电力调度自动化系统-毕业论文.doc

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毕 业 设 计（论文）

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平顶山工业职业技术学院
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平顶山工业职业技术学院
毕 业 设 计（论文） 任 务 书

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毕业设计（论文）及答辩评语：

平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书

摘要
电力系统自动化是指应用各种具有自动检测、决策和控制功能的装置、通过信号系统和数据传输系统对电力系统各元件、局部系统或全系统进行就地或远方的自动监视、调节和控制,以保证电力系统安全经济地运行和具有合格的电量质量。电力系统自动化已经成为电力系统最核心内容。而电力系统调度自动化是电力系统自动化的一部分,分为发电和输电调度自动化(通常称电网调度自动化)和配电网调度自动化(通常称配网自动化)。
电力调度自动化系统是直接为电网运行服务数据采集与监控的系统，包括此系统运行的应用软件。是在线为各级电力调度机构生产运行人员提供电力系统运行信息、分析决策工具和控制手段的数据处理系统。电力调度自动化系统是保证电网安全和经济可靠运行的重要支柱手段之一。随着电网不断的发展，电网的运行和管理需求在不断地变化，要保证电力生产的安全有序进行，作为重要支柱的调度自动化系统要适应电网需求的发展。调度自动化系统主要是由调度自动化主站系统、变电站自动化系统和传输通道等相关设备组合而成的。电力调度自动化系统包含安装在发电厂、变电站中的数据采集和控制装置。电力系统调度自动化，是电力系统中发展速度最快的技术之一。常见的有：监控控制和数据收集系统、配电管理系统、能量管理系统等调度自动化主站系统。
目录
摘要 1
目录 2
第一章 电力系统调度自动化的功能 4
1.1 电力系统监视与控制 4
1.2 电力系统安全分析 4
1.3 电力系统经济调度 4
第二章 电力调度自动化系统国内应用现状 5
2.1 CC-2000系统 5
2.2 SD-6000系统 6
2.3 OPEN-2000系统 6
2.4 SCADA系统详解 7
第三章 电力系统调度自动化技术在国外的开发 12
3.1 西门子SPECTRUM系统。 12
3.2 CAE系统。 12
3.3 VALMET系统。 12
3.4 SPIDER系统。 13
第四章电力调度自动化系统的基本组成及结构 13
4.1电力调度自动化系统的基本组成 13
4.2电力调度自动化系统结构及组成： 14
参考文献 16
致 谢 17

第一章 电力系统调度自动化的功能
1.1 电力系统监视与控制
通过电力系统监视与控制为自动发电控制、经济调度、安全分析等高层次功能提供实时数据。其中监视主要是对电力系统运行信息的采集、处理、显示、告警和打印,以及对电力系统异常或事故的自动识别,向调度员反映电力系统实时运行状态和电气参数。而控制主要是指通过人机联系设备执行对断路器、隔离开关、静电电容器组、变压器分接头等设备进行远方操作的开环控制。
1.2 电力系统安全分析
电力系统安全分析主要内容是利用实时数据对电力系统发生一条线路、或一台发电机、变压器跳闸的假想事故进行在线模拟计算,以便随时发现每一种假想事故是否可以造成设备过负荷、以及频率和电压超出允许范围等不安全情况,是一系列以单一设备故障为目标而进行的在线潮流计算。
1.3 电力系统经济调度
电力系统经济调度是在满足安全、电能质量和备用容量要求的前提下,基于系统有功功率平衡的约束条件和考虑网络损失的影响,以最低的发电(运行)成本或燃料费用,达到机组间发电负荷经济分配且保证对用户可靠供电的一种调度方法。在调度过程中按照电力系统安全可靠运行的约束条件,在给定的电力系统运行方式中,在保证系统频率质量的条件下,以全系统的运行成本最低为原则,将系统的有功负荷分配到各可控的发电机组。经济调度一般只按静态优化来考虑,不计算其动态过程。

