摘要

　　如今，電作為一種能源，在人們日常生活中的地位越來(lái)越重要，提高供電可靠性是供電企業(yè)面臨的一大難題。變電站作為電能的集中和分散點(diǎn)，提高其供電的可靠性，是解決持續供電問(wèn)題的關(guān)鍵所在。又因為各類(lèi)企業(yè)對通信質(zhì)量、穩定性、可靠性等提出了更高的要求，尤其是那些通過(guò)上位機對現場(chǎng)設備進(jìn)行監控的工廠(chǎng)、變電所，準確可靠的監控數據對他們更為重要。本文從實(shí)際出發(fā)，以撫順某工廠(chǎng)變電站為具體實(shí)施對象，對變電站電力監控系統的建立進(jìn)行了研究。

　　論文針對工廠(chǎng)對變電站電力監控系統的要求，對整個(gè)監控系統結構進(jìn)行了分析，將系統分為間隔層、通訊層和站控層三個(gè)部分，對每個(gè)部分所需設備進(jìn)行選擇，搭建起基本硬件結構。介紹了監控軟件的選擇和監控系統的設計思路，研究了監控主機、通信管理機以及保護監控單元之間的通信技術(shù)和規約。監控軟件采用軟件公司自己獨特的編程方法，實(shí)現了后臺通信與前臺操作的并行性，確保了系統工作的實(shí)時(shí)性，設計出一套準確、可靠的變電站監控系統，實(shí)現變電站所需的遙控、遙信、遙測、遙調的"四遙"基本功能，并且做出跟工廠(chǎng)密切相關(guān)的報表，記錄關(guān)鍵設備的歷史運行數據，并畫(huà)出幾個(gè)數據的歷史趨勢曲線(xiàn)。然后根據監控系統的歷史數據庫，對相關(guān)設備經(jīng)行無(wú)功補償，實(shí)現其最優(yōu)化運行。通過(guò)對監控系統功能進(jìn)行測試，從監控畫(huà)面測試出的數據結果可以得出結論，本監控系統可靠、準確、通用，具有結構簡(jiǎn)單、易于擴展、操作方便、人機界面友好等特點(diǎn)。

　　文章最后總結了在本監控系統設計過(guò)程中存在的一些問(wèn)題，提出了相應的改進(jìn)措施，對電力監控系統的進(jìn)一步發(fā)展做出了展望。

　　關(guān)鍵詞：變電站，監控系統，數據庫系統，通訊系統，優(yōu)化

abstract

　　Nowadays, as a kind of energy, electricity plays a more and more important role in people's daily life. Improving the reliability of power supply is a big problem faced by power supply enterprises. As the centralized and decentralized point of electric energy, improving the reliability of power supply is the key to solve the problem of continuous power supply. And because all kinds of enterprises put forward higher requirements for communication quality, stability, reliability, etc., especially those factories and substations that monitor the field equipment through the upper computer, accurate and reliable monitoring data is more important to them. Based on the practice, this paper studies the establishment of power monitoring system in a factory substation in Fushun.

　　According to the requirements of the factory for the substation power monitoring system, the whole monitoring system structure is analyzed. The system is pided into three parts: Bay layer, communication layer and station control layer. Each part of the equipment is selected to build the basic hardware structure. This paper introduces the selection of monitoring software and the design idea of monitoring system, and studies the communication technology and protocol among monitoring host, communication manager and protection monitoring unit. The monitoring software adopts the unique programming method of the software company, realizes the parallelism between the background communication and the front operation, ensures the real-time performance of the system, designs a set of accurate and reliable monitoring system of the substation, realizes the basic functions of remote control, remote signaling, remote measurement and remote adjustment required by the substation, and makes reports closely related to the factory and records the key settings Prepare the historical operation data and draw the historical trend curve of several data. Then, according to the historical database of the monitoring system, reactive power compensation is applied to the relevant equipment to realize its optimal operation. By testing the functions of the monitoring system, we can draw a conclusion from the data results of the monitoring screen test. The monitoring system is reliable, accurate, universal, simple in structure, easy to expand, convenient in operation, friendly in man-machine interface and so on.

　　Finally, the paper summarizes some problems in the design process of the monitoring system, puts forward corresponding improvement measures, and makes a prospect for the further development of the power monitoring system.

