《精品》變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文

1、變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 Design of Microcomputer Monitoring and Controlling System in Substation Integrated Automation ： ： ： ： ： ： ： 學(xué)生姓名 所在院系 所學(xué)專業(yè) 所在班級 指導(dǎo)教師 教師職稱 完成時間 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 摘 要 根據(jù)變電站綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀和開展趨勢，應(yīng)用分層、模塊化和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法和編程技術(shù)，本文從設(shè)計原那么、實(shí)現(xiàn)原理、整體結(jié)構(gòu)、軟硬件局部、功能模塊的應(yīng)用程序等方面對分層分布式變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計。本文主要做了以下 5 個

2、工作。對變電站綜合自動化系統(tǒng)及其微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行比較詳細(xì)地研究。對變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的根本原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和綜合，提出了該系統(tǒng)的總體設(shè)計方案和框圖，并對它的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。研究和設(shè)計了變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件局部和軟件部分。對其中的交變量越限平安監(jiān)視子功能模塊編寫了流程框圖和算法、并用Visual C+高級語言編寫和調(diào)試了該局部的實(shí)用程序。 關(guān)鍵詞 變電站綜合自動化 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 模塊化 面向?qū)ο?Abstract: Based on the substation integrated automations current situation and develo

3、pment trend, using layered, modular and object-oriented design and programming technologies, this thesis has analyzed and designed the microcomputer monitoring and controlling system in substation integrated automation towards layering distribute type, from its design principles, achieve principle,

4、the overall structure, the areas of hardware and software, the application procedures of functional module and so on. This paper has done the following five aspects of the work. It has studied substation integrated automation and its microcomputer monitoring and controlling system. It has analyzed a

5、nd synthesized the basic principle and architecture of the microcomputer monitoring and controlling system in substation integrated automation, put forward the overall design programmers of the system and block diagram of the programmer, and designed the overall structure. It has studied and designe

6、d hardware parts and software parts in 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 the microcomputer monitoring and controlling system in substation integrated automation. It has prepared the flow diagram and algorithms of alternating parameters security monitoring sub-module in the system, and written and debugged its utility us

7、ing the high-level language Visual C+. Keywords: substation integrated automation microcomputer monitoring and controlling system module object-oriented 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 I 目 錄 引言 . 1 1.1 課題的目的和意義 . 1 1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng) . 1 1.3 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) . 4 1.4 本文要做的工作 . 5 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案 . 5 2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計的原那么和要

8、求 . 5 2.2 變電站綜合自動化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) . 6 2.3 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) . 12 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件局部的設(shè)計 . 13 3.1 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置 . 13 3.2 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計 . 14 3.3 上位機(jī)系統(tǒng) . 18 3.4 下位機(jī)監(jiān)測、控制和保護(hù)單元 . 19 3.5 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的分層、模塊化設(shè)計 . 20 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件局部的設(shè)計 . 21 4.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對監(jiān)控軟件的要求 . 22 4.2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計的方法 . 22 4.3

9、 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的分析 . 24 4.4 監(jiān)控軟件模塊化設(shè)計 . 28 4.5 局部軟件模塊設(shè)計舉例 . 30 VC+應(yīng)用程序設(shè)計舉例 . 32 5.1 Visual C+高級語言概述 . 32 5.2 交流量越限平安監(jiān)視模塊算法的設(shè)計 . 33 5.3 交流量越限平安監(jiān)視模塊的VC+高級語言程序設(shè)計 . 36 總結(jié) . 38 參考文獻(xiàn) . 39 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 II 致 謝 . 40 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 1 引言 1.1 課題的目的和意義 隨著國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速地增長，我國電力工業(yè)也飛速開展。僅在2007 年這一年，我國新裝機(jī)的容量就突破一億 kW 大關(guān)，約站當(dāng)時總裝機(jī)容量的

10、 1/7；而且在新上機(jī)組中，百萬 kW容量的機(jī)組就站相當(dāng)大的比例；根據(jù)規(guī)劃，2021 年總的裝機(jī)容量大約是去年底的3 倍。同時，電網(wǎng)的建設(shè)也加了快進(jìn)度，交直流特高壓遠(yuǎn)程輸變電工程即將進(jìn)入大規(guī)模地實(shí)用階段。電力工業(yè)開展的現(xiàn)狀和趨勢，勢必要求提高電力系統(tǒng)的自動化和信息化水平1。 變電站是電網(wǎng)中的重要根本環(huán)節(jié)，其自動化水平的上下直接影響著電網(wǎng)平安穩(wěn)定運(yùn)行水平。隨著用電負(fù)荷的快速增長和負(fù)荷密度的加大，變電站的電壓等級和變電容量不斷提高，對供電可靠性的要求也越來越高。因此，必須提高變電站的自動化水平23。 變電站綜合自動化系統(tǒng)是最新開展起來的多專業(yè)綜合技術(shù)，是電網(wǎng)運(yùn)行管理中的一次變革，它以計算機(jī)為根底，

