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日照钢铁厂孤电网自动化调度系统设计与实施 姓名 李小燕学号 gs1321227专业方向 软件工程学院导师 潘海侠企业导师 段刚 硕士论文毕业答辩 2020 3 18 1 一 课题背景和意义二 国内外研究现状及对比分析三 业务及需求分析四 系统设计五 系统测试六 系统实施七 总结与展望 内容纲要 可编辑 2020 3 18 2 一 选题背景与意义 课题背景课题来源 本课题来源于日照钢铁控股集团有限公司 课题意义1 解决企业孤网运行时的电力调度 提高调度准确性 2 保证生产系统能平稳运行 3 有效减少电量浪费 帮助孤网运行时节能减排工作 4 有效的降低了企业用电量 降低企业生产成本 可编辑 2020 3 18 3 二 绪论 国内外现状 可编辑 2020 3 18 4 二 绪论 研究目标与内容 研究目标为日照钢铁厂项目孤电网设计一套电力调度自动化系统 研究内容 1 日照钢铁厂孤立电网现状和分析 2 设计基于日照钢铁厂孤电网的自动化调度系统 3 确立测试目标与策略 选择适当的测试方法对系统进行测试 4 对自动化调度系统进行实施 可编辑 2020 3 18 5 三 系统需求分析 业务概述 可编辑 业务描述 主要业务分为三块 1 负荷预测 根据系统的运行特性 增容决策 自然条件与社会影响等诸多因数 在满足一定精度要求的条件下 确定未来某特定时刻的负荷数据 2 自动发电控制 利用调度监控计算机 通道 远方终端 执行 分配 装置 发电机组自动化装置等组成的闭环控制系统 监测 调整电力系统的频率 以控制发电机出力 3 自动电压控制 提高电网电压质量 降低网损 增加稳定储备和减轻调度值班人员劳动强度的功能 能够保证电网安全经济优质运行 2020 3 18 6 三 系统需求分析 业务流程分析 可编辑 负荷预测流程图 2020 3 18 7 三 系统需求分析 业务流程分析 可编辑 自动发电控制流程 2020 3 18 8 三 系统需求分析 业务流程分析 可编辑 自动电压控制流程 2020 3 18 9 系统功能需求 1 负荷预测及综合管理3 自动电压控制 可编辑 三 系统需求分析 功能性需求分析 2 自动发电控制系统4 系统管理部分 2020 3 18 10 可编辑 三 功能需求分析 非功能性需求分析 安全性 可靠性 实用性 必须保证用户的信息安全 数据的存储和传输访问安全 基于 三层四安全区 进行系统安全防护体系建立 需要采用多种实时计算方式和算法保证系统整体运行实时反映系统运行状态和整体查看调整 开放性 需要有较多的与外站系统进行交互 主要基于行业标准开放对应接口 2020 3 18 11 可编辑 三 功能需求分析 非功能性需求分析 性能需求 系统总体平均无故障时间MTBF 30000h由于偶发性故障而发生自动热启动的平均次数 1次 3600小时 电网正常状态下 在任意10秒内 服务器CPU的平均负荷率 15 任意5分钟内 服务器CPU的平均负荷率 10 在任意10秒内 系统局域网的平均负荷率 15 电网故障状态下 在任意10秒内 服务器CPU的平均负荷率 25 在任意10秒内 系统局域网的平均负荷率 25 系统完全启动时间 2min 2020 3 18 12 可编辑 三 功能需求分析 非功能性需求分析 容量需求 系统支持IED数目 5000 系统支持状态量数目 300000 系统支持模拟量数目 200000 系统支持控制量数目 200000 系统支持电度量数目 100000 系统支持历史数据存储 2年 系统支持实时数据反演 7天 2020 3 18 13 四 系统设计 系统功能设计 可编辑 2020 3 18 14 四 系统设计 系统架构设计 可编辑 根据系统体系架构中的特点及性质 按照电力调度的实际需求 实现项目建设目标 总体软件架构采用了MVC框架的模式进行体系架构设计 包括展现层 业务逻辑层 数据层 2020 3 18 15 可编辑 四 系统设计 网络拓扑设计 系统的网络拓扑结构采用环网 星型结构 网络具有较高的可靠性和安全性 可方便地对网络进行扩展 2020 3 18 16 可编辑 四 系统设计 安全设计 网络安全 网络中安装防火墙 对客户端计算机也要采取安全措施 安装企业级的杀毒软件 定期查杀病毒等 数据安全 关键数据加密存储 服务器进行1xM备份 定时自动进行备份 应用安全 划分角色及权限 建立系统日志 2020 3 18 17 四 系统详细设计 系统功能设计 可编辑 负荷预测活动图 2020 3 18 18 四 系统详细设计 系统功能设计 可编辑 负荷预测类图 2020 3 18 19 四 系统详细设计 系统功能设计 可编辑 负荷预测时序图 2020 3 18 20 可编辑 四 系统详细设计 数据库设计 数据库实体关系图 实体分为 包括RUT RTU路由表 规约 AppProtocol 