【毕业学位论文】（Word原稿）xx地区电压自动监测系统的设计与应用-软件工程

硕士学位论文 硕士学位论文 （专业学位） 区电压自动监测系统的设计与应用 研 究 生： 学号： 所在学院：软件学院 学科门类： 计算机科学与技术 学科专业：软件工程 指导教师： 副指导教师： 二 一 三 年 十二 月 A in 2013 of of xx 系 统 的 设 计 与 应用 同 济 大 学 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子 版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担。 学位论文作者签 名： 年 月 日 同济大学 硕士学位论文 摘要 摘 要 随着经济的快速发展，改善电能质量己经成为国家政策的重要内容。电压是电能质量的主要指标之一。为了提高电压监测数据的准确性、真实性和完整性，有效地减少管理人员统计和录入数据的时间，加大分析，提高供电电压的管理水平和保证电能质量，本课题设计了一套远程电压自动监测系统。 远程电压监测系统按工作过程 可分为三大部分，即电压监测终端设备、 信网络、后台管理系统。本系统中采用 线网络实现终端设备与后台管理系统之间的通信。通过系统可同时监测多个现场终端设备，同时后台管理系统将接收到数据按照一定的格式 (接收到的数据为 16 进制 )分类保存于数据库中，根据需要用户出、显示、统计、打印、分析接收到的电压和时间等数据。以便对稳定性较差的线路制定相应的措施，保证电压稳定。 系统建成后在 力公司投入试用，测试结果表明电压自动监测系统能灵活地适应电网方式变化而进行合理的无功电压调节，这是 电压无功综合自动控制 )装置所不具备的。电压自动监测系统的投入，有效减缓了系统电压波动过大的问题，切实提高了电压监测数据的准确性。 本文的研究成果为高低压配电网实时监测的创新和发展提供了一定的参考。 关键词 远程电压监测， 线网络，后台管理 同济大学 硕士学位论文 摘要 of an of is of of In to of of a to be of in at be of to a 6 in to of of In to of of in to to in a of is an of to of of 济大学 硕士学位论文 摘要 目 录 . 1 章 引言 . 6 题研究 背景 . 6 内电压自动管理系统的现状 . 7 1.3 力电压自动管理系统的现状 . 7 题的目的与意义 . 8 文的工作与组织 . 8 第 2 章 系统采用的技术知识 . 9 络通信技术 . 9 域网技术 . 9 术 . 9 据库技术 . 10 据库常用术语 . 10 据库的特点 . 11 据模 型 . 11 据库系统的体系结构 . 12 统开发工具 . 14 C+工具 . 14 000 . 15 术 . 16 第 3 章 系统需求分析 . 19 务需求 . 19 电站 10线电压合格率监控情况 . 19 0路的就地无功补偿及升压装置 . 19 台的就地无功补偿及低压监控 . 19 统功能性需求 . 19 网无功优化补偿功能 . 19 网电压优化调节功能 . 20 压无功优化功能 . 20 统运行综合优化功能 . 20 统流程及用例 . 21 统性能需求 . 25 统应用前景 . 26 第 4 章 系统设计 . 28 同济大学 硕士学位论文 摘要 统总体设计 . 28 统硬件设计 . 28 统硬件结构 . 28 站系统配置 . 28 信网络方案 . 29 据收集和控制过程 . 29 统主要算法 . 30 法 . 30 统控制流程 . 33 统技术设计 . 33 统控制流程 . 33 统控制决策形成 . 37 统基本控制方式 . 38 作站控制流程图 . 38 压监测通讯系统 . 38 讯 控制器 . 40 控通讯过程 . 40 主站与子站控制决策流程 . 41 服务器与工作站的通讯功能 . 41 统的安全考虑与措施 . 41 统运行问题 . 41 统告警 . 41 常问题 . 42 自动闭锁措施 . 43 统安全措施 . 44 调接口 . 44 统参数设定 . 44 统参数 . 44 压监测系统参数设置流程 . 