11、實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)變電站現(xiàn)代化管理，從而改變了傳統(tǒng)變電站控制室、保護(hù)室的主體結(jié)構(gòu)和值班維護(hù)方式，充分表達(dá)了現(xiàn)代生產(chǎn)的特點(diǎn)。變電站綜合自動化系統(tǒng)，能夠全面提高變電站的技術(shù)水平，提高運(yùn)行的可靠性和管理水平，具有顯著的可比優(yōu)越性，是變電站自動化的開展趨勢。大規(guī)模集成電路和通信技術(shù)的迅猛開展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場總線等的出現(xiàn)和完善，為提高變電站綜合自動化系統(tǒng)的技術(shù)水平提供了有力的科技支持。變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是變電站綜合自動化系統(tǒng)最根本的子功能系統(tǒng)，涉及到變電運(yùn)行、監(jiān)視控制等方面的內(nèi)容，使變電站的監(jiān)視和控制發(fā)生了根本的變化。因此，研究變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有迫切的現(xiàn)實(shí)需要和重大的實(shí)際意義4567。

12、1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng) 1.2.1 變電站自動化 變電站主要包括兩大局部：一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)。一次系統(tǒng)完成電能的聚集、電壓變換和分配等任務(wù)；而二次系統(tǒng)那么完成對一次設(shè)備和一次系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的測量、監(jiān)視、控制、保護(hù)和故障告警的任務(wù)以及完成滿足調(diào)度、遠(yuǎn)方監(jiān)控等內(nèi)容的遠(yuǎn)動任務(wù)。而一個變電站運(yùn)行情況的優(yōu)劣，在很大程度上取決于其二次設(shè)備的工作性能38。 電力系統(tǒng)是一個連續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)，電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和消費(fèi)都是同時完成的。因此，變電站的運(yùn)行也是連續(xù)的。為了掌握變電運(yùn)行狀態(tài)，必須對相關(guān)電氣量進(jìn)行連續(xù)測量，供運(yùn)行監(jiān)視、記錄；為了保障變電站、輸電線路的平安運(yùn)行，需要實(shí)現(xiàn)過流、低壓等故障的長春工程學(xué)院畢

13、業(yè)設(shè)計論文 2 平安保護(hù)；為了向電網(wǎng)調(diào)度提供系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，需要將表征電力系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)信息向上級調(diào)度部門傳送；為了向客戶供應(yīng)合格的電能，需要進(jìn)行必要的控制和調(diào)節(jié)。同時，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，變電站必須做出快速的反響，及時進(jìn)行處理。隨著電力工業(yè)的迅速開展，容量大、參數(shù)高的電氣設(shè)備被廣泛、大量地投入運(yùn)用到電力系統(tǒng)中，必須保證這些設(shè)備平安、可靠地運(yùn)行；用戶對電能的要求越來越高：這都要求采用變電站自動化技術(shù)并不斷提高其技術(shù)水平39。 現(xiàn)有的變電站有三種形式：傳統(tǒng)的變電站；局部實(shí)現(xiàn)微機(jī)管理、具有一定自動化水平的變電站；全面微機(jī)化的綜合自動化變電站101112。這也正是變電站自動化開展三個階段的印跡。變電

14、站自動化開展的這三個階段如下234：由分立元件構(gòu)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?？梢?，變電站綜合自動化是變電站自動化開展到一定階段的產(chǎn)物，是變電站自動化的開展趨勢。 1.2.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)概述 常規(guī)變電站的二次系統(tǒng)主要包括以下四個局部：繼電保護(hù)、故障錄波、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控和遠(yuǎn)動局部。隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的迅猛開展，微機(jī)在電力系統(tǒng)自動化中得到廣泛的應(yīng)用，這四個局部先后實(shí)現(xiàn)微機(jī)化。由于這些微機(jī)化的裝置硬件配置大體相同，都從變電站主設(shè)備和二次回路中采集并檢測和處理信號，造成了設(shè)備重復(fù)、接線復(fù)雜等問題。這就促使人們考慮對這些二次設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，變電站

