（电气工程专业论文）基于远动系统的继电保护及故障信息管理系统.pdf

重庆大学工程硕士学位论文 摘要 摘要 继电保护装置是保障电力系统安全运行的重要设备，其经历了较大的发展， 目前也由原来的电磁继电器逐步过渡到微机保护装置。现在电力系统中多数供电 局都是电磁继电器和微机保护装置共存，其中还包括了晶体管保护装置，集成电 路保护装置等。设备的多样性给继电保护运行人员带来了巨大的工作量，也使得 继电保护的管理工作越发的复杂。同时，对继电保护设备高可靠性的运行要求以 及继电保护设备分散性的特点，也使得对继电保护的管理要求非常复杂。因此， 为了加强继电保护工作的管理提高继电保护工作的管理水平，顺应信息化时代 的需求，实现管理工作的信息化、网络化，有必要开发一套继电保护及故障信息 管理系统。论文围绕继电保护及故障信息管理系统的建模和开发，对实际工作中 存在的问题进行了详细的需求分析，并在此基础上开发了具有实用价值的系统软 件。 论文的主要内容有： 1 论述了开发继电保护及故障管理系统的必要性及其重要意义。分析了现 有继电保护管理中存在的闯题，设计并规划了系统结构和功能模块。 2 探讨了继电保护及故障信息管理系统与调度自动化系统的整合问题。较 深入的研究了继电保护及故障信息管理系统与s c a d a 的接口问题，以提 高该系统的自动化水平。 3 结合实际需求，开发了一套图形化的继电保护及故障信息管理系统现 也投入实际应用。 关键词：继电保护，管理信息系统( m i s ) ，接口，图形化 重庆大学工程硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t t h e p r o t e c t i v er e l a yi st h ei m p o r t a n te q u i p m e n t w h i c he n s u r e st h es a f eo p e r a t i o n o ft h ep o w e rs y s t e m ，i td e v e l o p sw i t hg r e a t e rc h a n g e ，c a r r y i n go u tt h et r a n s i t i o nf r o m t h eo r i g i n a le l e c t r o m a g n e t i cr e l a yt ot h em i c r oc o m p u t e rr e l a y t h ee l e c t r o m a g n e t i c r e l a ya n dm i c r oc o m p u t e rr e l a yc o e x i s ti nt h ep o w e rs y s t e m a tp r e s e n t ，a m o n gt h e m a l s oi n c l u d i n gt h et r a n s i s t o rr e l a y , i n t e g r a t e dc i r c u i tr e l a y , e t c t h ev a r i e t yo ft h e e q u i p m e n t h a sb r o u g h te n o r m o u sw o r kt oo p e r a t o r , a n dm a d et h em a n a g e m e n te v e n m o r ec o m p l i c a t e d n e s s m e a n w h i l e ，t h eh i 出d e p e n d a b i l i t yo ft h er e l a yp r o t e c t i o ni s r e q u i r e d ，a n dt h er e l a yp r o t e c t i o n i sd i s p e r s e d t h e s em a k et h ec o n t r o lo v e rr e l a y p r o t e c t i o nv e r yc o m p l i c a t e d s o ，f o rs t r e n g t h e n i n gt h em a n a g e m e n to f t h ew o r ko f r e l a yp r o t e c t i o n ，i m p r o v et h em a n a g e m e n t l e v e lo f p r o t e c t i o nw o r k ，m e e t t h ed e m a n d o fi n f o r m a t i o na g e ，r e a l i z et h ei n f o r m a t i o na n dn e t w o r k e do ft h em a n a g e m e n t ，i ti s n e c e s s a r yt od e v e l o pas e to fi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo fr e l a yp r o