变电站监控系统的研究课件

变电站监控系统的研究变电站监控系统的研究 答辩人：答辩人：指导老师：指导老师：所在学院所在学院：1目录目录n选题意义及依据选题意义及依据n课题相关国内外研究现状课题相关国内外研究现状n论文研究内容论文研究内容n关键技术关键技术n总结总结目目录录2选题意义及依据选题意义及依据n变电站是电力系统的枢纽，电能转换和电能重新分配都要变电站是电力系统的枢纽，电能转换和电能重新分配都要在这里完成，电在生产和生活中是必不可少的元素，因此，在这里完成，电在生产和生活中是必不可少的元素，因此，电网的安全和正常运行对当地的经济和人民群众的生活起电网的安全和正常运行对当地的经济和人民群众的生活起着重要的作用。着重要的作用。n特别是现代工业的快速发展，大功率电量的需求，要求必特别是现代工业的快速发展，大功率电量的需求，要求必需运行大发电机组，还要有远距离的超高压网线，对于这需运行大发电机组，还要有远距离的超高压网线，对于这样复杂的情况原有的人工操作就很难进行安全控制了，如样复杂的情况原有的人工操作就很难进行安全控制了，如果不对原有的设备和技术进行改造的话，就会超负荷运转，果不对原有的设备和技术进行改造的话，就会超负荷运转，给企业带来非常大的危险或事故。给企业带来非常大的危险或事故。选题选题意意义义及依据及依据3选题意义及依据选题意义及依据n现代化的电力管理模式是为了适应现代化工业发展的需要，现代化的电力管理模式是为了适应现代化工业发展的需要，自动监控系统能保证变电所内部及输出高压网线的安全、自动监控系统能保证变电所内部及输出高压网线的安全、稳定，在社会经济和企业经济的运转中起着重要作用，也稳定，在社会经济和企业经济的运转中起着重要作用，也是变电站综合自动化的核心是变电站综合自动化的核心n现代化的电力管理模式对整个运行系统做到实时监视、自现代化的电力管理模式对整个运行系统做到实时监视、自动测量，保护和控制，随时将数据传送到调度监控的系统动测量，保护和控制，随时将数据传送到调度监控的系统中，对远方的工作场景随时进行监控、调整和保护，真正中，对远方的工作场景随时进行监控、调整和保护，真正达到了对远方的定值保护，实现了少人或无人值班的目的，达到了对远方的定值保护，实现了少人或无人值班的目的，并且提高了供电质量和电压合格率、设备运行的可靠性和并且提高了供电质量和电压合格率、设备运行的可靠性和安全性以及提高管理水平和减少资金投入提高经济效益。安全性以及提高管理水平和减少资金投入提高经济效益。选题选题意意义义及依据及依据4课题相关国内外研究现状课题相关国内外研究现状n在在2020世纪世纪8080年代，我国才开始变电站自动化技术进行研制与开年代，我国才开始变电站自动化技术进行研制与开发的，起步相对较晚，我国是在微机保护能与监控系统成功交发的，起步相对较晚，我国是在微机保护能与监控系统成功交换数据之后才开始使用的，系统采用的是集中换数据之后才开始使用的，系统采用的是集中RTURTU模式。模式。n到了到了9090年代，微机保护装置的单元式被广泛应用，按功能设计年代，微机保护装置的单元式被广泛应用，按功能设计的测控系统也得到了推广。的测控系统也得到了推广。n在在9090年代中期，变电站的自动控制系统能有效地保护测控单元，年代中期，变电站的自动控制系统能有效地保护测控单元，是因为采用了分层分布式的结构，按间隔来划分的，这时分层是因为采用了分层分布式的结构，按间隔来划分的，这时分层分布式自动化才可以正常使用。分布式自动化才可以正常使用。n到了到了2121世纪后，我国变电站综合自动化技术是因为数字保护技世纪后，我国变电站综合自动化技术是因为数字保护技术的发展才进入了实质性发展阶段，在技术上有了一个飞跃的术的发展才进入了实质性发展阶段，在技术上有了一个飞跃的发展。分散分布式交流采集系统成为当前比较主流系统。发展。分散分布式交流采集系统成为当前比较主流系统。课题课题相关国内外研究相关国内外研究现现状在状在20世世纪纪80年代，我国才开始年代，我国才开始变电变电站自站自5课题相关国内外研究现状课题相关国内外研究现状n国外是从国外是从2020世纪世纪7070年代中后期采用了变电站自动化技术的。到了年代中后期采用了变电站自动化技术的。