变电站全站程序化操作系统设计

发布时间:2022-01-28 19:55:54 论文编辑:vicky

本文是一篇工程硕士论文,本文针对某供电公司的变电站全站管控业务中存在的问题,设计和实现了一套变电站全站程序化操作系统,可实现对公司变电站倒闸操作的自动化管理,包括设备态管理、操作票管理和操作任务管理等。


第一章 绪论


1.1 研究背景

变电站是组成电网的重要基础设施,其中通过大量的一次带电设备、二次设备、保护装置实现对电网运行模式的调度和管控[1]。例如通过设备的开关合闸、分闸操作等实现电力供应模式的更改,通常称之为倒闸操作[2][3]。因此对于变电站的管控操作是供电公司的重要业务内容[4]。

在变电站管控中,主要的概念包括[5]:

1. 厂站:即表示变电站自身;

2. 间隔:由于变电站内部的电气设备数量众多,因此通常通过间隔的方式进行部署和组织、管理,每个变电站中通常包含多个间隔;

3. 设备:包括一次带电设备、二次设备、保护装置等,是组成间隔的主要硬件装置。

通常情况下,变电站的管控操作时通过对一次带电设备的运行状态进行更改实现[6]。在具体的管理中,则是通过附加在一次带电设备上的二次设备的软压板实现,即不直接对一次带电设备进行操作[7][8]。

近年来,某供电公司的电网建设规模快速增加,其中的变电站建设数量也大幅增长,并且伴随着智能电网的逐步普及,公司的变电站大多数已经实现了智能化厂站模式。在此背景下,公司的变电站全站管控业务面临的压力和挑战也日益增加。

但是,公司的变电站全站管控业务仍主要通过人工方式实现,即按照管控要求进行操作票的写票和审核、下发,电网管理人员需在变电站现场按照操作票内容进行手动倒闸操作,存在着管理效率低下、安全性不高、规范性不强、管理成本较高等问题和不足。

针对上述问题,本文设计和实现了一套基于智能变电站自动化通信框架的变电站全站程序操作系统,以自动化的方式替代当前的人工现场倒闸操作管理模式,以提高公司的变电站管控业务效率。


1.2 国内外研究现状

变电站的管控操作通常又称为变电站调度,主要是通过对站内设备进行倒闸操作来改变变电站的运行模式,是电力企业的电网日常管理中的重要内容。因此,国内外对于变电站的管控操作均给予了高度重视[9]。随着电气自动化技术的不断进步,各类智能化的电气设备纷纷问世。在此情况下,智能变电站成为当前国内外电力系统的主要基础设施[10]。

在智能变电站的信息化管理过程中,目前的主要研究方向包括:

1. 技术标准研究:以 IEC61850 等智能电力系统技术规范与标准的相关研究及应用,是目前智能变电站信息化管理的重要技术支持,通过一系列的国际性通信标准,将智能变电站的通信框架分为站控层、主站、子站等,为智能变电站的数据通信过程提供规范化支持。

2. 远程监测研究:基于智能化的电气设备,利用其中的通信服务功能及电力通信专网,建立对智能变电站的远程监测服务体系,采集变电站运行状态数据,作为电力系统运维管理的决策支持。

3. 远程控制研究:同样利用智能化的电气设备内部服务接口,以标准化的指令控制的方式,建立对应的设备远程操控与调试服务,通过中间通信网及相关的技术标准,实现对变电站运行状态的远程控制,更改电力系统的额运行方式。

对于变电站的全站管控管理的信息化,即包含了上述的远程监测及远程控制两个方面,其技术基础包括了 IEC61850 等国际性标准,以及计算机软件、网络通信技术、数据库技术等。


第二章 系统需求分析


2.1 系统需求概述

2.1.1 系统研发背景

1.业务管理模式及现状

为了适应当地经济快速发展对于电力能源需求量日益增加的情况,近年来某供电公司的电网建设规模快速扩张。其中变电站是电网建设中的重要基础设施,承担着供电网到配电网的电压转换及电能供应策略的管理职责。

在变电站中通常安装配置大量的一次带电设备、二次设备及保护装置等,这些设备在变电站中通过间隔为单位进行部署组织和管理维护。电网管理人员通过对二次设备及保护装置进行现场操作,以操作票的形式对变电站中的一次设备的运行状态进行调整和更改,以实现电能供应策略。上述操作主要是变电站内部设备的倒闸操作,以操作票为管理媒介,由电网管理人员进行电网运行的调度和策略配置操作。