15、綜合自動化系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生了34。 變電站綜合自動化是將變電站的二次設(shè)備經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制、微機(jī)保護(hù)以及與調(diào)度控制中心通信等綜合性的自動化功能。 變電站綜合自動化系統(tǒng)，即利用多臺微型計算機(jī)和大規(guī)模集成電路組成的自動化系統(tǒng)：替代了常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表，替代常規(guī)控制屏、中央信號系統(tǒng)和遠(yuǎn)動屏，同時微機(jī)保護(hù)取代了常規(guī)的繼電保護(hù)屏，改變了常規(guī)的繼電保護(hù)裝置不能與外界通信的缺陷；除了這些外，還增添了包括智能化的許多功能?？梢缘贸鱿旅娴慕Y(jié)論：變電站綜合自動化是自動化技術(shù)、計算機(jī)技

16、術(shù)等高科技技術(shù)在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。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(jī)的高速計算能力和邏輯判斷功能，可方便地實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制變電站內(nèi)各種電氣設(shè)備的運(yùn)行和操作。變電站綜合自動化系統(tǒng)具有功能綜合化、結(jié)構(gòu)微機(jī)化、長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 3 操作監(jiān)視屏幕化、運(yùn)行管理智能化等特征269 變電站綜合自動化的內(nèi)容如下所述：變電站電氣量的采集、處理和對電氣設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)工作組分析了變電站綜合自動化需完成的功能有63 種。變電站綜合自動化系統(tǒng)，以微機(jī)為基礎(chǔ)，對變電站傳統(tǒng)的測量手段、控制方式、繼電保護(hù)、通信和管理模式進(jìn)行全面的技術(shù)改造。它的根本功能為如下的八個方面：監(jiān)視和控制；微機(jī)保護(hù)

17、；電壓、無功綜合控制；低頻減負(fù)荷控制；備用電源自動投入控制；遠(yuǎn)動和數(shù)據(jù)通信功能；時鐘功能；自診斷功能31012。 隨著變電站技術(shù)改造的深入和無人值班工作的進(jìn)展，出現(xiàn)了功能不一、結(jié)構(gòu)多樣的變電站綜合自動化系統(tǒng)。這項技術(shù)開展方向如下：從功能分散向單元分散開展；有集中控制向分布式網(wǎng)絡(luò)開展；從傳統(tǒng)控制向綜合智能化方向開展；從專用設(shè)備到開發(fā)平臺開展；從單純的屏幕監(jiān)視到多媒體監(jiān)視；向測量數(shù)據(jù)完全共享開展；向監(jiān)控與保護(hù)一體化方向開展；縱向與橫向綜合313。 1.2.3 變電站綜合自動化的優(yōu)越性 傳統(tǒng)的變電站存在著以下的缺點(diǎn)： 1常規(guī)的二次設(shè)備缺乏高的可靠性和平安性； 2無自動電壓調(diào)節(jié)等功能，供電質(zhì)量缺乏科學(xué)

18、的保證； 3不適應(yīng)電力系統(tǒng)快速計算和是實(shí)時控制的要求，不利于對設(shè)備的管理、不利于廠站和電力系統(tǒng)的事故分析； 4占地面積大，電纜用量大； 5維護(hù)工作量大，不利于運(yùn)行管理水平和自動化水平的提高。 變電站是電力系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)，對電網(wǎng)的平安和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。容量大、參數(shù)高的電氣設(shè)備廣泛、大量地投運(yùn)，超高壓、特高壓遠(yuǎn)距離輸電的開展，使電力系統(tǒng)的平安控制更加復(fù)雜。傳統(tǒng)的變電站因存在著以上缺點(diǎn)，不能適應(yīng)我國電力工業(yè)的開展現(xiàn)狀趨勢和對現(xiàn)代化的要求。因此，必須提高變電站的自動化水平：對于傳統(tǒng)的變電站，進(jìn)行逐步的技術(shù)改造；對新建的變電站，盡量采用先進(jìn)、成熟的技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)無人值班和調(diào)度自動化管理

19、。變電站綜合自動化系統(tǒng)自問世以來，顯示出了無法比較的優(yōu)越性，是變電站自動化開展的必然趨勢。其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下五個方面： 1提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率； 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 4 2縮小了變電站占地面積，減少了連接電纜，簡化了變電站二次局部的硬件配置，減少了總投資； 3減少了維護(hù)工作量，提高了自動化水平，減輕了值班員的負(fù)擔(dān)從而實(shí)現(xiàn)了減人增效； 4提高變電站的平安、可靠運(yùn)行水平； 5提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理水平，有利于提高變電站無人值班的管理水平1712。 1.3 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 1.3.1 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)概述 本系統(tǒng)以微機(jī)為主，將變電站的二次設(shè)備通過功能組合，形成模塊化、網(wǎng)

