电网调度自动化系统体系结构设计毕业论文
目录
前言
第一章设计依据
第二章设计目标
第三章设计原则
第四章设计内容
4.1电网结构
4.2调度自动化系统功能
4.3基准厂站布置
4.4基准厂站的主接线设计
4.5信息的组织原则
4.6基准站信息的组织和信息量
4.7调度中心主站计算机系统结构
4.8调度自动化系统的技术指标
第五章结论
附图：
附图1：毕业设计基准变电站B主接线图
附图2：毕业设计基准变电站C主接线图
前言
随着电网的发展和自动化程度的提高，调度自动化系统已成为调度员实施生产指挥和控制电网运行必不可少的工具。但在实际运行过程中，由于调度自动化系统自身也可能出现各种异常情况，如:自动化系统故障、网络中断、数据采集通道中断、系统软件异常等，倘若发生异常情况而没有及时发现，则可能导致调度人员无法进行正常的调度指挥，严重时可能影响整个电网的安全运行，造成巨大的经济损失。
为保障自动化系统安全、稳定、连续、有效的运行，南方电网有限公司汕头供电分公司调度开发了自动化综合监控系统。该系统是以运行和管理为出发点，针对目前电力系统自动化的需求和特点，并且考虑到电力系统自动化未来的发展，而开发研制的一套自动化综合监控系统。该系统的投运，机构要预先通过大量的计算分析，制定对付意外事故的安全措施，装设安全自动装置和继电保护设备，做好事故预想和处理预案，防范于未然。一旦电网发生故障，调度就要按地区电网实际情况并参考处理预案，迅速、准确地控制故障范围，保证电网正常运行，并避免对电力用户供电造成影响；遇到严重事故时，为保证主网安全和大多数用户的正常供电，调度将根据具体情况采取紧急措施，改变发输电系统的运行方式，或临时中断对部分用户的供电。故障消除后，调度要迅速、有序地尽快恢复供电，尽量减少用户停电时间。
该系统是针对调度自动化机房设备集中、运行环境要求高而设计的，集成了全方位的监测、报警和控制设备，实现了对机房环境的实时监控;同时通过与EMS系统、电能量自动采集系统、MIS系统互联，进行实时交互通信，监视自动
化系统中各节点、进程和通道的运行状态，通过对各种实时数据的分析处理，对系统频率异常、联络线潮流不平衡、重要厂站数据不刷新等异常情况进行实时监视，真正实现了“数据级监视报警”。报警信息可通过电话、传呼、短信等多种方式及时通报值班员及相关责任人，并具有远程WEB查询、监控等功能。实现了自动化系统环境及运行状态的自动监控，提高了自动化系统的运行管理水平。
调度自动化系统的另一重要任务是，保证电能质量，保持频率、电压、波形合格。这就必须时刻保持发电和用电的瞬时平衡。由于电能不易大量贮存，而用户的用电是随机的，要时刻保持供需平衡，就要求调度必须提前预计社会用电需求，并依此进行事前的电力电量平衡，编制不同时段的调度计划和统一安排电力设施的检修和备用。在实际运行过程中调度一方面要依靠先进的调度自动化通信系统，密切监视发电厂、变电站的运行工况和电网安全水平，迅速处理时刻变化的大量运行信息，正确下达调度指令；另一方面要实时调整发电出力以跟踪负荷变化，满足用电需求。
在实际的调度过程中，还需要综合考虑国家能源政策和环保政策，以及电源分布、负荷需求、电网结构以及防汛、环保等因素，按照公平、公正的原则合理安排发电，实现发电资源的优化利用，以提高国家电力能源利用效益。
为贯彻国家电力体制改革方针，在具有竞争能力的市场主体下，汕头电力电网调度自动化系统就必须依靠科技，利用现代信息技术、电子技术、通信技术、计算机及网络技术与电力设备相结合，加强科学管理，提高管理档次，把公司办成一个以盈利为目标，最大限度满足电力市场需求的电力网架结构，将电网在正常及事故情况下的监测、保护、控制、计量和供电部门的工作管理有
机地融合在一起，改进供电质量，加强企业管理的有效性，因此电网调度实现自动化势在必行。
本次调度自动化体系结构设计，将以调度自动化毕业设计任务书为基础，在指导教师的指引下，充分展现学生通过课堂学习对调度自动化系统体系功能的理解，达到增进知识、提高实际工作能力的目的。
第一章设计依据
