变电站综合自动化图形界面系统的设计与研究

本文由柠檬希子贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。合肥工业大学硕士学位论文变电站综合自动化图形界面系统的设计与研究姓名：卫华申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：温阳东20040401变电站综合自动化图形界面系统的设计与研究摘要本文论述了变电站综合自动化系统的模型的建立和实现。以面向对象的建模方法，采用统一建模语言ＵＭＬ，借助ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＶｉｓｉｏ建模工具建立界面系统的模型。依据系统模型，以面向对象的编程方法，采用面向对象的编程语言ｃ＋＋，基于ＷｉｄｏｗｓＭＦＣ技术，借助可视化集成开发工具ＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０实现一套适用于变电站综合自动化利于的图形界面系统。此系统具有丰富的图元，能快速生成工程画面，支持图形无级缩放和漫游，支持与实时数据库和历史数据库连接，支持工程画面间的切换和快速更新．支持嵌入式脚本编程，具有高度可视化、高度开放性等特点。与其它模块（如实时数据库、历史数据库等）共同构成变电站综合自动化监控软件系统。关键词：图形界面系统，变电站综合自动化，对象建模技术，统一建模语言ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｓｉｇｎｏｆＴｈｅＭＭＩＳｙｓｔｅｍｏｆＴｈｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＡＢＳＴＲＡＣＴＴｈｉｓｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＭＭＩ（ＭａｎＭａｃｈｉｎｅＩｎｔｅｒｆａｃｅ）ＳｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ．ＢｙＯｂｊｅｃｔＭｏｄｅｌｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ（ＯＭＴ），ｔｈｅｗｈｏｌｅＳｙｓｔｅｍｉｓｍｏｄｅｌｅｄｉｎＵＭＬｗｉｔｈＭｉｃｒｏｓｏｆｔＶｉｓｉｏ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｍｏｄｅｌ．ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｔｈａｔｉｓｆｉｔｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｆｉｅｌｄｓｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｉｎＣ＋＋ｗｉｔｈＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔ００１．ＴｈｉｓＭＭＩｓｙｓｔｅｍｏｗｎｓｐｌｅｎｔｙｏｆｍｅｎｔａｌｇｒａｐｈｉｃｓ．ｐｒｏｖｉｄｅｓｔｏｏｌｓｗｈｉｃｈｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｗｉｍＣａｎｇｅｎｅｒａｔｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｉｃｔｕｒｅｓｑｕｉｃｋｌｙ，ｓｕｐｐｏｒｔｓｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｔｈｅｒｅａｌ—ｔｉｍｅａｎｄｈｉｓｔｏｒｙｄａｔａｂａｓｅ．ｓｕｐｐｏｒｔｓｗｉｔｈｅｍｂｅｄｄｅｄｓｃｒｉｐｔｌａｎｇｕａｇｅａｎｄｓｕｐｐｏｒｔｓｐｉｃｔｕｒｅ—ｓｗｉｔｃｈ．Ｉｔｉｓｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｏｔｈｅｒｍｏｄｕｌｅ（ｓｕｃｈａｓｒｅａｌ?ｔｉｍｅａｎｄｈｉｓｔｏｒｙｄａｔａｂａｓｅｅｔｃ）ｔｏｆｏｒｍｔｈｅＭＭＩｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎＡｎｔｏｍａｔｉｏｎ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ＭＭＩｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＯＭＴ，ＵＭＬ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盒罂王些左堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：卫耍ｌ签字日期：匆。