（电力系统及其自动化专业论文）配电综合管理系统的研究与开发.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m m a s t e rc a n d i d a m ： t u t o r： c h a nm i n g j n i n g 坠n q 趔堑 w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m y , o u rc o u n t r yi sf a c i n ga ni n c r e a s i n gd e m a n df o rp o w e rl o a d w h i l el o wv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k sa r ei n c r e a s i n gi nt e r m so fl o a da n dd i s t a n c e i no r d e rt oi m p r o v e t h er e l i a b i l i t yo f p o w e rs u p p l y , a u t o m a t i o no f p o w e r s u p p l yb e c o m e s a ni m p o r t a n tm c h n o l o g y b a s e do nt h e p r o j e c tf o rh u z h o ud i s t r i b u t i o nn e t w o r k , t h ed e v e l o p m e n to fd i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ( d m s ) i s p e r f o r m e di nt h i sp a p e r t h ef u l lr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fc o m m u n i c a t i o ns t i p u l a t i o n s f r o n tc o m p u t e r s o f t w a r e a n dt h e o r e t i cl i n e - l o s sc a l c u l a t i o ni sp r o d u c e di nd e t a i la l s oi nt h i sp a p e r t h em a i nw o r k so ft h e t h e s i si sa sf o l l o w i n g ： 1 s u m m a r i z et h ec o n c e p to 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 , c u r r e n ts i t u a t i o no fd i s t r i b u t i u n a u t o m a t i o ni nf o r e i g nc o u n t r i e sa n di i n e - l o s sm a n a g e m e n t t h en e c e s s i t ya n ds i g n i f i c a n c eo f l i n e - l o s sm a n a g e m e n tr e s e a r c hi sp o i n t e do u t 2 a c c o r d i n gt ot h ea c t u a l i t yo fh u z h o ud i s t r i b u t i o nn e t w o r k , t h es c h e m e so fc o m m u n i c a t i o n n e t w o r k , c o m m u n i c a t i o nc h a n n e l s o f t w a r es t r u c t u r e , f u n c t i o nm o d u l e t o p o l o g ym o d e l i n gi s p u tf o r w a r d 1 1 l ed e s i g no f r e l e v a n ts o f t w a r em o d u l e si st h e nd e t e r m i n e da n de x p a t i a t e d 3 t h eu 4 fc o m m u n i c a t i o np r o t o c o li si n t r o d u c e di nd e t a i l , w h i c hi se d o p t e da st h e c o m m u n i c a t i o np r o t o c o li nt h i ss y s t e m 4 p r e s e n tt h ef u n c t i o nd e m a n 