t e c t i o n t h e s i sc e n t e r so nr e l a yp r o t e c t i o nm o d e l i n ga n dd e v e l o p m e n to ft h em a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m ，m a k e sd e t a i l e dd e m a n da n a l y s e st oq u e s t i o n se x i s t i n gi nt h er e a l w o r k ，a n dd e v e l o p st h es y s t e m s s o f tw a r ew i t h p r a c t i c a lv a l u e t h em a i nc o n t e n to f t h et h e s i sh a s ： 1 h a v ed e s c r i b e dt h e n e c e s s i t y a n d i m p o r t a n tm e a n i n go fd e v e l o p i n g t h e a d m i n i s t r a t i v es y s t e mo fr e l a yp r o t e c t i o n h a v ea n a l y z e dt h eq u e s t i o ne x i s t i n gi nt h e r e l a yp r o t e c t i o nm a n a g e m e n t ，h a sd e s i g n e dt h es y s t e m a t i cs t r u c t u r ea n dp l a n n e d t h e f u n c t i o nm o d u l e 。 2 h a v ed e s c r i b e dt h em e r g e rq u e s t i o no fm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e ma n d d i s p a t c ha u t o m a t e ds y s t e m i no r d e rt oi m p r o v et h ea u t o m a t i cl e v e lo fs y s t e m ，t h e m a t c h i n gp r o b l e mo fm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e ma n ds c a d a s y s t e mh a sb e e n r e s e a r c h e dd e e p l y 3 c o n s i d e r e dt h ea c t u a ld e m a n d , t h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mo fr e l a y p r o t e c t i o nh a s b e e nd e v e l o p e d , a n dp u ti n t ot h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o n k e y w o r d ：r e l a yp r o t e c t i o n ，m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ( m i s ) ，i n t e r f a c e ，f i g u r e i l 重庆大学工程硕十学位论文 1 绪论 1 绪论 1 1 问题的提出 中国的电力工业作为国家最重要的能源工业，一直处于优先发展的地位，电 力企业的发展也是令人瞩目的。电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要 求，也使得继电保护得以飞速的发展。从5 0 年代的机电式继电保护装置，晶体 管保护装置，集成电路保护装置过渡到现在的微机保护装置。可以说从9 0 年代 开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代峨 但一方面也应注意到继电保护工作的管理水平却没有得到相应的提高，仍然 是停留在原始的人工管理阶段，无法顺应信息化时代的需求，实现管理工作的信 息化、网络化。 目前，电力系统继电保护装置的现状是机电式继电保护装置，晶体管保护装 置，集成电路保护装置和微机保护装置大量共存。如此类型众多型号各异的保护 装置使得继电保护的管理工作相当复杂。单纯依靠人工管理已经不能胜任。同时， 随着微机保护装置的大量应用，许多当前由人工处理的模拟信息转化为大量的数 字信息，而技术管理人员也有许多用计算机存储的资料和试验记录文档。信息的 数字化使得我们可以将不同的数据源有机地结合起来，形成一个专业化的管理信 息系统。通过综合分析数据，对设备实际运行状况加强了解，消灭故障隐患，进 一步保障系统安全运行。 