《變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)設計》開題報告

西安交大網(wǎng)絡學院電力系統(tǒng)及其自西安交大網(wǎng)絡學院電力系統(tǒng)及其自 動化專業(yè)開題報告動化專業(yè)開題報告 變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)設計 開題報告 變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)設計 開題報告 一 課題的目的和意義一 課題的目的和意義 隨著國民濟濟的快速持續(xù)增長 我國的電力工業(yè)也飛速發(fā)展 下面僅僅就機組的裝機容量這一點來分析 在 20016 年底 我國的總裝機容量就已經(jīng)超過了 16 5 億 kW 而僅在 2016 年這一年 我國新裝機的容量 就突破兩億 kW 大關 約站當時總裝機容量的 1 8 而且在新上的機組當中 百萬 kW 容量的機組就站相當 的比例 到 2020 年 我國計劃總裝機容量達到 20 億 kW 同時 我國的電網(wǎng)建設也在加速進行 正在努 力實現(xiàn)西電東送 南北互供全國聯(lián)網(wǎng)的目標 1 我國電力系統(tǒng)的大發(fā)展 勢必要求提高電力系統(tǒng)自動化的 水平 變電站在電力系統(tǒng)的安全 經(jīng)濟運行中起著非常重要的作用 其運行具有電力系統(tǒng)中電能快速變化和電氣 過程傳播快的特點 所以應該把對變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究作為電力系統(tǒng)自動化的重要攻關內容 變 電站綜合自動化是變電站自動化技術發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物 它提高了對變電站電氣設備和電力系統(tǒng)進行 監(jiān)視 控制和保護的自動化 智能化水平 提高了保護 控制的可靠性和電力系統(tǒng)的安全運行水平 社會 濟濟效益十分顯著 變電站綜合自動化系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng) 以成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢 2 隨著電子技術 計算機技術的迅猛發(fā)展 計算機已經(jīng)滲透到了世界的每個角落微機在電力系統(tǒng)自動化中得 到了廣泛的應用 電力系統(tǒng)也不可避免地進入了微機監(jiān)控的時代 微機監(jiān)控系統(tǒng)是變電站綜合自動化系統(tǒng) 中非常重要的組成部分 具有很多重要功能 并涉及多個技術領域 目前這項技術正向縱深發(fā)展 因此 對它的研究很有必要 所謂變電站綜合自動化 就是將變電站的二次經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設計 利用先進的計算機技術 現(xiàn)代 電子技術 通信技術和信號處理技術實現(xiàn)對全變電站的主要設備和輸 配電線路的自動監(jiān)視 測量 自動 控制和微機保護 以及與調度通信等綜合性的自動化功能 3 變電站綜合自動化系統(tǒng)可以采集到比較齊全 的數(shù)據(jù)和信息 利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷功能 可方便地實現(xiàn)監(jiān)視和控制變電站內各種電氣 設備的運行和操作 3 微機監(jiān)控系統(tǒng)代替了常規(guī)了測量和監(jiān)視儀表 替代了常規(guī)的控制屏 中央信號屏和 遠動屏 除了這些外 還增添了包括智能化的許多功能 4 變電站綜合自動化系統(tǒng)具有功能綜合化 1 結構微機化 操作監(jiān)視屏幕化 運行管理智能化等特點 而這也正是微機監(jiān)控系統(tǒng)所具有的新特點 5 二 文獻綜述二 文獻綜述 變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)是變電站綜合自動化系統(tǒng)的一個子功能系統(tǒng) 為了便于論述 對于它們諸 如發(fā)展歷程 系統(tǒng)結構等的共性問題 本文就以變電站綜合自動化系統(tǒng)為例進行闡述 6 而對于微機監(jiān)控 系統(tǒng)的整體結構 軟硬件部分 則單獨進行探究 只所以這樣做 