也m o d u l ed i v i s i o n , h i b e r a r e h y , m o d u l ei n t e r c o m m u n i o n , a n dd a t a s t r u c t u r eo f t h es o f t w a r ef u rt h ef r o n tc o m p u t e r , w h i c ha c t sas p e c i a lr o l ei nt h ew h o l es y s t e m t h r o u g ht h ef r o n tc o m p u t e r , i n f o r m a t i o ne x c h a n g eb e t w e e nr t ua n dw o r k s t a t i o n si sr e a l i z e d 1 1 1 e f r o n t c o m p u t e rs o f t w a r e a l s o p r o v i d e s a c o n v e n i e n t d e b u g t o o la n d i n t e r f a c e o f r t u 5 b a s e do nt h ea v a r a g e - a u r r a n tm e t h o d , l i n e - l o s sc a l c u l a t i o ni sp r o v i d e d c o n s i d e r i n gt h es v c e a u l p p e di nt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k , ap r a c t i c a lm e t h o db a s e do ni t e r a t i v ea l g o r i t h mi si c ，t i t f o r t h a n dc a l c u l a t i o np r e c i s i o ni si m p r o v e d f r o mt h ec a l c u l a t i o nr e s u i t s i m p r o v e m e n to f e l e c t r i c i t yq u a l i t ya n dr e d u c t i o no f l i n e - l o s si sa l s oo b v i o u sa f t e rt h es v ci sa d d e di nt h ep o w e r l i n e k e y w o r 出：d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ( d m s ) c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l l i n e - l o s sc a l c u l a t i o n 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它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已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：日期： 矽歹 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名潍垡师签名： 日 第一章绪论 1 1 配电自动化系统概述 1 1 1 配电自动化系统的概念【1 刀】 第一章绪论 配电自动化指：利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术与电力设备相结合，将配电 网在正常及事故情况下的监测、保护、控制、计量和供电部门的工作管理有机地融合在一起。进而 改进供电质量，与用户建立更密切更负责的关系，以合理的价格满足用户要求的多样性，力求供电 经济性最好，企业管理更为有效。 配电自动化是一个庞大复杂的、综合性很高的系统性工程，包含电力企业中与配电系统有关的 全部功能数据流和控制。从保证对用户的供电质量，提高服务水平，减少运行费用的观点来看，配 电自动化是一个统一的整体，包含以下4 个方面： 馈线自动化馈线自动化f a ( f e e d e r a u t o m a t i o n ) 完成馈电线路的监测、控制、故障诊断，故 障隔离和网络重构。其主要功能有；运行状态监测、远方控制和就地自主控制、故障区隔离、负荷 转移及恢复供电、无功补偿和调压等。 变电站自动化变电站自动化s a ：( s u b s t a t i o na u t o m a t i o n ) 指应用自动控制技术和信息处理 与传输技术，通过计算机硬软件系统或自动装置代替人工对变电站进行监控、测量和运行操作的一 种自动化系统。变电站自动化以信号数字化和计算机通信技术为标志，进入传统的变电站二次设备 领域，使变电站运行和监控发生了巨大的变化，取得显著的效益。 