配电网监控系统软件设计与实现
班学号：201236626108
姓名：胡劲涛
论文题目：配电网监控系统软件设计与实现
一、学位论文研究内容
学位论文研究内容
本系统是以组态软件iFix为开发平台、SQL Server为实时数据库、WebSpace 进行网络发布开发的一款配电网监控系统软件，用于实现配电网运行信息的综合采集、存储、分析和管理。
本系统主要包括以下几个模块的研究设计：
1.数据采集模块：采集管理监控终端装置定时上传的数字电表和保护器的各项数据、配变及线路运行、开关动作、工作人员到位情况，转发各种中继数据信息，自动即时处理相关故障信息。
2.监控模块：主要包括用户权限管理、数据实时显示、历史数据处理、数据库管理、报表打印、报警显示等功能。
3.网络发布模块：利用WebSpace进行网络发布。
二、学位论文研究依据
1.选题依据和研究意义
配电系统是电力系统发、输电系统与用户连接起来的重要环节。由馈线、降压变压器、各种开关等配电一次设备，以及继电保护、自动装置、测量和计量仪表、通信和控制等二次设备构成，直接向用户供应电能。随着用电需求量的增长和电力供求市场化的发展趋势，用户对供电可靠性、电能质量，以及优质服务的要求都不断提高，传统的配电网技术和管理方法已经很难满足配电网安全、优质和经济运行的要求。提高电能质量要由改善整个电力系统的装备和运行来达到，但合理而完善的配电网络结构可以提高供电可靠性和电压质量。同时，配电网的保护、监测和控制的改进并逐步达到自动化，对于配电网的安全经济运行和提高电能质量也很重要，实现配电网自动化监控系统对提高电力系统的可靠性和经济效益具有重要的现实意义。实现配电网自动化监控系统的自动化，进一步提高配电网的运行管理水平已是当务之急。
2.国外配电自动化的发展现状
在一些工业发达国家中，配电自动化系统受到了广泛的重视，国外的配电自动化系统已经形成了集变电所自动化、馈线分段开关遥控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统(DMS)，其功能已多达140余种。
国外著名电力系统设备的制造厂家基本都涉足配电自动化领域，如德国西门子公司、法国施耐德公司、美国COOPER公司、摩托罗拉公司，英国ABB公司、日本东芝公司等，均推出了各具特色的配电网自动化产品。
欧美等发达国家的配电自动化开始于20世纪70年代，早期目标是缩短馈线停电时间。美国在开展配电自动化工作的初期，采用配电线路上装设多组重合器、分段器方式，使线路故障不影响变电站馈线供电。在纽约曼哈顿地区，27kV任一线路故障时真空重合器和变电站内的断路器配合，经过小于3次的开合操作，自动隔离故障使非故障段恢复供电。1997年全纽约的用户平均停电时间(含检
修、故障等各种因素停电时间)为104min，而曼哈顿地区仅为9min。1994年，美国长岛电力公司配电自动化系统采用850台FTU和无线数字电台组成了故障快速隔离和负荷转移的馈线自动化．在4年内避免了59万个用户的停电故障(根据美国事故统计标准，对用户筹电达到或超过5rain就是停电事故)，并因此获得IEEE DA／DSM大奖。整个系统的形成大致经历了三个阶段：第一步使线路运行达到能自动分段；第二步建立通信通道实现SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition 监控和数据采集)功能；第三步实施菲故障段的自动恢复供电。
日本是配电自动化发展得比较快的国家。从50年代开始在配电线上开始采用自动隔离故障区，并向健全区(无故障区)恢复送电的按时限顺序送电装置；60—70年代研究开发了各种就地控制方式和配电线开关的远方监视控制装置；70年代后半期开始利用计算机构成自动控制系统；其后由于电力电子技术、计算机技术及信息传送技术的发展，配电自动化计算机系统及配电线远方监视控制系统在实际应用上得到很大的发展。到1986年，全国9个电力公司的41610条配电线路己有35983条(86.5％)实现了故障后的按时限自动顺序送电，其中2788条(6.7％)实现了配电线开关(指柱上开关)的远方监控(包括一般的和计算机监控)。
