性。 从图2 1 中可以看出，商用关系数据库包含如下三部分： 1 描述库。系统描述库通过绘图包或表式人机界面建立及维护。描述库 维护请求直接提交商用库进行管理并保存，无论进行维护时实时系统是否正在 运行。这是因为描述库的维护管理根本不必实对库参与。如实时系统正在运 行，系统管理员希望在线更改立即对实时库生效，只需对某描述库执行在线加 载，实时库便可立即与商用库的最新更改同步。 2 备份库。在商用关系数据库中备份保存实时数据库的数据。 3 历史数据库。历史数据是e m s 系统中存入商用库的最主要、最大量内 容。商用库在电力自动化系统中的效率主要与历史数据的存储技术相关。 d f 8 9 0 0 系统的历史数据存储技术，特别针对实时系统的特点开发。实时系统定 时存盘的特点就是，总是同时刻、大批量存盘。而通常商用库的事务性访问， 呈现分散型、随机性：即使出现并发访问，由于事务通常是由操作者触发的， 完全的同时刻性并不强。针对电力自动化系统定时存盘这一最大商用库访问任 务的特点，d f 8 9 0 0 系统开发了适应实时系统的高效商用库访问机制。实时库定 时存盘、同时大量插入时，采用特殊的高速大量成批插入方式，效率相对于普 通插入方式提高了十倍以上。 d f 8 9 0 0 系统的历史数据库分为普通存盘数据、秒级存盘数据和历史事项。 1 普通存盘数据。支持系统内任意模拟量存盘，存盘点数不限。存盘密 度( 间隔) 单位为分钟，用户只需定义存盘密度一个参数即可。系统支持每个 存盘点按任意的分钟级间隔存盘，并且某个存盘点如果以前是5 分钟存盘点， 现在需要该定义为2 分钟存盘点，修改定义可在线于任意时间执行。系统还能 保证变密度曲线的调用显示，修改前后的数据不需任何特殊维护。这是因为系 统在商用库中采用了开放式的历史数据存盘格式，它具有存盘功能强、灵活性 大、维护简单、外系统能够开放、方便地使用历史数据等优点。其缺陷是占用 磁盘空间较大。 本系统中，为了保证电度数据的高精度，电度数据全部采用6 4 位数据进 行处理和存储。 2 ，秒级存盘数据。秒级曲线由于数据量大，采用特殊的变化存储优化方 案，节省了大量的存储空间，所以可以实现保存时间和条数无限制。 3 历史事项。由于历史事项是除存盘数据外也可能需要提供给外系统 的，因而它也需要较高的开放性。为了具有充分的开放性，历史事项库内保存 了双套信息：第一套是通常的二进制事项信息，由事项时间、事项对象、事项 哈尔滨理1 二人学t 程砸i 学位论文 类型关键字以及事项发生时各种状态、值组成：第二套是文本事项信息，通常 简单查询直接使用该文本信息即可，既不必关心二进制事项信息的具体格式， 也不必充当事项解释器。这样不仅具有高度的开放性，还使事项信息解释全部 集中于系统的事项服务器，信息解释格式统一。此外，事项信息解释器对事项 的解释方法，是完全开放给用户自定义的。每种事项，即使其针对对象不同， 仍可定义独特的事项句的解释方法。因此，这种开放定义的方式为监控信号类 型无限制地扩展奠定了坚实的基础。 对于上述各类数据，都可以分别按用户整定的“环行”滚动存贮长度，自 动进行滚动存贮维护，以避免磁盘存储溢出。其中，各种历史数据的“环行” 滚动存贮长度，是按时间定义整定的，以月为单位。这样定义、维护非常方便 友好。虽然，按时间定义对于存盘数据来讲，容易与历史服务器所具备的硬盘 空间相匹配，但是，对于事项库来讲，某类事项可能会因为系统监控参数设置 不合理，造成极大量的事项。例如，y c 限值定义不合理会导致过多的y c 越限 及恢复事项；而通道误码率监视时间阈值定义不合理会导致过多的通道事项 等。因此，系统具有防溢出保护机制，在剩余磁盘空间小于某值时，系统会自 动报警。 2 2 2 分布式客户、服务器体系结构 在系统平台上运行的各种应用服务器可各自拥有自己的一个或多个备份服 务器，也可几种应用服务器共同拥有一个或多个备份服务器。d f 8 9 0 0 系统平台 的实对数据库系统采用客户、服务器体系结构实现客户机的分布式访问，以便 支持内部和外部系统以尽可能瘦的客户机通信带宽和节点资源实现访问，保证 库管理系统服务管理水平的增强，不对客户节点机造成负担。