变电站自动化的基本功能有：数据采集、数据计算和处理、越限和状态监视、开关操作控制和 闭锁、与继电保护交换信息、自动控制的协调和配合、与变电站其他自动化装置交换信息和与调度 控制中心或集控中心通信等项功能。 变电站自动化技术是配电自动化的重点之一。 配电管理系统配电管理系统d m s ：( d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) 是指用现代计算机、信 息处理及通信等技术和相关设备对配电网的运行进行监视、管理和控制。它是配电自动化系统的神 经中枢，整个配电自动化系统的监视、控制和管理中心。主要功能有：数据采集和监控( s c a d a ) 、 配电网运行管理、用户管理和控制、自动绘图，设备管理地理信息系统( a m f m g i s ) 等。 需求侧管理。需求侧管理d s m ( d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ) 是通过一系列经济政策和技术措施， 由供需双方共同参与的供用电管理。包含负荷管理、用电管理及需方发电管理等。需求侧管理的几 个内容涉及电力供需双方，甚至与电力管理体制有关，必须通过立法和制订相应的规则，并最终由 电力市场来调节。可以看到，电力的供需双方不仅仅是一种电力买卖关系，也是以双方利益为纽带 的合作伙伴关系，在电力市场环境下，需求侧管理必将被重视。 上述4 个方面的内容可以相互独立运行，它们之间的联系十分密切，特别是信息的采集、传递、 存储、利用以及这些信息经过处理作出的决策和控制相互影响。因而，信息的管理十分重要。 1 1 2 国内外配电自动化的现状【1 j 国内外配电专家一般认为配电自动化的发展过程大致分为2 个阶段。 第一阶段是基于自动化开关设备相互配合的配电自动化阶段。其主要设备为重合器和分断器。 东南大学硕士学位论文 不需要建设通信网络和计算机系统，其主要功能是在故障时通过自动化开关设备的相互配合实现故 障隔离和健全区域恢复供电。这一阶段的配电自动化系统，以日本东芝公司的重合器与电压时间型 分断器配合模式，以及美国c o o p e r 公司的重合器与重合器配合模式为代表。这类系统对于提高供电 可靠性起到了较好的作用，但是它们仅在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用，因而不能优 化运行方式。此外，调整运行方式后，需要到现场修改定值恢复健全区域供电时，也只能按照事先 整定好的策略进行，而不能考虑是否会造成对侧电源过负荷等。 第二阶段是基于通信网络、馈线终端单元( f 1 u ) 和后台计算机网络的配电自动化系统。它在配 电网正常运行时，也能起到监视配电网运行状况和遥控改变运行方式的作用，故障时能够及时自动 隔离故障( 故障的切断一般是依靠变电站的继电保护或开关的过流脱扣机制) ，通过遥控将故障隔 离在最小区域并恢复受故障影响的健全区域供电。 从国外配电管理系统的发展历程来看，主要集中在配电自动化部分，大致经历了自动就地控制 ( 重合器加重合器或重合器加分断器方式) 、智能型自动就地控制( 分散式微机型自控设备) 以及 近远程可选控制方式加集中数据库和专家系统( 功能逐渐增加完善) 三个阶段，而完整d m s 的开发 在发达国家也是近几年的事。 国外的配电管理系统共同点就在于追求实用化和投资收益。国外许多地方的配电自动化系统使 用的是近乎简陋的设备配置和通信方式，比如韩国已实施的2 0 0 余套配电自动化系统全部基于 w h d o w sn t 技术和p c 机，没有采用u n i x 操作系统和工作站，也没有采用大型数据库，大部分配 电自动化系统甚至采用单机结构。但这些系统却具有非常丰富的实用功能，确实能够给电力公司带 来较好的效益。 1 1 3 配电自动化中常用英文缩写1 捌 随着我国城乡电网建设与改造工程的持续进行，电力配电自动化工程项目陆续启动，为了表述 方便。越来越多的配电自动化方面的英文缩写在各种场合中使用。据简单统计，仅电力配电自动化 这方面的英文缩写就多达1 0 0 多个。本论文中也有许多专用词汇取自于英文字头的缩写，为了让读 者更好理解，现就将部分常用专用名词简单地用中文解释如下： d m s ：( d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) 配电管理系统 d a ：( d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n ) 配电自动化 d s m ：( d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ) 需求侧管理 a m r ：( a u t o m 撕cm e s s a g er e c o r d i n g ) 自动抄表 c r m s ：( c o n t r o lr o o mm a n a g m e n ts y s t e m ) 控制室管理系统 c i s ：( c o n s u m e ri n f o r m a t i o ns y s t e m ) 用户信息系统 a f m g i s ：( a u t o m a t i c m a p p i n g f a c i l i t y m a n a g e m e n t 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 ) 自动绘图 设备管理地理信息系统 s c a d a ：( s y s t e mo f c o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ) 数据采集和监视控制 o m s ( o u t a g em a n a g e m e n ts y s t e m ) 停电管理系统。 