同时，继电保护设备是电力系统中最重要的设备之一。电力系统的安全性在 很大程度上是由继电保护设备的可靠运行来保证的。继电保护在电力系统中的重 要作用及其对电力系统安全连续供电的重要性，使得对继电保护的管理工作也提 出相应的要求。继电保护的工作稍有差错，即可能对电力系统的运行造成严重的 影响。对电力系统继电保护的基本要求之一是可靠性要求，除了要求设备本身的 可靠性外对继电保护的运行以及管理工作也应提出相应的要求。 其次，随着电网改革的进行，电网的商业化运行要求越来越高，对继电保护 管理工作的要求也越来越高。例如，在电网事故分析中，对电网故障时的状态， 以及当时的继电保护的定值等等要求可以追述。丽继电保护及故障信息管理系统 能够很好的完成这一要求。 再次，继电保护设备广泛存在于各个变电站，配电房等地点，继电保护设备 分散性的特点也使得对继电保护的管理不方便。有必要借助计算机代替人工进行 管理。 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 总之，通过对现阶段继电保护设备的特点，对继电保护管理的要求及其管理 方式，有必要开发一套实用的继电保护管理软件，提高继电保护的管理工作。 1 2 国内外研究的现状 人们利用电子计算机进行信息管理的历史，从2 0 世纪5 0 年代开始。1 9 7 9 年，美国的n o l a n 教授总结了一些企业管理信息系统的发展经历，提出了一般企 业单位信息技术发展的规律。电子计算机应用于管理的各阶段情况，如表1 1 所示： 表1 1电子计算机应用于管理的各个阶段情况表 t a b 1 1t a b l eo f s t a g ec a s e 阶段名称时期技术状态管理水中系统结构 单项数据处理阶段5 0 年代中、6 0 年代初独立单机单项职能管理单项结构人 。数据综合处理阶段6 0 年代初、? 0 年代初单机厨络综合管理横向结构和机 ( 管理信息于系统)纵向结构系 管理信息系统阶段7 0 年代束将来多机两络高级综合管理与决策综合结构 统 自动化管理阶段7 0 年代末开始将来多机网络与自动自动化管理机一机结构 化系统 我国企业中用计算机进行信息管理是从7 0 年代末开始，8 0 年代开始蓬勃发 展。微机和微机版数据库的迅速普及，使单位从用户电费管理开始，相继在工资、 统计、人事、财务、物资、安全、生产技术、设计、施工等管理中也不同程度地 用上了计算机，先后建立起单项的管理信息系统。到8 0 年代后期，一些单位建 起了微机局域网，实现了远程数据传输，在一定程度上做到了数据共享。进入 9 0 年代，一些单位在巩固已有成绩的基础上努力提高自己的应用水平，如提高 微机档次，采用更为先进的网络系统，数据库系统和开发工具，改善和更新原有 的应用软件。 虽然大量的微机保护在系统中投入运行，但在配置上还是羞重于保护功能本 身，在数据共享及分析方面考虑较少。对于常规的变电站自动化系统而言，当电 网发生故障时，缺乏有效的手段将保护的动作情况及故障信息主动上送到调度 中心，调度中心的运行人员通常只能靠变电站当地的运行人员的口头汇报进行 事故处理，对故障测距、阻抗分析、保护动作统计等功能的实现均停留在自动化 程度及智能化程度较低的水平”。 继电保护的迅速发展以及规模的扩大，也使得继电保护及故障信息管理系统 的开发已经刻不容缓。同时，微机保护装置的大量使用及其数字化信息也为继电 保护及故障信息管理系统的实现奠定了基础。目前，已有一些研究者注意到上述 2 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 问题，并提出了些解决方案。尽管这些方案是不全面的或不成熟的，但电力企 业继电保护管理管理信息系统的实现在一定上借鉴了这些方案并受其影响。一些 典型的解决方案如下f 9 m 1 1 2 0 j ： 基于n t 的c i l e n t s e r v e r 模式系统。c s 结构，即c 1 i e n t s e r v e r ( 客户 机服务器) 结构，是技术发展非常成熟的软件系统体系结构，通过将任 务合理分配到c 1 l e n t 端和s e r v e r 端，降低了系统的通讯开销，可以充 分利用两端硬件环境的优势。 基于w w w 的管理信息系统。随着i n t e r n e t 技术的兴起，凭借 i n t e r n e t i n t r a n e t 及j a v a 技术得以迅速发展。这是一种全新的软件系 统构造技术。随着w i n d o w s9 8 w i n d o w s2 0 0 0 将浏览器技术植入操作系 统内部，这种结构更成为当今应用软件的首选体系结构。 带有实时信息的管理信息系统。因为m i s 系统的数据如完全依靠工作人 员录入，势必增加负担。而通过机一机系统间相互自动交换信息，将显 著降低工作人员的工作量及提高工作效率。 1 3 本文研究的技术难点 在广泛阅读资料的基础上，总结了现存继电保护及故障信息管理系统的不 足，提出了一套崭新的解决方案。本方案的总体思路，就是充分利用现有的调度 自动化系统，建立继电保护及故障信息管理系统与s c a d a 系统的联系，以达到投 资小，开放，规范的要求。该解决方案的关键是如何有效地将信息数据源联系起 来，而对于各级用户都能予以充分利用。 