(1)地区电网调度自动化设计技术规程，DL 5002-91；
(2)电力系统调度自动化设计技术规程，DL 5003-91；
(3)地区电网调度自动化功能规范；
(4)地区电网调度自动化系统基本指标；
(5)IEC60860-5-101基本远动配套标准；
(6)电网调度自动化系统运行管理规程；
(7)电力系统实时数据通信应用层协议；
(8)地区电网数据采集及监控系统通用技术条件；
(9)地区电网调度自动化系统实用化验收细则；
(10)电网调度自动化文件汇编；
(11)实现变电站无人值班对调度自动化系统的基本要求；
(12)电网调度自动化毕业设计任务书；
(13)电网调度自动化毕业设计指导书。
电网调度自动化是为电网调度管理服务的，因此调度自动化系统设计应与调度管理体制相一致。现代化电网调度自动化系统应与统一调度分级管理相适应。这样可节省通道和提高投资效益。在实现电网分层控制时各级调度应组成
信息交换网，信息一般采用逐级传送方式。本次调度自动化系统体系结构毕业设计不涉及调度管理体制方面的内容，仅从技术的角度进行考虑，以毕业设计任务书作为设计依据，电网网络接线示意图如下：
2
K
110/10KV 变电
监控中心
图2-1 电网结构地理拓扑图
F 220/110/10KV 变
第二章设计目标
新一代的电网调度自动化系统应考虑到Internet/Intranet技术对电力企业的影响，在设计、开发时应以SCADA功能为基础，DA/DMS、AM/FM/GIS、MIS 及其他子系统为扩展功能的、具有一体化平台的网络化、多功能系统。
①系统的硬件方面：优先采用最新的、高可靠性的微型计算机硬件技术，作为系统工作站、服务器的硬件平台。有条件的也可采用最新的RISC 或UNIX工作站系统。
②系统的软件方面：调度自动化系统的操作系统采用新一代的Microsoft Windows NT/2000；数据库采用高性能的商用关系型数据库，如MS SQL Server，Oracle，Sybase等，使系统软件配置标准、规范；系统的输出形式采用Microsoft Office 的Excel 等优秀工具软件，使报表系统更加方便易用；软件结构采用网络分布式的客户/服务器模式。
本次调度自动化系统体系结构设计本着学以致用、加深《电力系统调度自动化》知识的理解和结合学生工作实践经验的原则，在指导老师的引导下，达到以下设计目标：
⑴、充分理解现代调度自动化系统包括的含义；
⑵、熟悉调度自动化系统的功能；
⑶、熟悉并巩固变电站主接线图的设计方法和相关规范；
⑷、掌握调度自动化系统的设计原则；
⑸、掌握电力系统中调度自动化基准厂站选择的方法和原则；
⑹、掌握调度信息的组织和信息量的估算；
⑺、掌握调度中心主站计算机系统的结构；
⑻、掌握调度自动化系统应该达到的技术指标；
⑼、掌握电网结构分析的基本知识。
第三章设计原则
本次电网调度自动化系统体系结构设计必须遵循以下原则（本次毕业设计侧重系统的体系结构）：
（1）稳定性：应用于电网中的调度自动化系统，稳定性是第一位的。落后的系统会增加技术人员掌握的难度，甚至导致系统无法发挥作用；
（2）实用性：坚持人机对话简洁、明了、方便的原则，且能完成调度系统与MIS系统之间的信息共享；
（3）易维护：系统的硬件设计与选择应具有通用性，系统的软件设计应具有远程维护功能；
（4）先进性；
（5）可扩性；
(6)伸缩性：根据用户应用系统的需要和投资状况，系统应能灵活地选择软硬件配置，并具有跨多硬件平台的特点，系统的规模可从单台机器到多台机器、单种机型到多种机型任选；
(7)灵活性：组成系统的各功能模块，多数要能做到"即装即用"；
(8)安全性：系统硬件采用冗余设计，保证系统的不间断可靠运行；由操作系统、数据库以及应用软件的操作等级三方面来满足严格的安全操作要求。
(9)系统有统一的模块化电网描述数据库；
(10)系统必须能够进行高效的实时数据处理；
(11)系统要有友好方便的人机界面；
(12)系统要有功能强大的电子报表软件，具有灵活的报表处理功能，并能做到图文并茂；