w l v i s ：( w o r km a n a g e m e n ts y s t e m ) 工作管理系统。 g p s ：( g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ) 全球定位系统。 s a ：( s u b s t a t i o na u t o m a t i o n ) 变电站自动化 r t u ：( r e m o t et e r m i n a lu n i t ) 站内远方终端 f a ：( f e e d e r a u t o m a t i o n ) 馈线自动化 f 1 u ：( f e e d e rt e r m i n a lu n i t ) 馈线远方终端 m i s ：( 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 ) 管理信息系统 e m s ：( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) 能量管理系统 2 第一章绪论 1 2 配电自动化线损管理的概述【4 ，5 , 6 ，7 】 1 2 1 配电网中线损管理概念 通常我们所说的线损有两个方面的含义，一是指用电度表计量统计出的供电量与售电量( 即供 电部门总表与用户计费表总和) 之差得到的线损电量，也称为统计线损电量；二是指电能在输、变、 配过程中不可避免的线损电量。其中主要包括：与电流平方成正比的变压器绕组和输电线路导线中 的电能损耗；与运行电压有关的变压器铁芯、电容器、电缆的绝缘介质损耗等，也称为技术线损电 量，它可以通过理论计算得出，也可以通过技术措施予以降低。 统计线损与技术线损之差称为管理线损，它是由于管理工作上的原因造成的，主要包括各种各 样的电度表( 包括互感器) 误差，抄表不同时，漏抄，估抄及错抄错算造成的统计数值不准确，带 电设备绝缘不良引起的漏电；无表用电，窃电、表计损坏等造成的损失电量，它应该而且可以采取 必要的组织措施和管理措施予以避免和减少。 1 2 2 线损管理的重要性与必要性 线损率是供电企业的一项重要经济技术指标，而配网线损不管在损失电量的绝对数量上，还是 在电网的损失比例上，都占据了较大的份额。因此，配网的降损显得尤为重要。 随着电力体制改革的进行和城乡居民用电“同网同价”政策的实施，电力企业在生产经营上面临 新的挑战。在这种情况下，线损管理水平的高低，将直接影响和制约电力企业效益的增长。强化线 损管理，不断降低电能损耗，是供电企业今后一个时期生产经营管理的重点。如何根据各配电电网 的现状，提高供电的经济效益，加大用电管理力度，提高用电质量也成为了当前电力企业发展的迫 切任务之一。 1 3 研究配电自动化线损管理的目的和意义【4 ，6 】 1 3 1 研究线损管理的目的 完善统计线损的计算和分析功能，并将统计线损计算和分析，与理论线损的计算和分析有效地 结合起来。 1 3 2 研究线损管理的意义 随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，用电负荷的不断增大，低压配电网的供电负荷及 距离均呈增长趋势。国标g b 3 4 8 5 8 3 评价企业合理用电技术导则规定：电网的线损率一次变压 应低于3 5 。而据有关部门的调查分析估计，我国企业的低压配电线路线损率为3 1 0 ，加上 约l 的变损，则一次变压的线损率达4 1 l 。在一些农村电网和边远地区，由于线、变损的高 估分摊，不仅不能真实地反映线损的实际情况，而且造成供电部门和用户对线损的管理不够重视， 实际线损率甚至达1 0 2 0 。因此，加强线损管理是一项重要而紧迫的工作。 通过加强线损管理，可以强化技术降损，优化电网结构。电网结构对线损的形成有重要影响。 在电网的规划建设与改造过程中，要充分考虑对线损的影响一个结构布局合理的电网，对客户能够 提供合格的电能，对电力企业本身能够长期以低损、高效的供电方式，实现较高的经济效果。 3 东南大学硕士学位论文 通过加强线损管理，还可以引入管理降损，健全用电机制。线损管理措施有很多，概括起来可 分为理顺用电管理体制。建立健全组织管理体系，建立指标管理体系，开辟用电分析活动和营业检 查，加强计量管理，加强设备的支行维护管理等措施。 1 4 本论文的主要工作 本论文以浙江湖州配电管理系统的项目开发为工程背景，根据项目所提出的要求以及现有的技 术状况，对湖州配电管理系统进行了整体设计，并重点对线损算法和通讯规约进行了研究。