到了7070年代末，年代末，微机型远动装置在法、英、澳、意、西等国均已使用，微机型远动装置在法、英、澳、意、西等国均已使用，1616位小型计算机在位小型计算机在个别国家也已经使用了。个别国家也已经使用了。n在在2020世纪世纪9090年代，日本运行支援系统是在计算机监控系统的基础上研制而年代，日本运行支援系统是在计算机监控系统的基础上研制而成的，并且在其日后新建和扩建的高压变电站上得到了广泛的应用。在开成的，并且在其日后新建和扩建的高压变电站上得到了广泛的应用。在开关现场安装继电保护装置，终端自动控制，在主控制室后台，通过光缆传关现场安装继电保护装置，终端自动控制，在主控制室后台，通过光缆传输到计算机系统就能得到需要的测量值以及开关接点信息，最终通过光缆输到计算机系统就能得到需要的测量值以及开关接点信息，最终通过光缆把信息传到主控制室，主控制室系统采用以太网运行。把信息传到主控制室，主控制室系统采用以太网运行。n当前，国外的产品均简化了，他们是将保护、计量等功能在间隔层终端集当前，国外的产品均简化了，他们是将保护、计量等功能在间隔层终端集于一体，这样就能全面分散和下放信号采集。通信网要求的介质必需具有于一体，这样就能全面分散和下放信号采集。通信网要求的介质必需具有很高的通信速率和抗干扰能力，在所有的介质中，光纤就具备这样的特质。很高的通信速率和抗干扰能力，在所有的介质中，光纤就具备这样的特质。现场总线的抗干扰的性能也很高、传速适中，因此，在一些变电站自动化现场总线的抗干扰的性能也很高、传速适中，因此，在一些变电站自动化系统将现场总线在通信网广泛推广和应用，成本相对较低，施工起来也方系统将现场总线在通信网广泛推广和应用，成本相对较低，施工起来也方便便课题课题相关国内外研究相关国内外研究现现状国外是从状国外是从20世世纪纪70年代中后期采用了年代中后期采用了变变6论文研究内容论文研究内容n本课题主要针对本课题主要针对35KV35KV变电站的供电系统情况及有关要求，研究变电站的供电系统情况及有关要求，研究微机监控系统的建立与实现，重点设计实现基于微机监控系统的建立与实现，重点设计实现基于PLCPLC的变电站的变电站一次侧数据采集、安全监控、电压无功综合控制及网络通信系一次侧数据采集、安全监控、电压无功综合控制及网络通信系统，课题内容包括：变电站综合自动化系统结构、数据采集工统，课题内容包括：变电站综合自动化系统结构、数据采集工作、安全控制工作、防误闭锁与电压无功综合控制、建立监控作、安全控制工作、防误闭锁与电压无功综合控制、建立监控数据通信系统等等，重点研究变电站监控系统的电压无功综合数据通信系统等等，重点研究变电站监控系统的电压无功综合控制。本文主要从以下几方面进行了研究：控制。本文主要从以下几方面进行了研究：1.1.自动监控系统硬件配置自动监控系统硬件配置 2.2.信息的采集与处理信息的采集与处理 3.3.综合控制防误闭锁综合控制防误闭锁 4.4.电压无功综合控制电压无功综合控制 5.5.建立监控数据通信系统建立监控数据通信系统论论文研究内容本文研究内容本课题课题主要主要针对针对35KV变电变电站的供站的供电电系系统统情况及有关情况及有关7关键技术关键技术 一、断路器控制一、断路器控制 控制断路器的稳定性与安全性在电力系统中尤为重要。本文控制断路器的稳定性与安全性在电力系统中尤为重要。本文中，主要用中，主要用PLCPLC来对断路器的触点进行控制，此方法可以简化来对断路器的触点进行控制，此方法可以简化接线电路，提高系统稳定性，同时利用接线电路，提高系统稳定性，同时利用PLCPLC编程来控制断路器编程来控制断路器动作，增强了控制精度以及可靠性。动作，增强了控制精度以及可靠性。1.1 1.1断路器控制回路设计断路器控制回路设计 断路器的控制回路设计必须完整，可靠，且满足以下要求，断路器的控制回路设计必须完整，可靠，且满足以下要求，首先在一起，断路器跳闸设计遵循短通电时，操作完成后，要首先在一起，断路器跳闸设计遵循短通电时，操作完成后，要迅速切断在一起行程循环，解除命令脉冲，以防止烫伤在一起，迅速切断在一起行程循环，解除命令脉冲，以防止烫伤在一起，跳闸线圈。在结束访问该断路器辅助触点，无论是切环跳闸回跳闸线圈。