新加坡公用电力局(PUB)在80年代中期投运并在90年代加以发展和完善的大型配电网的SCADA系统，其规模最初覆盖其22kV配电网的1330个配电站，目前己将网络管理功能扩展到6.6kV配电网，进而覆盖约4000个配电站。
从国外配电自动化系统采用的通信方式看，尚没有一种通信技术可以很好地满足于配电系统自动化所有层次的需要。在一个配电自动化系统内，往往由多种通信技术组合成综合的通信系统，各个层次按实际需要采用合适的通信方式。
在日本，由于无线电通信频段大都被电台占用而很难得到保证，日本在配电自动化系统中，基本不采用无线电通信。光纤因处在发展阶段，目前只在一部分地方使用。比较普遍的是利用通信电缆和配电线路来传送信号。而在欧美等国，却广泛采用无线寻呼通信网络和有线通信相结合的方式。
目前使用较多的配电线信号传送方式有：音频控制方式、音频电流传送方式和位相脉冲方式。利用专用电话线或CATV有线电视电缆，采用屏蔽双绞线(RS-485)、光导纤维等方式，也是广泛采用的配电自动化通信方式。UHF和VHF电台、调频广播(FM)和调幅广播(AM)多用来用作负荷监控的信道。无线扩频和一点多址微波通信大多用于配网自动化的通信主干线。
国外配电自动化的实现，大致是先实施馈线自动化，然后建立通信通道和配电自动化主站系统，再完善各项功能。然而，在这过程中留有大量的有待开发的自动化功能和一些已开发的功能之间的重叠。配电自动化的发展经历了各种单项自动化林立，号称“多岛自动化”的配电系统，向开放式、一体化和集成化的综合自动化方向发展的过程。目前已具有相当的规模，并从提高配电网运行可靠性和效率，提高供电质量，降低劳动强度，充分利用现有设备的能力，缩短停电时间和减少停电面积等方面，均带来了可观的经济效益和社会效益。
3.国内配电自动化现状
国内配电自动化起步于20世纪90年代，较国外发达国家滞后20年。由于资金和计算
机技术等条件的限制，同时这也是一个相对崭新的课题，需要一个认识过程，因此一直发展比较缓慢。近年来特别是全国大规模进行城乡电网改造以来，配电自
动化方面的工作取得了比较大的进展，众多科研开发企业和制造商开发研制了配电系统自动化集成技术、应用软件和一二次设备，许多地方供电企业迸行了不同层次不同规模上的试点，这些都为供电企业的供电可靠率、供电质量、设备安全、劳动生产率、现代管理水平的提高发挥了一定的作用，为我国配电系统自动化的发展积累了经验、创造了条件。
上海市供电局在浦东金桥金藤开发区实施了配电自动化工程，第一期工程采用法国施耐德集团生产的PR环网开关会柜9台，基本达到了遥控、遥信和遥测的目的，但规模较小，且设备依赖进口，造价高，不便推广普及。北京供电局以引进日本东芝技术生产的具有自动化功能的柱上真空开关设备八台，即将投运，达到国外配电自动化第一阶段水平。沈阳电业局于1995年安装了lO台丹阳生产的柱上真空开关，采用有线控制，但未大面积推广，而且也属于国外第一阶段水平。此外，石家庄供电局、大连供电局、南京供电局、郑州供电局、武汉供电局和广州供电局也分别立项或进行了一定规模尝试。
银川城区配电自动化系统全部采用自行研制的国产设备，采用馈线RTU，配变RTU和建立在windows 95，windows NT平台上的先进的计算机网络系统。运用SQL Server大型数据库系统，并采用有线通信和无线通信相结合的综合数据通道，而且充分利用银川地调的已有资源，实现了配电网中30余条进线、几十条馈线和7个开闭所及小区变的全面监控，取得了大量经验。该系统已于1998年8月20日通过国家电力公司组织的技术鉴定，达到国内领先水平。这是我国第一套通过技术鉴定的配电自动化系统，它标志着我国城网改造进入了一个新的阶段。目前西安供电局和宝鸡供电局也在按银川模式建设配电自动化系统。