论文进 行的主要工作如下： 对湖州配电管理系统的需求进行了详细的分析；充分结合湖州配网的实际情况，提出可行的组 网方案和软件设计方案；综合分析各种信道方式的利弊，提出本系统最佳的信道方案。最终构建了 湖州配电管理系统的总体设计方案。具体内容见第二章。 对湖州配电管理系统的软件进行了设计。根据湖州配电网络的结构，进行配网拓扑建模。将配 网管理软件划分为s c a d a 模块、自动抄表模块、线损管理模块、负荷管理模块，并逐一规划实现。 并对系统软件的各功能模块进行细化。具体内容见第三章。 详细重介绍了配电自动化通信规约u 4 f ，并将该规约成功应用于湖州配电管理系统的设计。具 体内容见第四章。 鉴于前置机在系统中的特殊角色，论文从功能需求、模块划分、层次结构、软件流程、模块调 用以及数据结构能方面，详细介绍了前置机软件的设计，从而实现了系统主站和r t u 间的信息交互， 也为r t u 的直接调试和维护提供了简捷的手段。具体内容见第五章。 从线损管理的基础理论入手，对理论线损的主要计算方法进行了概括介绍。选用了平均负荷电 流算法，对湖州配电管理系统的线损进行理论计算。针对增设静止无功补偿器( s v c ) 的线路，本 文引入了一种比较实用的迭代算法，充分计及s v c 对线路线损的影响，显著提高了线损的计算精度。 计算还表明，s v c 的装设显著提高了电能质量，改善了线损情况。具体内容见第六章。 文章最后对本系统设计的后续工作作了简要阐述。 4 第二章系统总体设计方案 第二章系统设计方案 本章旨在分析湖州电网的实际情况和需求，提出较为详细的系统设计方案，从而为项目的实施 提供目标和依据。本章提出的设计方案不仅要求具有一定的先进性，还必须切实可行，较好地适合 湖州电网，并能最终成功实施。 2 1 系统需求分析 随着国民经济的发展，人民生活水平的不断提高，与之适应的配电网络也越来越复杂。到1 _ 9 9 9 底，湖州市区1 0 k v 线路1 8 7 条2 4 3 6 1 3 k m ，1 0 k v 配变5 4 7 0 台7 3 4 4 9 0 k v a ，用户6 5 7 6 6 户， 报装容量8 0 3 5m v a ( m w ) ；其中城网1 0 k v 线路4 7 条2 1 7 6 2 k m ( 含电缆1 8 4 2 k m ) ，1 0 k v 配 变8 8 9 台2 3 2 4 2 0 k v a ( 含公用变2 3 1 台8 8 3 6 0 k v a ) ，开关站8 座，柱上开关5 7 台。为更好地适 应经济建设和生活需要，更好地管理好电网，必须采用现代化的手段来管理配电网。因此，实施配 电网管理系统势在必行。 2 1 1 系统的功能模块需求分析嘲 考虑到湖州电力局的实际情况，配网管理的自动化水平应逐步提高，分步实现。首先实施配变 综合管理系统，把配电变压器管理起来，进而实现与其它系统的集成。本系统实施的功能模块有： 配变s c a d a 系统：变压器运行监控、变压器异常情况监控、数据的分析，处理和存盘、r t u 的参数设置及状态显示；这样既能获得配电网的运行的基本信息，又为今后功能扩充提供较好的基 础。 自动抄表系统：主要是电量管理、转送数据、电表异常处理。 线损管理：主要是变压器线损管理、线路线损管理。 负荷管理：主要是负荷监控、负荷控制、负荷预测与管理。 图2 1 配电综合管理系统软件结构示意 在图2 1 可以看出。整个系统由三层组成。最里层为操作系统及系统软件。第二层为系统支撑 5 东南大学硕士学位论文 软件层，包括数据库系统，电力系统模型，及数据采集和传输。其中电力系统模型主要指电力系统 设备对象化及网络拓扑。数据库系统分运行库、基础库、标准库和历史库四部分。数据采集和传输 就是将各种数据从不同的终端根据各种通讯协议采集入本系统，但并不进行处理，再通过网络分发 给需要这些数据的系统。第三层为应用层，它将采集过来的数据经过各种处理，通过g u i 界面显示， 供电力系统管理和决策用。 这样便形成了一个相对独立完整的自动化系统。通过该系统，可获得各设备的运行状态，若对 之实施管理，从而大大降低劳动强度，实现电力局生产管理的信息化、网络化、自动化。 2 1 2 系统的设计原则 系统的设计必须符合配电系统现代化管理要求，系统应首先建立一个能为各种应用的实施和执 行提供功能强大环境的开放式的基础平台，通过在此平台上建立多个相对独立的应用子系统，从而 最终实现各种高级服务。为此，分布式、开放式、模块化、可扩充的架构方式是系统的基本特点， 安全性、可靠性是系统的基本要求。基础平台除提供基本的硬件技术和操作系统内核外，还提供诸 如数据库系统、信息传递、人机界面、实时环境应用程序等基础服务。基于基础平台之上的各应用 子系统包括：配变管理、线损管理、自动抄表、与其他系统的接口等。这些子系统之间在开放系统 结构( o s a ) 基础上实现有机的横向和纵向的集成，形成一个完整的配电综合管理信息系统，并为 以后并入d m s 系统作好良好的底层与接口准备。 因此，湖州配电自动化系统有以下几个设计原则： 1 ) 可用性 本系统管理的数据是电力局的基础配电设施及其以下的各种电能计量设施，广泛涉及电力局多 个部门的多种业务和生产。