在结束访问该断路器辅助触点，无论是切环跳闸回路可以进行下一步的准备。第二，断路器只能进行通过远程控路可以进行下一步的准备。第二，断路器只能进行通过远程控制开关中的手动闭合和跳闸还可以自动闭合和跳闸中的自动装制开关中的手动闭合和跳闸还可以自动闭合和跳闸中的自动装置和保护的作用。第三，控制电路断路器必须反映该位置信号置和保护的作用。第三，控制电路断路器必须反映该位置信号的状态，并自动切换对不同的显示信号。的状态，并自动切换对不同的显示信号。关关键键技技术术 一、断路器控制一、断路器控制8关键技术关键技术断路器控制回路部分的接线图：断路器控制回路部分的接线图：关关键键技技术术断路器控制回路部分的接断路器控制回路部分的接线图线图：9关键技术关键技术1.2 PLC1.2 PLC控制断路器设计控制断路器设计 断路器是电力系统中极其重要的控制部件之一，但是传统的断路器是电力系统中极其重要的控制部件之一，但是传统的断路器存在很多缺点，所以本文使用了断路器存在很多缺点，所以本文使用了PLCPLC控制断路器。控制断路器。PLC PLC断路器的断路器的I/OI/O接线如图：接线如图：关关键键技技术术1.2 PLC控制断路器控制断路器设计设计10关键技术关键技术1.3 1.3 防误闭锁控制防误闭锁控制 变电站的防误闭锁的对象共有两大类，一种是带着电动机可变电站的防误闭锁的对象共有两大类，一种是带着电动机可进行遥控操作的设备，典型代表如断路器和有载调压分接头开进行遥控操作的设备，典型代表如断路器和有载调压分接头开关等；另一种是不带电动机的手动操作的设备，典型的代表是关等；另一种是不带电动机的手动操作的设备，典型的代表是地刀。地刀。网络型防误操作系统具有实时监控、实时数据采集、网络化网络型防误操作系统具有实时监控、实时数据采集、网络化操作、匹配性能强、系统实用性强的特点，由此形成的网络化操作、匹配性能强、系统实用性强的特点，由此形成的网络化防误管理平台大大提高了变电站的防误操作功能和安全性能，防误管理平台大大提高了变电站的防误操作功能和安全性能，很大程度上解决了对变电站五防装置的实时监控职能。因此本很大程度上解决了对变电站五防装置的实时监控职能。因此本变电站的安全控制装置主要采用的是网络型防误操作系统。变电站的安全控制装置主要采用的是网络型防误操作系统。关关键键技技术术1.3 防防误闭锁误闭锁控制控制11关键技术关键技术 按照变电站电气设备的控制方式，网络型防误系统主要采取按照变电站电气设备的控制方式，网络型防误系统主要采取下面两种闭锁方法：下面两种闭锁方法：关关键键技技术术 按照按照变电变电站站电电气气设备设备的控制方式，网的控制方式，网络络型防型防误误系系统统12关键技术关键技术 二、变电站电压无功综合控制二、变电站电压无功综合控制 电力系统中，由于电压和无功功率的调整对于电网输电的电力系统中，由于电压和无功功率的调整对于电网输电的能力、安全稳定运行水平以及降低电能损耗有很大的影响。因能力、安全稳定运行水平以及降低电能损耗有很大的影响。因此电压无功综合控制是本设计最关键的一个环节。为确保电力此电压无功综合控制是本设计最关键的一个环节。为确保电力系统的正常运行系统的正常运行,供电电压和频率必须稳定在一定的范围内。供电电压和频率必须稳定在一定的范围内。频率的控制与有功功率的控制密切相关频率的控制与有功功率的控制密切相关,而电压控制的重要方而电压控制的重要方法之一是对电力系统的无功功率进行控制。法之一是对电力系统的无功功率进行控制。2.1 2.1 改进九区图法改进九区图法-模糊无功边界的九区图控制策略模糊无功边界的九区图控制策略 考虑到模糊逻辑的优越性，本文以九区划分控制思想为基础，考虑到模糊逻辑的优越性，本文以九区划分控制思想为基础，综合考虑运行点在区内的实际位置，电容器组与变压器的可调综合考虑运行点在区内的实际位置，电容器组与变压器的可调性比较，峰谷期和历史参考数据等因素，提出了计及多因素的性比较，峰谷期和历史参考数据等因素，提出了计及多因素的电压无功综合模糊逻辑控制策略，并给出了实现该策略的软件电压无功综合模糊逻辑控制策略，并给出了实现该策略的软件结构。变电站综合自动化系统必需具有保证安全、可靠供电和结构。变电站综合自动化系统必需具有保证安全、可靠供电和提高电能质量的自动控制功能。