《变电站综合自动化微机监控系统设计》开题报告

西安交大网络学院电力系统及其自西安交大网络学院电力系统及其自 动化专业开题报告动化专业开题报告 变电站综合自动化微机监控系统设计 开题报告 变电站综合自动化微机监控系统设计 开题报告 一 课题的目的和意义一 课题的目的和意义 随着国民济济的快速持续增长 我国的电力工业也飞速发展 下面仅仅就机组的装机容量这一点来分析 在 20016 年底 我国的总装机容量就已经超过了 16 5 亿 kW 而仅在 2016 年这一年 我国新装机的容量 就突破两亿 kW 大关 约站当时总装机容量的 1 8 而且在新上的机组当中 百万 kW 容量的机组就站相当 的比例 到 2020 年 我国计划总装机容量达到 20 亿 kW 同时 我国的电网建设也在加速进行 正在努 力实现西电东送 南北互供全国联网的目标 1 我国电力系统的大发展 势必要求提高电力系统自动化的 水平 变电站在电力系统的安全 经济运行中起着非常重要的作用 其运行具有电力系统中电能快速变化和电气 过程传播快的特点 所以应该把对变电站综合自动化系统的研究作为电力系统自动化的重要攻关内容 变 电站综合自动化是变电站自动化技术发展到一定阶段的产物 它提高了对变电站电气设备和电力系统进行 监视 控制和保护的自动化 智能化水平 提高了保护 控制的可靠性和电力系统的安全运行水平 社会 济济效益十分显著 变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统 以成为电力系统发展的必然趋势 2 随着电子技术 计算机技术的迅猛发展 计算机已经渗透到了世界的每个角落微机在电力系统自动化中得 到了广泛的应用 电力系统也不可避免地进入了微机监控的时代 微机监控系统是变电站综合自动化系统 中非常重要的组成部分 具有很多重要功能 并涉及多个技术领域 目前这项技术正向纵深发展 因此 对它的研究很有必要 所谓变电站综合自动化 就是将变电站的二次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全变电站的主要设备和输 配电线路的自动监视 测量 自动 控制和微机保护 以及与调度通信等综合性的自动化功能 3 变电站综合自动化系统可以采集到比较齐全 的数据和信息 利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能 可方便地实现监视和控制变电站内各种电气 设备的运行和操作 3 微机监控系统代替了常规了测量和监视仪表 替代了常规的控制屏 中央信号屏和 远动屏 除了这些外 还增添了包括智能化的许多功能 4 变电站综合自动化系统具有功能综合化 1 结构微机化 操作监视屏幕化 运行管理智能化等特点 而这也正是微机监控系统所具有的新特点 5 二 文献综述二 文献综述 变电站综合自动化微机监控系统是变电站综合自动化系统的一个子功能系统 为了便于论述 对于它们诸 如发展历程 系统结构等的共性问题 本文就以变电站综合自动化系统为例进行阐述 6 而对于微机监控 系统的整体结构 软硬件部分 则单独进行探究 只所以这样做 是因为这符合变电站综合自动化微机监 控系统与变电站综合自动化系统的关系 符合共性和个性辨证统一的关系 2 1 变电站自动化的发展历程变电站自动化的发展历程 变电站自动化技术 在变电站内应用自动控制技术 信息处理和传输技术 计算机硬软件技术实现变电站 运行监测 协调 控制和管理任务 部分代替或取代变电站常规二次系统 减少和代替运行值班人员对变 电站运行监视 控制的操作 使变电站更加安全 稳定 可靠运行 7 现有的变电站有三种形式 传统的变电站 部分实现微机管理 具有一定自动化水平的变电站 全面微机 化的综合自动化变电站 6 8 9 这也正是变电站自动化发展三个阶段的印迹 变电站自动化发展的这三个 阶段如下 2 3 4 由分立元件构成的自动装置阶段 微处理器为核心的智能化自动装置阶段 变电站综合自动化阶段 利用微处理器的智能和计算能力 大规模集成电路或微处理器代替了原来的晶体管等分立元件组成的自动 装置 