【文章內(nèi)容簡介】 浙江大學碩士學位論文 第 1 章 緒論 1 第 1章 緒論 研究背景 電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的關鍵部門，關系到民生民計。近年來，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，人民生活水平逐步提高，城鄉(xiāng)用電量不斷創(chuàng)造著 歷史新記錄。為了適應新時期國計民生對電力需求的拉動、實現(xiàn)高質(zhì)量穩(wěn)定持續(xù)供電，各級供電企業(yè)提出了在更新電力設施的同時，用信息技術改造和武裝變電生產(chǎn)全過程的目標，積極響應黨中央在“十五”規(guī)劃中提出的“以信息化帶動工業(yè)化”的策略，促進傳統(tǒng)工業(yè)的改造。 該項目是遼寧省的一個科技項目，將在遼寧省某個集控站進行試點推廣。在智能變電站 SCADA 系統(tǒng)上， 進行 視頻聯(lián)動，視頻巡檢和分析決策的研究和應用，對傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞模式進行分析研究，達到在應用層的集成和應用。 變電站智能化的現(xiàn)狀 變電站在整個供電體系中，啟動關鍵的作用，是發(fā) 電，輸電，用電等環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)。電壓站往往跟高壓，高風險，高質(zhì)量聯(lián)系在一起。 近幾年來，隨著創(chuàng)一流供電企業(yè)的要求和提高供電可靠性的需要，狀態(tài)檢修已成為電力部門各級領導放在戰(zhàn)略高度重視和研究的課題。由于傳感器、光纖、計算機及通信技術的飛速發(fā)展，電力部門信息化水平迅速提高，同時變電設備的性能也得到了很大改善，開展狀態(tài)檢修的條件日趨成熟。智能變電站一體化平臺就是結(jié)合現(xiàn)在成熟的智能傳感，物聯(lián)網(wǎng)技術， IED 設備，計算機信息計算，計算機圖形技術，視頻技術，結(jié)合我們變電站的生產(chǎn)實際，綜合設計的一套集智能管理，視頻監(jiān)控， 智能決策分析的平臺。將在我們的變電站，集控站的自動化生產(chǎn)中得到廣泛的推廣和應用。 研究內(nèi)容 和目標 本課題的主要研究內(nèi)容： 一、變電站的生產(chǎn) 監(jiān)測 應用 為了更好的對變電站的生產(chǎn)進行 監(jiān)測 ，我們要了解各種設備的工作特點，主要性能指標，選取 監(jiān)測 的量測項 ， 選取合理的智能終端設備。 浙江大學碩士學位論文 第 1 章 緒論 2 二、視頻技術在高?？c的巡檢應用 變電站中，很多卡點都是高危的卡點，對安全性，對環(huán)境都有很高的要求 。用智能設備來代替常規(guī)的人工巡檢是相當有必要的。視頻技術可以 代替 我們現(xiàn)場的觀察。但人工巡檢有線路和順序，以及現(xiàn)場的巡檢方案變化。固定的視頻監(jiān)測點無法達到這個要求。 我們將把固定的視頻 監(jiān)測 點，通過不同的組合算法，來模擬巡檢路線。同時附加一些預按算法，來臨時處理突變事件的巡檢方案。合理的視頻組合算法，以及預按算法，是視頻巡檢的關鍵，也是我們研究的一個主要內(nèi)容。 三、變電站設備的狀態(tài)智能分析體系 通過智能終端返回的信號量，對應到具體的設備部件的量測項（點表對應）。依據(jù)國網(wǎng)頒發(fā)的《國網(wǎng)公司狀態(tài)檢修試驗規(guī)程和狀態(tài)評價、狀態(tài)檢修導則》，建立設備狀態(tài)綜合分析。通過采集設備個體的各種狀態(tài)量數(shù)據(jù)（既使用在線 監(jiān)測 儀器，也要充分利用常規(guī)的歷史試驗數(shù)據(jù)、缺陷信息、運行信 息等），依據(jù)設備狀態(tài)評估模型，對其進行跨專業(yè)的綜合推理和分析，得出對設備狀態(tài)的評分。算法模型如圖 狀 態(tài) 量狀 態(tài) 評 分 矩 陣 S x f = { a 1 1 , a 1 2 }經(jīng) 驗 權 重 f設 備 狀 態(tài) 累 計 分 y ( n ) = ∑ v f設 備 風 險 閥 值 矩 陣 S v = { a 1 1 , a 1 2 }NN = 1 圖 設備狀態(tài)算法模型 經(jīng)設備狀態(tài)評估，對處于“注意值”，“警戒值”的設備，發(fā)出預警，在監(jiān)控系統(tǒng)中給出預警提示，并通知設備運行負責人（設備主人）。