是因為這符合變電站綜合自動化微機監(jiān) 控系統(tǒng)與變電站綜合自動化系統(tǒng)的關系 符合共性和個性辨證統(tǒng)一的關系 2 1 變電站自動化的發(fā)展歷程變電站自動化的發(fā)展歷程 變電站自動化技術 在變電站內應用自動控制技術 信息處理和傳輸技術 計算機硬軟件技術實現(xiàn)變電站 運行監(jiān)測 協(xié)調 控制和管理任務 部分代替或取代變電站常規(guī)二次系統(tǒng) 減少和代替運行值班人員對變 電站運行監(jiān)視 控制的操作 使變電站更加安全 穩(wěn)定 可靠運行 7 現(xiàn)有的變電站有三種形式 傳統(tǒng)的變電站 部分實現(xiàn)微機管理 具有一定自動化水平的變電站 全面微機 化的綜合自動化變電站 6 8 9 這也正是變電站自動化發(fā)展三個階段的印跡 變電站自動化發(fā)展的這三個 階段如下 2 3 4 由分立元件構成的自動裝置階段 微處理器為核心的智能化自動裝置階段 變電站綜合自動化階段 利用微處理器的智能和計算能力 大規(guī)模集成電路或微處理器代替了原來的晶體管等分立元件組成的自動 裝置 這些新的微機型自動裝置盡管功能不同 但硬件結構大同小異 而且所采集的量和所控制的對象許 多是相同的 2 于是 人們開始考慮這些微機化的變電站二次部分進行功能的優(yōu)化問題 這就形成了變電 站綜合自動化系統(tǒng) 所謂綜合 就是把變電站的保護 控制與數(shù)據(jù)采集等功能集成在一起 因此 變電站 綜合稱為變電站集成可能更確切一些 1 可見 變電站綜合自動化是變電站自動化發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物 因此 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能首 先應包括傳統(tǒng)的測量 監(jiān)控 保護 遠動等功能 還應包括常規(guī)自動化系統(tǒng)沒有的功能 更重要的是提高 自動化水平 改進自動化系統(tǒng)的性能 3 2 2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件結構變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件結構 隨著電子技術 微機技術 通信技術和網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展 變電站綜合自動化技術也得到了很大發(fā)展 其體系結構不斷向前發(fā)展 使它的系統(tǒng)性能 實現(xiàn)功能 運行可靠性得到不斷提高 2 10 變電站綜合自 動化系統(tǒng)在結構形式上主要可分為集中式結構 分層分布式結構 集中和分散相結合結構和完全分散式結 構四種 9 10 11 2 2 1 集中式系統(tǒng)結構集中式系統(tǒng)結構 采用不同檔次的計算機 擴展它的外圍接口電路 集中采集變電站的各種信息 集中進行計算與處理 分 別完成微機監(jiān)控 微機保護和一些自動控制等功能 但是 集中式結構不是由一臺計算機完成監(jiān)控 保護 等全部功能 4 這種結構按功能劃分為許多單元 而這些單元由總控單元加以控制 這樣 該結構便有以 下優(yōu)點 各單元相互獨立 互不影響 可集中也可分散安裝 擴充性好 綜合性強 但是也有很大的缺點 從而限制了它的推廣應用 其主要缺點如下 每臺計算機的功能集中 必須采用雙機并聯(lián)結構才能提高可靠性 組屏多 站地面積大 軟件復雜 修改工作量大 系統(tǒng)調試煩瑣 組態(tài)不靈活 對于不同主接線或不同規(guī)模的變電站 其軟 硬件都必須另行設計 1 2 2 2 2 分層分布式結構分層分布式結構 系統(tǒng)采用按功能劃分的分布式多 CPU 系統(tǒng) 同時 采用分層管理模式 本系統(tǒng)將整個變電站的一次 二次 設備分為 2 層或 3 層 每一層由不同的設備或不同的子系統(tǒng)組成 完成不同的功能 因此起到使功能分散 危險分散和地域分散的作用 該系統(tǒng)具有以下特點 分層分布式配置 繼電保護相對獨立 具有與控制中 心通信的功能 模塊化結構 可靠性高 維護管理方便 需要的電纜多 本結構的系統(tǒng) 具有分層分布式 結構 功能模塊化等的優(yōu)點 因此自問世以來就顯示了強大的生命力 得到了廣泛地推廣和應用 但是 它需要大量控制電纜 才有了分散式結構 10 11 2 2 3 集中和分散相結合式和完全分散式集中和分散相結合式和完全分散式 集中和分散相結合式是按每個電網(wǎng)元件為對象 