访问是基于按需 服务并变化传送，所以具有良好的实时性。数据库管理系统支持来自多个节点 机的多客户并发访问连接，并能更迸一步为单一访问客户实现多重访问请求， 如由于支持单一人机交互任务实现多屏幕多窗口方式工作。 2 2 3 数据库一致性 1 。商用库双机一致性。商用库在本系统中通常以双服务器配置，其负责 管理和永久保存系统描述库、历史数据库、历史事项库、追忆快照库和实时数 据备份库。 双商用库服务器各自具有一个数据库体，以热备用方式工作。其间的不一 致主要发生在单服务器不在线时。本系统能在单服务器进入在线时，自动检测 其不一致，并校正后进入在线。另外，某服务器暂时窘迫不能服务造成的不一 f 尔演理t 人学t 程硕1 学位论文 致，也能尽快得到纠正。 2 实时库一致性。d f 8 9 0 0 电力应用一体化系统客户服务器结构的实时库 具有彻底的一致性。来自网络上任何结点机对某种应用服务器的访问，均由分 布式数据库透明访问机制导向主服务器，甚至包括来自备份服务器上的访问， 既全网均使用主服务器处理的结果，唯一数据源；备份服务器处理的结果仅准 备热备用，决不提供使用；镜像库结点不处理，完全依照主服务器的实时库进 行可靠同步。 3 实时数据库与商用关系数据库同步。在商用关系数据库中保存有实时 数据库的备份，其中包含实时数据库中所有对象的数据和状态。确保系统对象 的最新状态不会丢失。实时数据库启机或恢复时，自动用备份库将所有对象的 数据和状态进行初始化，尤其是大量非运动采集对象的状态，可以自动恢复。 实时数据库与商用关系数据库中的事实数据库的备份有两种方法： 1 ) 即时同步。当刷新实时数据库时，立即将状态类变化数据写入商用关 系数据库中的实时数据库备份。 2 ) 定时同步。按指定时间间隔将模拟量类实时数据库数据写入商用关系 数据库中。 2 3s c a d a 系统 s c a d a 系统是e m s d m s 系统的重要基础，它为整个电力自动化系统提 供电力系统的运行状态和监控操作手段。为了保证s c a d a 系统具有强大的数 据处理能力、高安全性和可用性，该系统的子系统节点均采用冗余配置，如数 据采集、数据处理、实时库服务器和历史数据库服务器等。s c a d a 系统具有 硬件设备和软件任务模块的运行自监视功能，能够自动通过热备用切换等机制 保证基本系统的正常运行。 s c a d a 系统功能如下： 1 通讯规约管理： 2 数据采集和数据通信监视； 3 通道配置： 4 数据处理和存储； 5 调度员人机接口； 6 模拟盘上盘； 7 事项处理； 8 s o e 处理： 哈尔演理工大学t 程修 学位论文 9 事故追忆： 1 0 系统校时； 2 3 1 数据采集子系统 数据采集系统是s c a d a 系统与电力系统的直接接口，它通过与各远方 r t u 的通讯实现对电网实时运行信息的采集，将实时数据提供给应用服务的实 时数据库，并按照应用所下达的指令实现对远方站的调控功能。数据采集子系 统作为系统数据源的关键地位，特别是无人值守变电站的大量采用，要求其具 有高度的可靠性和强大的信息处理能力。 数据采集子系统的功能如下： 1 各种类型通讯规约的r i u 通讯。 2 支持全双工方式通讯，可在传输速率3 0 0 ，6 0 0 ，1 2 0 0 ，2 4 0 0 ，4 8 0 0 ， 9 6 0 0 b p s 中任意选则。 3 高速数字通道的传输速率在系统设计上无限制，主要取决于所购置的 采集通讯服务器部件的技术指标。 4 能够接受处理不同格式的遥测量，遥信量以及电度量，并将它们处理 成系统要求的统一格式。 5 能够接受处理r t u 记录的s o e 事件信息。 6 能够实现对r t u 的遥控、遥调等下行信息。 7 可以单通道或双通道方式收发同一r t u 数据。双通道工作时，可各自 使用不同通信模式( 数字或模拟通信) ，并能根据通道状态判优切换主备用 通道。 8 支持一点多址方式通讯。 9 后台数据库通过逻辑站的概念，支持远方站重组，如多台r t u 传送同 一厂站的信息时，可将这几个r t u 的信息组成一个逻辑站，在多级站传输情况 下，可将某中间站传来的属于多个厂站的信息分离成多个逻辑站。 1 0 可接受