同時可以自動生成評估報告進行打印輸出。 四、 B/S 架構(gòu)系統(tǒng)在可靠性，可擴展性上的架構(gòu)研究 因為系統(tǒng)對變電站有著實時監(jiān)控，應用管理。電力行業(yè)的高可靠性 決定了系統(tǒng)在可靠性上的高要求。系統(tǒng)架構(gòu)的設計直接關系的系統(tǒng)的質(zhì)量屬性。系統(tǒng)的可靠性和可擴展性的要求，在系統(tǒng)架構(gòu)設計的時候是一個研究的重點。探討各種HA 技術，各種負載均衡技術以及各種架構(gòu)的性能特點。選擇一種最優(yōu)架構(gòu)。 五、智能變電站統(tǒng)一建模模型 浙江大學碩士學位論文 第 1 章 緒論 3 為了統(tǒng)一變電站一次設備和二次設備的描述以及與 IDE 設備之間的網(wǎng)絡通信， 進行 變電站的統(tǒng)一建模時相當有必要的。只有對所有的一二次設備和通信進行了統(tǒng)一建模，采用更好的實現(xiàn)平臺的一體化。 本課題的研究目標： 通過本課題的研究，我們將結(jié)合智能傳感，圖形圖像，智能算法，高可用性、可擴展性的系統(tǒng)架構(gòu)，設計出可行的變電站智能應用系統(tǒng)。 提高變電站的生產(chǎn)、管理和維護的效益，提高變電站的管理績效，提高變電站的安全生產(chǎn)能力。為我國的安全用電，高效用電做出貢獻。 在傳統(tǒng)的 SCADA 系統(tǒng)中基礎上，實現(xiàn)分析決策，視頻聯(lián)動巡檢技術。在設備狀態(tài)分析，視頻監(jiān)測分析上有很好的應用。 同時為智能傳感，系統(tǒng)架構(gòu)，圖形圖像技術在電力行業(yè)的綜合應用積累經(jīng)驗。 研究 方法 一、調(diào)研法 深入變電站、集控中心， 進行 調(diào)研，明確需求。同時走訪目前國內(nèi)比較成熟智能終端廠商，進行學習交流合作。為系統(tǒng)的開展做準備。同時在系統(tǒng)實現(xiàn)過 程中，及時調(diào)研反饋。跟客戶和合作廠商及時溝通，交換意見。 二、實驗法 由于系統(tǒng)的實際拓撲架構(gòu)比較復雜，在開發(fā)中不能搭建實際的生產(chǎn)環(huán)境。我們要進行大量的模擬實驗，對系統(tǒng)中的關鍵功能進行 demo 設計，重復實驗達到最佳效果。如在系統(tǒng)架構(gòu)（系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)），進行現(xiàn)場模擬環(huán)境搭建，模擬網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。進行報文數(shù)據(jù)仿真模擬。系統(tǒng)模擬實驗設備條件： 東方電子信號模擬器； 數(shù)據(jù)采集裝置模擬器； 聯(lián)動服務器模擬程序； 前置服務器模擬程序；系統(tǒng)模擬實驗協(xié)議條件： IEC104 通信協(xié)議； IEC61850 通信協(xié)議； 自定義內(nèi)部解析規(guī)約。 系統(tǒng)模擬試驗所需軟件有： 配置文件采用 XML (可擴展標記語言 Extensible Markup Language)作為信息交換格式，以一種開放的自我描述的方式定義了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的層次關系。 Altova XMLSpy 是一個工業(yè)標準的 XML 開發(fā)環(huán)境，為 XML Schema、 XML文件的創(chuàng)建和編輯提供了高效靈活的環(huán)境。它還支持多種文檔視圖，便于對工程中 XML 文檔進行管理。 IEC 61850 SCL． Validator 是由 UCAInternational Usersgroup 和 Siemens 提供浙江大學碩士學位論文 第 1 章 緒論 4 技術支持，一種基于網(wǎng)頁的 SCL有效性的免費測試工具。主要驗證配置文件和 IEC 61850． 6 中 Schema 的一致性，并且有針對性地測試 SCD 和 ICD 文件。 