20、絡(luò)化、功能化的現(xiàn)代化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng), 真正滿足了生產(chǎn)和管理的要求8。我國現(xiàn)在運(yùn)行中的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，一般采用組件對象模型COM技術(shù)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，軟件采用 C+、TCP/IP、DCOM、ActiveX 等國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的編程語言，具有很好的開放性和兼容性3。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由硬件、軟件兩大局部組成：硬件配置與系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、通信連接形式有關(guān)，是其物理存在形式；而支撐平臺系統(tǒng)支持下的監(jiān)控軟件的作用不可或缺。對本系統(tǒng)的根本要求是：連續(xù)運(yùn)行的可靠性、監(jiān)控的實(shí)時性、維護(hù)方便、人機(jī)交流方便、通信可靠、信息處理和控制算法先進(jìn)可靠等等。 在變電站綜合自動化系統(tǒng)開展的具體過程中，受現(xiàn)有專業(yè)分工和管理體制的影

21、響，具有兩種不同的實(shí)施方案：一是微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以遠(yuǎn)動RTU為數(shù)據(jù)采集和控制的根底，相應(yīng)的設(shè)備也是以電網(wǎng)調(diào)度自動化為根底，微機(jī)繼電保護(hù)那么相對獨(dú)立，類似產(chǎn)品有 PS6100；另一種是微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以微機(jī)繼電保護(hù)為數(shù)據(jù)采集和控制的根底，將微機(jī)測控系統(tǒng)和微機(jī)保護(hù)結(jié)合在一起，現(xiàn)有產(chǎn)品有 CSC2000。從我國電力系統(tǒng)目前的運(yùn)行體制、人員配備和專業(yè)分工看，監(jiān)控、保護(hù)相對獨(dú)立的變電站綜合自動化系統(tǒng)無疑具有較大優(yōu)勢。但是，測量數(shù)據(jù)完全共享等技術(shù)的開展，監(jiān)控、保護(hù)一體化配置的變電站綜合自動化系統(tǒng)是未來的開展趨勢4。 1.3.2 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是變電站綜合自動化系統(tǒng)的子系統(tǒng)，隨著廣泛采用不斷開展進(jìn)

22、步的電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等科技技術(shù)，它取代了傳統(tǒng)的監(jiān)控方式，使變電站的監(jiān)控發(fā)生了根本的變化。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)取代了常規(guī)的測量系統(tǒng)和指針式儀表，改變常規(guī)的操作機(jī)構(gòu)和模馀蹋順?gòu)鼓光字牌⌒央信褐Z齲嫻腦抖爸玫取涔莧縵濾觥?1實(shí)時數(shù)據(jù)采集； 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 5 2事件順序記錄SOE 和事故追憶功能； 3故障記錄、故障錄波和故障測距； 4操作控制功能； 5平安監(jiān)視； 6人機(jī)聯(lián)系和打印功能； 7數(shù)據(jù)處理和記錄功能； 8諧波分析和監(jiān)視； 9報警處理； 10畫面生成和顯示、在線計算與制表； 11遠(yuǎn)動功能； 12運(yùn)行管理功能。 除了上述根本功能外，它還有防誤閉鎖、系統(tǒng)自診斷與恢復(fù)、提供接口等功能5

23、8。 1.4 本文要做的工作 本設(shè)計論文對變電站綜合自動化系統(tǒng)及其微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究，主要做以下工作： 1搜集、整理變電站綜合自動化系統(tǒng)及其微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)資料，學(xué)習(xí)和理解這些方面的全部內(nèi)容并研究它們開展的最新成果； 2對變電站綜合自動化的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行比較和分析，明確各結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)； 3在學(xué)習(xí)掌握有關(guān)資料的前提下，對變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)原理進(jìn)行分析和綜合，提出總體設(shè)計方案和框圖； 4對變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，耐心細(xì)致地研究變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件局部，然后分析和設(shè)計本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件局部； 5設(shè)計變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)

24、控系統(tǒng)的硬件框圖及實(shí)現(xiàn)方案，設(shè)計該系統(tǒng)的軟件框圖并用Visual C+高級語言對其中的某一子功能局部編寫和調(diào)試實(shí)用程序； 6對研究的工作進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)和簡要展望。 2 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案 2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計的原那么和要求 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 6 變電站綜合自動化是一門綜合性很強(qiáng)的新技術(shù)，它既包含電力系統(tǒng)中的變電運(yùn)行、測量監(jiān)控、繼電保護(hù)、遠(yuǎn)動和通信等多方面的知識，還容括了電子技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等正在開展中的科技知識。為了到達(dá)預(yù)想的目標(biāo)，設(shè)計它時，必須滿足以下的原那么和要求。 1充分表達(dá)綜合性。變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)能全面替代常規(guī)的二次設(shè)備，應(yīng)集變電站的測量