集測量 控制 保護為一體 設計一個機箱 整個變電站 形成即分散又集中的結構 按照集中和分散的不同結合 可分為局部集中 總體分散和高壓集中 配電分 散兩種形式 因此 該系統(tǒng)即有集中式的優(yōu)點 又有分散式的優(yōu)點 3 完全分散式是以變電站一次主設備為安裝單位 將保護 測量等單元就地分散安裝在這些一次主設備的開 關屏 或柜 上 而主控單元通過現(xiàn)場總線與這些分散的單元通信 監(jiān)控單元通過網(wǎng)絡與監(jiān)控主機連接 2 12 分散式結構具有節(jié)約控制室面積 節(jié)約二次電纜 綜合性能強等優(yōu)點 所以 隨著電 光傳感器和光纖通 信技術的發(fā)展 它是今后變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向 2 6 2 3 國內外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展概況國內外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展概況 2 3 1 國外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展過程國外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展過程 隨著微型計算機的發(fā)展 在國外 變電站綜合自動化系統(tǒng)起步于 20 世紀 70 年代后期 而在上世紀 80 年 代得到了很大發(fā)展 20 世紀 70 年代末 英國等西方發(fā)達國家新裝的遠動裝置都微機化 布線邏輯的遠動 裝置開始被淘汰 同時 監(jiān)控系統(tǒng)的功能逐步擴大 供電網(wǎng)的監(jiān)控功能朝綜合自動化方向快速發(fā)展 變電 站綜合自動化初現(xiàn)雛形 美國西屋電氣公司和美國電力科學研究院聯(lián)合研制了 SPCS 變電站保護和控制綜 合自動化系統(tǒng) 日本的關西電子公司和三菱電氣有限公司在 1979 年聯(lián)合研制出配電變電站的數(shù)字控制系 統(tǒng) SDCS 1 并在次年把它投向了市場 80 年代以后 越來越多的國家和實力雄厚的大公司開始研 制自己的變電站綜合自動化系統(tǒng) 并在這一領域進行了技術規(guī)范和標準的協(xié)調和制定 德國西門子公司 ABB 公司 AEG 公司 美國 GE 公司 西屋公司 法國阿爾斯通公司等都開發(fā)出了自己的變電站綜合自動 化系統(tǒng) 國外早在 20 世紀 80 年代就已有分散式變電站綜合自動化系統(tǒng) 以德國西門子公司為例 該公司 于 1985 年正式投運它的第一套變電站綜合自動化系統(tǒng) LSA678 本系統(tǒng)的結構有全分散式和局部分散兩種 至 1993 年初 已有 300 多套同類型的系統(tǒng)在歐洲不同電壓等級的變電站投入運行 1994 年 瑞士 BBC 公司也首次推出了變電站綜合自動化系統(tǒng) 為了促進變電站綜合自動化技術的標準化發(fā)展 國際電工委員 會第 57 次技術委員會 IECTC57 專門成立了 變電站控制和保護接口 工作組 并為控制和保護之間的通 信提供了一個國際標準 3 4 2 3 2 我國變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展概況我國變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展概況 我國從上世紀 80 年代中期開始研制變電站綜合自動化系統(tǒng) 與國外相比 起步較晚 但是 我國在 70 年 代初期便先后研制成功了電氣集中控制裝置和 四合一 裝置 測量 控制 保護 信號 這為日后研制 微機化的綜合自動裝置積累了經(jīng)驗 在我國變電站綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展的初期階段 我們主要研制和生產(chǎn) 集中式的變電站綜合自動化系統(tǒng) 例如 DISA 1 IES 60 FD 97 等各種型號的系統(tǒng) 20 世紀 80 年代 末期 差分電路 RS 422 485 總線技術的傳入 為我國變電站綜合自動化的研制工作提供了新的數(shù)據(jù)通信 技術 另外 Windows NT Windows 95 操作系統(tǒng)可以處理多線程 多任務的工作 微機的性價比也已經(jīng)很 高了 在這種背景下 