（电力系统及其自动化专业论文）一种新型配电所自动化监控系统的研究.pdf

西南交通大学研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 配电所自动化的概述及发展 配电所自动化系统是将电力系统中l o k k v 3 8 0 v 终端用户配电所的二 次设备经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技 术、通信技术和信号处理技术，实现对配电所内的主要设备和输、配电线 路的自动监视、测量、控制和微机保护，以及与远方通信等综合性的自动 化功能的系统i l l 。 配电所自动化系统的功能主要包括：信息采集功能：继电保护功能： 设备控制和闭锁功能；自动装置功能；报警功能；设备监视功能：人机接 口功能；远程通信功能；其他功能。配电所自动化系统一般有以下特点： 功能综合化；系统结构微机化；测量显示数字化：操作监视屏幕化：运行 管理智能化1 2 - 4 1 。 与传统的配电所相比，配电所自动化系统具有的优越性有：提高供 电质量，提高电压合格率；提高配电所的安全、可靠性水平；提高电力系 统的运行管理水平；缩小配电所占地面积，降低总投资；减少维护工作量， 减少值班员劳动实现减人增效，也为实现无人值守提供了条件。 我国在配电所自动化系统领域的研究已有多年，产品类型也比较丰 富。各种类型产品的实现方式和结构不尽相同，也有各自的特点和适用领 域l l 】。国内现有的配电所自动化系统结构主要有三种： ( 1 ) 集中式的结构形式 系统中采用一台或若干台计算机，扩展其外围接口电路，集中采集配 电所的模拟量、开关量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、 微机保护和自动控制等功能。 它们出现在配电所自动化系统问世的初期，安装在配电所的主控制室 内a 主要优点是：结构紧凑、体积小，可减少占地面积；造价低，尤其是 对3 s k y 或规模较小的配电所更有利；实用性好：符合国情。缺点主要是： 功能较集中，出故障影响面大；组态不灵活，不利于推广；程序设计复杂， 修改调试麻烦，系统维护不方便。 西南交通大学研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 配电所自动化的概述及发展 配电所自动化系统是将电力系统中l o k k v 3 8 0 v 终端用户配电所的二 次设备经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技 术、通信技术和信号处理技术，实现对配电所内的主要设备和输、配电线 路的自动监视、测量、控制和微机保护，以及与远方通信等综合性的自动 化功能的系统i l l 。 配电所自动化系统的功能主要包括：信息采集功能：继电保护功能： 设备控制和闭锁功能；自动装置功能；报警功能；设备监视功能：人机接 口功能；远程通信功能；其他功能。配电所自动化系统一般有以下特点： 功能综合化；系统结构微机化；测量显示数字化：操作监视屏幕化：运行 管理智能化1 2 - 4 1 。 与传统的配电所相比，配电所自动化系统具有的优越性有：提高供 电质量，提高电压合格率；提高配电所的安全、可靠性水平；提高电力系 统的运行管理水平；缩小配电所占地面积，降低总投资；减少维护工作量， 减少值班员劳动实现减人增效，也为实现无人值守提供了条件。 我国在配电所自动化系统领域的研究已有多年，产品类型也比较丰 富。各种类型产品的实现方式和结构不尽相同，也有各自的特点和适用领 域l l 】。国内现有的配电所自动化系统结构主要有三种： ( 1 ) 集中式的结构形式 系统中采用一台或若干台计算机，扩展其外围接口电路，集中采集配 电所的模拟量、开关量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、 微机保护和自动控制等功能。 它们出现在配电所自动化系统问世的初期，安装在配电所的主控制室 内a 主要优点是：结构紧凑、体积小，可减少占地面积；造价低，尤其是 对3 s k y 或规模较小的配电所更有利；实用性好：符合国情。缺点主要是： 功能较集中，出故障影响面大；组态不灵活，不利于推广；程序设计复杂， 修改调试麻烦，系统维护不方便。 西南交通大学研究生学位论文第2 页 ( 2 ) 分布集中式的结构形式 实质是分层分布式的多c p u 的体系结构。整个配电所的一、二次设备 分为3 层：设备层、单元层和配电所层。设备层指所内变压器、断路器、 隔离开关、流互、压互等一次设备。单元层是由分别具有测量、控制或保 护等部件的各种不同的单元装置组成，这些独立的单元装置直接通过局域 网络或串行总线与配电所层联系。配电所层包括全所性的监控主机、远动 通信机以及对应于各单元的保护、数采和出口等功能的组屏柜。设现场总 线或局域网络，供主机之间或监控主机和单元层之问交换信息。 优点主要有：分层分布式配置，模块化结构，可靠性高；继电保护相 对独立；可集中组屏，室内环境好，管理维护方便。缺点主要是：组屏安 装时需要的屏柜和信号电缆相对较多，增加了投资。比较适用于一次设备 比较集中、分布面不广的中、低压配电所，尤其适合于老配电所改造。 ( 3 ) 分层分散式的结构形式 按每个配电所电力设备为对象，集测量、保护、控制功能为一体，设 计在同一个装置机箱中。