这些新的微机型自动装置尽管功能不同 但硬件结构大同小异 而且所采集的量和所控制的对象许 多是相同的 2 于是 人们开始考虑这些微机化的变电站二次部分进行功能的优化问题 这就形成了变电 站综合自动化系统 所谓综合 就是把变电站的保护 控制与数据采集等功能集成在一起 因此 变电站 综合称为变电站集成可能更确切一些 1 可见 变电站综合自动化是变电站自动化发展到一定阶段的产物 因此 变电站综合自动化系统的功能首 先应包括传统的测量 监控 保护 远动等功能 还应包括常规自动化系统没有的功能 更重要的是提高 自动化水平 改进自动化系统的性能 3 2 2 变电站综合自动化系统的硬件结构变电站综合自动化系统的硬件结构 随着电子技术 微机技术 通信技术和网络技术的迅猛发展 变电站综合自动化技术也得到了很大发展 其体系结构不断向前发展 使它的系统性能 实现功能 运行可靠性得到不断提高 2 10 变电站综合自 动化系统在结构形式上主要可分为集中式结构 分层分布式结构 集中和分散相结合结构和完全分散式结 构四种 9 10 11 2 2 1 集中式系统结构集中式系统结构 采用不同档次的计算机 扩展它的外围接口电路 集中采集变电站的各种信息 集中进行计算与处理 分 别完成微机监控 微机保护和一些自动控制等功能 但是 集中式结构不是由一台计算机完成监控 保护 等全部功能 4 这种结构按功能划分为许多单元 而这些单元由总控单元加以控制 这样 该结构便有以 下优点 各单元相互独立 互不影响 可集中也可分散安装 扩充性好 综合性强 但是也有很大的缺点 从而限制了它的推广应用 其主要缺点如下 每台计算机的功能集中 必须采用双机并联结构才能提高可靠性 组屏多 站地面积大 软件复杂 修改工作量大 系统调试烦琐 组态不灵活 对于不同主接线或不同规模的变电站 其软 硬件都必须另行设计 1 2 2 2 2 分层分布式结构分层分布式结构 系统采用按功能划分的分布式多 CPU 系统 同时 采用分层管理模式 本系统将整个变电站的一次 二次 设备分为 2 层或 3 层 每一层由不同的设备或不同的子系统组成 完成不同的功能 因此起到使功能分散 危险分散和地域分散的作用 该系统具有以下特点 分层分布式配置 继电保护相对独立 具有与控制中 心通信的功能 模块化结构 可靠性高 维护管理方便 需要的电缆多 本结构的系统 具有分层分布式 结构 功能模块化等的优点 因此自问世以来就显示了强大的生命力 得到了广泛地推广和应用 但是 它需要大量控制电缆 才有了分散式结构 10 11 2 2 3 集中和分散相结合式和完全分散式集中和分散相结合式和完全分散式 集中和分散相结合式是按每个电网元件为对象 集测量 控制 保护为一体 设计一个机箱 整个变电站 形成即分散又集中的结构 按照集中和分散的不同结合 可分为局部集中 总体分散和高压集中 配电分 散两种形式 因此 该系统即有集中式的优点 又有分散式的优点 3 完全分散式是以变电站一次主设备为安装单位 将保护 测量等单元就地分散安装在这些一次主设备的开 关屏 或柜 上 而主控单元通过现场总线与这些分散的单元通信 监控单元通过网络与监控主机连接 2 12 分散式结构具有节约控制室面积 节约二次电缆 综合性能强等优点 所以 随着电 光传感器和光纤通 信技术的发展 它是今后变电站综合自动化系统的发展方向 2 6 2 3 国内外变电站综合自动化系统的发展概况国内外变电站综合自动化系统的发展概况 2 3 1 国外变电站综合自动化系统的发展过程国外变电站综合自动化系统的发展过程 随着微型计算机的发展 在国外 变电站综合自动化系统起步于 20 世纪 70 年代后期 而在上世纪 80 年 代得到了很大发展 20 世纪 70 年代末 英国等西方发达国家新装的远动装置都微机化 布线逻辑的远动 装置开始被淘汰 同时 监控系统的功能逐步扩大 供电网的监控功能朝综合自动化方向快速发展 变电 站综合自动化初现雏形 美国西屋电气公司和美国电力科学研究院联合研制了 SPCS 变电站保护和控制综 合自动化系统 日本的关西电子公司和三菱电气有限公司在 1979 年联合研制出配电变电站的数字控制系 统 SDCS 