第二章 电力调度自动化系统国内应用现状
目前我国投运的系统主要有CC-2000，SD-6000.OPEN-2000。这些系统都采用RISC工作站和国际公认标准:操作系统接口用POSIX:数据库接口用SQL结构化访问语言；人机界面用OSF/MOYIF，X-WINDOWS；网络通信用TCP/IP，X.25。应用表明这些系统基本功能均达到国内外同类系统的水平，且各有特点。
2.1 CC-2000系统
采用开放式系统结构设计，采用面向对象的技术，利用事件驱动和封装的思想为应用软件提供了透明的接口。采用面向对象技术，并引进了一个大对象的概念，以适应封装性、继承性以及事件驱动的要求。支撑系统专用性和通用性的有机结合。既适应电力系统的需要，又兼顾其它行业实时应用的要求。按照软件工程的规律进行开发，达到软件工程产品化。技术鉴定认为，按照开放式系统设计和采用面向对象等技术，都属于国际先进或领先范畴.现结合东北电网，由电科院、电自院、清华大学、东北电力集团公司、北京科东公司在统一协调下，共同在CC-2000支持系统平台上开发电网应用软件，从而实现完整的EMS系统。
2.2 SD-6000系统
SD-6000系统是电力部重点项目，由电自院南瑞系统控制公司和淄博电业局联合开发的具有统一平台的开放式分布式能量管理系统，1994年投运，1996年通过测试和鉴定。该系统集成了超大规模的调度投影屏、调度电话自动拨号、气象卫星云图等新技术。该系统特点是:具有开放式和分布式的支撑系统平台。具有面向对象的人机界面管理系统。其中较突出的是厂站单线图、电网元件模型、电网拓扑结构、数据库同期生成技术。EMS支撑软件与管理系统的商用数据库采用SQL标准接口.便于用户自行开发和由第三方开发应用软件。有较高的稳定性和可靠性，前置机应用软件设计合理，实用。
2.3 OPEN-2000系统
OPEN-2000系统是江苏省立项的重大科技项目，是由电自院南瑞电网控制公司开发的新一代EMS系统。OPEN-2000系统是南瑞公司于1998年开发成功的一套集SCADA、AGC、PAS、DTS、DMS、DMIS于一体，适用于网、省调和大中型地调的新一代能量管理系统。是国内外发展速度快、适用面广、性能完善、成熟性好、可靠性高的能量管理系统，是国内首套将IEC870-6系列TASE.2协议集成于软件平台的系统。 OPEN-2000系统采用100M平衡负荷的双网机制，流量更大。可靠性更高。完全基于商用数据库开发的、具有客户/服务器模式的全新的能量管理系统。采用面向对象技术，以电力设备为对象建立数据存取模式和电力系统模型，软件设计全部采用面向对象方法和面向对象语言。
2.4 SCADA系统详解
SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统即数据采集和监控系统，它是电网调度自动化系统的基础和核心，负责采集和处理电力系统运行中的各种实时和非实时数据，是电网调度中心各种应用软件主要的数据来源。SCADA系统包括实时数据采集、数据通信、SCADA系统支撑平台、前置子系统、后台子系统等。 数据采集包括反映物理过程特征的数据的产生，数据发送、接收和数据处理；监视控制不仅包括对物理过程的直接控制，还包括管理性控制，只下发调控指令，由厂站端或下级调度人工调控。通常数据采集装置和控制装置安放在厂站端，与主站端监控系统并不在一起，所以要实现数据采集和直接控制功能需要双向数据通信，一般认为数据采集是信号上行的通信，而直接控制是信号下行的通信。 一个SCADA系统通常由一个主站和多个子站（远方终端装置RTU或变电站综合自动化系统）组成。主站通常在调度控制中心（主站端），子站安装在变电站或发电厂（厂站端），主站通过远动通道或广域网实现与子站的通信，完成数据采集和监视控制。我国分为五级调度，主站除接收子站信息，还以数据通信方式接受从下级调度控制中心主站转发来的信息，又向上级调度控制中心主站转发本站的信息。 厂站端是SCADA系统的实时数据源，又是进行控制的目的地。SCADA所采集的数据包括模拟量测量（又称为“遥测”），状态测点（又称为“遥信”）和脉冲累加量（又称为“遥脉”）。 SCADA系统的主站分为前置子系统和后台子系统，二者通过局域网相联相互进行通信。前置子系统主要完成与厂站端及其它调度控制中心的通信，并将获得的数据发送给后台子系统。后台子系统进行数据处理。SCADA把这些最近扫描的已经处理的反映被监视系统状态的数据存储在数据库中。画面联结数据库，因而画面就直观地给出该系统状态的正确景象。SCADA为每一个量测量赋予一个状态和记录数值的变化趋势，当设备处于不正常状态或运行限值已被超过时通知调度员。通过提供电力系统的当前状态及过去状态，调度员可对电力系统进行监视。调度员能对电力系统设备和SCADA系统本身进行控制，这使得调度员能使SCADA系统适合于当前电网工况。调度员能够用人工值去替换远动数据，也可以发出命令给电力系统控制装置
因此电网调度自动化是一个总称，由于各级调度中心的任务不同，调度自动化系统的规模也不同，但无论哪一级调度自动化系统，都具有一种最基本的功能，就是监视控制和数据收集系统，又称SCADA系统功能（Supervisory Control And Data Acquisition ）。下图即为北京供电局SCADA图。