我國便開始引進和研制分層分布式的系統(tǒng) 到了 90 年代中期 開始研制分散式變電 站綜合自動化系統(tǒng) 如 DISA 3 CSC 2000 FDK 等 與國外先進技術相比 我國落后大約 10 年 1 4 在國內 初期的變電站自動化只是在常規(guī)的二次設備配置上增加計算機管理功能 仍未涉及繼電保護 故 障錄波等功能 九十年代后 由于數(shù)字技術的發(fā)展 才使此項技在我國進人了實質性的發(fā)展階段 9 上世 紀 70 年代末 80 年代初 南京電力自動化研究所率先研制成功以 Motorola 芯片為核心的微機 RTU 用于韶 山灌區(qū)和鄭州供電網(wǎng) 從而促進了微機技術在電力系統(tǒng)中的廣泛推廣和應用 1987 年 清華大學獨立自主 研制的 35kV 變電站監(jiān)測自動化 微機保護系統(tǒng)在山東威海成功投入運行 這個系統(tǒng)用 3 臺微型計算機實 現(xiàn)了全站的微機監(jiān)測和控制 微機繼電保護的功能 隨著微機監(jiān)控裝置 微機遠動裝置 微機繼電保護裝 置和微機故障錄波裝置在電網(wǎng)中的全面推廣應用 人們逐漸地發(fā)現(xiàn)了各個技術部門保持相對獨立的弊端 開始從變電站二次系統(tǒng)的全局考慮這些微機裝置的統(tǒng)一配置 1990 年 清華大學在研制鞍山公園變電站綜 合自動化系統(tǒng)時 首先提出了監(jiān)控系統(tǒng)與 RTU 合而為一的設計思想 此外 國內許多其他高等院校 科研 單位以及企業(yè)也做了大量的研究工作 并推出了一些不同類型 功能各異的自動化系統(tǒng) 進入 20 世紀 90 年代 變電站綜合自動化已經(jīng)是電力系統(tǒng)自動化中最熱的科研項目 許多企事業(yè)單位都參與了這個領域的 研究 變電站綜合自動化系統(tǒng)的產(chǎn)品也雨后春筍般的出現(xiàn) 例如 國家電網(wǎng)南京自動化研究所 PS6000 系 列綜合自動化系統(tǒng) 上海惠安 Power comm2000 變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng) 北京四方公司的 CSC 2000 系 列綜合自動化系統(tǒng)等等 科研單位和企業(yè)召開了很大規(guī)模的研討會 技術經(jīng)驗交流會 并推動了相關標準 的制定 使變電站綜合自動化向規(guī)范化方向發(fā)展 5 6 2 4 變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng) 本系統(tǒng)以微機為主 將變電站的二次設備信號通過功能組合 形成模塊化 網(wǎng)絡化 功能化的現(xiàn)代化微機 監(jiān)控系統(tǒng) 真正滿足了生產(chǎn)和能源管理的要求 8 本系統(tǒng)由硬件 軟件兩大部分組成 硬件是系統(tǒng)的物理 結構 其作用是顯而易見的 而監(jiān)控軟件充當站內的保護 測量 控制及通信裝置與變電站運行人員之間 的接口 在變電站自動化系統(tǒng)中占有重要地位 9 隨著面向對象技術的發(fā)展 該技術越來越顯示出自己的優(yōu)越性 因此逐漸被應用到變電站綜合自動化系統(tǒng) 中 變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)是變電站綜合自動化系統(tǒng)的一個子功能系統(tǒng) 它本身又包括很多如數(shù) 據(jù)采集 運行管理等子功能系統(tǒng) 還有它本身和其他系統(tǒng)的通信部分 12 13 限于篇幅 全面系統(tǒng)地一一 闡述其軟硬件的各個部分是沒有意義的 有的文獻介紹變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)的整體結構 有的 則分析數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的軟硬件部分 有的主要介紹其中的監(jiān)控軟件 9 10 14 15 下面就簡要介紹一例 監(jiān)控系統(tǒng)的結構從上到下分為三層 監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)分為軟硬件實現(xiàn) 硬件部分以以下幾個方面實現(xiàn) 管 理監(jiān)控層 設備控制層 現(xiàn)場設備層 軟件由系統(tǒng)的通信 人機界面兩部分實現(xiàn) 8 三 研究設計類型 