1 并在次年把它投向了市场 80 年代以后 越来越多的国家和实力雄厚的大公司开始研 制自己的变电站综合自动化系统 并在这一领域进行了技术规范和标准的协调和制定 德国西门子公司 ABB 公司 AEG 公司 美国 GE 公司 西屋公司 法国阿尔斯通公司等都开发出了自己的变电站综合自动 化系统 国外早在 20 世纪 80 年代就已有分散式变电站综合自动化系统 以德国西门子公司为例 该公司 于 1985 年正式投运它的第一套变电站综合自动化系统 LSA678 本系统的结构有全分散式和局部分散两种 至 1993 年初 已有 300 多套同类型的系统在欧洲不同电压等级的变电站投入运行 1994 年 瑞士 BBC 公司也首次推出了变电站综合自动化系统 为了促进变电站综合自动化技术的标准化发展 国际电工委员 会第 57 次技术委员会 IECTC57 专门成立了 变电站控制和保护接口 工作组 并为控制和保护之间的通 信提供了一个国际标准 3 4 2 3 2 我国变电站综合自动化系统的发展概况我国变电站综合自动化系统的发展概况 我国从上世纪 80 年代中期开始研制变电站综合自动化系统 与国外相比 起步较晚 但是 我国在 70 年 代初期便先后研制成功了电气集中控制装置和 四合一 装置 测量 控制 保护 信号 这为日后研制 微机化的综合自动装置积累了经验 在我国变电站综合自动化系统发展的初期阶段 我们主要研制和生产 集中式的变电站综合自动化系统 例如 DISA 1 IES 60 FD 97 等各种型号的系统 20 世纪 80 年代 末期 差分电路 RS 422 485 总线技术的传入 为我国变电站综合自动化的研制工作提供了新的数据通信 技术 另外 Windows NT Windows 95 操作系统可以处理多线程 多任务的工作 微机的性价比也已经很 高了 在这种背景下 我国便开始引进和研制分层分布式的系统 到了 90 年代中期 开始研制分散式变电 站综合自动化系统 如 DISA 3 CSC 2000 FDK 等 与国外先进技术相比 我国落后大约 10 年 1 4 在国内 初期的变电站自动化只是在常规的二次设备配置上增加计算机管理功能 仍未涉及继电保护 故 障录波等功能 九十年代后 由于数字技术的发展 才使此项技在我国进人了实质性的发展阶段 9 上世 纪 70 年代末 80 年代初 南京电力自动化研究所率先研制成功以 Motorola 芯片为核心的微机 RTU 用于韶 山灌区和郑州供电网 从而促进了微机技术在电力系统中的广泛推广和应用 1987 年 清华大学独立自主 研制的 35kV 变电站监测自动化 微机保护系统在山东威海成功投入运行 这个系统用 3 台微型计算机实 现了全站的微机监测和控制 微机继电保护的功能 随着微机监控装置 微机远动装置 微机继电保护装 置和微机故障录波装置在电网中的全面推广应用 人们逐渐地发现了各个技术部门保持相对独立的弊端 开始从变电站二次系统的全局考虑这些微机装置的统一配置 1990 年 清华大学在研制鞍山公园变电站综 合自动化系统时 首先提出了监控系统与 RTU 合而为一的设计思想 此外 国内许多其他高等院校 科研 单位以及企业也做了大量的研究工作 并推出了一些不同类型 功能各异的自动化系统 进入 20 世纪 90 年代 变电站综合自动化已经是电力系统自动化中最热的科研项目 许多企事业单位都参与了这个领域的 研究 变电站综合自动化系统的产品也雨后春笋般的出现 例如 国家电网南京自动化研究所 PS6000 系 列综合自动化系统 上海惠安 Power comm2000 变电站自动化监控系统 北京四方公司的 CSC 2000 系 列综合自动化系统等等 科研单位和企业召开了很大规模的研讨会 技术经验交流会 并推动了相关标准 的制定 使变电站综合自动化向规范化方向发展 5 6 2 4 变电站综合自动化微机监控系统变电站综合自动化微机监控系统 本系统以微机为主 将变电站的二次设备信号通过功能组合 形成模块化 网络化 功能化的现代化微机 监控系统 真正满足了生产和能源管理的要求 8 本系统由硬件 软件两大部分组成 硬件是系统的物理 