将各装置机箱分散安装在各个开关柜中，然后由 监控主机通过光纤或电缆网络对它们进行管理和交换信息。 这是当前配电所自动化系统的主要结构形式。具有就地安装、节约控 制电缆、大大缩小了控制室面积和可靠性高、组态灵活、检修方便等优点， 尤其适用于电压等级较高、一次设备分布面广的变配电站所中。 3 5 k v 及以下电压等级的配电所，其一次设备安装在同一地点或分布 面不广的范围内，有些甚至是组合式设备。综合考虑上述几种配电所自动 化系统的结构形式各自的特点，利用一些新的技术，本文提出了一种性价 比较高、适用于电压等级较低、面向无人值守管理模式配电所应用的新型 配电所自动化系统结构形式。 1 2 配电所自动化监控技术现状 国内现有的配电所自动化监控系统结构主要有三种： ( 1 ) 基于主机结构的配电所监控系统 最早的监控系统是基于主机结构的集中式监控系统，这种结构的监 控系统各部分的联系过于紧密，这使系统的更新、扩展变得非常困难。还 有另一个比较突出的问题是软件的重复开发，软件不能重用，资源不能共 西南交通大学研究生学位论文第2 页 ( 2 ) 分布集中式的结构形式 实质是分层分布式的多c p u 的体系结构。整个配电所的一、二次设备 分为3 层：设备层、单元层和配电所层。设备层指所内变压器、断路器、 隔离开关、流互、压互等一次设备。单元层是由分别具有测量、控制或保 护等部件的各种不同的单元装置组成，这些独立的单元装置直接通过局域 网络或串行总线与配电所层联系。配电所层包括全所性的监控主机、远动 通信机以及对应于各单元的保护、数采和出口等功能的组屏柜。设现场总 线或局域网络，供主机之间或监控主机和单元层之问交换信息。 优点主要有：分层分布式配置，模块化结构，可靠性高；继电保护相 对独立；可集中组屏，室内环境好，管理维护方便。缺点主要是：组屏安 装时需要的屏柜和信号电缆相对较多，增加了投资。比较适用于一次设备 比较集中、分布面不广的中、低压配电所，尤其适合于老配电所改造。 ( 3 ) 分层分散式的结构形式 按每个配电所电力设备为对象，集测量、保护、控制功能为一体，设 计在同一个装置机箱中。将各装置机箱分散安装在各个开关柜中，然后由 监控主机通过光纤或电缆网络对它们进行管理和交换信息。 这是当前配电所自动化系统的主要结构形式。具有就地安装、节约控 制电缆、大大缩小了控制室面积和可靠性高、组态灵活、检修方便等优点， 尤其适用于电压等级较高、一次设备分布面广的变配电站所中。 3 5 k v 及以下电压等级的配电所，其一次设备安装在同一地点或分布 面不广的范围内，有些甚至是组合式设备。综合考虑上述几种配电所自动 化系统的结构形式各自的特点，利用一些新的技术，本文提出了一种性价 比较高、适用于电压等级较低、面向无人值守管理模式配电所应用的新型 配电所自动化系统结构形式。 1 2 配电所自动化监控技术现状 国内现有的配电所自动化监控系统结构主要有三种： ( 1 ) 基于主机结构的配电所监控系统 最早的监控系统是基于主机结构的集中式监控系统，这种结构的监 控系统各部分的联系过于紧密，这使系统的更新、扩展变得非常困难。还 有另一个比较突出的问题是软件的重复开发，软件不能重用，资源不能共 西南交通大学研究生学位论文 第3 页 享，造成大量人力和物力的浪费。早期监控系统的开发中，开发语言依赖 于硬件，为一种硬件所开发的软件不能在其他硬件平台上运行。随着软件 技术的发展，监控系统的开发也进入了高级语言阶段，库函数的采用，实 现了一定程度上软件资源共享，但语言与语言之间的共享问题还是难以实 现，厂商之间的相同设备使用的库函数也有很大的差异。软件之间的耦合 程度高，造成系统难于扩展。而且若主机崩溃，则会导致整个系统的瘫痪， 可靠性不高。 ( 2 ) 基于客户服务器结构的配电所监控系统 现有的配电所监控系统一般采用于客户服务器模式，主要特征是局 域网范围内的信息计算机化管理，信息系统由系统管理员进行维护和管 理，网络内的各计算机通过客户端用户程序界面实现对数据的查询和修 改。基于客户服务器结构的监控系统，实现了人机接口、通信、数据处 理等功能在网络上的应用。 ( 3 ) 开放分布式远程配电所监控系统 开放分布式远程配电所监控系统能充分利用信息基础设施如i n t e m e t 实现与信息系统的融合与集成，提高系统的开放性。从监控系统使用者角 度来看，要求监控系统提供更友好的人机接口，使用多媒体化人机接口技 术，提高系统的可操作性。w e b 具有很好的集成性能和跨平台特性。因此， 根据配电所自动化与信息网络集成技术要求，w e b 技术是目前最好的一种 远程监控系统构造方案，将客户端用户程序界面在浏览器中实现，就可实 现完全的免维护客户端，并将监控和维护工作范围延伸到i n t e m e t 上，提 高工作的灵活性和效率。 1 3 课题的意义及内容 ( 1 ) 意义 1 0 k v 终端用户变配电所一般分布在工矿企事业、商业、生活区等负 荷相对集中的地方，具有负荷回路多、性质复杂、故障率高等特点，是电 力系统中实现综合自动化难度较大、同时也是我国目前进行综合自动化方 面研究的薄弱领域。进行该类配电所综合自动化的研究，对配电所本身乃 至整个电力系统实现综合优化控制与管理，提高运行的安全性、可靠性及 经济效益等方面都有重要的现实意义 4 - 6 1 。 