由于是一种崭新的解决方案，与原有的一些解决方案有较大的差别。因此， 研究工作要解决的技术难点也比较多，主要包括一下几个技术难点： 系统分析：作为对继电保护及故障信息管理的一个综合解决方案，必须 对继电保护的运行和管理进行系统的分析。系统分析包括网络结构分析、 信息模型分析、用户分析、部门分析、需求分析、数据流分析等等。 与调度监控系统的接口分析：这是本论文研究的重点，也是本系统与现 有继电保护及故障信息管理系统的最大区别。包括与物理数据库和内存 数据库的接口研究。 图形系统研究：本图形系统并不是简单的显示静态主接线图，而是动态 的显示系统的运行结构。同时，图形系统的组织还必须考虑到继电保护 及故障信息管理系统的高级应用：如故障测距、短路计算、潮流分析等1 2 ”。 重庆大学工程硕七学位论文 1 绪论 1 4 本文的主要研究工作 在广泛阅读电力系统自动化软件系统文献，c l i e n t s e r v e r 模式开发及相关 技术文献，在参加电力m i s 软件开发的基础上，针对工作存在的实际问题以及现 有继电保护及故障信息管理系统的不足，进行了详尽的分析，提出了切实可行的 解决方案。归纳起来，本文主要作了以下几方面的工作： 论文详细地分析了现有继电保护及故障信息管理系统的不足，提出了基 于s c a d a 系统的具有实时性质的继电保护及故障信息管理系统，并对其 功能与结构进行了详细的规划。 论文对继电保护及故障信息管理系统与s c a d a 系统的软硬件接口进行了 研究，并详细分析了故障录波数据的存储。 设计了图形拓扑分析系统，其数据结构组织考虑了继电保护及故障信息 管理系统的高级应用：如故障测距、短路计算、潮流分析等 设计并开发了一套图形化的继电保护及故障信息管理系统，现也投入实 际应用。 4 重庆火学工程硕士学位论文2 功能规划与结构设计 2 功能规划与结构设计 本章详细分析了继电保护及故障信息管理系统的现状并在此基础上提出了 本文的设计思路。然后对继电保护及故障信息管理系统的功能和结构进行规划与 设汁，阐述了继电保护及故障信息管理系统的设计目标，功能模块和结构设计。 2 1 设计思路 2 1 1 继电保护及故障信息管理系统的现状 随着电力系统的不断发展，电网的结构越来越复杂，电网的安全稳定装置和 继电保护设备也不断的增加，使得继电保护的运行与管理工作也越来越繁重。同 时，电力系统发生故障时，要求调度员迅速、淮确地判明故障元件，以便尽快恢 复电力系统正常运行，实现电网故障的自动诊断，提高故障正确判断率等。在这 一系列需求下，出现了继电保护及故障信息管理系统。 现有继电保护及故障信息管理系统可以大致分为两种管理模式：其一是离线 方式的管理，如设备检修、图纸资料等。其数据完全依靠人工录入，而对一些实 时性要求较强的应用，则无能为力。目前对于离线方式的管理t l ：较成熟，与般 的管理信息系统相差不多；其二是实时信息管理，如微机保护装置定值设置、录 波数据的读取等。其数据通过设各自动获取，能大大减小傈护人员的工作量并提 高准确率，但对于实时信息的管理则相对要复杂得多。 评价继电保护及故障信息管理系统的先进性，很大程度上取决于应用模块是 否完备、功能是否强大。对于典型系统而言，故障测距及录波数据分析、设备日 常管理是最基本的功能。采用离线方式在很大程度上不能实现这些要求。 对于目前带有实时信息的继电保护及故障信息管理系统，其实现较为复杂： 通过在发电厂变电站侧装设专用的通信管理机，然后在各种盆动装置与通信管理 机建立专用的通道进行通信，最后通过通信管理机与主站端的软件进行通信。其 系统结构如图2 。1 所示； 重庆大学一 程硕士学位论文2 功能规划与结构设计 图2 t 系统结构 f i g 2 1s y s t e ms t r l i c t u r es k e t c h 分析该系统结构可知：该继电保护及故障信息管理系统要求在保护装置与前 置机之间建立专用的信息通道，而且还要安装通信转换器在r s 2 3 2 、r s 一4 8 5 等 接口间进行信息转换。很显然，建立专用数据通道要求投入大量的资源。并且该 信息通道将是封闭的，不开放的，各个厂商有自己的标准，这必然造成接口的不 规范以及管理的复杂性。 2 2 2 本文设计思路 本文提出了基于s c a d a 系统的继电保护管理及故障信息管理系统。设计该系 统的基本思路是：充分利用现有的调度自动化系统，建立继电保护及故障信息管 理系统与s c a d a 系统的联系，通过已有的局域网，而不用建立专用的信息通道来 获取s c a d a 系统的数据，以达到投资小，开放，规范的要求。降低继电保护及故 障信息管理的复杂度。该解决方案的关键是如何有效地将信息数据源联系起来， 而对于各级用户都能予以充分利用。我们考虑以调度监控计算机网络系统的数据 源为中心，建立图2 2 所示的系统结构。 6 重庆火学 程硕士学位论文2 功能规划与结构设计 图2 2 系统结构 f i g ，22s y s t e ms t r u c t u r es k e t c h 2 1 功能规划 随着电力系统自动化水平的飞速发展，继电保护装置的自动化水平也得以快 速的提高，针对继电保护的管理也越来越复杂，使得继电保护及故障信息管理系 统也得到快速的发展。