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1、日照钢铁厂孤电网自动化调日照钢铁厂孤电网自动化调度度系系统统设计与实施设计与实施 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一、课题背景和意义一、课题背景和意义二、国内外研究现状及对比分析二、国内外研究现状及对比分析三、业务及需求分析三、业务及需求分析四、系统设计四、系统设计五、系统测试五、系统测试六、系统实施六、系统实施七、总结与展望七、总结与展望内容纲要内容纲要1 一、选题背景与意义一、选题背景与意义 课题背景 课题来源：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

2、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2二、绪论二、绪论国内外现状国内外现状3国内研究现状国内研究现状国外研究现状国外研究现状国内外对比分析国内外对比分析国内孤电网调度自动化技术国内孤电网调度自动化技术的应用及产品：的应用及产品： 1.应用：（1）孤电网调度自动化市场潜力巨大，国家政策积极响应；（2）在钢铁企业已经得到广泛引用，帮助企业有效的解决孤网运行时调度问题。2. 产品：（1）以前国内产品多以国外 产品进行二次开发；（2）目前国内产品已经有部分为自主研发，并超过国外产品在中国的市场份额。国外

3、国外孤电网调度自动化孤电网调度自动化技术技术的应用及产品：的应用及产品：1. 应用：（1）应用时间早，建设相对成熟；（2）具有较成熟的模拟环境，可进行相关课题的模拟演练。2. 产品：（1）成熟的孤电网调度自动化产品还属北美及欧洲国家；（2）初步建立了孤网运行的模型；（3）完成孤网控制和保护策略相同点：相同点：应用：（1）在孤网运行调度上都有一定的实现；产品：（1）现有孤网运行调度产品功能技术实力相当；不同点：不同点：应用：（1）国外孤网运行的理论实践更加成熟；（2）国内孤网运行实际相对成熟；产品： 产品侧重点稍有差异，国内相对性价比稍高，且功能同样强大。二、绪论二、绪论研究目标与内容研究目标与

4、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4三、系统需求分析三、系统需求分析业务概述业务概述5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

5、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。三、系统需求分析三、系统需求分析业务流程分析业务流程分析6负荷预测流程图三、系统需求分析三、系统需求分析业务流程分析业务流程分析7自动发电控制流程三、系统需求分析三、系统需求分析业务流程分析业务流程分析8自动电压控制流程系统功能需求：1）负荷预测及综合管理3）自动电压控制9三三、系统需求分析、系统需求分析功能性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10三三、功能需求分析、功能需求分析非功能性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

6、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。11三三、功能需求分析、功能需求分析非功能性需求分析非功能性需求分析性能需求l系统总体平均无故障时间MTBF 30000hl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；l电网正常状态下：l在任意10秒内，服务器CPU的平均负荷率 15%；l任意5分钟内，服务器CPU的平均负荷率 10%；l在任意10秒内，系统局域网的平均负荷率 15%；l电网故

7、障状态下：l在任意10秒内，服务器CPU的平均负荷率 25%；l在任意10秒内，系统局域网的平均负荷率 25%；l系统完全启动时间 2min12三三、功能需求分析、功能需求分析非功能性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。四、系统设计四、系统设计系统功能设计系统功能设计13四、系统设计四、系统设计系统架构设计系统架构设计14 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，

8、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 15四、系统设计四、系统设计网络拓扑网络拓扑设计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。16四、系统设计四、系统设计安全设计安全设计网络安全1. 网络中安装防火墙；2. 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1. 关键数据加密存储；2. 服务器进行1xM备份，定时自动进行备份；应用安全1. 划分角色及权限，建立系统日志；四、系统详细设计四、系统详细设计系统功能设计系统功能设计17负荷预测活动图四、系

9、统详细设计四、系统详细设计系统功能设计系统功能设计18负荷预测类图四、系统详细设计四、系统详细设计系统功能设计系统功能设计19负荷预测时序图 2220四、系统详细设计四、系统详细设计数据库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张数据表五、系统测试五、系统测试测试目标、测试策略测试目标、测试策略211.确保软件无明显缺陷；2.确认软件的需求是否顺利实现；3.验证系统的稳定性，核心功能业务在长时间使用后无异常；4.性能需求各项指标符合预期。测试目标1.采用测试驱动，迭代开发的方式；测试策略五、系

10、统测试五、系统测试测试环境测试环境22硬件环境硬件环境2台工作站 3台数据库服务器2台交换机1台打印机硬件配置CPU配置：双核 3.0GHz内存：2GB DDR2硬盘：SATA2 120GCPU配置：双核 3.0GHz内存：4GB DDR3硬盘：SATA2 320G10/100M以太网HP-5200L激光网络打印机软件配置Windows 7AIX 5.3L UnixORACLE 网络环境10/100M以太网10/100M 以太网10/100M 以太网五、系统测试五、系统测试功能测试用例功能测试用例23自动自动电压电压控制测试控制测试用例用例AVC主站决策需要的实时状态输入信息包括：输入信息输入

11、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。五、系统测试五、系统测试功能测试用例功能测试用例自动发电控制测试自动发电控制测试24输入信息：AGC设定值返回值AGC可调上限值AGC可调下限值A

12、GC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(BLOCK INC)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。五、系统测试五、系统测试性能测试用例25系统雪崩实验系统雪崩实验实验条件：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

13、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：实验结果：实验结论：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计算机节点名字平均cpu%计算机节点名字平均cpu%DT5500-A60%T1-PC60%DT5500-B60%Linux135%DT5500-C60%Linux260%DT5500-D60%ibmtest165%DT5500-E60%ibmtest260%2

14、6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、系统测试五、系统测试测试结果六、系统实施六、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2

15、728六、系统实施六、系统实施实施准备实施准备人员组织29六、系统实施六、系统实施实施准备实施准备软件准备序号软件名称完成功能数量1 1数据采集和监控（SCADA）完成AGC、AVC等应用功能的数据采集和预处理,里面包含数据采集模块，数据处理模块，告警模块12 2人机交互系统完成一次系统监视，告警展示，应用结果展示等功能13 3自动发电控制系统（AGC）自动调节各发电机有功出力，孤网时保障系统频率合格，执行发电计划，优化发电机一次调频能力14 4自动电压无功控制（AVC）通过自动设定发电机的运行电压和无功出力分配维持负荷母线在安全范围内。对于不能自动调节的变压器分接头和电容器组给出调节建议13

16、0六、系统实施六、系统实施实施准备实施准备硬件准备序号硬件名称完成功能数量1 1SCADA数据采集前置服务器（主备）完成AGC、AVC等应用功能的数据采集和预处理22 2功率电压控制系统服务器（主备）完成AGC、AVC等应用功能23 3历史数据服务器（主备）完成对历史状态数据和运行数据的记录保存和查询24 4操作员站对AGC、AVC的运行情况进行监视，查看历史数据45 5工程师站对生产计划、检修计划、运行参数进行录入、修改和控制16 6AGC 子站执行AGC主站指令37 7AVC子站上位机对AVC子站的定电压决策转换为无功，并在机组间分配18 8AVC子站执行机执行上位机指令3 系统测试根据使

17、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。31六、系统实施六、系统实施实施过程实施过程六、系统实施六、系统实施效果展示效果展示32AVC变电站系统监视界面截图六、系统实施六、系统实施实施效果实施效果33AVC日志显示界面展示截图七、总结与展望七、总结与展望论文总结论文总结总结：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。34七、总结与展望七、总结与展望承担工作和展望承担工作和展望 本人承