提高电能质量的自动控制功能。关关键键技技术术 二、二、变电变电站站电压电压无功无功综综合控制合控制13关键技术关键技术 九区图控制方式虽然克服了单以电压作为调节判据所造成的九区图控制方式虽然克服了单以电压作为调节判据所造成的无功补偿效果差的缺陷，基本消除了电压、功率因数作为调节无功补偿效果差的缺陷，基本消除了电压、功率因数作为调节判据造成并联电容器频繁投切的现象，但在控制无功功率控制判据造成并联电容器频繁投切的现象，但在控制无功功率控制策略有无关的电压有所欠缺。为了避免震荡情况的发生，我们策略有无关的电压有所欠缺。为了避免震荡情况的发生，我们引入一种新型的模糊化控制理论将其九区图边界进行模糊化。引入一种新型的模糊化控制理论将其九区图边界进行模糊化。模糊控制组成结构图：模糊控制组成结构图：关关键键技技术术 九区九区图图控制方式控制方式虽虽然克服了然克服了单单以以电压电压作作为调节为调节判据判据14关键技术关键技术2.2 2.2 模糊控制系统的设计模糊控制系统的设计 要对变电站电压和无功进行综合控制，要依据电压和无功两要对变电站电压和无功进行综合控制，要依据电压和无功两个实时量的变化，控制变电站的变压器分接头和电容器的投切。个实时量的变化，控制变电站的变压器分接头和电容器的投切。为了达到这个目的，需要从变电站采集母线的无功和电压作为为了达到这个目的，需要从变电站采集母线的无功和电压作为模糊控制器的输入量，作用到主变压器分接头和电容器投切的模糊控制器的输入量，作用到主变压器分接头和电容器投切的控制量作为模糊控制器的输出量。所以，变电站电压无功综合控制量作为模糊控制器的输出量。所以，变电站电压无功综合控制模糊控制器的机构为双输和入双输出的。控制模糊控制器的机构为双输和入双输出的。为了实现电压在合格的范围内、无功保持基本平衡的目标，为了实现电压在合格的范围内、无功保持基本平衡的目标，也就是电压和无功均维持在在一定的范围内，因此选择电压和也就是电压和无功均维持在在一定的范围内，因此选择电压和无功的偏差作为模糊控制器的输入量。根据分析并结合模糊控无功的偏差作为模糊控制器的输入量。根据分析并结合模糊控制器的基本原理，变电站电压无功综合控制模糊控制器的结构制器的基本原理，变电站电压无功综合控制模糊控制器的结构如图所示：如图所示：关关键键技技术术2.2 模糊控制系模糊控制系统统的的设计设计15关键技术关键技术关关键键技技术术16关键技术关键技术三、变电站监控系统数据通信三、变电站监控系统数据通信 自动监控站数据通信系统的重要组成部分，起着巨大的作用。自动监控站数据通信系统的重要组成部分，起着巨大的作用。本课题数据通信当中研究了以本课题数据通信当中研究了以CAN总线和以太网为主的变电站总线和以太网为主的变电站监控通信网络。我们主要利用监控通信网络。我们主要利用CAN总线在间隔层总线在间隔层PLC之间，间之间，间隔层和站控层之间建立开放式、数字式、多点通信的底层控制隔层和站控层之间建立开放式、数字式、多点通信的底层控制网络；利用以太网来实现管理层和站控层之间的数据通信。使网络；利用以太网来实现管理层和站控层之间的数据通信。使用用CAN，其硬件结构设计比较简单，设计程序也不是非常复，其硬件结构设计比较简单，设计程序也不是非常复杂，使用以太网，其系统集成灵活，数据传输速度快。在变电杂，使用以太网，其系统集成灵活，数据传输速度快。在变电站监控系统中将两者一起使用，可以形成优势互补，适宜在变站监控系统中将两者一起使用，可以形成优势互补，适宜在变电站中推广使用。电站中推广使用。关关键键技技术术三、三、变电变电站站监监控系控系统统数据通信数据通信17关键技术关键技术变电站系统通信网络结构图：变电站系统通信网络结构图：关关键键技技术变电术变电站系站系统统通信网通信网络结络结构构图图：18关键技术关键技术 从图上我们可以知道，该系统间隔层和站控层之间的通信是通过从图上我们可以知道，该系统间隔层和站控层之间的通信是通过CANCAN总线总线来实现的，站控层与管理层之间的通信是通过以太网来实现的，间隔层与来实现的，站控层与管理层之间的通信是通过以太网来实现的，间隔层与站控层之间的通信媒介采用的是非屏蔽双绞线，站控层与管理层之间的通站控层之间的通信媒介采用的是非屏蔽双绞线，站控层与管理层之间的通信媒介采用的是光纤，采用了信媒介采用的是光纤，采用了TCP/PITCP/PI协议。