亳州地区集控站自动化系统设计开题报告

一选题背景与意义

现代电力系统是由各区域系统组成的联系紧密、既相互支持、又相互制约的大系统。近年来，随着我国经济高速发展，电压等级和电网复杂程度也大大提高。对电网调度自动化系统可靠性、安全性、经济性和可用性提出了越来越高的要求。随着人民生活水平的提高和高速信息技术的迅速发展，办公自动化，设备自动化和家庭自动化(OA,FA,HA)迅速进入了人们的日常生活和工作。这意味着人们对电能的需求和依赖程度日益提高，从而对电力系统可靠性和所提供的电能质量也提出了更高的要求。国家电力公司为规范电力公司的运作，对电能质量提出了较高的要求，尤其对供电可靠性制定了明文规定：一般城市地区为99.96%，使每户平均停电时间不大于35小时/年；重要城市中心区供电可靠率应达99.99%，每户平均停电时间不大于53分钟/年。要实现这一目标，能否建设合理、完整、高效的电网调度自动化系统是关键。

近年来，为了提高劳动生产率，减人增效，减少人为事故的发生，不断提高电力系统运行可靠性，电力系统在全国范围内加快了变电站无人值班化建设，取得了很大成效，但通过无人值班改造和建设也带来了一些新问题，比如:SCADA系统采集的变电站信息大量增加，误发信息出现比原来频繁，给正常运行监控带来很大麻烦;变电站无人值守后电网的调度，要求安全性、可靠性更高，对于异常信号处理要更准确及时，特别需要强大的告警功能和完善的监视功能;另外，无人值守变电站新的管理模式，对调度自动化SCADA系统功能提出了新的要求。为保证电网及无人值班变电站的有效运行，国家颁布了关于建立集控站的文件，建议在电网调度的层次之下建立多个集控站，以保证电网及无人值班变电站的有效运行。集控站的设置，使得原来站内值班人员所作的工作可由远方来完成。在发达国家中，无人值班变电站已被广泛采用，在集控站对其进行管理，是国际上正被普遍采用的一个先进管理模式。在我国，集控站概念的出现只是在最近几年，在一些地方试行也取得了一定的效果，但其功能很不完善，从目前的趋势来看，无人值班变电站的迅猛发展将会使集控站成为电网运行管理系统中一个非常重要的组成部分。

二、课题关键问题及难点

2.1关键问题

随着电网自动化程度的提高，对集控站自动化系统的要求也更高，课题设计的关键在于系统可靠性、实时性、实用性防误性、稳定性、可维护性以及高效的实时数据处理等问题上的处理。

可靠性：集控站是对所辖无人值班变电站运行状况进行监控的唯一手段，其稳定性和可靠性极其重要。不因单个模块的故障而影响整个系统正常运行，抗干扰能力强。系统具有自诊断功能，对数据紊乱和通信干扰等可自动恢复；系统硬件设备具有较高的可靠性；软件采用稳定可靠的正版系统软件和开发工具软件作为软件运行和开发环境，对各功能软件结构进行真正模块规范化设计及质量控制和测试管理来保证。

实时性：集控站自动化系统是一个实时性较高的系统，必须采取措施来保证系统响应时间的各项指标满足要求。

实用性：提供简单方便的用户界面，使用户通过简单培训就可熟练操作，日常操作所需的功能必需完备简明，注重实用性和多样性相结合，信息按层次分流。应用软件各功能模块，是以数据库为核心灵活分布在网络的各个节点上，除个别模块相关硬件外，都能在任意节点机上运行，做到即装即用，各种应用功能针对电网特点分类取舍，通过模块化设计，做到应用功能灵活选配，实现系统维护自动化、界面操作简单化、图形功能增强化。

防误性：从值班员的培训、管理功能严密、报警的多样性、操作权限分级和防误操作闭锁等方面入手达到微机监控系统全面防误性能的实现。

稳定性：当系统由于通讯干扰等原因出现误码，不影响系统的正常运行，具有较强的容错能力；当网络通讯出现异常时，监控系统各部分能继续运行；当监控系统的某一部分运行出现异常时，系统其它各部分能继续运行。