因此必须针对电力局当前的现状，规范数据的管理，保证数据的一致性、 准确性和实时性。系统必须做到可用、实用，够用。 2 ) 先进性 在系统建设过程中所采用的必须是在国内外处于领先水平，并且也是目前国际上所广泛使用的 各种技术，把各种技术融合在整个系统中。 3 ) 可靠性 系统在发生故障或输入数据不合理等情况下有较高的抗干扰能力和控制事故的能力，以免系统 发生停顿或遭到破坏而影响工作。 4 ) 安全性 本系统中所处理的数据有许多数据比较重要，而且对于不同的部门管理不同的数据，各种数据 不能随意存取和改动，因此必须对系统数据的存取和改动进行严格控制，对系统数据进行有效的保 护，以避免对数据的非法操作。 5 ) 可操作性 本系统的操作人员是电力局的管理人员而非计算机专业人员，为使系统有效的发挥作用，要求 系统容易理解，人机界面简明清晰直观，功能实用，操作简单方便。 6 ) 可扩充性 随着系统使用程度的日益加深，其应用面及与外系统的接口必然会越来越广，因此系统必须具 有良好的可扩充性，为今后系统的升级和其他系统的互连提供良好的接口。 2 2 组网方案 按照湖州电力局提出的功能要求，结合湖州电力局关于计算机网络信息子网建设的若干暂行 规定的具体内容，以及湖州电网内的现有资源，建设一个稳定、可靠、性能价格比合理的配电综 6 第二章系统总体设计方案 合管理系统计算机网络，是本项目组网设计的基本原则。 经综合考虑，项目采用如下方案： 系统网络由一个中央站子网和若干个分站子网的结构方式，如图2 2 所示。 图2 2 “中央站+ 分站”的网络结构示意 中央站由两台服务器( 其中一台作为后备服务器) 、工作站组成。 每个分站子网拥有独立的服务器、工作站( 操作台) 、前置机( 通过无线网络与下属的各r t l i 连接) 。 分站子网按供电所为单位，划分为双林变电所、菱湖变电所、南浔变电所、织里变电所、环城 变电所5 个子网。 各个子网与湖州局主网之间的连接根据湖州局的具体现状确定。 不属于这五个分站子网中的工作站归其所在地子网维护，如果所在地没有子网，将通过远程 m o d e m 拨号连入。 各子网均为以太网，每个子网使用一个网段。 各子网的通讯协议为t c p i p ，具备局域网用户和远程网用户用浏览器查询数据的功能。 各子网的i p 地址由湖州局统一划分。 7 东南大学硕士学位论文 电台 图2 3 湖州配电系统组网示意 2 3 信道方案【8 9 1 0 , 1 1 , 1 2 , 1 3 , 1 4 1 5 】 2 3 i 现有通信方式 电网主要有以下几种通信方式：光纤、载波、专线、无线扩频。这几种通信方式各有特点，各 有优劣。 1 ) 光纤 组网结构简单，容量大，可靠性强。数据传输率高。组网可使用多模光纤，单模光纤，组成单 环网或双环自愈网。 光纤以太网方式是在借鉴了以太网络的通信模式的基础上。结合刖的现状与未来发展趋势所 提出的站端通讯方式。以太网技术的使用，使配电自动化系统在许多方面发生质的变化。其通讯速 度可达l o l o o m b p s ，可实现自愈功能，信息路由简单易行，并为快速故障诊断、隔离提供了自主 通信基础，从而使性能指标得到全面提高。 2 ) 专线 这种方式用专用的铠装音频电缆可以实现不低于1 2 0 0 b 1 和不低于1 0 公里的通信。 3 ) 扩频载波 这种通信方式将有用信号从较强的电力线背景噪声中提取出来，具有较强的抗干扰能力、抗多 径能力，组网方便灵活。 采用扩频技术研制的配网通信设备，其特点是能在很强的背景噪声中将有信号提取出来，能在 传统载波机无法开通的线路上稳定的工作，具有长距离中继等功能。能广泛的应用于配网通信中， 8 第二章系统总体设计方案 特别是用于路线长、面积广的农网配电自动化系统及无法铺设通信线路的特殊场合。 4 ) 无线 包括高速数传电台和无线扩频方式。这两种方式均以自由空间为传输介质，工作稳定，传输率 高，日常维护量少，同时节省架设通道费用。特别是在偏远山区或地理环境较复杂、难以架设通道 的地段，更展示了无线方式的独到之处。这两种方式均可组成点对点及点对多点的系统，无线扩频 除了传输数据也能传递语音和数据。 2 3 2 湖州配电t j 动化系统的通道设计 根据湖州局提出的功能要求，以及现有的通讯资源状况，如何建设一个稳定、可靠、性能价格 比合理的配变综合管理系统通讯网，是通道设计的核心。 通讯系统的建设是本系统的关键之一。配电网的通讯与输电网通讯大不相同。在输电网中由于 终端节点数量有限，加以通道距离较长，而对通信速率和可靠性的要求均较高。因此无论是微波还 是电力线路载波通信，都是使用专用通道点对点或共线通信，很少使用广播通信方式。而配电网中 则由于终端节点数量极大，寻址达万级。但通道距离相对较短，速率要求相对较低。因此，沿空间 广播的无线电通信方式得到了广泛采用。 为了以较经济的方式全面满足本系统的要求，根据配电网的具体情况，在不同层次上采用不同 的通信方式，从而构成混合通信系统。混合通信系统的优点在于能够为每一条信道提供最合适的通 信方式。 在本系统中将采用的通信方式有传统无线通信系统、光纤通信、租用电话线三种方式。 1 ) v h f 的无线电传输 v h f 的无线电传输是目前使用比较广泛的一种通信方式，它使用需要得到许可的频率在假定传 送器可以覆盖整个供电区域的情况下提供良好的灵活性。