西南交通大学研究生学位论文 第3 页 享，造成大量人力和物力的浪费。早期监控系统的开发中，开发语言依赖 于硬件，为一种硬件所开发的软件不能在其他硬件平台上运行。随着软件 技术的发展，监控系统的开发也进入了高级语言阶段，库函数的采用，实 现了一定程度上软件资源共享，但语言与语言之间的共享问题还是难以实 现，厂商之间的相同设备使用的库函数也有很大的差异。软件之间的耦合 程度高，造成系统难于扩展。而且若主机崩溃，则会导致整个系统的瘫痪， 可靠性不高。 ( 2 ) 基于客户服务器结构的配电所监控系统 现有的配电所监控系统一般采用于客户服务器模式，主要特征是局 域网范围内的信息计算机化管理，信息系统由系统管理员进行维护和管 理，网络内的各计算机通过客户端用户程序界面实现对数据的查询和修 改。基于客户服务器结构的监控系统，实现了人机接口、通信、数据处 理等功能在网络上的应用。 ( 3 ) 开放分布式远程配电所监控系统 开放分布式远程配电所监控系统能充分利用信息基础设施如i n t e m e t 实现与信息系统的融合与集成，提高系统的开放性。从监控系统使用者角 度来看，要求监控系统提供更友好的人机接口，使用多媒体化人机接口技 术，提高系统的可操作性。w e b 具有很好的集成性能和跨平台特性。因此， 根据配电所自动化与信息网络集成技术要求，w e b 技术是目前最好的一种 远程监控系统构造方案，将客户端用户程序界面在浏览器中实现，就可实 现完全的免维护客户端，并将监控和维护工作范围延伸到i n t e m e t 上，提 高工作的灵活性和效率。 1 3 课题的意义及内容 ( 1 ) 意义 1 0 k v 终端用户变配电所一般分布在工矿企事业、商业、生活区等负 荷相对集中的地方，具有负荷回路多、性质复杂、故障率高等特点，是电 力系统中实现综合自动化难度较大、同时也是我国目前进行综合自动化方 面研究的薄弱领域。进行该类配电所综合自动化的研究，对配电所本身乃 至整个电力系统实现综合优化控制与管理，提高运行的安全性、可靠性及 经济效益等方面都有重要的现实意义 4 - 6 1 。 西南交通大学研究生学位论文第4 页 在过去的十多年中，配电网自动化主要着眼于1 1 0 k v 和3 5 k v 电压等 级。1 0 k v 配电所多处于送电终端，事故影响面较小，配电所自动化发展 相对缓慢。个别配电所甚至是“盲目”的无人值班。在因各种原因造成配 电负荷开关跳闸或配电线路过负荷时，运行人员往往只能根据用户的电话 反映或定期巡检才能发现问题。此外，由于城市低压配电所所处的地理环 境复杂，维护人员往往很难了解管辖范围内线路的整体状况，不利于快速 排除故障，容易造成事故扩大化，危及设备的安全运行，难以保证供电可 靠性，造成运行维护费用的增加。因此，针对供用电部门的实际需要，需 要开发一套低压配电监控系统，以弥补配电网自动化开发中存在的不足。 利用方便的通讯方式将多个配电所组合成一个监控群，实现对多点的遥 信、遥测和遥控，及时发现故障，及时操作处理，及时提供有关信息，同 时将其置为上层调度监控系统的一个控制点，有效地提高城市低压电网安 全运行水平和供电可靠性 7 1 。 鉴于目前我国电力系统发展迅速，每年l o k v 等级的配电所的新建数 目都很巨大，国内电力监控系统将形成一个巨大的需求市场，相应技术和 市场竞争将变的越来越激烈。因此，立足国内自主开发出适应面广，高水 平，可组态，远程维护，网络化的配电所监控系统，可以减少引进国外系 统、节约大量资金，具有很好的经济效益和社会效益，而这方面需要采用 大量的先进技术，因此这项研究也具有较高的学术价值。 ( 2 ) 内容 本文利用最新的网络通讯技术、数据库技术和软件编程技术，针对现 有的软硬件环境条件，探索、筹划更高性能、高效益、高可靠性的配电所 自动化系统，并设计适于新型无人值守配电自动化的远程监控和维护系 统，实现信息的高度共享和交流，使各种信息能够安全、快速地送到所需 要并被允许的地方，以便于工作人员能够快速、准确，方便地掌握和控制 配电所的运行情况。 本文旨在提出一种新的适应于我国配电所现状的自动化系统的结构 设计方案，新型配电所自动化系统中，采用配电所管理机统一完成对各下 位d s p 数据控制器通信、管理和控制，即利用了分布式结构形式系统集测 量、保护、控制为一体的优点，又具有了集中式结构形式系统造价低，适 用于电压等级较低的配电所的特点 8 - - 9 1 。 针对此新型配电自动化结构的特点，设计一套用于远方管理控制中心 磷南交通大学研究生学位论文第5 页 豹盆控系统软侔。诧系统透过霸酝电所管理祝静通信，实现霹下方配毫掰 电力设备运行状况的实时监测和管理功能，同时也可实现在远方对配电所 警毽辍熬管理，瓣配毫瑟赘保护凌能进行聚置纛维护，保护定镶熬设定以 及对下方d s p 控制器工作状态的监测。本配电所监控系统具有远程维护、 巍可靠燃、可组态、实现密度痿患共享与交流等犍点，簿合配魄爨自动化 发展的需要。 本文分辑了麓种配呶所自动化监控技术、数据库和网络应朋技术，研 究了基予i n t e m e t 的配电所监控系统软件整套方案： 撮出适用于新型配电所自动化的分布式监控系统的结构方案。 铮辩新型懿电所蠡动铯系统的特悫，运瘸d e l p h i 开发工兵设计配 电所监控系统的心遥、舒理等主要功能模块。 