IED Scout 是 Omicr0n 開發(fā)的針對 IEC 61 850 設備的測試工具，與 KEMA 相關軟件的測試重點不同。它可以通過服務獲取 IED 的數(shù)據(jù)模型，驗證其正確性，并且自動生成配置文件。 三、經(jīng)驗總結(jié)法 對現(xiàn)有的資料，可借鑒的系統(tǒng)進行總結(jié)，同時在已實施的方案上不斷總結(jié)提升，得出新的設計方案。 如對現(xiàn)有的 SCADA 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集規(guī) 則，拓撲結(jié)構(gòu)進行分析總結(jié)，得出我們自己的拓撲結(jié)構(gòu)圖。 本文結(jié)構(gòu)組織 根據(jù)上述研究內(nèi)容和研究目標，文章其余部分內(nèi)容組織如下： 第二章： 本章主要介紹 智能變電站一體化平臺設計開發(fā)過程中用要到的相關技術，包括了通信 IEC61850 協(xié)議，它是智能變電站通信的 基礎。智能變電站的統(tǒng)一建模，是智能變電站面向?qū)ο蠼５闹匾h(huán)節(jié) 。 第三章： 本章主要講解 系統(tǒng)的需求過程，通過用戶圖來描述系統(tǒng)的用戶和系統(tǒng)邊界 然后講解的系統(tǒng)的功能需求和性能需求。為下面系統(tǒng)設計打下基礎 。 第四章： 本章主要介紹從系統(tǒng)的架構(gòu)設計。 從系統(tǒng)性能 需求上和 軟件開發(fā)模式上對系統(tǒng)架構(gòu)的要求來分析得出我們系統(tǒng)的架構(gòu)。 本章講解了系統(tǒng)的硬件部署架構(gòu)和系統(tǒng)的軟件設計架構(gòu)。 第五章： 主要講解系統(tǒng)各個模塊的功能設計與實現(xiàn) 。 第六章： 本章 將 對全文內(nèi)容進行了總括，回顧了本文的主要研究內(nèi)容，歸納了本文的主要貢獻以及創(chuàng)新點，并指出進一步可以進行研究的內(nèi)容，作為下個階段研究的重點。 浙江大學碩士學位論文 第 1 章 緒論 5 本章小結(jié) 在本章中，我們首先介紹了 課題的選題背景，目前變電站在智能化方面的現(xiàn)狀以及對智能變電站目前一些不足之處，引出我要解決的主要問題，主要研究的內(nèi)容和目標。同時羅列一些我們將要采取的研究方法。對整個 論文所要探討的主要內(nèi)容和主要方向有了一個大體的闡述。對本文結(jié)構(gòu)組織，大體章節(jié)內(nèi)容都做了介紹。方便下面內(nèi)容的閱讀 。浙江大學碩士學位論文 第 2 章 系統(tǒng)應用技術 6 第 2章 系統(tǒng)應用技術 智能變電站一體化平臺概述 變電站智能應用平臺作為智能變電站站控層的全景數(shù)據(jù)中心，收集、處理、存儲設備狀態(tài)監(jiān)測分析結(jié)果數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)監(jiān)控可視化數(shù)據(jù)、智能輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)、測控及保護數(shù)據(jù)、故障錄波數(shù)據(jù)等的各種數(shù)據(jù)。并具備智能告警及分析決策、故障信息綜合分析決策、設備狀態(tài)可視化、設備狀態(tài)檢修、智能巡檢等高級應用功能。通過智能應用平臺，位于主站端的調(diào)度人員和技術專家能夠?qū)Ω鱾€變電站的運行情況進 行遠程實時監(jiān)控，對于變電站的安全管理、集中監(jiān)控、無人值班的實現(xiàn)，以及智能變電站的建設具有重要意義。同時能對變電站的控件數(shù)據(jù)進行智能分析，智能算法得出報告。變電站智能平臺包括：生產(chǎn)設備監(jiān)測、設備狀態(tài)分析、網(wǎng)絡設備監(jiān)控、智能告警分析與決策、設備狀態(tài)報告生成，輔助系統(tǒng)管理等內(nèi)容 IEC61850 概述 IEC61850《變電站網(wǎng)絡與通信協(xié)議》標準（以下簡稱 IEC61850）是新一代的變電站網(wǎng)絡通信體系，適應分層的 IED 和變電站自動化系統(tǒng)。該標準根據(jù)電力系統(tǒng)生產(chǎn)過程的特點，制定了滿足實時信息傳輸要求的服務模型；采用抽 象通信服務接口、特定通信服務映射，以適應網(wǎng)絡發(fā)展。