45 系统查询 . 46 状态与告警查询 . 46 历史信息查询 . 46 趋势图查询 . 46 电网实时状态监视 . 48 第 5 章 系统的实现 . 50 统状态监视功能实现 . 50 同济大学 硕士学位论文 摘要 统运行图 . 50 厂站运行图 . 51 变压器监测状态 . 51 电容器监测状态 . 51 电容器运行状态 . 52 动作序列表 . 52 告警信息查询 . 52 事故清除 . 53 系统设置功能实现 . 54 限值设备参数 . 54 控制设备参数 . 54 拒动设置参数 . 55 启动方式设置 . 55 动作设置 . 55 系统查询功能实现 . 55 告警查询 . 56 趋势图查询 . 56 报表查询 . 56 潮流验证 . 57 电容容量查询 . 57 态查询 . 57 操作记录查询 . 57 键算法及源代码 . 58 统初始化模块 . 58 据库模块 . 59 讯规约模块 . 61 据采集模块 . 65 第 6 章 结论 . 67 参考文献 . 69 第 1 章 引言 6 第 1 章 引言 随着我国经济的快速发展，作为经济发展的先行官电力行业也得到了长足进步。但是社会对用电的要求越来越高。电力行业特别供电企业肩负着对整个国民经济和人民生活用电低提供可靠的电源供给。如何提供可靠安全合格的电力能源提供给社会是供电企业的最关心的问题。作为一个企业，电能源就是供电企业经营的 商品，而负荷和电压合格率就是电能源这个特殊商品的数量和质量。 题研究背景 力公司负责对 内 2712 平方公里，现有供电所 12 个，负责 9 个乡镇 321 个行政村 457 个自然村的供电任务。随着 电辖区内地方经济快速发展和农牧民生活水平不断提高，上级电网对公司电网的安全运行提出了更高的要求，客户对供电可靠性、供电质量、用电服务的要求也日趋严格，同时电网规模、电力设备的科技含量也在不断扩大和提高，现有的电网管理模式、管理水平已不能满足要求，因此建设安全可靠、经济高效的智能电网是电力系统发展的 必然趋势。 截至 2011 年底，拥有 110 千伏变电站 3 座，线路 里，主变 5 台容量 千伏安； 35 千伏变电站 7 座，线路 里，主变 12 台容量共 千伏安； 10 千伏线路 1553 公里，配变 2176 台容量 千伏安。 2010 年售电量 千瓦时，日最大供电负荷 千瓦、最低供电负荷 千瓦，全年平均供电负荷 千瓦， 110千伏容载比 35 千伏容载比 压合格率 供电可靠性 “十一五”期间，通过农网完善、通电、中央投 资农网工程和其它工程，建设改造 110千伏变电站 1 座、线路 50 公里、主变 2 台容量 8 万千伏安， 35 千伏变电站 7 座、线路 变 13 台容量 千伏安； 10 千伏线路 274 公里，配变 316 台容量 45255 万千伏安，主要取得以下几方面成就。 1、电网建设取得的成就。 经过农网改造工程后，解决了以往电网存在的许多不足和安全隐患，从根本上改变了我旗的电网结构，使公司电网布局更加合理 ,网架结构更加坚强 , 提高了主网架的供电能力和抗事故能力。不断提升了供电质量和可靠性，其经济效益和社会效益都十分明显。 2、农村 牧区、城镇配网建设取得的成就。 (1)、农村、城镇配网结构逐步趋于合理，各个电压等级供电线路的供电半径超长问题得到了改善，电网安全运行水平有了明显提高，设备事故、障碍率明显下降，电压合格率明显上升，供电可靠率已由改造前的 下提高到 上。 第 1 章 引言 7 (2)、农村电网供电能力有了很大提高，基本满足了农村地区生产、生活用电。同时结合全旗经济改革开放的优惠政策吸引了诸多新型企业、高科技企业入驻，农电供电区域内的各经济开发区使农电地区的用电负荷有了成倍增长，售电量已由改造前 长到目前的 多 得了可观的经济效益。 内电压自动管理系统的现状 我国电力企业经过 2 网改造工程及近几年大规模的电网建设改造，对主干线的输电线路的电压监控已经非常完善了，特别是高电压等级的输变电线路的电压监控已经能做到无人值守监控了。输变电线路的电压合格率基本保持 水平。但对供电线路特别是农网供电线路的电压监控还处于起步阶段。除了部分城市实现的配网自动化后能实现对配网的电压能自动监控外，基本还处于摸索阶段。 