本文针对实际工作中遇到的问题以及可能的需求，同时参 考目前继电保护及故障信息管理系统的某些功能规划及其不足之处考虑到系统 实施的时间限制以及基本的e t 常管理与高级应用，因此将本系统的实现分为基本 目标和高级目标。 2 1 1 基本目标 基本目标要达到的要求有： 提供图形化的人机界面，图形界面系统应能正确反映一个地区所有电站 的地理位置、各电站装置的配置情况、各装置的运行状态、各类信息的 选择性、不同电网的通用性( 即可以由用户自行编辑、定义和设置) 等。 同时，应从图形界面方便的查询各个设备的保护配置情况、保护定值、 调试信息、故障统计信息等。 对继电保护的的基本功能，如定值管理、设备台帐管理、调试校验管理、 保护动作记录管理等能方便的添加、删除、更改、查询，同时要方便的 进行报表统计打印。 重庆大学工程硕士学位论文2 功能规划与结构设计 图纸资料管理目标，要求系统能提供图纸、规程、文件、说明书等的管 理功能。能通过该系统调用相关软件查看相关资料，并提供相应的上传， 修改、删除等管理功能 2 1 ，2 高级目标 高级目标要达到的要求为： 系统接口：要求能提供与调度系统的接口。在能通过接口取得数据的情 况下，动态显示系统主接线图并提供远程维护、远程整定的功能，同时 在通过取得远程数据的情况下进行保护告警、保护动作等的统计。 故障分析功能：在取得保护、开关动作信息以及故障录波数据等的条件 下，能进行故障分析，其中包括故障测距、录波数据分析等。 高级应用功能：能在图形界面下方便的进行短路，整定计算以及定值较 核。 2 1 ，3 功能模块 针对以上的基本目标和高级目标，将系统的功能模块进行如下划分： 图形操作模块：以变电站为单位，能方便快捷地以图元方式绘制系统主 接线图。其中包含以下图元：发电机、变压器、断路器、电抗器、电容 器、母线、线路、熔断器、p t 、闭雷器等等。要求主接线图能灵恬缩放， 能进行局部放大等操作，能根据主接线图进行显示、查询、更改等操作。 提供鼠标的双击，右击等快捷操作功能。应从图形界面方便的查询各个 设备的保护配置情况、保护定值、调试信息、故障统计信息等。 定值管理：管理与保护直接相关的定值，管理保护装置的类型( 微机型、 电磁型、晶体管等等) ，管理保护装置与一次设备的关联关系。考虑到 一套保护有多套定值( 备用定值) 的情况，还要管理保护定值是否为备 用。同时，由于保护设备型号的多样性，不同保护设备具有定值名称的 不同组合，要求定值的存储格式能满足不同保护设备型号的要求，因此， 用户必须能自己添加保护类型使之更具有灵活性及通用性。 设备台帐：设备台帐管理模块能进行灵活的更改、添加、删除、查询、 统计报表输出、打印等功能。因此其公用信息包括设备名称、设备型号、 生产厂家、生产日期和投运时间等。该台帐主要针对二次设备，而该系 统中的一次设备主要作为继电保护短路和整定计算的依据，针对一次设 备的台帐与该台帐相统一。应注意设备台帐数据存储结构的合理性，如 保护设备可能是微机装置，也可能是常规的继电器；与一次元件对应时， 可麓是单双母接线，也可麓是3 2 接线( 5 0 0 k v ) ，二者有所区别。 s 重庆大学工程硕士学位论文 2 功能规划与结构设计 调试校验：管理校验周期( 分部检和全检) 、最近一次部检全检时间、 定检负责人等。保存历史定检信息。自动生成下一次部检全检时间( 要 考虑一条回路两套保护中，一次只检验一套的情况) 。能灵活方便地查 询、统计全局或各站的定检的完成情况、每月的定检任务等。 动作记录：其要求与规范参照电力系统继电保护及安全自动装黄运行 评价规程，能分别以全局、变电站、电压等级、装置型号等，统计保 护的动作次数，正确动作率等；统计以月份、季度、年度为单位的动作 次数，正确动作率等；能单独统计重合闸、低周、安控、备投、母差、 失灵的动作次数，正确动作率等；能单独统计母线、线路、变压器、电 抗器、电容器、发电机的动作次数，正确动作率等。同时，在系统是动 态的情况下，提供保护动作前的系统主接线图以及保护的运行状态。 图纸资料模块：系统能提供图纸、规程、文件、说明书等的管理功能。 能通过该系统调用相关软件查看相应的资料，并提供与相应的一次设备、 保护装置等的关联信息，使用户各种情况下能方便了解相应设备的文档 信息。 接口模块：这是本软件系统实施的难点。包括实时数据库与历史数据库 的接口研究。通过与实时数据库的接口能快捷的取得与继电保护相关的 设备信息，使得故障测距、故障录波数据分析能实时进行，降低故障查 找时间等。通过与历史数据库的接口能方便的取得与继电保护相关的设 备信息，能方便的对各种设备的相关信息进行相应的统计( 1 1 1 2 1 3 ) 。 故障测距模块：目前微机保护或故障录波器采用的测距算法均基于单端 测距算法，该算法虽然可以消除过渡电阻和负荷电流对测距的影响，但 是求解故障距离必须用到对侧系统参数，当对侧系统阻抗变化时必将导 致测距不准，理论上无法对故障点的定位做到精确估算。而主站的故障 测距模块可以在接收到故障线路两端的变电站相应录波装置的记录数据 之后，采用双端测距，解决单端测距原理上存在的缺陷，使测距更精确”。 