　　Key words: substation, monitoring system, database system, communication system, optimization

目錄

　　第1章緒論

　　1.1變電站監控系統概述

　　變電站監控系統是指具有數據采集、監視、控制功能的計算機系統，是以檢測控制工廠(chǎng)內部各個(gè)設備和儀表為主體，加上檢測裝置、執行機構與被檢測控制的對象共同構成的整體。在這個(gè)系統中，計算機直接參與被監控對象的檢測、監督和控制。以前，想知道設備或生產(chǎn)線(xiàn)某個(gè)儀表的運行參數和狀態(tài)，必須到現場(chǎng)各個(gè)設備或儀表附近去抄錄數據，這樣容易延誤處理時(shí)機，有可能造成不可彌補的損失。變電站監控系統，可以及時(shí)掌握設備運行的參數及狀態(tài)，可以了解整個(gè)工廠(chǎng)甚至整個(gè)行業(yè)或更大范圍所發(fā)生的一切，對于緊急情況可以根據事先設定的規則采取合適的措施，然后通過(guò)有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)的手段向管理人員匯報，并產(chǎn)生所需的報表等。變電站監控系統有如下的主要特點(diǎn)：

　　（1）實(shí)時(shí)性

　　變電站監控系統是一種實(shí)時(shí)的系統，可以根據采集到的數據，立即采取相應的動(dòng)作。例如，檢測到滑雪反應罐的壓力超限，可以立即打開(kāi)減壓閥，避免了爆炸的危險。

　　（2）可靠性

　　監控系統的可靠性是指系統無(wú)故障運行的能力。在監控過(guò)程中即使系統由于其他原因出現故障錯誤，計算機系統仍能做出實(shí)時(shí)響應并記錄完整的數據。可靠性常用"平均無(wú)故障運行時(shí)間",即平均的故障間隔時(shí)間來(lái)定量地衡量。（3）可維護性可維護性是指進(jìn)行維護工作的方便快捷程度。監控系統的故障會(huì )影響正常的操作，有時(shí)會(huì )大面積地影響監控過(guò)程的運行，甚至使整個(gè)過(guò)程癱瘓。因此，方便地維護監控系統的正常運行，在最短時(shí)間內排除它的故障，稱(chēng)為監控系統的一個(gè)重要特點(diǎn)。（4）數據自動(dòng)采集處理自動(dòng)地對檢測對象進(jìn)行數據采集、監視，將測量的數據進(jìn)行分類(lèi)處理、數學(xué)運算、誤差修正及工廠(chǎng)單位換算等。

　　（5）人機交互

　　在監控系統中，人機交互的方式應該友好簡(jiǎn)潔，便于操作，并可以根據要求顯示數據和打印相關(guān)報表。（6）通信功能這里所說(shuō)的通信，主要是指在監控系統中，計算機與計算機之間、相同類(lèi)型或不相同類(lèi)型總線(xiàn)之間以及計算機網(wǎng)絡(luò )之間的信息傳輸。

　　（7）信息處理和控制算法

　　在設計計算機監控系統中，信息處理和控制算法的設計、開(kāi)發(fā)和調試是最為核心的內容，也是最花費時(shí)間的工作，它占據了開(kāi)發(fā)調試的大部分工作量。信息處理和控制算法主要是軟件工作，這些軟件的開(kāi)發(fā)除了和采用的操作系統、軟件開(kāi)發(fā)工作有關(guān)外，還和硬件（特別是接口部件）以及生產(chǎn)工藝要求有密切關(guān)系。同樣是針對調制解調器（Modem）的操作，在此型號的Modem上測試通過(guò)的軟件，換一個(gè)Modem,未必能通過(guò)。在開(kāi)發(fā)軟件產(chǎn)品時(shí)，必須反復調試，確保軟件的健壯性。

　　（8）管理功能

　　大多數監控系統，建立了相應的數據庫，兼有辦公管理或工程管理的功能，可以根據要求統計、分析和打印各種報表，對于重要的情況，可以通過(guò)短信或郵件來(lái)通知系統管理員。（9）自動(dòng)運行能按預先設計好的策略自動(dòng)運行。如有特殊要求，操作人員可以通過(guò)更改程序改變自動(dòng)運行的規則，然后按照新的規則運行。在自動(dòng)運行狀態(tài)，可以不需要人工的介入。

　　（10）自動(dòng)報警

　　監控系統本身應該具有故障診斷、報警的功能，對檢測對象的設備或工藝運行參數進(jìn)行監視，如超過(guò)了設計規定值，能進(jìn)行自動(dòng)報警。報警有多種方式，如聲音報警、電子郵件報警、短信報警等，并記錄下相關(guān)事件。

　　（11）自動(dòng)校正

　　有的監控系統，可以根據用戶(hù)需要，按預先給定的標準進(jìn)行自動(dòng)校正，以清除某種干擾帶來(lái)的影響[l].本論文討論的監控系統基本具備以上11種功能。