2-1北京供电局实用信息系统网络描述图

●SCADA主要包括以下一些功能：
　　（1）数据采集； （2）信息显示；
　　（3）监视控制； （4）报警处理；
　　（5）信息存储及报告 （6）事件顺序记录；
　　（7）数据计算； （8）具有RTU（远端终端单元）处理功能；
　　（9）事件追忆功能。
　　●自动发电控制功能AGC
　　AGC系统主要要求达到对发电机发电多少不是由电厂直接控制，而是由电厂上级的调度中心根据全局优化的原则来进行控制。
　　●经济调度控制功能EDC（Economic Dispatch Control）
　　EDC的目的是控制电力系统中各发电机的出力分配，使电网运行成本最小，EDC常包含在AGC中。
　　●安全分析功能SA（Security Analyze）

　　SA功能是电网调度为了做到“防患于未然”而配备的功能。它通过计算机对当前电网运行状态的分析，估计出可能出现的故障，预先采取措施，避免事故发生。如果电网调度自动化系统具有了SCADA+AGC/EDC+SA功能，就称为能量管理系统EMS（Energy Management System）。

　　数字传输技术和光纤通信技术的提高，使得电网调度自动化也进入了网络化，目前电网调度中的计算机配置大多采用了开发分布式计算机系统。

　　随着我国国民经济的发展，我国现在也进入了大电网、大机组、超高压输电的时代。完全可以相信，随着我国新建电网自动化系统的发展，我国电网调度自动化水平会进一步地提高，达到世界先进水平。
第三章 电力系统调度自动化技术在国外的开发
国外的电力系统调度自动化系统均是采用了RISc工作者,UNIX操作系统和国际公认的标准,主要有以下几种:
3.1 西门子SPECTRUM系统。
该系统是由德国西门子公司基于32比特SUN点的SPACE或IBMMRS6000工作站硬件平台,引入软总线概念,服务器之间及内部各进程与实用程序问的信息交换实现标准化开发的。采用了分布式组件、面向对象等技术,广泛应用于配电公司、城市电力公司和工业用户。
3.2 CAE系统。
该系统采用64比特ALPHAI作站、客户I服务器体系结构和双以太网构成的EMS硬件平台,选用分布式应用环境开发研制的,集DAC、SYS、uI、APP、COM于一体。该系统功能分布于各节点,能有效地减少网络数据流,防止通信瓶颈问题。
3.3 VALMET系统。
该系统适用于多种硬件平台,可连接SUN、IBM、PHA工作站。该系统包括实时数据、历史数据和应用软件三个服务器。
3.4 SPIDER系统。
该系统是由ABB公司开发的,采用分布式数据库和模块化结构,可根据用户实际需求配置系统。它具有双位的遥信处理功能,使状态信号稳定性好,并有一套完整的维护工具。