设诗逶震予薪受聚鸯嚣管遴辊戆逡程维护箱继保粼萋臻戆模块。 设计基于公用电话网的通讯功能模块。 嚣发基予w e b 功熊豹配魄蘑远程旋按软绺。 通过分析研究配电所监控技术和最新网络威用b s 模式，以a c t i v e x 技术为基懿，提爨一套邋会予掰型配电灏自动优系统弱监控系统孵决方 案：设计了一套基于i n t e m e t 的配电所濂控软件系统，对系统关键技术的 实现进行了研究。 西南交通大学研究生学位论文 第6 员 第2 章新型配电所自动化监控系统的体系结构 2 。1 一釉新型的配电所自动化系统 在我国现有的配电所自动化系统中，主要存在集中式、分布集中式、 分摆分数式三静缮穆形式，宅翻郝毒各鑫豹特纛葙逶瑗镶域。程鼹上述三 种结构形式及我圜现阶段配电所的特点作了详细的分析基础上，提出一种 融会7 上述三秘系绞结擒形式务鑫熬优焱又其鸯叁己特轰兹，囊自无人俊 守管理模式配电所应用的新型配电所自动化系统结构形式。如图2 1 所示。 萋 i集控中心卜l 上l 驻电调中心 制 。 中 心 通信网络 级 jk 配 糯制解调器 电 ，口岖铲一甲榭口 所 、 j uu 照 蔸 8g 现场手 层 ； d s p 数据控制器l 智能歼关量输出单元拇一动控制 、 ， f i 嗲一 jk越 v 设 c r 、p t ，断路嚣状态、黼 断路嚣输出控制 备 层 离汗关位鬻等输入 跳闸、重台信号 、 ， 图2 - 1 新型配电所自动化系统结构 新型的配电所自动化系统结构中，将整个配电所分成设备屡、单元 西南交通大学研究生学位论文 第6 员 第2 章新型配电所自动化监控系统的体系结构 2 。1 一釉新型的配电所自动化系统 在我国现有的配电所自动化系统中，主要存在集中式、分布集中式、 分摆分数式三静缮穆形式，宅翻郝毒各鑫豹特纛葙逶瑗镶域。程鼹上述三 种结构形式及我圜现阶段配电所的特点作了详细的分析基础上，提出一种 融会7 上述三秘系绞结擒形式务鑫熬优焱又其鸯叁己特轰兹，囊自无人俊 守管理模式配电所应用的新型配电所自动化系统结构形式。如图2 1 所示。 萋 i集控中心卜l 上l 驻电调中心 制 。 中 心 通信网络 级 jk 配 糯制解调器 电 ，口岖铲一甲榭口 所 、 j uu 照 蔸 8g 现场手 层 ； d s p 数据控制器l 智能歼关量输出单元拇一动控制 、 ， f i 嗲一 jk越 v 设 c r 、p t ，断路嚣状态、黼 断路嚣输出控制 备 层 离汗关位鬻等输入 跳闸、重台信号 、 ， 图2 - 1 新型配电所自动化系统结构 新型的配电所自动化系统结构中，将整个配电所分成设备屡、单元 西南交通大学研究生学位论文第7 页 层和配电所层三层。其中，单元层和配电所层的设计是新型配电所自动化 系统研究中的关键，新系统的特点也主要体现在此。单元层中主要包含 d s p 数据控制器和开关量输出板两类设备，配电所层主要是配电所管理 机。单元层设备和配电所层设备都安放在配电所的高压室内，不另设主控 室。单元层设备和配电所层配电所管理机之间的数据通信通过双绞线或光 缆接成的c a n 现场总线完成。相对于高中电压等级的枢纽变电站而言， 电压等级较低的配电所需要传输的信息量相对较少，因此采用能容纳l 1 0 个节点、短帧传输的c a n 现场总线通信网比较适合，在数据传输速度、实 时性和可靠性方面都能满足系统要求。 系统单元层中d s p 数据控制器可有多块，分别对应所要监控和保护 的单元对象，因此新型系统具有分布式结构系统的模块化结构特点。d s p 数据控制器实现数据采集、算法处理进而实现保护控制和后备保护功能， 对应不同单元对象的各下方d s p 数据控制器硬件结构完全一样，只是在 d s p 中运行的程序可能因对象不同而略有差距，这就使系统具有了组态灵 活、维护方便等优点。下位d s p 数据处理器采用的灵活的模块化局部总线 结构，可根据配电所规模和用户需求自由搭配，特别适用于实现电压等级 较低的配电所的自动化系统。系统采用t i 公司的t m s 3 2 0 f 2 0 6 数字信号处 理器设计单元层中的d s p 数据控制器。它具有2 0 m i p s 的快速指令执行能 力和专用的硬件乘法器，能大大加快系统中的多路模拟量、开关量的采集 以及数据的运算和处理工作。 系统配电所层主要包括配电所管理机，管理机统一完成对各下位d s p 数据控制器通信、管理和控制。管理机负责和c a n 总线通信，接受下方 d s p 数据控制器送来的数据和开关信息，运行保护算法库进行保护判断而 且与远方的监控主机保持通信，上传信息接收命令。配电所管理机采用先 进的内置固态电子盘的嵌入式控制器，以黑匣子的形式放于高压室中。它 即具有一般工控机开放、灵活的特点，又具有嵌入式技术所具有的稳定可 靠的硬件构架，还提供了丰富的网络选择，可以大大提高系统可靠性和稳 定性。由于嵌入式控制器采用的是固态电子盘，它的存储容量小，不能运 行通用的操作系统，必须采用小型操作系统。系统设计中，尝试采用经过 内核重新裁减、配置的占用空间很小的l i n u x 操作系统呻 ，并配以小型 视窗界面自由软件m i n i g u i ，构成配电所管理机的小型视窗界面操作系 统。在此平台下，开发系统管理软件，以及用于现场监控、配置和维护的 西南交通大学研究生学位论文第8 页 人机交互界面。 