从设备制造水平的角度看，国内不少企业已成功地研制出能够满足配电自动化要求的产品，比如可靠的柱上真空开关、重合器、馈线开关远程式终端(FTU)、变压器测控单元(TTU)、开闭所、小区变远程终端(RTU)、配电网地理信息系统(GIS)、负荷监控系统、配网管理信息计算机网络、智能式电度表及远方抄表计算机系统，以及各种数据传输设备(DCE)等。
我国配电自动化的发展大致可以分为三个阶段。第一阶段，引进国外的自动化开关设备，通过智能开关设备之间的配合实现故障定位、隔离和自动恢复供电，这被称之为就地控制的馈线自动化模式。这种方案仅在故障处理时才起作用，且不能检测出中性点小电流接地电系统的单相接地故障，而在我国绝大多数城市中，故障停电占用户的停电时间比例很小，而引的自动重合器、分段器和负荷开关价格昂贵，投入很大，收效甚微。第二阶段，实现配电层次的SCADA功能。通过建立配电系统的实时监控系统(SCADA系统)，即在配电网调度中心建立主站系统。在各变电站、开闭所设置RTU，FTU等远方终端。通过通信通道联系，从而达到实现对配电网监控的功能。这种模式的故障处理时间大大缩短，而且在配电网正常运行时可以对配电网进行监控和运行管理，实现系统的优化运行，这也是近年国内来所采用的主要配电自动化的模式，但是这种模式需要借助于通信系统。而且故障的处理依赖主站进行。第三阶段，通过多年的配电网的改造和各单项自动化(如负荷控制、远程抄表系统、配网系统管理系统等)的发展，借助现代计算机技术、网络技术和通信技术实现各子系统之间资源共享，达到配电管理层次。
由于我国配电系统自动化刚刚起步，试点工程即线路条数仅占试点单位线路总数的
3％左右，缺乏应有的规范和标准，国外一些典型的工程又很难与我国配电网相
一致。早期的试点方案又受到当时的认识水平、计算机网络、通信技术及其价格的制约，因而，成功的工程不多。主要问题有：
(1)在系统功能上，功能单一，实用性差。试点工程多以馈线自动化为主，引入的国外的重合器、分段器建设的就地控制模式的馈线自动化，仅能进行故障处理，且不能检测出中性点不接地系统的单相接地故障。而在我国绝大多数城市中故障停电时间所占比例很小，且大多数为单相接地故障，故其提高供电可靠率很小。
(2)在系统集成上，缺乏统一规划，单项“孤岛”林立。由于各地对配电自动化的认识不同，投入的各种单项功能也未进行统一综合考虑，它们之间标准不统一、软硬件不兼容，致使信息不能公用，资源不能共享。
(3)在应用层次上，停留在初级应用阶段，缺乏高级应用。如网络重构、自动无功电压调整尚处在理论分析阶段。
4.主要参考文献
【1】刘健，倪建立.配电网自动化新技术.北京.中国水利水电出版社，2003【2】三江学院，王士政.电力调度自动化与配网自动化技术.北京：中国水利水电出版社，2003
【3】杨蕾.智能配电网络监测终端的设计：【华中师范大学硕士学位论文】.武汉：华
中师范大学，2007
【4】周斌生．基于智能终端的配电管理系统：【华中科技大学硕士学位论文】．武汉：
华中科技大学，2004
【5】陈涌.大连配电网自动化设计与实现：【大连理工大学硕士学位论文】.大连：大
连理工大学，2005
【6】成永红．电力设备测量——传感与测控技术．北京：中国电力出版社，2003【7】陈立周．电气测量．北京：机械工业出版社，2005
【8】唐涛，诸伟南等．发电厂与变电站自动化技术及其应用．北京：中国电力出版社，2005
【9】赖朝森，罗安等．厂矿企业自备电厂电气参量监视系统的研制.工矿自动化，2007
【l0】张芳兰．远程测试与诊断系统之通用测试子系统的设计与实现.【河北工业大学
硕士学位论文】．西安：西北工业大学，2007