第四章电力调度自动化系统的基本组成及结构
4.1电力调度自动化系统的基本组成
电网调度自动化系统由调度主站（调度中心）、厂站端、通信三大部分组成，但按其功能可分为：
1、 数据与信息的采集系统：
前置机、远动终端、调制解调器、变送器。
2、 数据与信息的处理系统：
主控计算机、外存储器、输入输出设备、计算机信道接口。
3、 数据与信息的传输系统：
主站与厂站通信：有线、载波、光纤、短波、微波及卫星地面站。
主站与主站通信：有线、光纤、微波及卫星地面站。
4、 人机联系系统：
彩色屏幕显示器、打印机、拷贝机、记录仪表、绘图机、调度模拟屏、调度台。
5、 监控对象的相关系统：
发电机组的成组自动操作与功率自动调节装置、机炉协调控制器、带负荷调压变压器分接头、电压与电流互感器、断路器的控制与信号回路、继电保护与按全自动装置的出口信号回路。
6、 不停电电源系统：
交—直流整流器、直—交流逆变器、配套的直流蓄电池组。
7、 安全环保系统：
防雷与接地、防火与灭火、防电磁干扰与防静电干扰、防噪声与防震、空调与净化、防盗与防鼠。
按主次分：
电网调度自动化系统由四个子系统组成（如图）：①信息采集和控制执行子系统； ②信息传输子系统； ③信息处理子系统； ④人机联系子系统。

4-1电力调度自动化系统主要子系统图
4.2电力调度自动化系统结构及组成：
1. 主/备前置通讯机
通讯前置机负责数据采集、规约解释、数据处理以及接收并处理系统的控制命令。
2. 主/备服务器
服务器存放整个系统的实时数据、历史数据及应用数据，为主/备前置通讯机、调度员工作站、后台工作站提供数据库服务，充当应用服务器。服务器另外对各工作站的工作状态进行监控,管理计算机网络设备和SCADA系统终端设备(如打印机、显示器、投影仪等),监控系统的任务进程，提供事件/事故报警，监视网络通讯等。

参考文献
[1]何岩，吴发旺。SVG在电力调度自动化中的应用分析[J].黑龙江电力。2008.（3）。
[2]薛宏伟。电力调度中心办公自动化系统的开发与应用[J].宁夏电力。2006.（3）。
[3]何景斌。管理信息系统在电力调度管理自动化中的应用[J].建材与装饰。2007.（12）。
[4]马红。电力调度自动化系统实用化应用[J].现代电子技术。2004.（16）。
[5]张锋。浅谈电力调度自动化及其发展方向.广东科技。2008.（4）。
[6]王诤。电力调度自动化系统应用现状与发展趋势.中国高新技术企业。2008.（23）。

致 谢
在于建军老师的悉心的指导下，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，想要完成这个设计是难以想象的。
短暂的毕业设计是紧张而有效的，在掌握了三年所学的专业知识后，自己能够综合的运用并能完成自己和同学拟定的毕业设计，这也是对自己所学专业知识的考察和温习，虽然这是第一次全面的从完成由构思到设计完成，我从中也学到了很多。综合运用了课本知识，再加上实际生产所用到的一些设计工艺，认真的对自己设计的数据进行计算和核对，严格按照设计的步骤和自己已经标出的设计过程来进行计算。这些都是自己在设计中所能获得的好处。虽然在计算的过程中也遇到了很多在课本中没有遇到过的问题，这些都是在实际生产中所要考虑到的仔细问题，而自己往往都会遗漏这样的设计，但在毕业设计于建军老师的指导下，使我体会了理论联系实践的重要性。另外在设计的过程中需要用大量的数据，而这些数据都是计算得来的，因此需要翻阅大量的相关设计的文献。所以我在学校图书馆里认真的查阅并记录了数据，在进行数次的核对最终有了正确的设计数据。
毕业设计能够顺利的完成与于建军老师的指导是分不开的，遇到的问题和自己不能设计的步骤们都是在于建军老师的讲解下得到满意的答案。从而加快了自己设计的进度和设计的正确性、严谨性。对学校要求的设计格式，于建军老师也反复的检查每一个格式和布局的美观，这样我们才能设计出符合标准的设计。
时间就这样在自己认真设计的过程中慢慢的过去了，几周的时间过的是有效和充实的。到最后看到自己的设计的题目完成后心情是非常喜悦的。因为这凝结了自己辛苦的劳动和指导老师的指导，所以说这次和同学完成设计收获甚多。
其次，在整个毕业设计的过程中，同样得到了其他老师及同学的指导与帮助，在此对他们表示衷心的感谢。
最后感谢学院和专业对我们的严格要求，使我们在毕业设计的过程中收获颇丰。
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5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
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12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发
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93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
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97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
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101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
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