1.3 力电压自动管理系统的现状 力公司近几年的配网线路的电压合格 率监控也做了一些工作。主要是上了一些自动无功补偿装置，安装了一些电压监控装置。但对整个电网还没有形成一套整体的电压监控系统，以前做的一些工作主要是对配电线路的电压检测，还达不到控制的阶段。 尽管电压自动监测系统的研究和实践的发展是快速的，但从整体上看，国内目前从全局的角度进行无功电压的自动控制仍处于初级探索阶段，实质上电网电压的调控仍主要依赖于管理上的手段和现场运行人员的责任心和自觉性。 究其原因主要体现如下 : （ 1）负荷预报的基础性工作尚未得到高度重视，缺乏一定可信区间的把握，对自动控制带来一些困难； （ 2）有功与无功有本质的不同，在电压水平保证的前提下，有功有自然的、较强的线性传输特性，而无功没有； (3)如何在厂站普通电压无功调节设备的投切次数与控制效果之间取得协调统一是个难点； (4)国内与国外电网差别的认识估计不足或不甚清楚，欧洲的电网规模较小，他们实现的方式国内未必适用； (5)如何将电压控制系统纳入 有很多问题未有共识。 尽管如此，现有电网运行的技术条件己具备电压自动监测系统实践的某些基础。考虑到其潜在的经济效益和对电网安全可靠运行的强有力的支撑作用，实现分层、分级、分区的电压无功自 动控制是大势所趋。 第 1 章 引言 8 题的目的与意义 本文研究的主要内容：针对 力公司电压自动化管理现状和现有的远程电压自动监测技术，设计出一套适合 区的电压监测系统；给出该系统的设计、实现过程以及系统一些主要功能。 我们将在利用目前已有的系统的基础上，整合各系统的监控数据，建立一套包含变电站到低压终端用户为止的整个旗县供电系统电压监控系统。该系统必须符合内蒙古农电旗县局的实际情况，充分利用现有的平台，利用很少的投资解决整个农电供电的电压品质，提高配网线路的电压合格率。 文的工作与组织 本篇论 文研究了电压自动监控系统，从需求分析着手，对整个系统的功能进行了详细的分析、研究，并在此基础上，提出电压自动监控系统软件的设计实现方案。 本文第一章主要介绍了课题背景、选题目的与意义以及国内电压监测技术的概况；本文第二章主要介绍了开发此系统所用到的相关技术知识；第三章对电压监测系统的业务需求和技术需求进行了分析；第四章和第五章介绍了远程电压监测的设计与实现；第六章为结论总结。 第 2 章 系统采用的技术知识 9 第 2 章 系统采用的技术知识 力电压自动监测系统主要应用于公司内部网，大部分模块采用 作为前端开发软件， 为后台数据库平台，并使用 接访问数据库。下面对网络通信技术、数据库技术以及 、 开发工具 作简要的介绍。 络通信技术 计算机网络是一种地理上分散的、具有独立功能的多台计算机通过通信设备和线路连接起来，在配有相应的网络软件的情况下实现资源共享的系统。它是计算机及其应用技术与通信技术密切结合的产物。 计算机网络有多种分类的方法，按照地理范围进行分类的话可以分为局域网、城域网和广域网等，按照传输技术进行分类的话可以分为以太网、光纤专网、 力线载波等，将处于不同地理位置的计算机连接成计算机网络所使用的网络设备、传输介质和技术方法是不同的 3。 本论文所述系统采取局域网、电力线载波、 种网络通信，可实现远程抄表系统的完整网络，网络连接方式简单描述如下： 域网技术 局域网又称局部网络，是计算机网络的重要组成部分，它是将有限地理范围内的计算机和其他设备通过高速通信线路连接起来，以便共享资源，它的物理连接范围一般从几十米到几公里，通常小于 10 公里。局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限 。局域网主要用于实现短距离的资源共享。决定局域网特性的三个主要技术是：传输介质、拓扑结构和介质访问控制方法 3。 力远程集抄系统核心在公司内部的局域网，主要配备数据库服务器、前置接入服务器、路由器、防火墙等设备，通信介质采用普通双绞线和部分光纤，局域网的作用是实现公司内部管理数据的共享和业务统一处理。 