电网调度与配网综合自动化系统的设计实现.docx

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电网调度与配网综合自动化系统的设计实现

硕士论文开题报告

论文名称：

电网调度与配网综合自动化系统的设计实现

姓名：

展巍

学号：

GS0721B47

专业：

IT项目管理与产业信息化

所属院系：

北航软件学院

学院指导老师：

申雪萍老师

企业指导老师：

贺海华

指导老师单位：

电子六所

论文起止时间：

2009年2至2009年12月

2009年2月

1.研究背景及意义

1.1.课题来源

本题目来自我单位正在研发的电力软件产品，属于电力自动化领域。

我单位主要从事电力调度自动化、电力配网自动化、电力变电站自动化、电厂监控系统等相关软件、硬件产品的研发及电力系统集成。

我所研究的题目设计到的关键字如下：

调度自动化、配网自动化、SCADA、馈线自动化（FA）、PAS、事故追忆等。

1.2.课题意义

本题目主要讨论电力调度自动化、配网自动化软件系统的方案设计与技术实现，解决如何将电力调度和配网自动化系统实现在一个平台上，并在统一的自动化平台上实现多个应用，并界定实现应用的范围。

抽象电力系统对象模型，采用面向对象的方法实现电力自动化系统。

电力调度自动化经过多年的发展已经具备相对标准的功能规范，但随着计算机、通信技术的飞速发展为电力调度自动化提出了新的要求，尤其电力行业用户随着业务的发展不断提出新的应用系统需求；电力配网自动化在国内现处于试点阶段，对于配电自动化的认识仍然众说纷纭，配电网自动化首先表现为一种集成化自动化系统，它在在线（实时）状态下，能够监控、协调、管理配电网各环节设备与整个配电网优化运行，在功能仍然需要自动化平台作为基础，本题目所研究就是实现统一平台的综合配调系统，并在统一的平台上扩展多个应用。

本题目根据我国农村电力建设及配电网建设的实际需求，提出研究和开发适合农电自动化及配电自动化需求的技术先进、价格合理、运行方便、性能实用和质量可靠的农村电力自动化系统和产品。

随着本研究题目的完成和实施，可在一定程度上对我国农电自动化及配电自动化产生影响，对提高农村电网及配电网运营质量，改善城市及农村电力市场的条件，做出自己应有的贡献。

2.国内外相关研究的现状分析

2.1.国外研究现状

国外的电力调度自动化起步非常早，在20世纪70年代在英国及美国等发达国家已经有成熟的调度自动化系统，这种以计算机及彩色显示器为核心的实时监控系统，对提高电网安全运行水平发挥了很大的作用。

国外电力配网自动化在20世纪70开始，但当时基本采用当地FTU功能实现配网自动化功能，真正采用主站软件采集各个FTU数据始于90年代。

国外的调度自动化和配网自动化起步较早，但至今基本是两套系统分立实施、运行，没有真正在同一平台上实现。

2.2.国内研究现状

我国电网自动化在20世纪70年代末开始，但当时自动化软件系统全部采用国外产品，我国真正有调度自动化软件始于20世纪80年代末，经过了几代的发展电力调度自动化系统功能已基本标准化。

配网自动化在国内是在近些年才提出的，而且实施配网自动化也是参差不齐，软件系统满足基本的监控功能，配网自动化系统的实施基本是试点工程，软件功能没有统一的标准，各个地方都有各自的特色。

随着计算机、通讯技术的飞速发展国内几大电力厂家（南瑞、四方、许继）纷纷在升级改造各自的自动化系统，也都提出可以实现配网、调度自动化系统一体化解决方案，但至今为止真正投入成功实施的工程案例几乎没有，所以国内实现电力配调合一的自动化系统从实现方案上需要进一步探讨，软件功能上还需要进一步的研究。