關鍵問題三 研究設計類型 關鍵問題 今后變電站綜合自動化的運行模式將從無人值班 有人值守逐步向無人值守過度 而且在保護所需的電流 互感器與控制 測量所需的電流互感器的統(tǒng)一配置的促進下 變電站綜合自動化的微機監(jiān)控系統(tǒng)和微機保 護系統(tǒng)結合在一起的趨勢將加快進行 2 本次研究 設計 的內容主要是 變電站綜合自動化系統(tǒng) 微機監(jiān)控子系統(tǒng) 變電站綜合自動化微機監(jiān)控 系統(tǒng)的整體方案和該系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)及其對某一部分的編程 準備解決的關鍵問題是變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)的整體方案及其硬件系統(tǒng)和軟件編程 四 四 研究工具研究工具 進行變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)的整體方案 硬件和軟件設計 本畢業(yè)設計 論文 中 變電站綜合 自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結構采用應用廣泛的分層分布式系統(tǒng) 針對系統(tǒng)的要求 用分層技術 模塊化 技術和面向對象技術等對變電站綜合自動化微機監(jiān)控 系統(tǒng)的軟件進行設計 用 Visual C 高級語言開發(fā) 變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)交流量安全監(jiān)視功能的軟件模塊 五 年度研究計劃五 年度研究計劃 時間時間工作內容工作內容 2017 5 27 至 2017 6 10接受 畢業(yè)設計 論文 任務書 去圖書館借閱相關資料和上網(wǎng)查閱有關內容 2017 6 10 至 2017 6 18繼續(xù)搜集涉及的資料 選擇適合要求的內容并加以整理 2017 6 18 至 2017 6 30尋找符合要求的外文資料 根據(jù)工具書 教材和網(wǎng)上翻譯器把它翻譯成中文 2017 7 1 至 2017 7 15根據(jù)所整理的材料 對所選課題進行整體和局部設計 在此基礎上 撰寫 畢業(yè)設計 論文 開題報告 2017 7 15 至 2017 7 20設計出所選課題的總體方案 它包括該系統(tǒng)的軟硬件部分 編寫摘要和引言部分 2017 7 20 至 2017 7 30根據(jù)提出的總體方案 撰寫變電站綜合自動化微機監(jiān)控系 統(tǒng)的總體方案 基本原理 整體結構等內容 2017 8 1 至 2017 8 5完成變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分和軟件部 分的框架和大部分內容 2017 8 6 至 2017 8 15形成論文初稿 指導教師審閱設計成果 對論文進行修改和整理 2017 8 15 至 2017 8 20指導教師 評閱老師評閱論文 分別給出成績 準備參加畢業(yè)答辯 六六 預期結果和創(chuàng)新成果 預期結果和創(chuàng)新成果 本課題要求在查閱大量相關文獻和相關設計手冊的基礎上 對變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)方面的知識 全面掌握 并對變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)的原理進行綜合分析 比較 提出總體設計方案 實現(xiàn)方 法包括對變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)的整體結構 硬件和軟件部分進行設計 先對變電站綜合自動化的主要內容 基本功能 發(fā)展過程等進行分析闡述 然后對微機監(jiān)控系統(tǒng)的基本功 能 組成部分 原理結構等進行綜合論述 最后對變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)進行整體研究 通過對 變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分進行分析研究和對該系統(tǒng)的某個方面的內容用 C 高級語言進 行軟件編程 17 18 培養(yǎng)自己帶著目的查閱尋找資料和整理有用資料的能力 根據(jù)現(xiàn)實需要自學能力 對本系統(tǒng)的基本原理 結構功能 軟硬件配置等等有