术 电压自动监测系统对通信系统的要求取决于电压自动监测系统的规模、复杂程度和预期达到的自动化水平 ,总体上讲 ,电压自动监测系统根据自身的特点 ,对信息传输系统的要求有 :通信系统应具 有高的可靠性 ;合理的建设费用；满足当前和将来数据传输速率的要求 ;具有双向通信的能力；易于安装与维护 ;确保通信的实时性和信息的安全性 ;能有效隔离外网 (如公共网 )上的恶意攻击。根据配电网自动化系统对通信的特殊要求 ,对当前常用的通信 第 2 章 系统采用的技术知识 10 方式 ,例如光纤通信、配电载波通信、电缆通信、有线电视 (道等进行分析研究 ,发现尚没有一种通信技术可以很好地满足配电网自动化系统所有层次的信息传输需要。在电压自动监测系统工程中 ,选用的通信方式是否经济实用 ,是决定电压自动监测系统成效的关键 ,况且当前应用在电压自动监测系统工程中的 几种通信方式都是基于自建专用通信网方式 ,均存在工程投资大、维护工作量大等问题。 此前 ,由于传统观念及体制等多方面原因 ,电力企业不管传输何种业务都靠建设专网来满足需要。同时 ,由于缺乏对公用通信网的深入研究和了解 ,最终导致大量的电力通信工程投资沉淀和设备功能的闲置 ,造成极大浪费。当前电力企业已进入公司化运营 ,要求降低运营成本 ,实现投资收益及利润最大化 ,而公用通信网经过多年的发展和完善 ,网络规模、网络质量和容量 ,都得到巨大的改善 ,网络可靠性、运行水平都得到极大的提高。此外 ,由于网络是规模经济 ,公用通信网的单位带宽 成本比专用电力通信网低得多 ,这些因素为利用公网解决电力通信问题提供了可行性。如果深入研究分析和设计安全体系、可靠性等问题 ,并找到与网络工程投资合理的平衡点 ,大部分电力通信业务完全可以借助公用电信网络平台来实现承载。 电压自动监测系统信息量并不大 ,但点多 ,如果建设专用通信网络平台来传送 ,投资将是巨大的 ,而且维护工作量大 ,这将严重影响配电压自动监测系统工程的投资效益和经济指标 ,制约电压自动监测系统的发展。基于这一思路 ,经过深入调查、分析及比较 ,发现利用公用移动通信 信技术构筑一个虚拟的专用电压自 动监测系统信息传输平台 ,具有投资少、安装维护简单、易于组网、可靠性高、速率较高、实时性较好等特点 ,可以实现任何地点的信号覆盖 ,极好地满足电压自动监测系统的通信需求。 据库技术 据库常用术语 系统采用数据库技术作为数据管理的方式。数据库是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。它和计算机网络、人工智能被称为当今计算机技术界的三大热门技术。 数据、数据库、数据库管理系统和数据库系统是与数据库技术相关的四个基本概念。 1数据（ 数据是数据库中存储的基本对象。广义的理解，数据 的种类很多，文字、图形、图像、声音等，这些都是数据。在远程抄表系统中，数据主要指电表的运行参数、配变终端的运行参数、用电客户档案、电表冻结电量、电费参数、电力营销数据等 4。 2数据库（ 称 顾名思义，是存放和管理数据的仓库。一般可以把数据库理解为长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。在远程抄表系统中，数据库主要指安装在主站数据库服务器上的各个数据表的集合 4。 第 2 章 系统采用的技术知识 11 3数据库管理系统（ 称 数据库管理系统 是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，是数据库系统的一个重要组成部分。在远程抄表系统中，数据库管理系统是指所采用的 统4。 4数据库系统（ 称 数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户构成。在一般不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库 4。 据库的特点 1面向全组织的数据结构化 2数据独立性 3数据的共享性高，冗余度低 ，易扩充 4统一数据控制功能 据模型 数据库技术是计算机领域中发展最快的技术之一。数据库技术的发展是沿着数据模型的主线展开的。 数据模型（ 现实世界数据特征的抽象，是用来表示实体类型及实体类型间联系的模型。在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。