2.3.对比分析

调度自动化国外起步的较早，但随着中国的飞速发展，国内的电力技术、计算机技术、通信技术的日趋成熟国内电力自动化技术很快就跟进了，电力自动化软件产品日趋稳定、可靠，近些年国内几大网省公司及下属的供电企业实施的电力调度自动化全部采用国产软件。

在配网自动化上我们近些年刚刚起步，由于有调度自动化基础，至今开发、实施的配网自动化系统从功能还非常近似于调度自动化，软件全部采用国产技术。

国产电力自动化软件相比发达国家软件有非常好的成本优势，在功能上国内软件都可以满足，尤其在人机界面上还要优于进口软件。

但无论是国产软件还是进口软件在一个平台上成功实现调度、配网自动化的软件几乎没有，国内大部分研究机构、厂家都处在研发或试运行阶段。

本课题所研究的电网调度与配网综合自动化系统是利用现代化的计算机、网络、通信技术，将电力调度、配网自动化技术在一个平台上实现，开发统一的自动化支撑平台。

3.研究目标和内容

3.1.研究目标：

在充分调研和考察了当今国内外配电自动化及农电自动化技术的最新发展动态的基础上，结合中国配电及农电系统的实际情况，本题目在配调自动化系统的定位是在基于Windows/Unix混合平台上实现一套具有国内领先水平的配网自动化主站及县级调度自动化系统，实现配网主站层的功能。

题目首要目标是为农电网及配电网的安全经济运行、提高农电网及配电网的电能质量、完善设备管理以及提高工作效率提供现代化的工具，从而实现农电网及配电网的调度、监控、分析、管理等功能，为用户农电网及配电自动化提供一整套解决方案。

在题目设计、开发目标上列举以下几点：

·系统设计满足一体化设计原则，研究最终实现统一的自动化平台。

·在统一的平台系统基础上实现电力综合配调功能，并实现多个应用系统

·具有高度的可靠性和实时性。

·各个模块具备相对独立性，应用系统不依赖其他模块而独立运行，整套系统方案具备配置、采集、监视功能。

·核心软件考虑跨平台（从Windows平台向Unix平台移植）设计，便于移植时做最小的修改。

·具备灵活的配置以适应不同规模的需求。

·工程化的结构设计。

在结构设计时，考虑防雷、防操作过电压、防持续过电压等。

·考虑通道和通信协议以及接入设备的多样性。

3.2.研究内容：

本课题主要研究商用关系数据库，在商用数据库的技术上如何实现实时数据库技术，电力组态图形技术，如何采用通信技术实现与电力智能设备通信，在Windows及Unix环境下用C++语言编程技术。

应用以上技术重点综合研究电力调度自动化、配网自动化整体解决方案及实现技术。

本课题首先研究实现基础支撑平台，基础平台主要研究包括功能模块，网络子系统、数据库管理系统、数据库系统设计包含两个部分、图形系统、报表系统。

在基础平台上实现应用系统，应用系统主要研究内容由数据采集系统、

SCADA功能、配网馈线自动化系统（FA）、电力高级应用软件（PAS）、地理信息系统（GIS），配网管理系统。

4.关键技术和解决方案

4.1.系统总体解决方案

系统在Windows环境下开发，开发工具采用vc++6.0，系统的低层服务模块考虑跨平台设计，全部使用标准C++实现，商用数据库采用sqlserver2005/Oracle。