新型配电所自动化系统中，采用配电所管理机统一完成对各下位d s p 数据控制器通信、管理和控制，利用了分布式结构形式系统集测量、保护、 控制为一体的优点，同时配电所管理机、下方各d s p 数据控制器和开出板 都安放在高压室，可以减少电缆的消耗，节省投资，适用于电压等级较低 的配电所的特点。新型配电所自动化系统具有集测量、保护、控制为一体； 结构紧凑、体积小、造价低；模块化结构、可靠性高、组态灵活、管理维 护方便和无人值守等优点，适合于我国3 5 k v 及以下电压等级的配电所应 用。 2 2 配电所自动化监控系统的结构 在新型配电所自动化解决方案中，配电所管理机对一次系统的运行情 况进行监测、分析、决策和控制，由于本系统为无人值守自动化系统，配 电所管理机平时不带显示器，它所采集的各种数据和运行记录都要发送到 远方的配电管理集控中心。集控中心的监控主机通过和各配电所管理机的 通信来实现对配电所电力运行状况的监控。 新型配电所电力监控系统具备的基本功能和要求有传统的四遥功能、 管理功能和新型配电所自动化管理机的维护和配置功能。新型配电所监控 软件与新型配电所管理机一起构成了一套新型配电所监控自动化系统。 整个监控系统在集控中心或其中一个配电所中配置监控主计算机，其 它配电所作为子站，配置配电所管理机。监控主机采用可靠的工业控制微 机系统，配以美观、灵活的w i n d o w s 形式系统软件。另外，考虑到配电 所监控系统所要求的实时性不太高，各配电所分布无规律，首选投资相对 低廉的城市公用电话网络。利用调制解调器( m o d e m ) 实现各配电所管理 机与监控主机之间的数据通讯。 系统的结构框图如图2 1 所示。遥测和遥信数据经调制解调器由通讯 服务器程序接受，验证无误后存入相应的数据库。监控界面的数据由监控 系统的数据库提供，监控中心的数据可通过路由器送往上级调度中心和实 现i n t e r n e t 共享，合法用户不受空间距离的限制，可以通过远程登录 实现管理功能。 配电所电力监控系统的两项主要功能： 西南交通大学研究生学位论文第8 页 人机交互界面。 新型配电所自动化系统中，采用配电所管理机统一完成对各下位d s p 数据控制器通信、管理和控制，利用了分布式结构形式系统集测量、保护、 控制为一体的优点，同时配电所管理机、下方各d s p 数据控制器和开出板 都安放在高压室，可以减少电缆的消耗，节省投资，适用于电压等级较低 的配电所的特点。新型配电所自动化系统具有集测量、保护、控制为一体； 结构紧凑、体积小、造价低；模块化结构、可靠性高、组态灵活、管理维 护方便和无人值守等优点，适合于我国3 5 k v 及以下电压等级的配电所应 用。 2 2 配电所自动化监控系统的结构 在新型配电所自动化解决方案中，配电所管理机对一次系统的运行情 况进行监测、分析、决策和控制，由于本系统为无人值守自动化系统，配 电所管理机平时不带显示器，它所采集的各种数据和运行记录都要发送到 远方的配电管理集控中心。集控中心的监控主机通过和各配电所管理机的 通信来实现对配电所电力运行状况的监控。 新型配电所电力监控系统具备的基本功能和要求有传统的四遥功能、 管理功能和新型配电所自动化管理机的维护和配置功能。新型配电所监控 软件与新型配电所管理机一起构成了一套新型配电所监控自动化系统。 整个监控系统在集控中心或其中一个配电所中配置监控主计算机，其 它配电所作为子站，配置配电所管理机。监控主机采用可靠的工业控制微 机系统，配以美观、灵活的w i n d o w s 形式系统软件。另外，考虑到配电 所监控系统所要求的实时性不太高，各配电所分布无规律，首选投资相对 低廉的城市公用电话网络。利用调制解调器( m o d e m ) 实现各配电所管理 机与监控主机之间的数据通讯。 系统的结构框图如图2 1 所示。遥测和遥信数据经调制解调器由通讯 服务器程序接受，验证无误后存入相应的数据库。监控界面的数据由监控 系统的数据库提供，监控中心的数据可通过路由器送往上级调度中心和实 现i n t e r n e t 共享，合法用户不受空间距离的限制，可以通过远程登录 实现管理功能。 配电所电力监控系统的两项主要功能： 西南交通大学研究生学位论文第9 页 ( 1 ) 配电所电力监控系统一方面通过配电所管理机采集现场的实时 数据( 遥测，遥信等) ，另一方面又把调度员的遥控、遥调命令下达给现场 的配电所管理机。配电所管理机负责采集遥测、遥信，保护等信息。信息 传输通道将配电所管理机采集的信息及时、准确地送给配电集控中心。 监控软件完成显示电网的实时数据和实时报警，显示图形界面，配电 所一次主接线图，断路器控制，事件记录，生成报表等任务o o l 。模拟开 关和刀闸的操作，在系统图形界面下赢接进行开关和刀闸的方式操作，以 不同颜色表示的线路带电状态自动更新并显示在图上，具备丰富的图形和 设备资料查询功能，在系统图形方式下可以方便的对图形设备的资料直接 在图上进行点击查询。 ( 2 ) 配电所配电所管理机的远程维护系统也是新型配电所监控化系 统的主要构成部分，主要实现对配电所配电所管理机的远程维护，保护配 置以及工作状态的监测。由于配电所采用无人值守管理模式，配电所管理 机平时以黑匣子形式正常运行，即本身不用带显示器，主要通过网络由远 方集控中心监控和配置。