录波数据分析模块该模块具有综合计算分析功能，可根据录波数据对故 障时的模拟量等信息进行任意组合分析：对称分量分析可以得到正、负、 零序分量的大小和相位，并能逐点显示故障前后各分量电压、电流的变 化量；谐波分析包括基波和各高次谐波的电压、电流、有功功率和无功 功率的分析，可以分别显示各个波形，并计算各次谐波量的有效值、峰 值以及瞬时值等：阻抗分析能求出阻抗，并画出阻抗矢量图；频率分析 能显示和分析瞬时功率、平均功率、频率变化等波形【2 l j 。 9 重庆大学t 程硕士学位论文2 功能规划与结构设计 短路计算模块短路计算是继电保护整定计算和定值校核的基础。本模块 能实现系统各种简单故障、任意重复杂故障、各种特殊网络结构下的故 障、直流系统各种典型故障及任意规模电网的故障计算。 d 整定计算和定值校核模块整定计算模块能完成对电网、发电厂、变电站 所装设的继电保护设备的整定计算，定计算过程结束后，可根据计算结 果数据库扫描需要更改定值的保护装置，并自动生成定值通知单，定值 通知单可以以w o r d 文档或超文本格式输出。定值校核模块利用给定系统 的运行数据( 包括基本参数和状态参数) ，校核线路保护定值是否能满 足某些系统特定运行方式的需要，包括定值是否满足灵敏度和选择性的 要求。 故障综合统计及装置动作行为分析模块故障综合统计模块包括以下内容 对于关心区域内发生故障事件的次数，能够按时间，按局、站、厂进行 统计，并提供各种查询、检索功能。能方便地进行不同条件的查询，可 以地区名、厂站名、设备名称、线路编号和时间为关键字查询相关的故 障信息以及对应的录波信息，并输出查询结果的报表。以及实现查询后 的转存备份、统计分析、打印历史记录等工作。并可统计保护正确动作 率，可以用于上报和存档。装置动作行为分析模块综合所有的故障信息 评判保护动作、断路器工作及重合闸动作的正确性，真实记录保护装置 存在的问题，并给出相应的处理措施，为保护装置的管理( 如检修等) 提供参考依据。 2 2 结构设计 该系统是基于传统的客户机服务器( c li e n t s e r v e r ) 体系结构的应用系统。 最简单的c s 体系结构的数据库应用由两部分组成，即客户应用程序和数据库服 务器程序。二者可分别称为前台程序与后台程序。运行数据库服务器程序的机器， 称为应用服务器，一旦服务器程序被启动，就随时等待响应客户程序发来的请求； 客户程序运行在用户自己的电脑上，对应子服务器电脑，可称为客户电脑。当需 要对数据库中的数据进行任何操作时，客户程序就自动地寻找服务器程序，并向 其发出请求，服务器程序根据预定的规则作出应答，送回结果。 以目前的技术看，先建立c s 结构的局域网络应用，再向i n t e r n e t i n t r a n o t 模式下数据库应用过渡，是比较现实相对易于把握、成本较低的。即使是一次 到位的开发，对于类似的环境和小型的应用而言，要想实现不同的人员，从不同 的地点，以不同的接入方式( 比如l a n ，w a n 。i n t e r n e t i n t r a n e t 等) 访问和操 1 0 重庆大学工程硕士学位论文2 功能规划与结构设计 作共同的数据库并有效地保证和管理数据的安全性、访问权限、完整性，采用 c s 架构和支持c s 架构的数据平台，是必然选择。 目前，露络应用软件主要采用c 1 i e n t s e r v e r 工作方式或b r o w s e r s e r v e r 工作方式。c t i e n t s e r v e r 结构由3 个基本部分组成：客户机、服务器、连接客 户机和服务器的传输介质。在网络环境下，发出请求的计算机称为客户机，响应 请求的计算机称为服务器。客户机执行用户应用程序并发出数据请示，服务器则 负责响应客户端的请求信息并在本地数据库内进行处理和返回结果。判定一台计 算机是客户机还是服务器，取决于它在网络应用中所担当的角色。也就是说，一 台计算机在c l i e n t s e r v e r 结构中既可以是客户机也可以是服务器。 作为c s 体系结构的应用系统开发，其程序设计结构一般分为数据库设计和 客户机设计。数据库设计是系统开发的关键，在对系统的功能模块进行正确的规 划以后，就可以进行数据库的设计。通过对系统规模、数据库性能等进行综合考 虑后，对数据库的设计考虑如下1 7 限9 】： 2 2 1 背景设计 数据库平台和数据库管理系统：采用m i c r o s o f t 公司的w i n d o w s2 0 0 0 和s q l s e r v e r2 0 0 0 组合。 数据库设计说明书：说明编写这份数据库设计说明书的目的，指出预期的读 者。 本文件中各处引用到的文件资料，包括所要用到的软件开发标准。列出这些 文件的标题、文件编号、发表日期和出版单位，说明能够取得这些文件的来源。 2 2 2 外部设计 标识符和状态：详细说明用于唯一地标识该数据库的代码、名称或标识符， 附加的描述性信息亦要给出。如果该数据库属于尚在实验中、尚在测试中或是暂 时使用的，则要说明这一特点及其有效时间范围。 使用它的程序：列出将要使用或访问此数据库的所有应用程序，对于每一个 应用程序，给出它的名称和版本号。 约定：陈述一个程序员或一个系统分析员为了能使用此数据库而需要了解的 建立标号、标识的约定，例如用于标识数据库的不同版本的约定和用于标识库内 各个文卷、记录、数据项的命名约定等。 