系统设计运行时支持全Windows操作系统或UNIX/Windows混合操作系统。

对于Windows操作系统，选用Micosoft公司的Windows2003Server或服务器版的最新版本，在客户端采用WindowsXP专业版。

对于混合平台服务器采用SunSolaris，客户端采用Windows平台。

系统设计各个模块结构如下图：

Windows2003硬件平台

网络子系统（TCP/IP，UDP）

实时数据库、商用数据库

数据采集子系统

馈线故障处理

电能量计费

高级应用软件

地理信息系统

S

C

A

D

A

配网管理系统

基础层

支撑层

应用层

图形子系统、报表子系统

网络子系统，提供系统网络收发数据接口系统，不仅提供机器间信息交换的功能，也为同一机器不同应用，不同线程之间提供信息交换的功能。

网络子系统是整体系统数据交换的桥梁，开放其它功能模块调用的接口（API）函数。

数据库管理系统，数据库系统设计包含两个部分，商用数据库和实时数据库。

其中商用数据库的数据库管理系统在服务器运行，数据库也在服务器上。

用于存放数据结构、数据定义及描述、历史数据、实时数据库采样数据以及其它管理信息等。

实时数据库的数据定义来自商用数据库，在每个客户机上常驻内存，其定义及描述是在系统启动时根据商用数据库的内容而产生，反应当前电网的状态，存放实时性要求比较高的数据

图形系统，基于OpenGL图形接口技术，采用多平面、多层次的矢量图形系统，完成电力业务的组态功能。

设计功能包括图元编辑器、画面编辑、画面浏览工具。

报表系统：

报表子系统采用Excel2003，将系统与Excel2003进行无缝集成，实现灵活的定制报表功能。

数据采集系统，数据采集系统在本研究题目中承担实时数据的采集与预处理工作。

它是由指定的一台计算机或几台计算机按功能分布在特定应用节点的一组程序集、通道设备及网络设备来实现。

SCADA功能，本部分主要研究数据采集、数据处理系统，主要研究的功能公式计算、报警信息处理、趋势曲线、历史数据处理、电网控制、事故追忆、打印、通信、网络拓扑着色、web浏览功能。

配网馈线自动化系统（FA），配网馈线自动化功能主要包括：

故障自动检测与识别（包括FTU信息的错误上报、通信中断以及FTU无法进行正常操作（电源问题或硬件故障）的识别），故障自动定位，故障区段自动隔离，网络重构，恢复供电。

电力高级应用软件（PAS），PAS软件设计以下模块组成：

网络建模、网络拓朴、状态估计、负荷预报、调度员潮流、电压无功优化控制、短路电流计算、配电网可靠性分析、配电网网损计算

系统设计配置方案图如下

4.2.关键技术及解决途径

可靠性解决技术。

在电力自动化领域里系统的可靠性必须排在第一位，在可靠性方面本题目除考虑Unix服务器外，系统还将设计双服务器方案，服务器间通过网络子系统汇报各自的值班状态，通过值班状态来完成服务器间的值班情况，在数据的完整性上本题目考虑自动恢复的解决方案，也就是主服务器设计记忆功能，一旦备服务器恢复运行根据记忆可以自动同步数据。

双网互为备用技术，为了进一步提高网络故障带来的系统瘫痪，题目设计双以太网结构，在软将上实现基于可靠联接的平衡分流的网络子系统，题目对要求可靠性不高的数据实现基于UDP协议协议的数据报传输方式，对重要的数据还有基于TCP/IP协议中的TCP的安全联接传输方式。

实时技术，电力自动化的实时性要求非常高，比如开关位置的变化必须在3秒内采集上来并反映到实时画面上，本题目为了达到实时性的目的在商用数据库的基础上构建自己的实时关系型数据库，并用效率较高的C++语言实现，实时数据库关键是内存的管理，本题目预采用内存文件的形式，提供用户定义数据表的功能，通过网络子系统完成系统内所有机器节点的实时数据同步。

为了满足实时性的要求，本题目设计专用的数据采集服务器或叫前置采集服务器（前置机），有本功能子系统专门承担和远程智能设备的通讯，并设计双采集服务器互为备用的功能。

低层支撑平台支持混合操作系统的运行环境。

系统设计时考虑在Windows和Unix混合平台的应用环境技术，为了满足混合的应用环境在低层系统开发过程时全部采用标准C++编写，保证系统的执行效率和稳定，这样可以满足在Windows和Unix环境下运行；在数据库的设计上也要考虑混合平台的实现，对商用数据库的操作基本不依赖数据库本身的语言，尽量用C++语言和标准的sql语句编写