　　1.2變電站監控系統

　　系統的介紹及其意義變電站監控系統是90年代發(fā)展起來(lái)的多專(zhuān)業(yè)綜合技術(shù)，是電網(wǎng)運行管理中的一次偉大的變革，它以計算機為基礎，實(shí)現了電網(wǎng)變電站現代化管理，從而改變了傳統變電站控制室、保護室的主體結構和值班維護方式，充分體現了現代生產(chǎn)的特點(diǎn)，是當代電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢[2].變電站監控系統是利用微機技術(shù)，將變電站的控制、測量、信號傳輸處理、繼電保護、故障錄波、遠動(dòng)等功能融為一體的多機共享系統。變電站監控系統所能完成的主要功能包括：數據采集、繼電保護、參數監測、運行控制、事件記錄、事故報警等。一般具有和圖1.1相似的結構。

　　變電站監控系統有以下特點(diǎn)和意義：

　　（l）提高供電質(zhì)量，提供電壓合格率。由于在變電站監控系統中包括有電壓、無(wú)功自動(dòng)控制功能，故對于具備有載調壓變壓器和無(wú)功補償電容器的變電站，可以大大提高電壓合格率，保證電力系統主要設備和各種電器設備的安全，使無(wú)功潮流合理，降低網(wǎng)損，節約電能損耗。

　　（2）提高變電站的安全、可靠運行水平。變電站監控系統中的各子系統，絕大多數都是由微機組成的，它們多數具有故障診斷功能。除了微機保護能迅速發(fā)現被保護對象的故障并切除故障外，有的自控裝置還兼有監視其控制對象工作是否正常的功能，發(fā)現其工作不正常及時(shí)發(fā)出告警信息。更為重要的是，微機保護裝置和微機型自動(dòng)裝置具有故障自診斷功能，這是當今的綜合自動(dòng)化技術(shù)比起常規的自動(dòng)裝置或四遙裝置突出的特點(diǎn)，這使得采用綜合自動(dòng)化系統的變電站一、二次設備的可靠性大大提高。

　　（3）提高電力系統的運行、管理水平。變電站實(shí)現自動(dòng)化后，監視、測量、記錄、抄表等工作都由計算機自動(dòng)進(jìn)行，既提高了測量的精度，又避免了人為的主觀(guān)干預，運行人員只要通過(guò)觀(guān)看CRT屏幕，對變電站主要設備和各輸、配電線(xiàn)路的運行工況和運行參數便一目了然。綜合自動(dòng)化系統具有與上級調度通信功能，可將檢測到的數據及時(shí)送往調度中心，使調度員能及時(shí)掌握各變電站的運行情況，也能對它進(jìn)行必要的調節與控制，且各種操作都有事件順序記錄可供查詢(xún)，大大提高運行管理水平。

　　（4）縮小變電站占地面積，降低造價(jià)，減少總投資。變電站監控系統，由于采用微計算機和通信技術(shù)，可以實(shí)現資源共享和信息共享，同時(shí)由于硬件電路多數采用大規模集成電路，結構緊湊、體積小、功能強，與常規的二次設備相比，可以大大縮小變電站的占地面積，而且隨著(zhù)微處理器和大規模集成電路的不斷降價(jià)，微計算機性?xún)r(jià)比逐步上升，發(fā)展的趨勢是綜合自動(dòng)化系統的造價(jià)會(huì )逐漸降低，而性能和功能會(huì )逐步提高，因而可以減少變電站的總投資。

　　（5）減少維護工作量，減少值班員勞動(dòng)，實(shí)現減人增效。由于綜合自動(dòng)化系統中，各子系統能自檢出故障部位，縮短了維修時(shí)間。微機保護和自動(dòng)裝置的定值可在線(xiàn)讀出檢查，節約定期核對定值的時(shí)間。監控系統的抄表、記錄自動(dòng)化，使值班員可不必定時(shí)抄表、記錄，實(shí)現少人值班，如果配置了與上級調度的通信功能，能實(shí)現遙測、遙信、遙控、遙調，則可完全實(shí)現無(wú)人值班，達到減人增效的目的，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，同時(shí)也減少了人為誤操作的可能。