25、、監(jiān)視、運(yùn)行控制等于一個分級分布式的系統(tǒng)中。 2通信可靠、信息共享。各個功能模塊、部件之間應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)方式，便于擴(kuò)充接口的功能。充分利用數(shù)字通信的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。 3滿足系統(tǒng)平安性和技術(shù)先進(jìn)性的要求。微機(jī)保護(hù)硬件和軟件的設(shè)置，既要與監(jiān)控系統(tǒng)相對獨(dú)立又要相互協(xié)調(diào)。即在運(yùn)行中，繼電保護(hù)的動作行為只與保護(hù)裝置有關(guān)，不依賴于監(jiān)控系統(tǒng)的其他環(huán)節(jié)，以保證本系統(tǒng)中任何其他環(huán)節(jié)故障都不影響保護(hù)子系統(tǒng)的正常工作；同時，保護(hù)又要與監(jiān)控系統(tǒng)保持緊密的通信聯(lián)系它的軟、硬件的配置必須具備RTU 的全部功能，以滿足和促進(jìn)變電站無人值班的實(shí)施。 4系統(tǒng)運(yùn)行可靠，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。在考慮系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)時，要注意主、次分

26、清，對關(guān)鍵環(huán)節(jié)要有一定的冗余。綜合系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)要相對獨(dú)立，要具有獨(dú)立的故障自診斷和自恢復(fù)功能。任一局部發(fā)生故障時，應(yīng)通知監(jiān)控主機(jī)發(fā)出警告指示，并能迅速將自診斷信息送往控制中心。 5結(jié)構(gòu)靈活、運(yùn)行模式適應(yīng)性強(qiáng)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作和具有良好的開放性。能適應(yīng)不同規(guī)模、電壓等級的新、舊變電站對自動化系統(tǒng)的要求；系統(tǒng)應(yīng)能靈活地提供適應(yīng)變電站運(yùn)行的各種監(jiān)控操作手段，滿足有人或無人值班的要求。所設(shè)計的系統(tǒng)必須符合國家和部頒標(biāo)準(zhǔn)，并使它的開放性能好，便于升級改造317。 2.2 變電站綜合自動化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 隨著電子技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛開展，變電站綜合自動化技術(shù)也得到了很大開展，其體系結(jié)構(gòu)不

27、斷向前開展，使它的系統(tǒng)性能、實(shí)現(xiàn)功能、運(yùn)行可靠性得到不斷提高28。變電站綜合自動化系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)形式上主要可分為集中式結(jié)構(gòu)、分層分布式結(jié)構(gòu)、集中和分散相結(jié)合結(jié)構(gòu)和完全分散式結(jié)構(gòu)四種7813。 2.2.1 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖2-1 為該系統(tǒng)的示意圖。它采用不同檔次的計算機(jī)，擴(kuò)展它的外圍接口電路；集中采集變電站的各種信息，集中進(jìn)行計算與處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和一些自動控制等長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 7 功能。但是，集中式結(jié)構(gòu)不是由一臺計算機(jī)完成監(jiān)控、保護(hù)等全部功能4。多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控等的功能也是由不同的微機(jī)完成的。這種結(jié)構(gòu)按功能劃分為許多單元，而這些單元由總控單元加以控制。

28、這樣，該結(jié)構(gòu)便有以下優(yōu)點(diǎn)：各單元相互獨(dú)立、互不影響；可集中也可分散安裝；擴(kuò)充性好；綜合性強(qiáng)。但是也有很大的缺點(diǎn)，從而限制了它的推廣應(yīng)用。其主要缺點(diǎn)如下： 1 每臺計算機(jī)的功能集中，必須采用雙機(jī)并聯(lián)結(jié)構(gòu)才能提高可靠性； 2 組屏多、站地面積大； 3 軟件復(fù)雜、修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試煩瑣； 4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(shè)計12。 圖2-1 集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)框圖 2.2.2 分層分布式結(jié)構(gòu) 按照IEC/TC57 國際電工委員會電力系統(tǒng)控制與通信技術(shù)委員會的劃分，將變電站的所有一次、二次設(shè)備分為3 層：變電站層、單元層或間隔層和設(shè)備層。如圖2-2 所示