可维护性：对系统运行设备进行在线运行状态自诊断监测，能及时发现本系统各硬件设备故障情况，从而加以维护处理；对系统中分布的各软件子系统进行在线运行状态的监视，为用户对监控系统本身的维护提供辅助手段；系统中的各软件采用模块化结构设计和模块规范化标识，以满足软件可维护性的可测试性、可理解性、可修改性三方面内容的要求；完整的设计文档和用户手册，为系统代码的维护和将来升级以及用户对系统的维护提供保障。

高效的实时数据处理：对于系统中实时性要求较高的部分，采用必要的硬件以及运行效率高的编程语言，同时对实时处理软件的时效性严格要求，精心设计。

2.2课题难点

课题难点在于对亳州地区集控中心电网调度自动系统进行具体设计，对集控站自动化系统的硬件配置、构成和系统软件、支撑软件以及应用软件的配置分析。调度主站与集控站之间、集控站与变电所之间信息的通信方式及其实现方式。

三、文献综述（或调研报告）

现代电力系统是由各区域系统组成的联系紧密、既相互支持、又相互制约的大系统。近年来，随着我国经济高速发展，电压等级和电网复杂程度也大大提高。

随着无人值班变电站的增加，常规调度自动化系统处理的信息中又增添了另一种信息类型，即变电站内部信息。它们虽与电网运行无关，但也必须传至集控中心，由SCADA系统提供给调度人员，调度员除了监视电网运行参数外，必须替代变电站原值班人员承担起监视变电站本体的设备运行状况，如各开关机构状态、交直流系统状态、各个刀闸的状态、主变油温、控制室安全状况、各种保护操作及管理信息等，这样不但大大增加了调度人员的工作负担，而且可能造成信息的混乱、操作错误等问题。针对传统调度自动化系统的弊端，在调度与变电站（一般为无人值班站）之间加设集控站，可解决上述问题。

集控站作为调度中心和变电站之间联系的重要纽带，遵循上下级的运行管理模式。从功能方面看，它们的主要区别在于：

1．调度中心与集控站的区别调度中心主要负责监视与电网运行安全相关的参数，而集控站主要负责各变电站及线路的设备运行安全。对各类信号数据处理各负其责，分工的原则是与电网运行方式变动有关的信号和事故信号由调度中心处理；而设备的运行信号包括设备故障信号等由集控中心负责处理

。

2．集控站与所辖变电站的区别变电站当地监控自动化系统采集信息十分全面，性能要满足本站的安全要求，可以适当弱化管理功能。而集控站系统采集比较重要的信息，由于所管理的变电站数目较多，总信息量大、类型多，所以对管理功能要求较高，对信息筛选分流和报警处理要求专业化和智能化。

集控站是一种基于计算机网络技术的数据采集和控制系统，是变电运行和管理的区域中心，面向的是变电运行的设备和运行工况，包括对变电站设备的操作和控制等。集控站自动化系统在电网调度自动化系统的中间层次，具有承上启下的作用，是变电运行和管理的区域中心，实现对变电站运行参数和设备状态的信息采集、监视及对设备的操作和控制等。作为若干二次变电站信息汇集点，需要将调度关心的部分信息送到电网调度中心，同时它接受并执行调度中心的控制和操作命令。电网调度自动化系统又称作能量管理系统(EMS-EnergyManagementSystem)，是以计算机技术为基础的现代电力综合自动化系统，它以数据采集和监控系统((SCADA)为基础，包括自动发电控制(AGC)和经济调度运行(EDC)、电网静态安全分析((SA)、调度员培训仿真(DTS)以及配电网自动化(DA)等几部分在内的能源管理系统(EMS)。调度自动化系统主要功能是收集、处理电网运行实时信息，通过人机联系对电网运行状况集中而有选择地显示出来进行监控，并完成经济调度和安全分析等功能。主要作用是对电力系统进行安全监控、提高系统的运行水平、经济运行参数的辅助计算、报表自动打印等。