远方的监控中心可通过网络实现对整个配电所监 控和保护的对象、每个对象的保护类型及其整定值的配置，当配电所中的 保护设备更换、检修或需要校验时，就需要对相应的保护设备进行整定计 算。动态显示各个对象的测量值和故障状态，还有配电所管理机和各d s p 数据处理器的通信状态。 图2 1 配电所电力监控系统的结构框图 西南交通大学研究生学位论文第1 0 页 2 3 基于in t e r n e t 的配电所电力监控解决方案 新型配电所自动化系统针对无人值守设计，配电所管理机需要与远方 的配电所集控中心通信，集控中心需要监控配电所电力设备和配电所管理 机的运行情况，同时也要向上级电力调度中心提供上传信息的功能。在远 程通信中，i n t e r n e t 技术发展迅速，本系统利用i n t e r n e t 实现远程系统 之间的通信功能，使系统间的信息交换更方便、快捷。 配电所监控软件具有网页功能并实现远程维护是本系统的一大特点。 基于i n t e r n e t 的配电所监控软件就是利用i n t e r n e t 的相关技术实现对配 电所监控网络内的各种资源的远程监测和对配电所管理机远程维护与配 置功能。 系统的数据流程如图2 2 所示，配电所管理机通过公共电话网与监控 主机进行数据交换，数据由监控软件的通讯子模块负责接收和发送，主机 系统为w i n 2 0 0 0 ，数据库采用s q ls e r v e r2 0 0 0 。具有w e b 功能的监控软 件存放在监控主机上，监控主机经路由器与i n t e r a c t 互连，当有用户访问 监控主机时，具有w e b 功能的监控软件就会下载到用户机上并运行于浏 览器中。 基于i n t e r n e t 网络环境下配电所监控软件具有以下特点： ( 1 ) 、远程维护功能。配电所自动化系统可根据远程用户的定义和配 置运行，并能对配电所管理机进行维护。整个系统对控制操作具有网络化 的权限等级管理。不同操作人员只能在自己权限管辖范围内进行操作。 ( 2 ) 、监控系统的w e b 功能，充分利用w e b 技术，实现网页的动态发 布，使得远程进行配电所的运行管理成为可能。主要包括客户端的浏览器 能够加载各种监控画面，并能够实时更新文档，使得现场的数据能够及时 分发到客户端的监控界面中来；对配电所管理机的各种配置维护程序都具 有网页功能界面，可以在浏览器中运行。 基于i n t e m e t 的配电所监控软件将生产现场的实时信息进行发布，从 而使合法用户在世界上任何地方都可以通过浏览器软件看到现场的各类 画面和实时信息，进而了解整个现场的运行情况并能对配电所管理机进行 配置。这是通过h t t p 协议和浏览器访问技术、a c t i v es e r e r p a g e ( a s p ) 、 a c t i v e x 技术和数据库技术实现的i l l - 1 3 1 。 将配电所监控系统建立在i n t e r a c t 环境下可以带来以下好处： 西南交通大学研究生学位论文第11 页 ( 1 ) 、电力系统静落行和缭护由集巾解决方式转交为分散解决方式， 对配电所管理机的维护和配置可以在远端实现，信息交换更及时，更可靠， 爨手i n t e m e t 静懿奄繇簸控系统瑶鞋满跫这一要浓。 醚逛掰管理规 土 公努 遥谴应用程牟 |： 数据库系统 |： ll w 曲监控软件 lj t c p i p 下的 1 监控操作界嚣 、 圈2 2 系统数据遥邋总体框 ( 2 ) 、有稠予与e m s 、d m s 等应麓软彳孛共攀s c a d a 菠褥静实露数 据及历史数据。在i n t e m e t 环境下，数据由数据库服务器统一进行管理， 保持数摄疼豹整体性、安全性霞一致性，餐予各疲薅程黪共享数据 1 4 - j 8 1 。 ( 3 ) 、在i n t e m e t 环境下，前端使用统一的测览器獠序，实现了免维 护豹窖户端，当系统功能发生变织辩，只震在鉴按骚务器上骖改锺应戆稳 序即可。用户无颁学习特定的应用程序使用方法，使用起来更加方便。 总之，配电所电力监控系统铡用成熟的计算机网络技术建立信息网， 达到提商生产稻箭理水平、提高劳动生产率和经济效益、增强竞争力的隧 的。基于i n t e m e t 的电力j i 鑫控系统，能够最大程度地实现信息 和资源的共 享，使褥在整个畿界范围内的合法用户帮可敬献i n t e m e t 两上壹接获取憋 西南交通大学研究生学位论文第12 页 要的信息。新型配电所保护控制功能的远程维护功能进一步促进了配电所 无人值守的发展进程。远程信息的充分利用，也极大地提高了信息的使用 价值，改变了传统电力监控系统的封闭性。新型配电所监控软件与新型配 电所管理机一起构成的新型配电所自动化监控系统，为配电所自动化系统 的发展展示了一种全新的结构模式。 西南交通大学研究生学位论文第13 戮 第3 章配电所监控系统软件功能与实现 3 ，1 配电所电力监控系统功能概述 新型配电所电力监控系统具备的基本功能和要求有传统的则遥功能、 蛰理功戆秘豢型酝电嚣鑫动纯警理极静缭护、懿置和保护定毽骖改功麓。 ( 1 ) 四遥功能： 遥测功能。系统痰其有慰备配电爨爨豹魄流、毫搓、珐搴、逛度秘 功率因数等电量进行遥测的功能，并将以上实时数据经上位机进行计算、 分析处理_ 鞠显示，以实现对各种电量正常值翻越限篷豹远方测爨。 遥控功能。