29、：變電站層為 2 層，包括站級監(jiān)控主機(jī)、遠(yuǎn)動通信機(jī)等；單元層為 1 層，一般按斷路器間隔劃分，打印機(jī) CRT 顯示器 鍵盤、鼠標(biāo) 監(jiān)控主機(jī) MODEM 調(diào)度控制中心 微機(jī)保護(hù)裝置 輸出接口 監(jiān)控動作信號輸出 保護(hù)出口 輸出接口 模入接口 主變壓器TA TV 輸入接口 脈沖量輸入 開關(guān)狀態(tài)量輸入 模擬量輸入 開入接口 一次設(shè)備狀態(tài)量 輸電線路TA TV 電容器TA TV 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 8 具有測量、控制部件或繼電保護(hù)部件；設(shè)備層為 0 層，包括變壓器和斷路器、隔離開關(guān)及其輔助觸點(diǎn)、TA、TV 互感器等一次設(shè)備。變電站層一般設(shè)置以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線，用來供各主機(jī)之間和監(jiān)控主機(jī)與間隔層之間交

30、換信息。間隔層本身是由各種不同的單元裝置組成的，這些獨(dú)立的單元裝置既可通過局域網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場總線與變電站層直接聯(lián)系，又可以通過設(shè)置數(shù)采管理機(jī)和保護(hù)管理機(jī)來與變電站層通信。由此可見，間隔層實(shí)際上本身是兩級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 圖2.2 變電站一、二次設(shè)備的分層結(jié)構(gòu) 在這類結(jié)構(gòu)中，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(shè)備分為 2 層或 3 層；每一層由不同的設(shè)備或不同的子系統(tǒng)組成，完成不同的功能。而變電站綜合自動化系統(tǒng)一般位于前兩層。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： 1采用分層分布式配置。為了提高該系統(tǒng)整體的可靠性，系統(tǒng)按功能劃分了分布式多CPU 系統(tǒng)。在管理上，

31、采用分層管理模式：設(shè)保護(hù)管理機(jī)、數(shù)采控制機(jī)管理各個下屬局部。這樣，可以顯著減輕監(jiān)控主機(jī)的負(fù)擔(dān)。 2繼電保護(hù)相對獨(dú)立。這樣做是為了提高繼電保護(hù)的可靠性。 3具有與控制中心通信的功能。本系統(tǒng)不需要獨(dú)立的RTU 裝置為調(diào)度中心采集數(shù)據(jù)，而是將采集的信息直接上傳給調(diào)度中心。 4模塊化結(jié)構(gòu)，可靠性高。模塊化技術(shù)使各個功能模塊相對獨(dú)立，任何一個模塊故障，只影響局部功能的實(shí)現(xiàn)，而不對全局造成影響。 監(jiān)控主機(jī) 調(diào)度或控制中心 通信控制器 控制、測量 繼電保護(hù) 擾動記錄設(shè)備 變電站層 總 線 單 元 層 設(shè)備層 TA TV 高 壓設(shè) 備 TA TV 高 壓設(shè) 備 遠(yuǎn) 方設(shè) 備 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 9 5維

32、護(hù)管理方便。采用集中組屏結(jié)構(gòu)，全部安裝在控制室內(nèi)，工作環(huán)境好，維護(hù)管理方便。 6需要的電纜多。由于設(shè)備分別較廣，安裝時需要大量控制電纜。 圖2-3 所示了適用于較大規(guī)模變電站的分層分布式集中組屏的變電站綜合自動化系統(tǒng)。 圖2-3 適用于較大規(guī)模的分層分布式集中組屏綜合自動化系統(tǒng)框圖 分層分布式系統(tǒng)，具有分層分布式結(jié)構(gòu)、功能模塊化等的優(yōu)點(diǎn)，起到使功能分散、危險分散和地域分散的作用。因此，自問世以來就顯示了強(qiáng)大的生命力，得到了廣泛地推廣和應(yīng)用。但是，它需要大量控制電纜，才有了以后的分散式結(jié)構(gòu)的系統(tǒng) 378。 2.2.3 集中和分散相結(jié)合式和完全分散式 集中和分散相結(jié)合式是按每個電網(wǎng)元件為對象，集測

33、量、控制、保護(hù)為一體，設(shè)計一個機(jī)箱，整個變電站形成即分散又集中的結(jié)構(gòu)。按照集中和分散的不同結(jié)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(diǎn)，又有分散式的優(yōu)點(diǎn)： 1配電線路的保護(hù)和測控單元，分散安裝在各開關(guān)柜內(nèi)，簡化了變電站二次局部的配置，大大縮小了控制室的面積； 2簡化二次設(shè)備的連接，從而節(jié)省大量電纜； 變電站層 監(jiān)控主機(jī) 工程師機(jī) 通信控制機(jī) 調(diào)度或監(jiān)控中心 單 元 層 數(shù)采控制機(jī) 開關(guān)量輸入 開關(guān)量輸出 .? 測量單元 1 測量單元 n 故障錄波器 電壓無功控制 保護(hù)管理機(jī) 變壓器保護(hù)單元 線路保護(hù)單元 電容器保護(hù)單元 元 TA、TV 輸入，斷路器、