但是它具有两个最致命的缺点：频率资源 匮乏、受天气影响严重。因此它只能用于相对较小的供电区域而且实时性能要求不是很高的系统。 对于本系统与终端连接方式来说是利用这一通讯方式的最好应用。 2 ) 光纤通信 光纤通信是7 0 年代发展起来的新的通信方式，采用光纤进行数据通信的主要优点是通信容量 大，衰减小，不怕雷击，不受外界电磁场干扰，抗腐蚀，保密性好，铺设方便。在光纤铺设好以后， 五个分站与中央站之间的通讯方式将采用光纤通信。 3 ) 电话线路 由于配电网中实时性要求并不是很高，因此电话线路的使用在技术上来说适合与配电管理系统 的需要。但是虽然它初期的投资不是太大，可它租用电话线路的运行费用相对较高。在湖州局光纤 系统未上以前，先用这种通信方式来暂时代替。 2 4 操作系统和数据库选择 2 4 1 操作系统 目前国际流行的操作系统有u n i x 系列的操作系统、w i n d o w s 系列的操作系统和n o v e l l 系列的操作系统。考虑到软件的易操作性、易维护性，本系统决定选取w i n d o w s 系列操作系统。 服务器选用w i n d o w sn ts e r v e r 操作系统，而工作站采用w i n d o w s 2 0 0 0 、w i n d o w sn t w o r k s l 肖n o n 操作系统。 9 东南大学硕士学位论文 2 4 2 数据库【1 6 1 _ 7 】 大型数据库管理系统主要有：o r a c l e 、s y b a s e 、s q ls e r v e r 及d b 2 。这五种常用数据库 管理系统各有优劣。 1 ) m i e r m o f ts q ls e r v e r m i c r o s o rs q ls e r v e r 是m i c r o s o r 公司开发的面向分布式客户机朋务器计算的关系数据库管 理系统，它是为了支持大规模分布式计算环境而设计的。 m i c r o s o f ts q ls e r v e r 是一个多用户关系数据库管理系统，它为复杂环境下有效地实现重要的 商业应用提供了一个强有力的客户机服务器平台。它把m i c r o s o f t w i n d o w s n t 操作系统的能力、可 扩展性及易管理性与可靠性、高级的高端性能、客户杌月务器数据库管理结合在一起。 2 ) o r a c l e 是o r a c l e 公司开发的面向网络计算的大型关系数据库系统，它支持对象关系模型。是目前应 用最广泛的数据库系统。o r a c l e 几乎能在所有平台上很好的运行。 o r a c l e 支持协同开发技术，能使用户具有对应用程序或查询工具的控制能力，并且支持“输 入保存输出”的方法，并提供了灵活的工具，供用户对数据进行采集、编辑、修改、输入、 安全保存和查询、输出、生成报表等。 3 ) s y b a s es q ls e r v e r 是s y b a s e 公司开发的面向客户，服务计算的大型关系数据库系统，在对基于i n t e l 芯片和 w i n n t 的关系型数据库的性价比测试中，取得了最好的分数。 4 ) d b 2u n i v e r s a ld a t a b a s e 是m m 公司开发的大型关系数据库系统，它为多种系统配置提供了可靠、一致的性能。开发人 员可通过m m 分布式数据连接服务( d d c s ) ，使本地d b 2 应用程序能够透明地访问运行分布式关 系型数据库体系( d r d a ) 的企业服务器。 d b 2 还支持改进的面向对象编程，开发人员可以根据特殊需要建立自定义的类和函数。而且用 户可以象对待普通数据一样操作容量达2 g b 的大型对象。它在各种平台上都进行了优化设计。 根据本系统特点和自身开发力量，以及从数据库管理系统本身的维护考虑，远程数据库采用 o r a c l e 8 。而本地数据库使用i n t e r b a s e5 。 1 0 第二章系统总体设计方案 图形定 2 5 系统软件设计方案 图2 5 数据库方案示意 根据需求，整个系统软件构成方案如图2 4 所示。 东南大学硕士学位论文 i 墨| 2 4 软件构成不意 整个系统的设计可进一步划分为前置机处理、数据处理、操作界面、图形编辑、图表定义、数 据库操作、串1 2 1 通信、网络通信、r t u 通讯规约解释、用户管理和登录、系统生成、与外系统接口 等模块。 2 5 1 前置处理模块 本模块由数据预处理、人机界面这两个基本模块组成。在没有接任何主站的情况下，可以利用 前置处理系统来调试r t u 。此模块2 4 小时实时运行。 1 ) 数据预处理模块 用于接收经规约解释后的r t u 上送数据，进行数据处理并发送给数据处理中的一次处理模块。 并接收一次处理模块和调试窗口中的命令，经处理后发送给r t u 规约解释模块。 2 ) 人机界面模块 人机界面模块主要用于显示原始数据、r t u 的参数设置及调试r t u 。 图2 6 前置机人机界面 第二章系统总体设计方案 2 5 2 数据处理模块 数据处理模块由数据一次处理模块、异常处理模块两个基本模块组成，用于对前置系统数据的 再处理。