向准备从事此数据库的生成、从事此数据库的测试、维护人员提供专门的指 导，例如将被送入数据库的数据的格式和标准、送入数据库的操作规程和步骤， 用于产生、修改、更新或使用这些数据文卷的操作指导。如果这些指导的内容篇 幅很长，列出可参阅的文件资料的名称和章节。 重庆大学工程硕士学位论文2 功能规划与结构设计 支持软件：简单介绍同此数据库直接有关的支持软件，如数据库管理系统、 存储定位程序和用于装入、生成、修改、更新数据库的程序等。说明这些软件 的名称、舨本号和主要功能特性，如所用数据模型静类型、允许的数据容量等。 列出这些支持软件的技术文件的标题、编号及来源。 2 2 3 结构设计蹬j 概念结构设计：说明本数据库将反映的现实世界中的实体、属性和它们之间 的关系等的原始数据形式，包括各数据项、记录、系、文卷的标识符、定义、类 型、度量单位和值域，建立本数据库的每一幅用户视图。 逻辑结构设计：说明把上述原始数据进行分解、合并后重新组织起来的数据 库全局逻辑结构，包括所确定的关键字和属性、重新确定的记录结构和文卷结构、 所建立的各个文卷之间的相互关系，形成本数据库的数据库管理员视图。 物理结构设计：建立系统程序员视图，包括数据在内存中的安排，包括对索 引区、缓? 孛区的设计；所使用的外存设备及外存空间的组织，包括索 区、数搀 块的组织与划分；访问数据的方式方法。 2 2 4 运用设计 数据字典设计：对数据库设计中涉及到的各种项目，如数据项、记录、系、 文卷、模式、子模式等一般要建立起数据字典，以说明它们的标识符、同义名及 有关信息。在本节中要说明对此数据字典设计的基本考虑。 安全保密设计：说明在数据库的设计中，将如何通过区分不同的访问者、不 同的访问类型和不同的数据对象，进行分别对待而获得的数据库安全保密的设计 考虑。 数据库的设计主要考虑业务规则和数据结构的逻辑性、高效性。而作为系统 的主要人机接口一客户机端的软件系统必须更多的考虑用户操作的方便性。通过 对系统要求达到的目标以及功能模块的分析，再结合各种编程工具的特点。对客 户机软件系统的设计考虑如下： 软件系统人机接口采用w i n d o w s 环境下标准的界面，具有良好的兼蓉性及运 行可靠性，操作简单，用户能很快的熟悉，同时具有完备的使用说明及在线帮助。 从实现上划分，将客户机软件系统分为图形与接口系统，以及管理信息系统。 从软件开发工具的特点及其实用性，采用v i s u a lc + + 6 0 开发第一部分，而将 适合数据库开发的c 十十b u i l d e r 6 。0 开发信息管理部分。 网络环境下数据处理方式：开发网络应用软件的目的是在网络环境中对数据 进行处理。不论何种应用软件都离不开以数据库形式存在的数据源，离不开对数 程的增，删、改等操作。由于网络环境和单枧环境下，数据源的物理位置不同， 重庆大学_ 程硕七学位论文2 功能规划与结构设计 所以应用软件与数据源的连接方式也不一样。事实上，与数据源的连接方式是划 分单机应用软件或网络应用软件的关键。网络应用软件与单机应用软件的区别主 要在于与数据源的连接方式和对数据的操作方式不同。 与数据源的连接方式：在单机环境下，数据源位于本计算机的硬盘之中， 可以直接确定数据源的位置。即与数据源的连接采取绝对路径方式。在 网络环境下，数据源一般不在本机的硬盘上，通常位于c l l e n t s e r v e r 结构中的服务器上。因此，对于客户机来说，无法直接确定需要访问的 数据源的具体位置，只能先通过网络找到相应的服务器，再经由服务器 确定数据源的位置，与数据源的连接采取的是相对路径方式。 对数据的操作方式：工作环境和与数据源的连接方式的不同，相应地对 数据的处理方式也不尽相同。在单机环境下，通常采取直接方式对数据 源中的数据进行权限允许的各种操作。在网络环境下，通常通过间接方 式( 如o d b c ) 实现对数据的各种操作。 网络应用程序接口：在c 1 l e n t s e r v e r 模式下，各个数据库都有自己的应用 程序接口( a p i ) ，通过各自的a p i 与客户机进行通信，客户机应用必须具备存 取数据库的能力，它能够发出请求，请求信息传送到数据库支持的a p i 接口，并 通过a p i 进行数据存取。目前最普遍的c l i e n t s e r v e r 应用与s q ls e r v e r 之间 通信的a p i 是o d b c 。0 d b c 是一个针对普通关联数据库的c 语言接1 3 ，o d b c 通过 强制所有的客户机遵循统一的接口协议标准，从而为网络应用提供了最大限度的 互操作性。因此，应用开发者可以开发编译移植应用，而不必局限于某一特定的 数据库管理系统。 网络协议：网络协议是在网络上传输数据流必须遵循的规则，服务器与客户 机之间的信息传送就是通过网络协议完成的。在w i n d o w sn t 2 0 0 0 平台下，常用 的网络协议有n e t b e u i 和t c p i p 。 2 3 本章小结 本章首先分析了现有继电保护及故障信息管理系统的现状，提出了基于 s c a d a 系统的继电保护及故障信息管理系统。然后从继电保护及故障信息管理系 统的需求目标，功能模块以及结构分析等方面对系统的总体规划与设计进行了详 细阐述。该继电保护及故障信息管理系统的目标，一是满足目前日常管理的需要， 二是为未来的继电保护高级应用进行规划。在功能模块设计上。