　　1.3國內外變電站監控系統的發(fā)展及應用狀況

　　國際上對于變電站監控系統的研究，己經(jīng)進(jìn)行了很多年，而且已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。早在七十年代末，日本就研制出了世界上第一套綜合數字式保護和控制系統SDCS一I.此后，美國、英國、法國、德國等一些發(fā)達國家也相繼在此領(lǐng)域內取得不同程度的進(jìn)展。在八十年代初，美國一家電力公司研制了IMPac模塊化保護和控制系統。美國西屋公司和EPRI聯(lián)合研制出了SPCS變電站保護和控制綜合自動(dòng)化系統。到1984年，瑞士的BBC公司首次推出了他們的變電站綜合自動(dòng)化系統。1985年，德國的西門(mén)子公司又推出了他們研制的第一套變電站綜合自動(dòng)化系統LSA678.變電站綜合自動(dòng)化目前在國外己得到了較普遍的應用。例如美國、德國、法國、意大利等國家，在他們所屬的某些電力公司里，大多數的變電站都實(shí)現了綜合自動(dòng)化及無(wú)人值班方式[3].我國的變電站自動(dòng)化技術(shù)起步于50年代。

　　1954年，我國從前蘇聯(lián)引進(jìn)了RUT技術(shù)，東北安裝了16套遙測/遙信裝置[4].此后，國內開(kāi)始了系列遠動(dòng)產(chǎn)品的研制工作。到七十年代初，便先后研制出了電氣集中控制裝置和集保護、控制及信號為一體的"四合一"裝置。在八十年代中期，國內許多高等院校及科研單位也在這方面做了大量的工作，推出一些不同類(lèi)型、功能各異的自動(dòng)化系統，為國內的變電站監控技術(shù)的發(fā)展起到了卓有成效的推動(dòng)作用[5一6J.

　　1.4本論文的主要工作

　　本論文主要根據撫順某石化公司變電站的具體情況，結合變電站提出的要求和指標，完成了對整個(gè)變電站監控系統的設計，并實(shí)現了上位機對現場(chǎng)數據的采集、處理、顯示、保存以及對現場(chǎng)設備的監視和控制功能等，本論文主要的工作如下：

　　（1）對變電站監控系統相關(guān)的一些概念以及變電站監控系統國內外現在的發(fā)展狀況等進(jìn)行說(shuō)明。

　　（2）根據現場(chǎng)總體結構和用戶(hù)對系統的需求，歸類(lèi)了工程需要監控的數據，分析了變電站監控系統的幾個(gè)組成部分并結合現場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行闡述，以及將以上所述的幾個(gè)部分如何設計進(jìn)行了詳細的解剖，如變電站監控系統幾個(gè)組成部分的介紹和設計等，并對所需儀表進(jìn)行了選型，

　　（3）對整個(gè)監控系統進(jìn)行了設計，包括變量的分類(lèi)和命名、變量的動(dòng)態(tài)顯示、整個(gè)數據庫的建立和連接、系統的主畫(huà)面以及子畫(huà)面組態(tài)的過(guò)程、數據采集的方法、系統軟件部分程序的編寫(xiě)等，并展示了所建系統運行的結果。這部分也是本論文的重點(diǎn)和創(chuàng )新點(diǎn)所在。

　　（4）最后依靠監控系統強大的歷史數據保存功能，將所得數據分類(lèi)，系統地對各個(gè)車(chē)間進(jìn)行了無(wú)功優(yōu)化計算，并對整個(gè)系統補償后節約的電能進(jìn)行了統計.

　　第2章監控系統的組成
　　2.1變電站監控系統的組成部分
　　2.2間隔層
　　2.2.1間隔層的功能
　　2.2.2間隔層單元硬件結構的介紹

　　2.3通訊層
　　2.3.1通訊管理機
　　2.3.2通訊介質(zhì)
　　2.3.3通信協(xié)議
　　2.4站控層

　　第3章監控系統的分析與設計
　　3.1監控系統中的軟件建模
　　3.2監控系統的設計框圖
　　3.3系統的設計舉例
　　3.3.1實(shí)時(shí)數據顯示流程
　　3.3.2故障操作流程
　　3.4監控系統運行原理
　　3.4.1系統登陸過(guò)程
　　3.4.2下位機數據處理過(guò)程

　　第4章監控系統的實(shí)現
　　4.1設備數據監控的必要性
　　4.2系統監控軟件的選擇
　　4.3監控軟件的介紹
　　4.4監控軟件的顯示和控制原理
　　4.5上位機與外部設備的連接

　　4.6數據的采集和顯示
　　4.6.1新建畫(huà)面
　　4.6.2定義外部設備
　　.6.3數據庫的設計
　　4.6.4變量的動(dòng)態(tài)連接
　　4.7報表的設計
　　4.8歷史數據庫
　　4.8.1變量記錄的類(lèi)型
　　4.8.2歷史記錄存儲及文件的格式
　　4.9現場(chǎng)設備控制的設計