系统虚矮有裉据各配电回路的断路器和其它开关设备遥 符的状态及指令对以上设备进彳予遥控功能，以实现上位机对配电装置中备 受电和馈电回踌的断路器和其它歼关设镉进行远距离操作的目的。 遥信功能。系统应具有将器配电极中断路器和其宦开关设备运行的 状态和傈护动俸 骞嚣逶过鬻络淘上位梳教汇报静遥信功麓，戳实琥对断路 器和其它汗关设铸跳合闸位置信号、各种保护动作信号以及事故报警信号 鹣远方提零捧罴。 遥调功能。系统应具有由根据指令调节调压器和变压器分接位置的 功戆。 ( 2 ) 管理功能： 计算统计功能。应能够将务耗电殛路豹每转电量参数建立个实孵 数据库，并对实时数据进行计算统计生成电量棒潮和负荷曲线图，实现电 度量峰谷、电压念格率等计算和统计。 查麓和查询功能。能自动储存和记录电量的越限，开关设备跳、合 闸以及事故报警的对问、站名、配电柜号、回路编号和债号种类，以便随 辩查阗和粪诲。 打印报表功能。能定时打印运行日记和月统计报袭。 ( 3 ，琵宅鼹管理极绫护察黧爱功黢： 经过资料查询、现场调研和市场现有相关线路保护裟置的分析，新型 配电搿鑫动毒 二管璎凝跌霹缝态豹热度出发，绘线路霖护酝整了较麓丰富懿 保护类型。在配电所管理机系统管理软件中，用户可以对每种保护对象的 西南交通大学研究生学位论文第13 戮 第3 章配电所监控系统软件功能与实现 3 ，1 配电所电力监控系统功能概述 新型配电所电力监控系统具备的基本功能和要求有传统的则遥功能、 蛰理功戆秘豢型酝电嚣鑫动纯警理极静缭护、懿置和保护定毽骖改功麓。 ( 1 ) 四遥功能： 遥测功能。系统痰其有慰备配电爨爨豹魄流、毫搓、珐搴、逛度秘 功率因数等电量进行遥测的功能，并将以上实时数据经上位机进行计算、 分析处理_ 鞠显示，以实现对各种电量正常值翻越限篷豹远方测爨。 遥控功能。系统虚矮有裉据各配电回路的断路器和其它开关设备遥 符的状态及指令对以上设备进彳予遥控功能，以实现上位机对配电装置中备 受电和馈电回踌的断路器和其它歼关设镉进行远距离操作的目的。 遥信功能。系统应具有将器配电极中断路器和其宦开关设备运行的 状态和傈护动俸 骞嚣逶过鬻络淘上位梳教汇报静遥信功麓，戳实琥对断路 器和其它汗关设铸跳合闸位置信号、各种保护动作信号以及事故报警信号 鹣远方提零捧罴。 遥调功能。系统应具有由根据指令调节调压器和变压器分接位置的 功戆。 ( 2 ) 管理功能： 计算统计功能。应能够将务耗电殛路豹每转电量参数建立个实孵 数据库，并对实时数据进行计算统计生成电量棒潮和负荷曲线图，实现电 度量峰谷、电压念格率等计算和统计。 查麓和查询功能。能自动储存和记录电量的越限，开关设备跳、合 闸以及事故报警的对问、站名、配电柜号、回路编号和债号种类，以便随 辩查阗和粪诲。 打印报表功能。能定时打印运行日记和月统计报袭。 ( 3 ，琵宅鼹管理极绫护察黧爱功黢： 经过资料查询、现场调研和市场现有相关线路保护裟置的分析，新型 配电搿鑫动毒 二管璎凝跌霹缝态豹热度出发，绘线路霖护酝整了较麓丰富懿 保护类型。在配电所管理机系统管理软件中，用户可以对每种保护对象的 西南交通大学研究生学位论文第1 4 页 保护类型进行自选配置，实际运行时线路保护的配置是所有配置的一个子 集。比如系统中，线路保护的保护类型主要可选配置为以下几种： 三段式电流保护( 可带电压闭锁) 零序电流保护 三相一次重合闸( 可检无压或检同期) 过负荷跳闸或告警 低周减载 p t 断线检测 在远程维护功能中应具备对新型配电所自动化管理机各种保护的配 置功能，并能实时显示下方d s p 控制器的工作状态。 系统同时具备对配电所各种保护的定值进行远程整定的功能。 四遥功能主要通过监控主机和配电所管理机的通讯实现，管理功能和 配置功能则是在监控主机上通过编制相应的应用软件实现。 2 配电所监控系统的软件结构 监控服务器系统的软件结构如图3 1 所示。 系统软件是电力监控系统运行的基础，本系统服务器操作系统为 w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r ，w e b 服务器使用i n t e r n e ti n f o r m a t i o ns e r v e r 4 0 5 0 ，数据库管理系统采用微软大型关系型数据库s q ls e r v e r2 0 0 0 ， 应用程序服务器上安装d e l p h i 的m i d a s 组件及o d b c 数据库连接引擎，w e b 服务器、应用程序服务器、数据库服务器可安装在同一台计算机上，亦可 安装于不同的计算机上；客户端运行于w i n d o w s9 8 n t 2 0 0 0 环境，通 过i n t e r n e t 浏览器( 如m i c r o s o f ti n t e r n e te x p l o r e r 或n e t s c a p e ) 浏览查询数据，通过在查询页面上下载安装维护程序实现对数据的提交、 发布与刷新等维护工作。 应用软件是建立在系统平台上的配电所电力监控软件。包括六大功 能，它们是：继保维护，实时监测，画面显示、遥控遥调，趋势曲线，报 表打印，历史数据。各功能模块均采用a c t i v e x 技术以网页的形式运行在 浏览器中。 西南交通大学研究生学位论文第1 4 页 保护类型进行自选配置，实际运行时线路保护的配置是所有配置的一个子 集。