（13）系统对大量的历史数据具有强大的归纳分析和趋势预测功能。
第四章设计内容
4．1电网结构
根据调度自动化毕业设计任务书，本设计的电网结构地理拓扑图如图2-1所示：
该网络是由2个220/110/10KV变电站、11个110/10KV变电站构成110KV 电网，其中变电站A、B是220/110/10KV变电站，变电站C是监控中心，变电站D的出线数最多，而变电站M是终端变电站。电网结构分析如下：
4．2调度自动化系统功能
现代的调度自动化系统包括三种含义：采集和变换信息、通信设备传送信息和调度中心使用信息。调度自动化系统收集、处理电网运行实时信息，通过人机联系系统把电网运行状况集中而有选择的显示出来进行监控。调度人员可以借此统观全局，集中全力指挥全网安全、经济和优质运行。调度自动化系统安全监控功能的实现，同时极大地提高电网安全运行水平，提高电网事故的处理效率，减少停电损失。各类地调在考虑调度自动化系统时，应使其具有数据采集和监控(SCADA)的功能，但在具体实施过程中应根据调度职责范围、调度自动化现状、基础设备自动化条件，按照由低至高、由易到难的原则恰当确定总体功能。各类地调应该逐步实现遥控和遥调功能，有条件时可建设无人值班遥控变电站。但遥控、遥调功能实现取决于调度的需要、良好的一次设备、高可靠性的远动终端和通道等因素，其中良好一次设备和通道对于众多地调来说不是短期内可以解决的。各类地调应本着稳妥可靠的方针，经过试点逐步的实现遥控、遥调的功能。
调度自动化系统的功能，分为以下四级：
⑴、直接控制，用于减少停电事故；
⑵、优化控制，用于提高技术经济效益；
⑶、适应控制，使系统具有事故适应能力；
⑷、综合控制，对系统进行全面管理，提高经济效益。
系统的功能级别越高，电力系统运行特性和经济效益也愈高；对信息的传送和处理能力的要求也愈高。要设计、监理好一个调度自动化系统，并要使它
的功能充分发挥出来，使一项非常重要的任务，需要对电力系统的运行特性和要求有清晰的了解，又要在信息的传送、处理和计算机的应用方面，综合地规划和设计。调度自动化系统的四级功能见下表：
电力调度自动化系统在电力系统的运行生产中，起着举足轻重的作用，正确地对电网的调度自动化系统进行设计，将使电能的生产、传送、分配和使用获得最大的技术经济效益，并为电力系统的发展提供重要的数据和依据。随着ERP不断发展，电力调度自动化系统与ERP之间的联系越来越紧密，形成能量管理系统EMS，它包括SCADA、发电计划、发电控制、网络分析和调度员培训仿真系统等丰富的电力生产软件管理功能。
为了保证系统正常必须有一个完善的管理手段，对各个调度控制台及类人员赋予不同使用范围及使用权限。一般根据业务需要至少应有3个等级，如：1）操作员级：可以进行全部操作。
2）调度员级：级系统受理外的其他操作。
3）其他运行管理人员级：只能调看画面，修改相关表格。
4．3基准厂站布置
本设计中基准厂站的选择以满足调度自动化系统（ADS）的平均冗余度不小于2，且每个厂站的冗余度均不小于2为前提，按照枢纽站选为基准厂站、出线多的厂站选为基准厂站、重要厂站选为基准厂站等选择基准站的原则进行选择，并对以下的选择方案进行比较：
为了保证每个厂站的冗余度均不小于2，则与终端站连接的厂站必须选为基准厂站，因此变电站D必须选为基准站。
以上三个基准厂站的选择方案均能够满足平均冗余度不小于2，且每个厂站
的冗余度均不小于2的前提。但根据最优方案判据，选择基准厂站数量少的方案，因此首先淘汰方案1，方案2与方案3比较而言，所选的基准厂站数量一致，但方案2的平均冗余度比方案3略小，且方案3把监控中心站C作为基准厂站，而方案2则把监控中心站C作为一般厂站，因此，方案3比方案2好，本设计选用方案3作为基准站的选择方案。
根据基准厂站布置选择的结果，方案3作为基准厂站的布置方案，其选择的基准厂站有变电站A、B和水电厂C、D，结合本次毕业设计的目的和要求，选择比较具有代表性的变电站A和水电厂C作为电气主接线设计和遥测、遥信信息表设计的对象，达到增进相关知识学习和强化记忆的目的。