本研究题目关键是要建立稳定的基础支撑平台，支撑平台是整个系统的基础，它关系到系统的稳定性和可扩展性。

5.预期的研究成果形式及创新点

5.1.研究成果

本课题最终重点完成电网调度与配网综合自动化系统完整的设计方案，并实现低层的支撑平台所有功能模块（网络、数据库、报表和图形子系统），在应用层上实现数据采集系统、SCADA功能，平台上其它的应用系统不在本研究题目的重点范围内，所有实现的系统功能满足Windows/Unix混合平台运行。

5.2.技术指标

1、可靠性指标

·双机热备用，保证实时任务不中断。

·系统中任何设备故障，不影响系统正常运行。

·系统使用寿命>十年。

·主站端系统可用率不小于99.99%。

·平均无故障时间：

MTBF>25000小时。

·系统时间误差〈1ms

2、测量值指标

·测量值的系统综合误差≤1；

·越死区传送整定最小值>0.5%额定值；

3、状态量指标

·遥信处理正确率：

99.9%。

·遥控（调）正确率：

100%。

·事件顺序记录（SOE）分辨率<2ms。

4、系统实时响应指标

·画面调用响应时间：

实时画面<3s；非实时画面<5s；

·画面实时数据刷新时间：

2s-10s可调；

·从数采装置输入值越死区到配调工作站CRT显示≤2s；

·从数采装置输入状态量变位到配调工作站CRT显示≤2s；

·全系统实时数据扫描周期：

2-5s；

·事故时遥信变位传送时间：

≤3s

·遥控遥调命令传送时间：

≤4s

·双机故障切换时间：

≤30s

·事故变位推画面时间：

从收到RTU信息到画面推出≤5s

·脉冲电度扫描周期：

5×N（N=1,2-12分）；

·控制及调节命令传送时间（从按执行键到RTU输出）≤2s

·定时报表打印周期：

按需整定

5、系统时间指标

·系统时间误差〈1ms。

6.论文工作计划

研究设计内容

描述

完成时间

功能设计

分解功能模块，设计各个功能模块实现的功能

2009-3-15

数据库设计

设计数据库模型

2009-4-10

详细功能设计，并准备中期答辩

详细描述各个功能模块实现的功能，具体实现方案

2009-6-30

各个功能模块编码

依据详细设计文档，对各个功能模块编码实现

2009-9-10

测试，验证

测试功能模块

2009-10-30

编写结题报告，准备演示文件

2009-11-20

7.主要参考文献

[1].杨健，吕游，鲍英豪．基于B/S三层结构的电力SCADA系统研究与设计．科技广场．

[2].李若明,王行愚,徐顺喜.电厂信息综合自动化的实现[J]电力系统自动化,2004,（20）.

[3].花捷军.江阴供电公司调度自动化的现状与展望[J].科技资讯,2006,（09）.

[4].扈占良,郑应文.基于多级客户机/服务器体系的SCADA系统[J].福州大学学报（自然科学版）,2004,（06）.

[5].卢淑先,贺民.呼伦贝尔电网调度自动化系统的综合安全防护[J].赤峰学院学报（自然科学版）,2005,（06）.

[6].张英敏,刘广,汪康康.电网调度自动化系统的规划设计[J].广东科技,2007,（06）.

[7].王伟,葛仁华.配电自动化系统安全防护方案的研究[J].桂林航天工业高等专科学校学报,2005,（01）.

[8].杨国凤．宁夏电力公司调度数据网络（电厂监控系统）安全防护体系的实施[J].宁夏电力,2005,（01）.

[9].张庆琴.电网调度自动化系统网络安全探讨[J].青海电力,2005,（04）.

[10].郭伟,苑津莎,张铁峰.基于IP网络的电力SCADA系统[A].电工理论与新技术学术年会论文集[C],2005．

[11].陈堂,赵祖康,陈星莺.配电系统及其自动化技术.中国电力出版社．

[12].王士政.电网调度自动化与配网自动化技术.中国水力水电出版社．