比如系统中，线路保护的保护类型主要可选配置为以下几种： 三段式电流保护( 可带电压闭锁) 零序电流保护 三相一次重合闸( 可检无压或检同期) 过负荷跳闸或告警 低周减载 p t 断线检测 在远程维护功能中应具备对新型配电所自动化管理机各种保护的配 置功能，并能实时显示下方d s p 控制器的工作状态。 系统同时具备对配电所各种保护的定值进行远程整定的功能。 四遥功能主要通过监控主机和配电所管理机的通讯实现，管理功能和 配置功能则是在监控主机上通过编制相应的应用软件实现。 2 配电所监控系统的软件结构 监控服务器系统的软件结构如图3 1 所示。 系统软件是电力监控系统运行的基础，本系统服务器操作系统为 w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r ，w e b 服务器使用i n t e r n e ti n f o r m a t i o ns e r v e r 4 0 5 0 ，数据库管理系统采用微软大型关系型数据库s q ls e r v e r2 0 0 0 ， 应用程序服务器上安装d e l p h i 的m i d a s 组件及o d b c 数据库连接引擎，w e b 服务器、应用程序服务器、数据库服务器可安装在同一台计算机上，亦可 安装于不同的计算机上；客户端运行于w i n d o w s9 8 n t 2 0 0 0 环境，通 过i n t e r n e t 浏览器( 如m i c r o s o f ti n t e r n e te x p l o r e r 或n e t s c a p e ) 浏览查询数据，通过在查询页面上下载安装维护程序实现对数据的提交、 发布与刷新等维护工作。 应用软件是建立在系统平台上的配电所电力监控软件。包括六大功 能，它们是：继保维护，实时监测，画面显示、遥控遥调，趋势曲线，报 表打印，历史数据。各功能模块均采用a c t i v e x 技术以网页的形式运行在 浏览器中。 西南交通火学研究生学位论文簿1 5z f f 掣掣掣掣型掣 系统功能 t于 t 商业数搬库实时数据蓐 s o ls e r v e r 2 0 0 0管理系统 拿 w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 黧3 i 鍪控服务器软件结构 3 。2 1 继保维护模块 由于配电历采用无入值守繁理模式，配电掰管理机乎时以黑蕴子彤 式正常运行，即本身不用带显示器，主要通过网络由远方集控中心监控和 配是。为了满足巡回监视和现场维修的需要，也能在本地显示站内各主婴 数据移状态量，操作密礤西路其有人工海遗紧急控铺设旒等。 配电所中的配电所管理机作为配电所自动化系统的核心设备，要党 成整个配邀新匏缣护功糠瓣实袭，还要完成与远方集控孛心静逶信帮数糖 交流。把测量和故障数据、通信状态等上传给远方，同时接收并响应远方 发送獒会令移酝黉。本系绕要求遴方静蘩控孛心鬻逶过瓣络实瑗瓣整令甏 电所监控和保护的对象、每个对魏的保护类型及其整定慎的配谶，动态照 承各个对象豹测燕篷纛教薄状态，还毒醚逛_ | 羲管壤规彝务o s p 数据处理爨 的通信状态。 在对委己电爨管理枧系统进行淝置或维护时，系统管瑕软 孛中有嚣个人 机交互界褥。一个是用予配置整个配电所中所需保护和赧控的对象、每个 对象需要的保护类型以及每种保护类型的整定值 另一个是显永下方各 d s p 数据按翻器逶信编垃和工俸状态。如图3 2 和3 3 n 示。这两个功能横 西南交通大学研究生学位论文第17 页 3 2 2 实时监测模块 系统中实时监测是核心功能。配电所管理机将实时数据经调制解调器 发送到监控服务器，实时监测负责对送来的数据报文进行分析和处理。在 实时啦测模块中，主要是数据处理流程。 数据处理流程实时地处理调制解调器送过来的数据，实时监测数据流 程图如图3 4 所示。现分别介绍如下。 ( 1 ) 遥信处理流程 在遥信处理流程中，主要处理各种刀闸、断路器、开关的状态和事故 报警。如果调制解调器送过来一个刀闸断开信号，后台的遥信处理流程收 到这个信号后分析出刀闸状态和断开时间，并把它记录到事件数据库中， 为在线查询提供数据。然后，刷新监控接线图画面中相应的刀闸状态。使 调度员能够实时监测到这一变化，并做出相应处理。 图3 4 实时监测数据流程 西南交通大学研究生学位论文第1 8 页 ( 2 ) 遥测处理流程 在遥测处理流程中，主要处理各种遥测数据。包括：变压器、馈线、 电容器等设备的电流、电压、有功功率、无功功率、频率等。 遥测主要处理各种数据量。把调制解调器送过来的遥测数据包解包、 取出数据，完成相应的数据刷新。遥测处理过程程序框图见图3 5 。 遥测处理程序有以下代码实现。 p r o c e d u r eg e t y c o r i g i n ( f i l e p a t h ：s t n n g ：s t a t i o n n t t m ：b y t e ) ； v a r f ：f i l eo f b y t e ： i ：i n t e g e r ： s ：b y t e ； 图3 5 遥测处理程序框图 西南交通大学研究生学位论文 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