4．4根据毕业设计指导书的主接线图设计原则，变电站A和水电厂C的主接线
基本Array情况如下
表：
电气主接线图见附图：
⑴、毕业设计基准变电站B主接线图
⑵、毕业设计基准变电站C主接线图
4．5信息的组织原则
根据相关调度自动化设计技术规程，信息的组织和信息量的计算，可参照如下规定：
4.5.1 有人值班厂站的远动信息
4.5.1.1属地调直接调度管辖的220kV及以上电压等级输变电部分的远动信息可参照部颁DL5003—91《电气系统调度自动化设计技术规程》的有关部分进行设计。
4.5.1.2 发电厂、变电站应向直接调度的地调传送下列遥测量：
（1）发电厂总有功功率、总无功功率及有功电能量；
（2）调相机组总无功功率；
（3）跨地区联络线有功功率、无功功率及分别计算的双向有功电能量；
（4）110kV输电线路的有功功率或电流；
（5）35kV输电线路的电流或有功功率；
（6）旁路断路器的测量内容与同级电压线路相同；
（7）三绕组变压器两侧有功功率和电流；
（8）双绕组变压器的单侧有功功率和电流；
（9）计量分界点的变压器加测无功功率和双向有功电能量；
（10）母联、分段、分支断路器电流；
（11）10～110kV系统电压监视点电压。
4.5.1.3 根据调度的需要在设备的可能条件下，发电厂、变电站可向直接调度的地调传送下列遥测量的一部分：
（1）梯级水电厂上下游水位；
（2）当发电厂单机容量超过地区电网总负荷的5%且不小于50MW时，加测单机有功功率和无功功率；
（3）110kV输电线路的无功功率；
（4）10kV重要线路的电流；
（5）35kV及以上电压等级用户直配线路有功功率，必要时加测有功电能量。
4.5.1.4 发电厂、变电站应向直接调度的地调传送下列遥信量：
（1）厂、站事故总信号；
（2）调度范围的断路器位置信号；
（3）110kV联系线主要保护（一般为高频、距离、零序保护）和重合闸动作信号；
（4）枢纽变电站110kV母线保护动作信号。
4.5.1.5 根据调度需要和设备可能，发电厂、变电站可向直接调度的地调传送下列遥信量的一部分：
（1）发电机、变压器、调相机内部故障总信号；
（2）发电机由发电转调相运行方式的状态信号；
（3）有载调压变压器抽头位置信号（无条件时可给出上下限位置信号）；
（4）自动调节装置运行状态信号（如中小型水电厂发电机功率成线调节装置等）；
（5）影响系统安全运行的越限信号（如过电压、过负荷，这些信号也可在调度端整定）；
（6）110kV旁路断路器主要保护（一般为高频、距离、零序保护）和重合闸动作信号。
4.5.1.6 根据调度需要和设备可能，地调可向直接控制的发电厂、变电站传送下列遥控、遥调命令：
（1）重要的110kV以下断路器的分合；
（2）成组程控装置的投切；
（3）无功补偿装置断路器的投切（包括电容器组、电抗器等）；
（4）有载调压变压器抽头位置调整；
（5）成组控制装置整定值调节。
对于有人值班的厂站，遥控调的主要目的是提高地区电网安全运行。对电网安全运行需要而又具备可控条件的设备，可以按遥控调方式进行设计。这类设备一般在地区电网调度自动化设计中统一考虑。
4.5.2 无人（少人）值班厂站的远动信息
目前，随着电网自动化水平的提高，110kV及以下厂、变电所实现无人值班不仅可行，而且是电网发展的必然趋势，新建或改造变电所，通过装设在调度中心微机监控、观察变电所自动化系统，减少了人为失误，各厂站均装设RTU，RTU将采集数据传送至调度中心：降低了出错的机率，增强了设备运行的可靠性，简化了生产管理环节。通过优化系统结构，提高变电所自动化水平，降低了电力建设造价，推动了电网科学运行管理的进程；同时，实现无人值班，亦是提高电网自动化建设水平和保证电网安全经济运行的重要技术手段。
建设无人值班变电所的原则是：坚持新建与改造相结合，以实现变电所自动化和调度自动化为基础，以提高电网安全运行水平和提高企业经济效益为目的。
另外，以10kV为主的配网开关站，其二次自动化推荐采用将馈线的测量、