锋牛月／∥目学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金蟹Ｉ些厶堂有关保留、使用学位论文的规定．有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权—盒卫兰些丕堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索．可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：王露Ｉ导师签名：１户为了竹杏，签字日期：∞午年午月嘭日签字日期：仉孵午月／７日学位论文作者毕业后去向：。｜－作单位：通讯地址：电话邮编致谢本人在三年的硕士研究生课程学习和撰写学位论文过程中，自始至终得到了我的导师温阳东教授的悉心指导，无论从课程学习、论文选题，还是到收集资料、论文成稿。都倾注了温阳东老师的心血，由衷感谢温阳东老师在学业指导及各方面所给予我的关心以及从言传身教中学到的为人品质和道德情操，老师广博的学识、严谨的治学作风、诲人不倦的教育情怀和对事业的忠诚，必将使我终身受益，并激励我勇往直前。同时，真诚感谢合肥工业大学现场总线实验室的张嫒嫒、徐华丽、毕锐、徐海青、马力伟、邹伟、高洋、刘丽、陈玉、卫敏等同学在做课题和论文器件给予我的关心和帮助１２００４年４月日第一章绪论１．１变电站综合自动化概论１．１．１变电站综合自动化的基本概念变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及调度通信等综合性的自动化功能。变电站自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。变电站综合自动化具有功能综合化：设备、操作、监视微机化（包括信息数字化内容）；结构分布分层化；通信网络光缆化及运行管理智能化的特征。它的出现为变电站的小型化、智能化、扩大监控范围及变电站安全可靠、优质、经济运行提供了数据采集及监控支持而且在其基础上可以实现高水平的无人值班变电站的管理。同时，变电站综合自动化是电网调度自动化不可分离的十分重要的基础自动化。只有通过厂站自动化装置和系统向调度自动化系统提供完整可靠的信息，调度控制中心才有可能了解和掌握电力系统实时运行状态及厂站设备工况，爿‘能对其控制做出决策；同样，要实现调度控制中心的远程控制操作，也只有依靠变电站自动化装置才能完成或执行操作命令的任务。可以说，一个完整、先进、可靠的变电站综合自动化，是实现高水平电网调度自动化的基础。１．１．２变电站综合自动化系统的功能要求变电站综合自动化系统，即利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统。代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，根除常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。变电站综合自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能，可方便地监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。变电站综合自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。变电站综合自动化系统的主要功能如下：（１）微机保护功能微机保护功能包括馈线保护、母线保护、变压器保护、备用电源自投等等。这是变电站综合自动化首要实现的功能，对于保障变电站正常运行有着重要的作用。（２）数据采集数据采集量包括状态量、模拟量和电能量。状态量包括断路器状态、隔离开关状态、有载调压变压器分接头位置、继电保护动作信号等。模拟量包括各段母线电压、线路电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数等。对模拟量的采集，有直流采样和交流采样两种方式。直流采样即将交流电压、电流等信号经变送器转换为适合于Ａ／Ｄ转换器输入电平的直流信号：交流采样，是指输入各Ａ／Ｄ转换器的是与变压器的电压、电流成比例关系的交流电压信号。电能量包括有功电能和无功电能。