结构 其作用是显而易见的 而监控软件充当站内的保护 测量 控制及通信装置与变电站运行人员之间 的接口 在变电站自动化系统中占有重要地位 9 随着面向对象技术的发展 该技术越来越显示出自己的优越性 因此逐渐被应用到变电站综合自动化系统 中 变电站综合自动化微机监控系统是变电站综合自动化系统的一个子功能系统 它本身又包括很多如数 据采集 运行管理等子功能系统 还有它本身和其他系统的通信部分 12 13 限于篇幅 全面系统地一一 阐述其软硬件的各个部分是没有意义的 有的文献介绍变电站综合自动化微机监控系统的整体结构 有的 则分析数据采集子系统的软硬件部分 有的主要介绍其中的监控软件 9 10 14 15 下面就简要介绍一例 监控系统的结构从上到下分为三层 监控系统的实现分为软硬件实现 硬件部分以以下几个方面实现 管 理监控层 设备控制层 现场设备层 软件由系统的通信 人机界面两部分实现 8 三 研究设计类型 关键问题三 研究设计类型 关键问题 今后变电站综合自动化的运行模式将从无人值班 有人值守逐步向无人值守过度 而且在保护所需的电流 互感器与控制 测量所需的电流互感器的统一配置的促进下 变电站综合自动化的微机监控系统和微机保 护系统结合在一起的趋势将加快进行 2 本次研究 设计 的内容主要是 变电站综合自动化系统 微机监控子系统 变电站综合自动化微机监控 系统的整体方案和该系统的硬件系统和软件系统及其对某一部分的编程 准备解决的关键问题是变电站综合自动化微机监控系统的整体方案及其硬件系统和软件编程 四 四 研究工具研究工具 进行变电站综合自动化微机监控系统的整体方案 硬件和软件设计 本毕业设计 论文 中 变电站综合 自动化微机监控系统的硬件结构采用应用广泛的分层分布式系统 针对系统的要求 用分层技术 模块化 技术和面向对象技术等对变电站综合自动化微机监控 系统的软件进行设计 用 Visual C 高级语言开发 变电站综合自动化微机监控系统交流量安全监视功能的软件模块 五 年度研究计划五 年度研究计划 时间时间工作内容工作内容 2017 5 27 至 2017 6 10接受 毕业设计 论文 任务书 去图书馆借阅相关资料和上网查阅有关内容 2017 6 10 至 2017 6 18继续搜集涉及的资料 选择适合要求的内容并加以整理 2017 6 18 至 2017 6 30寻找符合要求的外文资料 根据工具书 教材和网上翻译器把它翻译成中文 2017 7 1 至 2017 7 15根据所整理的材料 对所选课题进行整体和局部设计 在此基础上 撰写 毕业设计 论文 开题报告 2017 7 15 至 2017 7 20设计出所选课题的总体方案 它包括该系统的软硬件部分 编写摘要和引言部分 2017 7 20 至 2017 7 30根据提出的总体方案 撰写变电站综合自动化微机监控系 统的总体方案 基本原理 整体结构等内容 2017 8 1 至 2017 8 5完成变电站综合自动化微机监控系统硬件部分和软件部 分的框架和大部分内容 2017 8 6 至 2017 8 15形成论文初稿 指导教师审阅设计成果 对论文进行修改和整理 2017 8 15 至 2017 8 20指导教师 评阅老师评阅论文 分别给出成绩 准备参加毕业答辩 六六 预期结果和创新成果 预期结果和创新成果 本课题要求在查阅大量相关文献和相关设计手册的基础上 对变电站综合自动化微机监控系统方面的知识 全面掌握 并对变电站综合自动化微机监控系统的原理进行综合分析 比较 提出总体设计方案 实现方 法包括对变电站综合自动化微机监控系统的整体结构 硬件和软件部分进行设计 先对变电站综合自动化的主要内容 基本功能 发展过程等进行分析阐述 然后对微机监控系统的基本功 能 组成部分 原理结构等进行综合论述 最后对变电站综合自动化微机监控系统进行整体研究 通过对 变电站综合自动化微机监控系统的硬件部分进行分析研究和对该系统的某个方面的内容用 C 高级语言进 行软件编程 17 18 培养自己带着目的查阅寻找资料和整理有用资料的能力 根据现实需要自学能力 对本系统的基本原理 结构功能 软硬件配置等等有