控制、保护和通信接口集中于一体的"四合一"智能模块，并分散安装到各开关柜上，既简化投资，又简化施工难度。
4.5.2.1 根据调度管理的需要和电气设备状态，地区电网的变电站和小水电厂可按无人值班遥控方式设计；
4.5.2.2 遥控方式无人值班厂站远动信息应遵照DL5003—91《电力系统调度自动化设计技术规程》相关章节的规定。少人值班和非遥控方式无人值班厂站远动信息可视具体情况参照执行。
4.5.2.3 无人值班厂站根据调度需要和设备可能，可向地调增送下列遥测量的一部分：
（1）10kV线路电流；
（2）10kV母线电压；
（3）10kV母线旁路、母联、分段、分支断路器的电流；
（4）三绕组变压器第三侧电流；
（5）并联补偿装置的电流；
（6）站用变压器低压侧电压；
（7）直流母线电压；
（8）110kV线路有功电能量；
（9）110kV降压变压器的有功电能量，其中三绕组变压器有两侧测量。
4.5.2.4 无人值班厂站根据调度的需要和设备可能，可向上一级调度机构增送下列遥信量的一部分：
（1）反映运行方式的隔离开关位置信号；
（2）110kV线路主要保护（高频、距离、零序保护）和重合闸动作总信号；
（3）主变压器重瓦斯、差动保护和复合电压电流闭锁保护动作总信号；
（4）低频减载动作（按组）信号；
（5）10～35kV断路器事故跳闸总信号；
（6）10～35kV系统接地信号；
（7）直流系统接地信号；
（8）控制方式由遥控转为当地控制的信号。
4.5.2.5 无人值班厂站根据调度的需要和设备可能，可向上一级调度机构增送下列全部或部分预告信号：
（1）断路器控制回路断线总信号；
（2）断路器操作机构故障总信号；
（3）变压器油温过高、绕组温度过高总信号；
（4）轻瓦斯动作信号；
（5）变压器或变压器调压装置油位过低总信号；
（6）继电保护、故障录波器、调压装置故障总信号；
（7）距离保护闭锁信号；
（8）高频保护收信信号；
（9）消防报警信号；
（10）大门打开信号；
（11）远动终端遥控电源消失信号；
（12）远动终端UPS交流电源消失信号；
（13）远动终端下行通道故障信号。
4.5.2.6 根据调度需要和设备可能，上一级调度机构可向无人值班厂站增
发以下遥控命令：
（1）110kV以下断路器分合;
（2）变压器中性点接地刀闸分合;
（3）高频自发信起动;
（4）距离保护闭锁复归;
（5）预告信号的复归。
4.5.2.7 不宜用遥控方式进行同期操作，同期操作宜由厂站同期装置实现。
4.5.2.8 不宜遥控方式进行事故保护装置的复归。保护装置的复归应在现场进行。
4.5.2.9无（少）人值班厂站远动信息是在有人值班厂站远动信息基础上增加这两条内容，以便地调能较全面掌握无人值班变电站运行状况，提高其运行可靠性和操作质量。
4．6基准站信息的组织和信息量
基准变电站B的状态信息及其组织设计
4.6.1. 状态信息设计
4.6.1.1 状态信息内容包括
4.6.1.1.1 遥测量
（1）110KV及以上线路：
●每条线路的P、Q；
●母线电压（包括220kV母线和两段110kV母线）。
（2）10KV线路：
●每条线路的P、I；
●母线电压（两段）。
（3）变压器：
●每台变压器高压侧的P、Q；
●变压器总的P、Q。
4.6.1.1.2 遥信量
包括所有的开关状态量。
4.6.1.2 状态信息表
根据已设计的基准变电站B的主接线图以及毕业设计指导书中信息传输格式原则的要求，将基准变电站B的状态信息按照信息传输格式列表如下：(1)遥测信息表
(2)遥信信息表
4.6.2. RTU采集的状态信息量
根据变电站A的实际采集状态信息量（遥测量44路，遥信量24路），并预留一定的备用容量，本站RTU的状态信息采集容量设计为遥测量64路，遥信量32路。
4.6.3. 信息传输帧格式设计
4.6.3.1 帧结构
RTU向主站传送信息是按照一定的结构进行的，本站采用CDT规约与主站进行通信，要求RTU按照更新周期循环不断地一帧一帧地向主站传送信息，每周