本模块2 4 小时实时运行。 1 ) 数据一次处理模块 将数据从r t u 号和测点序号转化为内部编码，以及从内部编码转化为r t u 号和测点序号。对 不同的数据进行不同的处理、显示和存储过程，并触发异常处理模块。对各种界面的命令进行解释， 分类发往前置处理中的数据预处理。 2 ) 异常处理模块 由数据一次处理模块触发，将一些不正常的数据产生告警发送给操作界面并存储下来。 2 5 3 操作界面模块 操作界面是系统与操作员的接口，它集成了与操作员正常运行监视及操作控制有关的所有功能。 操作界面模块按功能划分如下： 1 ) 图形( 即画面) 调用与显示 显示实时画面，即不间断地提取数据库中的值并刷新画面。 2 ) 各种参数设置和数据操作 实现相关参数的设置，并对各种数据进行实时操作处理。 3 ) 告警显示 显示异常处理模块产生的数据。 4 ) 数据查询与显示 提取数据库中的值，然后根据图表定义中的显示方式进行显示。 图2 7 系统操作总界面 1 3 东南大学硕士学位论文 2 5 4 图形编辑模块 本模块用于编辑和产生图形，调用与显示模块所需的信息。 2 5 5 图表定义模块 图2 8 图形编辑界面 本模块用于编辑和产生图表，显示模块所需的信息。 2 5 6 数据库操作模块 本模块负责对各需要对数据库操作的模块，提供数据库操作的支持。 2 5 7 串口通信模块 本模块负责给r t u 串口通讯模块，提供通讯协议的解释支持。 2 5 8 网络通信模块 本模块负责对各需要使用网络通讯的模块，提供网络通讯的支持。 1 4 第二章系统总体设计方案 2 5 9 r t u 通讯规约解释模块 本模块负责前置处理系统对r t u 规约的解释，详见第四章。 2 5 1 0 用户信息管理和登录模块 查。 本模块由用户信息管理和用户登录两个模块组成，用于设置用户及其权限、用户的合法性检 用户信息管理模块用于产生、修改、删除用户及用户权限的设置。 图2 9 用户信息管理界面 用户登录模块用于用户权限的检查。 东南大学硕士学位论文 2 5 1 1 系统生成模块 图2 9 系统设备生成界面 本模块主要负责数据库系统的建立、修改和删除。 1 6 第二章系统总体设计方案 2 5 1 2 与外系统接口模块 本模块主要负责外系统与本系统数据库之间的信息共享。 2 6 小结 本章通过分析湖州电网的需求以及项目实施前的实际情况，确定了以可用性、先进性、可靠 性、安全性、可操作性、可扩充性为系统设计的基本原则，并将系统划分为配变s c a d a 、自动 抄表、线损管理、负荷管理等四个子系统。通过比较和分析，选择了适合的软件操作系统和数据 库种类，并提出了相应的组网方案、信道方案、系统软件设计方案，从而为系统设计奠定了理论 基础和设计目标。 1 7 东南大学硕士学位论文 第三章系统软件设计 本章将对配电综合管理系统涉及到的数据进行分类，对各子系统间及外部系统的相互数据关联 进行分析。针对湖州配电网络的特点，逐层对象化描述，从而建立适合配电管理的电力系统模型。 根据第二章提出的设计方案，对配电s c a d a 、自动抄表、负荷管理、线损管理各子系统的设计进一 步加以细化。 3 1 配电综合管理系统的数据描述 、结合计算机系统数据处理的不同方式，把本系统涉及的数据分为三类。 1 ) 基本数据 用于描述本系统应用领域一电力系统所涉及的对象( 主要指设备) 的数据和相应的某些操作 的描述。 2 ) 管理数据 本系统作为计算机系统，具有计算机系统的一般管理特征，如权限管理和系统日志。管理数据 指这些管理所涉及的数据。 3 ) 统计数据 主要指本系统所涉及的报表和图表，一般只在界面显示，不存入数据库。 3 2 配电综合管理系统的关联性 本系统首先是一个基础平台，提供给其它子系统设备的运行数据；其次提供必要的配变管理的 高层应用，所以需要从其它子系统取得一些设备的基本信息，包括： 从营业管理系统取得用户信息，并把用户电量提供给营业管理系统。 从d g l s 系统取得设备的基本信息和标准信息。因为暂时考虑不上g i s ，所以设备的基本信息 和标准信息由d t m s 系统提供。同时在中心数据库留下一个共享用户，作为d g i s 的数据接口，以 便为今后并入d m s 作准备。 从s c a d a 系统取得l o k v 馈线的关口电量、电流。 1 8 第三章系统软件设计 ，、s c a d a 系统 器 r 匦稿3 詹 k丞 关口电量l 弹 电流l 苗署r 图3 1 系统关联示意 3 3 电力系统模型设计 1 8 , 1 9 , 2 0 电力系统模型的概念，其实就是配电网的面向对象定义。配电网的面向对象的合理定义，将会 使电力系统的各个设备通过编码能够互相关联起来。 3 3 1 配电网络的层次结构 目前国内配电网大多数呈放射状，少数呈环状。这一环节量大面广，直接覆盖广大城镇和农村 地区。就配电网本身而言，其层次结构可以用图3 2 表示。 1 9 东南大学硕士学位论文 图3 2 配电网络层次结构图 从图3 1 可以看出，变电站是配电网的顶端，可以看成是供电的电源，变电站的一路出线称为 馈线，馈线由连接用户的线路组成，所有的电力设备都安装于线路端头上，所有馈线的集合就构成