模拟量 状态量 脉冲量 遥控量 遥调量8张数据表 2020 3 18 21 五 系统测试 测试目标 测试策略 可编辑 确保软件无明显缺陷 确认软件的需求是否顺利实现 验证系统的稳定性 核心功能业务在长时间使用后无异常 性能需求各项指标符合预期 测试目标 采用测试驱动 迭代开发的方式 测试策略 2020 3 18 22 五 系统测试 测试环境 可编辑 硬件环境 2020 3 18 23 五 系统测试 功能测试用例 可编辑 自动电压控制测试用例 AVC主站决策需要的实时状态输入信息包括 输入信息发电机出口母线以及各主变压器各侧母线电压值发电机有功和无功出力 变压器各侧有功和无功电容器无功出力 已投入电容器数量 发电机无功达到限值信号 励磁系统限值 AVC主站所需参数信息 各发电机PQ图母线电压容许范围输出信息电调AVC主站向发电厂发送以下控制指令 发电机母线的控制模式电压设定值无功设定值AVC主站还将根据分钟级和小时级优化的结果提出对变压器分接头和电容器投入数目的建议 由运行人员自主决策是否执行对变压器分接头和电容器投切的操作 2020 3 18 24 五 系统测试 功能测试用例 自动发电控制测试 可编辑 输入信息 AGC设定值返回值AGC可调上限值AGC可调下限值AGC调节速率AGC投入许可信号AGC一次调频投入 退出信号机组可调上限越限报警机组可调下限越限报警AGC投入 退出信号AGC请求保持信号机炉协调状态信号机组负荷处于快速减负荷 RUNBACK 机组负荷闭锁增 BLOCKINC 机组负荷闭锁减 BLOCKDEC 机组负荷迫降 RUNDOWN 机组负荷迫升 RUNUP 输出信息 AGC主站与AGC子站间的通讯通过104规约实现 AGC主站通过AGC子站将各机组的功率设定值下发给相应机组 2020 3 18 25 五 系统测试 性能测试用例 可编辑 系统雪崩实验 实验条件 模拟系统模拟雪崩数据 每站数据变化频率 遥信300个 秒 遥测100个 秒遥信300 1000 30万个 秒 遥测100 1000 10万个 秒 总计 150 30 10 190万点实验结果 实验结论 进行雪崩试验的10个节点的CPU的平均负载率基本上在60 左右 基本在正常CPU负载范围内 网络切换受数据量影响不大 从以上数据还能得出如下结论 计算机的性能越高 出现雪崩的几率应该更小 2020 3 18 26 可编辑 通过对系统自动发电控制 自动电压控制等相关模块的测试 各个模块数据结果准确 功能表现良好 尤其是在对系统雪崩实验进行测试时 整个系统在超大容量数据 只有10个计算机节点进行工作的情况下 系统整个表现良好 只有其中1个节点的CPU的利用率超过65 其它节点的利用率均在60 左右 属于正常的CPU负载范围内 表明系统出现雪崩的概率非常小 具有较强的稳定性 完全能够满足日照钢铁厂的需求 五 系统测试 测试结果 2020 3 18 27 六 系统实施 实施计划 实施计划包括 实施范围 实施的详细进度 系统运行关键点的落实 实施费用和成本预算 人力资源预算 合理定义里程碑 监控实施进度 实施中的控制机制等 可编辑 2020 3 18 28 可编辑 六 系统实施 实施准备 人员组织 2020 3 18 29 可编辑 六 系统实施 实施准备 软件准备 2020 3 18 30 可编辑 六 系统实施 实施准备 硬件准备 2020 3 18 31 系统测试根据使用说明书对软件进行系统性完整测试 并根据解决方案中规定的功能进行验证 可行性和可用性进行测试 此阶段为里程碑事件 应由系统实施领导小组参加验收 使用培训使用培训包括管理规范培训及标准软件培训 通过培训组内成员将使了解的实施管理方法 实施流程 双方对于本次实施管理的目标等达成一致 组内成员了解系统的标准功能 可以共同讨论需求报告 实施解决方案等重大问题 在实施交付阶段 所有人员将通过培训掌握实施解决方案中提供的业务流程 了解各个岗位的具体操作办法和软件的操作流程 初步验收完成实施所有单位和系统的实施工作 并试运行后 执行系统初验 初验为结束的标志 为里程碑事件 由领导小组参与验收 可编辑 六 系统实施 实施过程 2020 3 18 32 六 系统实施 效果展示 可编辑 AVC变电站系统监视界面截图 2020 3 18 33 六 系统实施 实施效果 可编辑 AVC日志显示界面展示截图 2020 3 18 34 七 总结与展望 论文总结 总结 本次论文是以日照钢铁厂孤电网自动化调度系统为研究的对象 对该系统的需求分析 系统设计 系统测试 系统实施等方面进行了研究 目前该系统已正式运行 运行效果良好 可编辑 2020 3 18 35 七 总结与展望 承担工作和展望 本人承担的具体工作 1 负责系统的需求分析工作 和日照钢铁厂用户的沟通和交流需求确定工作 2 参加系统的体系架构 功能结构和网络拓扑等的总体设计 参与了部分系统主要模块的详细设计和数据库