SCADA系统在电网调度自动化系统中应用最为广泛，技术发展也最为成熟，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平等各方面有着不可替代的作用。在电力系统领域，SCADA系统之上增加电力系统高级应用软件（PAS）功能,即构成EMS系统。所以完整的电网调度自动化系统实际上应该指EMS系统，包括SCADA系统和电力系统高级应用软件（PAS）两大部分。在电力系统自动化领域，SCADA系统又称远动系统。远动系统的概念，强调了厂站（现场）自动化装置（RTU）和远动通信通道的重要作用，完整的SCADA系统应该是厂站（现场）自动化装置（RTU）、远动通信通道和位于电网调度中心（主站端）的计算机系统三大部分的总合。集控站本体设备一般有数据交换机，通讯通道，数据采集工作站，数据库服务器，SCADA数据处理服务器，人机界面值班工作站（包括五遥功能：遥测、遥信、遥调、遥控和遥视），报表及VEB发布服务器，防误闭锁微机工作站，操作票工作站，门禁监视器、装置遥视监控设备，消防报警设置，UPS电源等等。集控站系统不仅作为远方分布的变电站的集控中心，而且还作为本地变电站的监控后台。

实时监控功能是SCADA系统的基本功能，SCADA是指信息收集、处理和控制的自动化系统，电网调度自动化系统（EMS）的基础，是地区、县级调度的主要功能，通过人机系统的屏幕和调度模拟屏的显示，对电网运行进行在线安全监视，并具有越限告警、记录、打印制表、事故追忆、系统自检和远动通道状态的检测等功能。对电网中重要断路器进行遥控，对变压器分接头、调相机及电容器等无功功率补偿设备机型自动调节或投切，实现电压监控。从20世纪70年代发展至今，我国的电网调度自动化系统经历了四代，从最初基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统到第四代采用Internet技术、面向对象技术、神经网络技术以及JAVA技术等技术，继续扩大SCADA/EMS系统与其它系统的集成。

目前集控站自动化运行有两种模式，即分级管理模式和集中控制模式。这两种模式都可以有效控制集控站的监控体系。集中管理模式较常见，调度端和变电站信息可直接互传，但这种模式对调度系统规模和通道容量有要求。而分层管理模式可以体现工作的层次性，分工明确，信息的准确性、共享性较明显、流量适中。

国外的电网调度自动化研究和应用起步于50年代，发展于60年代，70年代成熟，80年代盛况空前，全世界大约有400-500套比较重要的EMS系统在运行。国外的EMS系统的硬件配置档次都比较高，网络功能很强，大多组成计算机网络，相互传达数据。系统的软件功能很强，特别是电力系统高级应用软件，用得很广泛，有深度。目前在SCADA安全监视系统和EMS能量管理系统的基础上，已发展成集成管理系统(IMS)。

随着中国经济的不断发展，电网技术也在不断进步，中国电网将形成跨区域、远距离传输的超/特高压交直流混合输电系统,如何保证该系统的安全稳定运行是一个重大而迫切的研究课题。从调度自动化监控和分析的角度来看,现代电网是多层次、多尺度、多对象的复杂统一体,对调度自动化系统提出了以下需求:

1、大容量表现在以下4个方面:（1）随着电网规模的快速扩充和电网互联的增强,对电网大模型的统一分析越来越成为需要;（2）传统EMS中只需要处理一次系统的信息,但未来调度自动化系统需要实现一、二次系统的同步建模、采集与分析;（3）传统EMS是电网稳态水平上的监控分析,未来需要扩展到静态、动态、暂态三位一体的信息处理与分析;（4）未来调度自动化系统需要综合处理电网、市场和电量信息。

2、高实时性为了实现闭环控制,高密度采集的相量测量单元(PMU)对高速实时通信提出了更高的要求,对分析和决策软件的实时性要求也更为苛刻。

3、统一性未来的电力系统需要加强监控和分析的统一性。在时间尺度上,需要静态、动态、暂态相结合;在空间尺度上,需要各级调度的统一协调;从对象维上讲,既要考虑输电网与配电网相结合,又要考虑经济稳定性(电力市场的影响)与物理稳定性的交织作用。

4、综合性未来调度自动化系统将不再是EMS,WAMS等具备单一功能的系统,而是综合型平台化的复合大系统。电网调度自动化已成为调度现代电网的重要手段，其作用主要有以下三个方面:

1、对电网安全运行状态实现监控电网正常运行时，通过调度人员监视和控制电网的周波、电压、潮流、负荷与出力:主设备的位置状况及水、热能等方面的工况指标，使之符合规定，保证电能质量和用户计划用电、用水和用汽的要求。