通常情况下,在操作票中定义了目标电气设备、目标运行状态、操作条件、倒闸操作流程等指令信息。电气设备的状态通常分为运行态、热备用态、冷备用态、检修态、其他态 5 种,所谓的倒闸操作即是通过对电气设备的开关等装置进行开合操作,以更改电气设备的运行状态,达到预期的电网调度及变电站控制的要求。

目前,公司的变电站控制及调度操作的操作票管理流程(即全站管控操作业务)如图 2-1 所示。

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2.2 系统功能需求

基于本系统的总体研发目标分析,按照其中提出的变电站倒闸操作自动化管理需求,在系统的功能详细需求中,可以将其功能目标细分为设备态管理、操作票管理及操作任务管理 3 个方面。

2.2.1 设备态管理需求

在变电站中的一次带电设备主要包含了变压器、整流器等,二次设备包含了开关、刀闸、遥信遥测等“四遥”设备,同时在变电站中还包含了各类安全保护装置、设备等,例如继电保护装置等。这些硬件设备通过“间隔”的方式进行组织,变电站的全站管控操作即通过操作票中定义的间隔及设备信息、操作内容信息作为操作的依据与规范。

变电站的全站管控操作的目标设备为上述一次带电设备,通过对这些设备的状态进行调整、更改等,以改变变电站的运行状态和模式,从而达到电网运行策略的调度管理。通常情况下,电气设备的运行状态主要分为运行态、热备用态、冷备用态、检修态、其他态 5 种类型。

在具体的变电站全站管控操作中,主要基于二次设备中的开关、刀闸等装置的开合实现。一次带电设备的 5 种设备态通过一系列的运行状态条件决定,在操作票的执行之后,需通过遥信遥测设备反馈的消息来确定调度操作是否达到预期目标,判断标准是遥信遥测信号是否符合预期的设备态条件定义。


第三章 系统设计............................................19

3.1 系统总体设计.........................................................19

3.1.1 网络结构设计.........................................19

3.1.2 功能模型设计..............................................20

第四章 系统实现.........................................39

4.1 系统实现环境.................................................39

4.2 系统功能模块实现.............................39

第五章 系统测试............................................56

5.1 系统测试环境..........................................56

5.2 系统测试方法........................................56


第五章 系统测试


5.1 系统测试环境

在本系统的测试中,由于系统涉及到和站控层、通信子站之间的交互服务,且系统属于公司重要的电网管理软件工具,因此系统的测试环境采用和实际运行环境相同的软硬件及网络配置,以反映系统在投运之后的实际功能及性能表现,具体环境如表 5-1 所示。

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根据表 5-1 所示的系统测试环境配置,在系统测试中通过应用服务器和数据库主机进行系统的功能服务和数据库的部署,并在应用服务器中利用 Windows Server系统自带的性能监测器进行性能监测。在客户端中采用公司的办公 PC 主机实现,其中安装本系统客户端及 LoadTester 并发模拟工具,实现虚拟的并发模拟压力环境,对系统进行功能及性能测试。


第六章 总结与展望


6.1 总结

本文针对某供电公司的变电站全站管控业务中存在的问题,设计和实现了一套变电站全站程序化操作系统,可实现对公司变电站倒闸操作的自动化管理,包括设备态管理、操作票管理和操作任务管理等。在研究中,本文主要的工作内容总结如下:

1. 对公司的变电站全站管控业务现状进行了分析,梳理了其中存在的问题和不足,在此基础上研究了系统的研发目标,并将其细分为设备态管理、操作票管理和操作任务管理 3 个功能目标,同时提出系统的交互需求和性能需求。

2. 基于软件设计理论与工具,采用 C/S 模式、UBD 三层软件架构、面向对象程序设计技术、E-R 技术等,对系统的总体功能、模块及数据库进行了详细的设计与研究。

3. 利用.NET 平台的 C#开发技术,基于系统的功能设计结果,对系统的内部功能模块及交互功能进行了开发实现,详述了系统的功能实现代码流程及关键代码,并展示部分功能界面。

4. 按系统的实际上线及测试情况,对系统的测试环境、方法、内容及结果进行了整理介绍,得到系统测试通过。

参考文献(略)

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