34、隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)輸入，斷路器控制等 備用電源自投 設(shè)備層 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 10 3抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高； 4結(jié)構(gòu)可靠，組態(tài)靈活，檢修方便。 其中有這樣的一種結(jié)構(gòu)形式：按電網(wǎng)元件為對象，集測量、控制、保護(hù)為一體，設(shè)計在一個機(jī)箱中；把這個一體化的測控、保護(hù)單元分散安裝在各個開關(guān)柜中；由監(jiān)控主機(jī)通過通信往來對它們進(jìn)行管理和交換信息；而對于高壓線路保護(hù)裝置和變壓器保護(hù)裝置，仍集中組屏安裝在控制室內(nèi)：形成既分散又集中的結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)的示意圖如圖2-4 所示31415。 圖2.4 集中和分散相結(jié)合的變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 完全分散式是以變電站一次主設(shè)備為安裝單位，將保護(hù)、測量等單元就地分

35、散安裝在這些一次主設(shè)備的開關(guān)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)控人機(jī)接口 打印機(jī) CRT 顯示器 鍵盤、鼠標(biāo) 調(diào)度控制中心 監(jiān)控主機(jī) MODEM 當(dāng)?shù)卣{(diào)試或監(jiān)控 電能管理機(jī) 智能電能表 ? 智能電能表 電纜或光纜 保護(hù)管理機(jī) 現(xiàn)場總線 智能開關(guān)柜 1n 保護(hù)與測控 單元 TA TV 狀態(tài)信號 出口回路 電壓無功控制屏 備用電源自投裝置 主變保護(hù)屏 監(jiān)控單元 TA TV 狀態(tài)信號 出口回路 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 11 單元通過網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控主機(jī)連接。這種完全分散式結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)模式上有以下兩種：保護(hù)相對獨(dú)立，測量有控制合并為一體；測量、控制和保護(hù)完全合并為一體，

36、從而實(shí)現(xiàn)高度的綜合237。 分散式結(jié)構(gòu)具有節(jié)約控制室面積、節(jié)約二次電纜、綜合性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。所以，隨著電光傳感器和光纖通信技術(shù)的開展，它是今后變電站綜合自動化系統(tǒng)的開展方向26。 2.2.4 本文所采用的變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式 上述3 種結(jié)構(gòu)形式變電站自動化系統(tǒng)的推出,雖然存在出現(xiàn)時間先后之分，但是并不存在著前后替代的情況。然而，它們的綜合自動化程度是不同的，主要表達(dá)在信息共享程度、綜合功能的多少、站內(nèi)通信結(jié)構(gòu)等，還表達(dá)在人機(jī)接口、可維護(hù)等方面。變電站結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)根據(jù)各種系統(tǒng)特點(diǎn)和變電站的實(shí)際情況，予以選配。如以RTU 為根底的變電站自動化系統(tǒng)可用于已建變電站的自動化改造,而分散式變

37、電站自動化系統(tǒng),更適用于新建變電站67。因為就目前而言，分層分布式結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)較明顯、應(yīng)用范圍最廣，所以本設(shè)計論文將對該類系統(tǒng)進(jìn)行研究設(shè)計。 變電站綜合自動化系統(tǒng)分為變電站層和間隔層，這兩層之間建立了基于以太網(wǎng)的站內(nèi)通信網(wǎng)，間隔層設(shè)備間建立CAN 總線通信網(wǎng)。如圖2-5 所示，變電站層包括前置機(jī)通信單元和后臺監(jiān)控主機(jī)單元，這些構(gòu)成了上位機(jī)系統(tǒng)。間隔層也就是下位機(jī)系統(tǒng)，按斷路器間隔劃分，包括主變監(jiān)控保護(hù)單元、主變后備保護(hù)單元、線路監(jiān)控保護(hù)單元、電容器保護(hù)單元等71516。 圖2-5 變電站綜合自動化系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)框圖 變電站 綜合自動化 系統(tǒng) 變電站層 間隔層 前置通信單元 后臺監(jiān)控主機(jī) 上位機(jī)