2、对电网运行实现经济调度在对电网实现安全监控的基础上，通过调度自动化的手段实现电网的经济调度，以达到降低损耗、节省能源，多发电、多供电的目的。

3、对电网运行实现安全分析和事故处理导致电网发生故障或异常运行的因素非常复杂，且过程十分迅速，如不能及时预测、判断或处理不当，不但可能危及人身和设备安全，甚至会使电网瓦解崩溃，造成大面积停电，给国民经济带来严重损失。为此，必须增强调度自动化手段，实现电网运行的安全分析，提供事故处理对策和相应的监控手段，防止事故发生以便及时处理事故，避免或减少事故造成的重大损失。

参考文献：

[1]蔡洋,彭淳绍,王积荣,许文青,叶明.电网调度自动化系统开发与应用的调查及建议.电网技术，2000,(1):1～7

[2]王士政．电网调度自动化与配网自动化技术[M]．北京：中国水利水电出版社，2003，8~15．

[3]陈伟，鲍慧．电力系统网络安全体系研究[J]．电力系统通信，2008，29(1)：31~34．

[4]何旭中，李宝通．县调自动化系统常见故障检修[J]．电世界，2007，48(11)：33~34．

[5]王远璋，张全元．变电站综合自动化现场技术与运行维护．北京：中国水利水电出版社，2007，5~43．

[6]辛耀中,新世纪电网调度自动化技术发展趋势.电网技术,2001,25(12):1～10.

[7]FabioM.Chiussl.ADistributedSchedulingArchitectureforScalablePacketSwitches[J].IEEEJOURNALONSELECTEDAREASINCOMMUNICATION,2000,18(12):2665.

[8]BWatson.BenefitsofDistributionAutomationandPerformanceResultsMichael[J].DodgeDAProjectatTheNorthwestArkansasAirportCarrolElectricCooperationP.0BOX4000.

[9]鞠阳，电网监控技术(主站端)，中国电力出版社，2013.3

[10]http://baike.baidu.com，词条：集控站

[11]张晓玲，集控站自动化模式的探讨和展望，《黑龙江科技信息》，2014.11

[12]周晓林,国内外EMS/SCADA现状和发展趋势，吉林电力，1996,(03):7-11

[13]周孝信,面向21世纪的电力系统技术.电气时代,2000,2(1):6～8.

[14]EDINGERR,KAULS.Renewableresourcesforelectricpower.Westport,Connecticut,UK:QuorumBooks,2000.30～35

[15]宋晓昱，大庆炼化公司电网集控站自动化监控系统设计，2009.6

[16]韩啸,鞍山岫岩集控中心电网调度自动化系统的设计与研究

四、方案（设计方案、研制方案、研究方案）论证

集控站是随着无人值班变电站的大量出现而逐渐形成的一种电网运行管理模式，值班人员可对其所属的多个无人值班变电站进行远方监视和控制，大大改善了对无人值班变电站的运行管理和维护以及系统的结构,其产生的综合效益十分明显。

主要工作:设计和实现一套基于分级控制模式下集控中心系统。其主要内容如下：

1、首先对电网调度自动化的主要功能和系统模式进行了探讨，并分析集控站电网调度自动化模式。

2、参考国内外地区集控站自动化系统的建设方案，对亳州地区集控站的建设方案、建设模式、实现功能进行探讨，

3、对电网调度自动化的新技术及其功能特点进行了研究探讨分析各种技术，确定系统设计所采用各种技术；

5、对亳州地区集控中心电网调度自动系统化进行了具体设计。首先在理论结合实际调研基础上确定集控站调度自动化系统设计总体要求，然后从系统组成、软硬件结构、数据流程、网络结构、应用平台、SCADA等软件功能模块等方面进行具体设计。

五、工作计划

第1周根据论文内容和要求，搜集文献资料。

第2周对文献资料进行汇总分类

第3周英文资料翻译

第4周完成开题报告

第5周完成集控站自动化系统概述

第6周完成调度自动化系统功能综述

第7周完成变电站综合自动化特点综述

第8周完成集控站自动化系统硬件构成的阐述

第9周完成集控站自动化系统硬件原理分析

第10周完成集控站自动化系统算法的分析

第11周完成集控站自动化系统通信原理的综述

第12周完成通信新技术的应用分析

第13周完成集控站自动化系统设计实例

第14周完成集控站自动化系统的抗干扰措施分析

第15周完成设计方案分析与评价

第16周完成整理论文并做好毕业答辩的准备