【11】衷新平. 县级市供电公司配网自动化规划及应用研究：【山东大学硕士学位论文】.山东：山东大学，2008
【12】刘美玲.配电网集成监控系统的研制：【湖南大学硕士学位论文】.湖南：湖南大学，2008
三、学位论文研究计划及预期目标
一、拟解决的关键问题
配电监控系统的测控对象为进线变电站、10KV开闭所、小区变电所、配电变压器、分段开关、并补电容器、用户电能表、和重要负荷等，站点非常多，通常有成百上千甚至上万个点之多。因此不仅对于系统组织会带来较大的困难，而且在
控制中心的计算机网络上处理这么大的信息，也必须下功夫。
由于配电网的结构经常发生变化，如修改线路、增加终端等，一旦变配电所的系统发生变化，可能会导致软件系统的监控功能发生变化，这时就需要软件开发人员进行重新修改，造成很多不必要的工作量。这些修改工作只能由软件开发人员去完成，一般的工程技术人员无法完成这种修改。因此，如何设计一套配电监控系统，使其具有灵活性和可扩充性，也是本系统应该解决的问题。
二、最终目标
设计一套具有灵活性和可扩充性的配电网监控系统软件，具有数据采集、无线通信、联动报警、事故追忆、监控管理、数据分析等功能。
三、拟采取的主要理论
ADO数据库编程技术、SQL Server数据库开发与设计技术、计算机通信技术、计算机网络技术、采用基于多层关联图形的人机界面（HMI）技术、防火墙技术
四、实施方案
现代配电网监控系统采用分层结构的策略，一般分为四个层次，如图1所示。第一层为现场设备层，主要为FTU、TTU、远动终端单元(RTU)和电量集抄器等构成；第二层为区域集结层，又称为“区域工作站”，用于集结所在区域内大量分散的配电终端设备，如馈线终端单元(FTU)、配变终端单元(TTU)和电量采集器的信息；第三层为配电自动化子控制中心层，为建设在城市的区域供电分局；第四层为配电自动化总控制中心层，建设在城市的供电总局，一般配备基于交换式以太网的高档配电自动化后台系统和大型数据库，用于管理整个城市范围内的配电网。
本套系统使用GE公司的组态软件iFix进行开发，操作平台支持Microsoft Windows NT、Windows 2000、Windows XP操作平台开发，数据库系统支持SQL Server，报表系统采用Microsoft Office Excel提供的支持，系统应用软件模块采用VC++和Visual Basic编写，WebSpace进行网络发布。数据采集使用C/S(Client/Server)架构，数据浏览采用B/S(Browser/Server)架构。主站架构如下：
本系统具体实施方案上采用模块化设计，拟设计模块如下：
1.用户管理与权限设定模块
用于实现用户级的权限管理，对每个使用者赋与其数据库访问、系统维护管理、数据管理及控制操作的多级权限，权限在全网上统一有效，使用者可在任一工作站上完成其权限许可的各种管理及操作
2.数据库管理模块
对所在权限下的数据库中的表进行查找、添加、删除和修改等操作
3.前置机通信模块
是整个系统的核心，它负责整个系统的网络通信，对采集数据进行预处理，提供报警的依据。在此系统中可以进行远程控制、短信收发等。
4.实时监控模块
用于实时监控终端数据及状态
5.采样数据分析与管理系统
负责对采样数据浏览、修改等，其中包括电表数据和保护器数据，并且可以显示历史数据的曲线等。
6.告警模块
处理程序接收来自数据处理系统的各种事件告警信息，并向各客户机的告警处理程序点对点逐个发送，同时将事件告警信息分类存入系统基本数据库。
7.事件信息浏览模块
用于查阅历史告警信息，以便于对事故进行分析，即事故追忆。
2.实验条件落实情况，可能存在的问题及解决办法
学院有CE公司专门投资建设的实验室，系统所使用的iFix组态软件和WebSpace均有授权可以使用，并且实验室提供了相应的软件资料和开发实例，有助于本系统的设计与搭建