协议。在本系统中，变电站层与间隔层之间的通过利用的在本系统中，变电站层与间隔层之间的通过利用的CANCAN总线来进行通信。总线来进行通信。网络适配卡采用的是基于网络适配卡采用的是基于USBUSB接口的接口的CANCAN卡，包括了微控制器和三个接口两卡，包括了微控制器和三个接口两个部分。接口部分包括个部分。接口部分包括l l与与CANCAN总线相连的总线相连的CANCAN接口以及与当地监控主机相连接口以及与当地监控主机相连的的USBUSB接口和与远方调度通讯的接口和与远方调度通讯的RS232RS232接口。由于要对个方向的通信进行处接口。由于要对个方向的通信进行处理，为了满足通信的准确高效性，本系统微控制器采用的是双理，为了满足通信的准确高效性，本系统微控制器采用的是双CPUCPU结构，可结构，可以分别对两个方向的通信进行处理。以分别对两个方向的通信进行处理。关关键键技技术术 从从图图上我上我们们可以知道，可以知道，该该系系统间统间隔隔层层和站控和站控层层之之间间19总结与展望总结与展望 本课题主要研究了变电站的监控系统，根据变电站的工作特点本课题主要研究了变电站的监控系统，根据变电站的工作特点及原理，研究出一套适用于及原理，研究出一套适用于35KV35KV变电站的自动监控系统。在研究变电站的自动监控系统。在研究过程当中，我们重点做了过程当中，我们重点做了以以下几项工作下几项工作：第一，我们根据变电站的工作特点及其要求，分析了监控系统第一，我们根据变电站的工作特点及其要求，分析了监控系统对于变电站工作的重要意义，设计出了由管理层、间隔层、站控对于变电站工作的重要意义，设计出了由管理层、间隔层、站控层组成的分成分布式监控系统结构层组成的分成分布式监控系统结构第二，本课题设计对变电站的开关量和模拟量输入的借口电路第二，本课题设计对变电站的开关量和模拟量输入的借口电路进行设计时，对电压的采集实用了基于周期函数的傅氏交流采样进行设计时，对电压的采集实用了基于周期函数的傅氏交流采样算法，数据精确度比传统记录方法高，计算速度也显著提高，能算法，数据精确度比传统记录方法高，计算速度也显著提高，能够满足监控系统日常的数字采集要求。够满足监控系统日常的数字采集要求。第三，主要设计了断路器的控制回路、第三，主要设计了断路器的控制回路、PLCPLC控制断路器的控制断路器的I/OI/O接接线和梯形图，主要用线和梯形图，主要用PLCPLC来对断路器的触点进行控制来对断路器的触点进行控制，同时利用同时利用PLCPLC编程来控制断路器动作编程来控制断路器动作 总结总结与展望与展望 本本课题课题主要研究了主要研究了变电变电站的站的监监控系控系统统，根据，根据变电变电站站20总结与展望总结与展望 第四，本课题使用了一种新的模糊逻辑电压无功控制策略，采第四，本课题使用了一种新的模糊逻辑电压无功控制策略，采用这种算法在很大程度上提高了控制的精准度，在一定程度上避用这种算法在很大程度上提高了控制的精准度，在一定程度上避免了有载调压分接开关的往复动作和电容器的投切震荡，极大的免了有载调压分接开关的往复动作和电容器的投切震荡，极大的提高了设备的使用率。提高了设备的使用率。第五，本课题在第六部分数据通信当中研究了以第五，本课题在第六部分数据通信当中研究了以CANCAN总线和以总线和以太网为主的变电站监控通信网络。太网为主的变电站监控通信网络。但是，在整个课题的研究当中，由于自身技能所限，一些地方但是，在整个课题的研究当中，由于自身技能所限，一些地方还需要加以改进。还需要加以改进。第一，上位机的监控软件还需要进一步开发，来满足系统的要第一，上位机的监控软件还需要进一步开发，来满足系统的要求。求。第二，电压无功综合控制中偶尔出现的无效控制还要积极查找第二，电压无功综合控制中偶尔出现的无效控制还要积极查找原因，制定出解决的措施。原因，制定出解决的措施。总结总结与展望与展望 第四，本第四，本课题课题使用了一种新的模糊使用了一种新的模糊逻辑电压逻辑电压无功控无功控21 敬请各位老师批评指正！敬请各位老师批评指正！敬敬请请各位老各位老师师批批评评22