采用了面向?qū)ο蠼＜夹g，面向設備建模和自我描述，以適應功能擴展，滿足應用開放互操作要求。采用配置語言，配備配置工具，在信息源定義數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性。定義和傳輸元數(shù)據(jù)，擴充數(shù)據(jù)和設備管理功能，傳輸采樣測量值等。該標準還包括變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)總體要求、系統(tǒng)和工程管理、一致性測試等。 IEC61850 標準是全世界唯一的變電站網(wǎng)絡通信標準，也將成為電力系統(tǒng)中從調(diào)度中心到變電站、變電站內(nèi)、配電自動化無縫自動化標準。 智能變電站智能應用系統(tǒng)在網(wǎng)絡通信體系上將嚴格的遵守 IEC61850 標準。 智能變電站的統(tǒng)一建模 為了統(tǒng)一變電站一次設備和二次設備的描述以及與 IDE 設備之間的網(wǎng)絡通浙江大學碩士學位論文 第 2 章 系統(tǒng)應用技術 7 信， 進行 變電站的統(tǒng)一建模時相當有必要的。 變電站配置語言（ SCL）是 IEC61850 規(guī)定的基于 XML 的對變電站自動化系統(tǒng)（ SAS）進行描述的一種語言。 為了解決變電站自動化系統(tǒng)中來自不同的廠家的智能電子設備（ IED）間互操作與集成的問題，國際電工委員會制定了 IEC61850 變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)的系統(tǒng)國際標準。改標準規(guī)定基于 xml 的 SCL 語言。根據(jù)不同的應用場合，有 SSD、ICD、 SCD、 CID 四種類型 。其中， SSD 文件 (系統(tǒng)規(guī)范描述文件 System Specification． Description)主要描述變電站的單線圖、電壓等級、一次設備等信息，文件包括變電站描述以及數(shù)據(jù)類型模板等。 ICD 文件 (IED 能力描述文件IEDCapability Description)與 IED 一一對應，描述 IED 裝置的能力，使用模板定義邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)和服務。 SCD 文件 (變電站配置描述文件 SubstationConfiguration Description)由系統(tǒng)配置從 SSD文件和 ICD文件里生成，描述了完整 的變電站、 IED以及通信系統(tǒng)。 CID 文件 (IED 配置描述文件 Configured IED Description)跟 ICD一樣與 IED 一一對應，是最終的配置文件。他們的相互配置關系如下圖 ： 系 統(tǒng) 描 述 工 具S S D 文 檔系 統(tǒng) 配 置 工 具I E D 配 置 工 具S C D 文 件I C D 文 件I E DC I D 文 件 圖 變電站建模配置圖 分層和 SOA 架構(gòu) 分層（ Layer）模式是最常見的一種架構(gòu)模式。甚至說分層模式是很多架構(gòu)模式的基礎，本章下面講到的一些內(nèi)容實際上都和分層模式相關聯(lián)。 分層描述的是這樣一種架構(gòu)設 計過程：從最低級別的抽象開始，稱為第 1層。這浙江大學碩士學位論文 第 2 章 系統(tǒng)應用技術 8 是系統(tǒng)的基礎。通過將第 J 層放置在第 J1層的上面逐步向上完成抽象階梯，直到到達功能的最高級別，稱為第 N 層。因而分層模式就可以定義為：將解決方案的組件分隔到不同的層中。每一層中的組件應保持內(nèi)聚性，并且應大致在同一抽象級別。每一層都應與它下面的各層保持松散耦合。分層模式的關鍵點在于確定依賴：即通過分層，可以限制子系統(tǒng)間的依賴關系，使系統(tǒng)以更松散的方式耦合，從而更易于維護。相對于分層，還有一種概念叫分區(qū)。分層是對架構(gòu)的橫向劃分，而分區(qū)是對架構(gòu)的縱向劃分。 典型的分層方式 是應用程序?qū)Ｓ霉δ芪挥谏蠈樱缭綉贸绦蝾I域的功能位于中層，而配置環(huán)境專用功能位于低層。層的數(shù)量與組成取決于問題領域和解決方案的復雜程度。通常而言只