　　第5章系統運行的結果
　　5.1高壓部分
　　5.2低壓部分
　　5.3報表部分
　　5.4歷史趨勢曲線(xiàn)

　　第6章電力系統的優(yōu)化
　　6.1現場(chǎng)設備的狀態(tài)
　　6.2無(wú)功功率產(chǎn)生的原因
　　6.3無(wú)功補償原理及其意義
　　6.4無(wú)功補償方法

　　6.5無(wú)功補償容量計算
　　6.5.1集中補償和分組補償容量計算
　　6.5.2就地補償容量計算
　　6.6無(wú)功補償后節約的能耗計算
　　6.7總的無(wú)功補償容量及其節約的電能
　　6.8無(wú)功補償容量的計算過(guò)程

　　第六章總結與展望

　　變電站監控系統是保證變電站安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟運行的一個(gè)基本保障，它可極大的提高工廠(chǎng)運行管理水平。而站內監控系統的合理建立則是關(guān)系著(zhù)綜合自動(dòng)化系統實(shí)施的實(shí)時(shí)性和可靠性的重要保證。

　　本文在通過(guò)大量的實(shí)踐經(jīng)驗的基礎上，比較詳細的介紹了整個(gè)系統的設計和建造過(guò)程。最終在一實(shí)際工程中付諸實(shí)踐，并成功運行，現在還在正常使用中。文章聯(lián)系實(shí)際和工廠(chǎng)的要求對整個(gè)監控系統的設計過(guò)程進(jìn)行了詳細的闡述，從變量的建立到報表的設計，畫(huà)面的組成，重要程序的解析等。討論了一下系統最后運行的結果。將各個(gè)運行畫(huà)面都展示出來(lái)。事實(shí)證明，變電站監控系統的應用使電力系統的運行水平得到了很大的提高，獲得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。

　　最后再根據需要監控系統歷史數據庫中的相關(guān)數據，在理論上進(jìn)行了無(wú)功功率補償的計算。但由于系統建立的比較倉促，在歷史報表和控制畫(huà)面等做的不是很完善，需要建立更多數據的歷史報表和設備控制畫(huà)面，系統才比較完美。

　　文中很多很多內容都是作者的主觀(guān)思想，肯定會(huì )有不少的錯誤，希望讀者也能給予最真誠的批評和建議，希望在以后的實(shí)踐過(guò)程中一起進(jìn)步，我們有理由相信，隨著(zhù)計算機技術(shù)和數字通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我們的電力監控系統將會(huì )更加成熟，功能也會(huì )更加強大！

　　參考文獻

　　致謝

　　本論文是在閏士杰導師的悉心指導下完成的。在兩年的研究生學(xué)習、生活期間，閏老師給了我無(wú)微不至的關(guān)心、愛(ài)護、培養和教誨。本文從選題、論證、研究到最后完成，無(wú)不凝聚著(zhù)導師的心血。閏老師在理論上學(xué)識淵博，獨具匠心，在實(shí)踐上更有相當的造詣。他誨人不倦的精神，嚴謹治學(xué)的態(tài)度和嚴格的要求深深地影響著(zhù)我，使我終生難忘。學(xué)業(yè)上，他是我的授業(yè)恩師；在為人處世上，他高尚的人品更令我敬仰。他是我今后成長(cháng)道路中的楷模，將永遠激勵我勤奮進(jìn)取。

　　非常幸運，我的研究生期間是在一個(gè)充滿(mǎn)著(zhù)團結友愛(ài)的工作環(huán)境中度過(guò)的。實(shí)驗室的同學(xué)關(guān)系十分融洽，無(wú)論是生活上還是工作中，他們都曾給我無(wú)私的幫助。己經(jīng)畢業(yè)的于濤、修亮、高明陽(yáng)、黃延龍、潘郝飛等師兄師姐給予了我大量的幫助，與他們曾共度的美好時(shí)光，我將永生難忘。

　　兩年來(lái)，我還得到了實(shí)驗室同學(xué)吳世勇、劉忠迪、荊艷強、姬云鵬、付振宇、盛科、孫艷、辛紅等人的大力協(xié)助。管海濤、付浩、王大鵬、于森、鮑艷、李小蘭等師弟師妹們的熱心幫助和通力合作，也都給我留下了美好的回憶。在論文完成之際，我不禁想到了我家鄉的父母和在沈陽(yáng)的表哥表嫂。是他們在我遇到困難的時(shí)候給我以鼓勵和安慰，在我取得成功時(shí)給我以鞭策，他們深沉的愛(ài)和無(wú)私的奉獻始終是我工作的巨大動(dòng)力！

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