38、系統(tǒng) 主變監(jiān)控保護(hù)單元 線路監(jiān)控保護(hù)單元 主變后備保護(hù)單元 下位機(jī) 系統(tǒng) 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 12 2.3 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)在開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、面向?qū)ο蠛蛿?shù)據(jù)共享等方面做了很大努力，使之易于擴(kuò)充、維護(hù)等等。在設(shè)計時，我充分考慮了系統(tǒng)組態(tài)的靈活性，使之能滿足不同的分層分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)模式的需要。本系統(tǒng)采用多主機(jī)分布式結(jié)構(gòu)配置，單元層通信采用現(xiàn)場總線方式，通信單元與變電站層之間采用以太網(wǎng)通信。另外，設(shè)置遠(yuǎn)動機(jī)負(fù)責(zé)調(diào)度信息的收集和轉(zhuǎn)發(fā)，其中的網(wǎng)絡(luò)采用了雙網(wǎng)配置。系統(tǒng)將變電站分為變電站層和單元層。站控層采用分布式設(shè)計，完成站內(nèi)監(jiān)控功能，能全面提供一次設(shè)備的狀態(tài)

39、監(jiān)視、控制、信息記錄與分析等功能。間隔層設(shè)備按間隔分布式配置，可直接下放到現(xiàn)場就地安裝，以節(jié)省二次電纜。各間隔相互獨(dú)立，取消了變電站監(jiān)控傳統(tǒng)方式大量引入主控室的信號、測量、保護(hù)、控制等使用的電纜。系統(tǒng)主網(wǎng)采用單/雙10/100M以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由10/100M交換機(jī)構(gòu)建，并符合國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。SCADA 局部采用雙機(jī)熱備用方式，完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)同步的任務(wù)。主網(wǎng)的雙網(wǎng)配置是為了完成負(fù)荷平衡和熱備用的雙重功能，從而保證了實(shí)時系統(tǒng)的可靠性。 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控主機(jī)、操作員工作站、工程師工作站、保護(hù)工作站、遠(yuǎn)開工作站、五防工作站等局部組成；通過組態(tài)的不同完成不同的功能配置。 圖2-6 為變

40、電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的簡要結(jié)構(gòu)框圖。 圖2-6 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的簡要結(jié)構(gòu)框圖 這個微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是一個開放性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，功能模塊可自由組合；其中，數(shù)據(jù)庫組件GPS 打印機(jī) 后臺監(jiān)控 調(diào)度控制中心 路由器 10M/100 以太網(wǎng)MYIT MODEM NSC200 NSC200 CAN 網(wǎng) 測量、控制單元1-n 保護(hù)測控裝置1-n 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 13 是必須的，其余應(yīng)用組件根據(jù)實(shí)際需要可有可無。系統(tǒng)的軟件環(huán)境為操作軟件和應(yīng)用軟件這兩局部：操作軟件利用 Windows 2000/XP 的版本；系統(tǒng)軟件中，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用 SQL Server2000，而系統(tǒng)利用面向?qū)ο蠹?/p>

41、術(shù)的程序設(shè)計方法，全部用Visual C+語言編寫。 支撐平臺系統(tǒng)主要由以下五個方面組成：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、圖形管理系統(tǒng)、報表系統(tǒng)、系統(tǒng)管理系統(tǒng)131617。 3 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件局部的設(shè)計 3.1 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置 設(shè)計方案采用目前廣為應(yīng)用的分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)將變電站分為變電站層和單元層：單元層通信采用現(xiàn)場總線方式，通信單元和變電站層之間采用以太網(wǎng)通信。本文把微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分為站控層和間隔層，網(wǎng)絡(luò)按雙網(wǎng)配置，間隔級控制層設(shè)備配置雙以太網(wǎng)接口。各間隔級單元相互獨(dú)立，不相互影響。站級網(wǎng)絡(luò)采用基于TCP/IP 協(xié)議的，自適應(yīng)10/100M 雙以

42、太網(wǎng)結(jié)構(gòu)(A、B 網(wǎng)) ，應(yīng)用層使用協(xié)議符合DL/T667-1999 標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)的配置圖如圖3-1 所示。 圖3-1 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置圖 操 作 員工作站1 操 作 員工作站n 10M/100M交換式以太雙網(wǎng) 五防 工作站 保護(hù) 工 程 師站 管 理工 作站 遠(yuǎn)動 主機(jī) 以太網(wǎng) LN 1 LN n 邏輯單元裝置 前置通信主機(jī) 前 置通 信備機(jī) SCADA 主機(jī) SCADA 備機(jī) Web 效勞站 Internet 遠(yuǎn)程工作站 遠(yuǎn)動 備機(jī) 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 14 變電站綜合自動化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控主機(jī)、操作員工作站、工程師工作站、保護(hù)工作站、遠(yuǎn)開工作站等局部組成。下面就簡要一一介紹。 1SCADA 效勞工作站。SCADA 效勞工作站負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和管理，保持實(shí)時數(shù)據(jù)庫的