现有的数据库系统均是基于某种数据模型的。 1数据模型的类型 数据模型 可分为两种类型：概念数据模型和结构数据模型。 （ 1） 概念模型 概念模型，也称信息模型， 是一种独立于 计算机 系统的模型 ， 是现实世界的第一层抽象 ，主要用于数据库设计。 最常见的概念模型是实体联系（ 型 。 （ 2） 结构数据模型 结构数据模型 是直接面向数据库的逻辑结构，是现实世界的第二层抽象 ，数据库系统的核心和基础 。它主要有：层次、网状、关 系三种模型。 2实体间的联系 客观存在并可相互区别的事物称为实体。实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联系。两个实体型之间的联系可以分为三类： （ 1）一对一联系（ 1： 1） （ 2）一对多联系（ 1： n） （ 3）多对多联系（ m： n） 第 2 章 系统采用的技术知识 12 3最常用的数据模型 目前，数据库领域中最常用的数据模型有四种，它们是：层次模型（ 网状模型（ 关系模型（ 面向对象模型（ 其中层次模型和网状模型统称为非关系模型 5。 据库系统的体系结构 一个数据库应用系统一般包括数据存储层、应用层与用户界面三个层次。数据库存储层由数据库系统来承担，完成数据库的维护操作；应用层是使用数据库处理与用户有关的各种业务操作，通过程序设计语言来完成；用户界面为用户提供可视化图形操作界面，用于数据库系统与用户之间的交互。 数据库系统的体系结构与计算机系统的组成结构有关，通常指数据库系统中数据存储层、应用层、用户界面以及网络通信之间的布局与分布关系。按照目前数据库系统的应用与发展，可分为单 机结构、集中式结构、 C/S 结构、 B/S 结构与多层结构等 6。 1单机结构 这种结构是随着 性能的提高出现的适合于 单用户数据库系统。由于它在数据完整性、安全性、并发性等方面存在不少缺陷，目前己很少使用。 2集中式数据库系统结构 这种结构是大型主机带多终端的系统。它将操作系统、应用程序、数据库系统等数据和资源均集中放于大型主机上，而连在主机上的多个终端只是作为主机的输入 /输出设备。数据存储层和应用层均放在主机上，而用户界面放在多个终端上。 3客户 /服务器结构（ 称 C/S） 现代计算机环境都是分布式的，客户机 /服务器（ 称 C/S）就是分布式的一个例子。所谓 C/S，指的是在分布式计算环境中，进程之间“请求”与“服务”的合作关系。 C/S 是一种应用程序结构，主要是将运算功能与资源分散在服务器与工作站的架构，这种架构通常用于数据库处理工作中。其体系结构图如图 2示。 C/S 结构的一个典型运作过程： （ 1）服务器监听相应端口的输入； （ 2）客户机发出一个请求； （ 3）服务器接收到此请求； （ 4）服务器处理这个请求，并把结果返回给客户机； （ 5）重复 上述过程，直至完成一次会话过程。 第 2 章 系统采用的技术知识 13 4三层 C/S 结构 三层 构将 与用户界面无关的功能移到了中间层（第二层）。所谓三层结构包括：表示层（ 应用层（ 数据层（ （ 1）表示层是用户接口部分，是用户与系统间交互信息的界面。它的主要功能是检查用户输入的数据，显示系统输出的数据。 （ 2）应用层是应用的主体，它包括 了应用中全部的业务处理程序。 （ 3）数据层是数据库管理系统（ 数据库，负责管理数据库数据的读写。 5 构（ B/S） B/S 结构其实是由三层 构转化而来的。它将 览器作为表示层，将大量的业务处理程序放在应用服务器（ 作为应用层，而将数据库放在数据库服务器（ DB 作为数据层。在 B/S 结构中，应用服务器又被称为 务器，实质上，客户机与 务器之间类似于一种终端与主机的模式，而 务器与数据库服务器之间是一种 据库模式。 务器在逻辑上是独立的，但在物理上它既可以是一个独立的服务器，也可以与应用服务器一起放在同一个服务器中，构成 构。 与 C/S 结构比较， B/S 结构有以下几个优点： （ 1）在 B/S 结构中，采用 览器作为表示层，由于 持底层的 目前使用的几乎所有局域网都可以做到无缝连接，从而彻底解决了异构系统间的连接问题。 （ 2） 用了 “瘦客户 端 ”，使系统具有彻底的开放性，系统