（３）事件顺序记录ＳＯＥ及故障录波事件顺序记录ＳＯＥ（ＳｅｑｕｅｎｃｅｏｆＥｖｅｎｔｓ）包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录。故障录波可以在出现电网故障时（如接地短路故障），记录故障前后一段时间的各项电流、电压波形．供事故分析。（４）操作控制功能操作人员通过ＣＲＴ屏幕对断路器进行分、合操作，对有载调压变压器分接头开关位置进行调节控制，对电容器组进行投、切控制，同时接收遥控操作命令，进行远方操作。为防止计算机系统故障时无法操作被控设备，在设计时，应保留人工直接跳、合闸手段。（５）安全监视功能在运行过程中，对采集的电流、电压、频率等量，要不断进行越限监视。如发现越限，立即发出告警信号，同时记录和显示越限时间和越限值。（６）与远方调度中心通信实现远动装置常规的遥测、遥信、遥控、遥调功能，即将采集的数字量和模拟量实对地送往调度中心，并接收上级调度中心的控制和调节操作命令。若有事故发生，即时向调度中心报警，还将故障录波和其它继电保护信息送往调度中心．同时接收调度中心发来的操作控制命令。（７）远方整定保护定值对各下位机监控保护单元，可在当地或远方设置一组或多组保护定值，并可在当地和远方显示、切换整定值。１．１．３变电站综合自动化发展概况随着我国国民经济的持续发展和对能源需求的不断增长，变电站的数量逐步增加，对变电站的二次设备的可靠性及技术水平要求同益提高，变电站的信息量越来越大，变电站的自动化要求也越来越高。在上世纪６０、７０年代，变电站内采用的是机电式继电保护装置和电子式远动装置，以实现对变电站电气设备的监视和控制。随着微处理机和电子技术的高速发展，国外从上世纪８０年代开始研制了微机远动装置、微机式继电保护装蚤、微机式故障录波等一系列以微处理机和计算机技术为基础的变电站二次设备，这些装置尽管功能不一样，但是其硬件配置都大体相同，除微处理机系统本身外，在由ＣＴ、ＰＴ（电流互感器、电压互感器）等采集来的各种模拟量及开关和接点装置的信号量，以及对断路器、刀闸、变压器分接头等进行控制等方面，各种装置所采集的量和要控制的对象都有共同之处。故自２０世纪８０、９０年代起，国外和国内先后开发研制成功了变电站所必须的集继电保护、故障录波、远动功能、站内监控等功能为一体的变电站综合自动化系统，取代了变电站常规的测量系统，如变送器、录波器、指针式仪表等；取代了常规的操作控制盘、手动无功补偿等装罱，以及常规的报警装置如中央信号系统和光字牌等：取代了常规的远动装置等：将变电站的各种装置和保护的信息融为一体，并可与上级调度中心进行实时通信，把变电站的自动化程度提高到了一个崭新的阶段，大大提高了上级调度中心对变电站的实时运行和远方操作的监控能力，为实现变电站无人值班打下了坚实的基础，从而全面地提高了变电站地技术水平。国外从２０世纪７０年代未、８０年代初就开始进行保护和控制综合自动化系统的新技术开发和试验研究工作。如由美国西屋电气公司和美国电力科学研究院（ＥＰＲＩ）联合研制的ＳＰＣＳ变电站保护和控制综合自动化系统，由Ｒ本关西电力公司与三菱电气公司共同研制的ＳＤＳ２保护和控制自动化系统（从】９７７～１９７９年进行了现场测试及试运行，２０世纪８０年代初己交付商业应用）。目前，日本同立、三菱、东芝公司，德国西门子（ＳＩＥＭＥＮＳ）、ＡＥＧ公司、瑞典ＡＢＢ公司，美国通用电气公司（ＧＥ）、西屋电气公司（Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ），法国阿尔斯通（ＡＬＳＴＯＭ），瑞士Ｌａｎｄｉｓ＆Ｇｙｒ公司等均已开发和生产了变电站综合自动化系统（或称保护与控制一体化装置），并取得了较为成熟的运行经验。由于国外变电站自动化系统的研究工作起步较早，技术比较成熟，产品已同趋成熟。国内对于专用于电力综合自动化领域的软件的研究时间不长，对于它的发展有两个推动因素：一是电力系统综合自动化程度的不断提高，对自动化软件提出了更高的要求：二是软件Ｉ丌发技术的不断发展和完善，使得它能够胜任电力系统自动化领域的特殊要求。由于我国综合自动化技术的研究比较晚，虽然也取得了很大的进步，但是和国外先进技术相比，无论是硬件还是软件上都存在较大的差距。因此如何提高我国变电站综合自动化的水平，是一个非常有意义的课题。近几年，大规模集成电路技术和通信技术的迅猛发展，给变电站综合自动化技术水平的提高，注入了新的活力。１６位、３２位单片机以及Ｐｅｎｔｉｕｍ微处理器的问世，活跃了计算机市场：网络技术、现场总线等技术的应用，给广大电力科技工作者创造了大显才能的条件。因此，近几年研究变电站综合自动化进入了高潮，其功能和性能也不断完善。１．２变电站综合自动化图形界面系统概述变电站综合自动化图形界面系统是系统与工程人员交互的接口，是自动化工程的调度和控制中心，它