为满足该系统的 需求，对功能进行了详细的分类与阐述。对于整个继电保护及故障信息管理系统 的结构，分为数据库与客户机设计并对各自的特点与要求进行了阐述。本章着重 从整体的角度对系统进行阐述，以下各章将对该系统的关键技术进行论述。 重庆大学工程硕士学位论文3m i s 系统与s c a d a 系统接口研究 3 s 系统与s c a d a 系统接口研究 本章对继电保护及故障信息管理系统与s c a d a 系统的接口进行详细的阐述。 并对此提出了可行的解决方案。 3 1s c a d a 系统 ， 电力系统的复杂性和重要性使得其离不开监视和控制。传统的监控任务使用 模拟屏实现，模拟屏相当直观，建造也很简单，但是成本高，维护不便，功能有 限。随着计算机技术的发展，使用计算机来实现电力系统的监控，用计算机屏幕 显示系统的接线图、实时状况变得切实可行。s c a d a 系统就是在这种发展过程中 的一个产物。 s c a d a 为“s u p e r v jg o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ”的缩写，是“监 视控制和数据采集”的意思。s c a d a 系统一般用于工业过程控制，以完成远方现 场运行参数、开关状态的采集和监视、远方开关的操作、远方参数的条件等任务 并为采集到的数据提供共享的途径。 s c a d a 系统一般由中央监控系统、通信信道、现场执行设备等三部分组成。 电力系统的s c a d a 技术是从电网调度自动化发展而来的。2 0 世纪6 0 年代初，出 于经济考虑，些电力公司开始将计算机应用于电力系统的经济调度。随着对电 力系统安全性要求的提高，电力系统计算机的使用开始转移到以安全考虑为主， 从而导致了电网监控系统s c a d a 的出现。这是电网调度自动化发展的一个台阶。 利用s c a d a 系统，调度员可以掌握电网当前的运行工况以及发展趋势，给电 网的调度带来了极大的方便。此外，利用s c a d a 系统采集的实时信息，可以对电 力系统的扰动进行在线快速分析计算，从而预测事故跳阔的后果；可以开发在线 潮流计算、系统仿真、校正控制等高级功能软件。 s c a d & 系统是电力系统自动化的基础。作为电力自动化系统的一个底层模块， s c a d a 系统肩负作着以下几项任务： ( 1 ) 向电网的调度，管理人员提供电网的实时数据、信息，方便他们了解 电网的实时情况和负荷的变化趋势； ( 2 ) 为各种电力系统自动化高级功能软 牛提供准确、及时的信息，从而实 现对电网的优化控制、调度、故障预测和排除、提供电能质量、供电可靠性和安 全性： ( 3 ) 用远方遥控代替手工操作，提供工作效率，减轻运行、操作、维护人 员的劳动强度。 1 4 重庆大学【程硕士学位论文 3h a i s 系统与s c a d a 系统接口研究 从功能上看，电网的s c a d a 系统主要实现“四摇”功能，即：遥测，遥信、 遥控、遥调。此外，s c a d a 系统也同样要给监控、操作人员提供监视画面，要给 电力系统其他高级管理软件提供数据共享的接口。 除了上面提到的主要功能以外，s c a d a 系统还有许多其他功能，如数据维护 方面的功能，数据分析与计算方面的功能，数据利用与共享方面的功能等， 数据维护的主要目标就是对数据进行长期保存、备份、恢复等操作。为了实 现数据的维护，存入数据库中的任何数据记录都要给定时间标识( t i m et a g ) ， 从而可以对任何特定期限的数据进行维护操作。 数据分析于计算方面的功篚是建立于s c a d a 系统基础上的一些高级软件功 能，主要用于电力系统的故障分析等目的。 数据利用于共享主要指利用s c a d a 系统数据实现电网信息的报表、打印、统 计，以及将s c a d a 系统数据提供给更上级管理系统，共系统操作员、管理人员 以及高级应用软件使用。 s c a d a 系统一般都使用自定义的或商用的支持s q l 关系查询语言的数据库存 储各种操作、状态的历史记录；使用厂家自定义格式的文件存储图形。 随着电力系统自动化的发展，电网监控计算机不再以单台计算机孤立存在， 而往往是以一个监控自动化局域网的形式存在的。s c a d a 系统的数据、图形不仅 必须为局域网内部的各个监控工作站所共享，而且还必须为组成广域网的其他运 行自动化高级软件的工作站所共享。 目前国内外许多公司都开发了s c a d a 系统，使用的数据库和文件格式各不帽 同，也不对外公开。这就导致不同公司的自动化产品难以共享数据、不能集成 体。为了解决这类问题，出现了“接口”1 2 “i 。 3 2m i s 系统与s c a d a 系统硬件接口研究 m i s 系统和s c a d a 系统的结合赋于m i s 系统新的生命力，将其提升为一个在 线的系统，m i s 系统将成为一个数据的整合平台，不但可以向s c a d a 系统提供基 础的数据，同时也可实时地获取s c a d a 的信息。本文将探讨的就是m i s 系统和 s c a d a 系统的一体化问题。 m i s 系统和s c a d a 系统的一体化的实现最重要的一点是在于数据的共享，就 是要超越m t s 的数据格式和s c a d a 所采用平台的数据格式之间的不