微机监控系统的软、硬件部分,然后分析和设计本系统的硬件结构和软件部分;
(5)设计变电站综合自动化微机监控系统的硬件框图及实现方案,设计该系统的软件框图并用Visual C++高级语言对其中的某一子功能部分编写和调试实用程序;
(6)对研究的工作进行认真总结和简要展望。
2 变电站综合自动化微机监控系统的总体方案
2.1 变电站综合自动化系统设计的原则和要求
变电站综合自动化是一门综合性很强的新技术,它既包含电力系统中的变电运行、测量监控、继电保护、远动和通信等多方面的知识,还容括了电子技术、微机技术、网络技术等正在发展中的科技知识。为了达到预想的目标,设计它时,必须满足以下的原则和要求。
(1)充分体现综合性。变电站自动化系统应能全面替代常规的二次设备,应集变电站的测量、监视、运行控制等于一个分级分布式的系统中。
(2)通信可靠、信息共享。各个功能模块、部件之间应采用网络方式,便于扩充接口的功能。充分利用数字通信的优势,实现数据共享。
(3)满足系统安全性和技术先进性的要求。微机保护硬件和软件的设置,既要与监控系统相对独立又要相互协调。即在运行中,继电保护的动作行为只与保护装置有关,不依赖于监控系统的其他环节,以保证本系统中任何其他环节故障都不影响保护子系统的正常工作;同时,保护又要与监控系统保持紧密的通信联系它的软、硬件的配置必须具备RTU的全部功能,以满足和促进变电站无人值班的实施。
(4)系统运行可靠,具有很强的抗干扰能力。在考虑系统的总体结构时,要注意主、次分清,对关键环节要有一定的冗余。综合系统的各个子系统要相对独立,要具有独立的故障自诊断和自恢复功能。任一部分发生故障时,应通知监控主机发出警告指示,并能迅速将自诊断信息送往控制中心。
(5)结构灵活、运行模式适应性强,进行标准化工作和具有良好的开放性。能适应不同规模、电压等级的新、旧变电站对自动化系统的要求;系统应能灵活地提供适应变电站运行的各种监控操作手段,满足有人或无人值班的要求。所设计的系统必须符合国家和部颁标准,并使它的开放性能好,便于升级改造[3][17]。
2.2 变电站综合自动化的系统结构
随着电子技术、微机技术、通信技术和网络技术的迅猛发展,变电站综合自动化技术也得到了很大发展,其体系结构不断向前发展,使它的系统性能、实现功能、运行可靠性得到不断提高[2][8]。变电站综合自动化系统在结构形式上主要可分为集中式结构、分层分布式结构、集中和分散相结合结构和完全分散式结构四种[7][8][13]。
2.2.1 集中式系统结构
图2-1为该系统的示意图。它采用不同档次的计算机,扩展它的外围接口电路;集中采集变电站的各种信息,集中进行计算与处理,分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能。但是,集中式结构不是由一台计算机完成监控、保护等全部功能[4]。多数集中式结构的微机保护、微机监控等的功能也是由不同的微机完成的。这种结构按功能划分为许多单元,而这些单元由总控单元加以控制。这样,该结构便有以下优点:各单元相互独立、互不影响;可集中也可分散安装;扩充性好;综合性强。但是也有很大的缺点,从而限制了它的推广应用。其主要缺点如下:
(1) 每台计算机的功能集中,必须采用双机并联结构才能提高可靠性;
(2) 组屏多、站地面积大;
(3) 软件复杂、修改工作量大,系统调试烦琐;
(4)组态不灵活,对于不同主接线或不同规模的变电站,其软、硬件都必须另行设计[1][2]。
图2-1 集中式结构的综合自动化系统框图
2.2.2 分层分布式结构
按照IEC/TC-57国际电工委员会电力系统控制与通信技术委员会的划分,将变电站的所有一次、二次设备分为3层:变电站层、单元层(或间隔层)和设备层。如图2-2所示:变电站层为2层,包括站级监控主机、远动通信机等;单元层为1层,一般按断路器间隔划分,具有测量、控制部件或继电保护部件;设备层为0层,包括变压器和断路器、隔离开关及其辅助触点、TA、TV互感器等一次设备。变电站层一般设置以太网或现场总线,用来供各主机之间和监控主机与间隔层之间交换信息。间隔层本身是由各种不同的单元装置组成的,这些独立的单元装置既可通过局域网络或现场总线与变电站层直接联系,又可以通过设置数采管理机和保护管理机来与变电站层通信。由此可见,间隔层实际上本身是两级系统结构。
图2.2 变电站一、二次设备的分层结构
在这类结构中,系统采用按功能划分的分布式多CPU系统,同时,采用分层管理模式。本系统将整个变电站的一次、二次设备分为2层或3层;每一层由不同的设备或不同的子系统组成,完成不同的功能。而变电站综合自动化系统一般位于前两层。该系统具有以下特点:
(1)采用分层分布式配置。为了提高该系统整体的可靠性,系统按功能划分了分布式多CPU系统。在管理上,采用分层管理模式:设保护管理机、数采控制机管理各个下属部分。这样,可以显著减轻监控主机的负担。
(2)继电保护相对独立。这样做是为了提高继电保护的可靠性。
(3)具有与控制中心通信的功能。本系统不需要独立的RTU装置为调度中心采集数据,而是将采集的信息直接上传给调度中心。
(4)模块化结构,可靠性高。模块化技术使各个功能模块相对独立,任何一个模块故障,只影响局部功能的实现,而不对全局造成影响。
(5)维护管理方便。采用集中组屏结构,全部安装在控制室内,工作环境好,维护管理方便。
(6)需要的电缆多。由于设备分别较广,安装时需要大量控制电缆。
图2-3所示了适用于较大规模变电站的分层分布式集中组屏的变电站综合自动化系统。
图2-3 适用于较大规模的分层分布式集中组屏综合自动化系统框图
分层分布式系统,具有分层分布式结构、功能模块化等的优点,起到使功能分散、危险分散和地域分散的作用。因此,自问世以来就显示了强大的生命力,得到了广泛地推广和应用。但是,它需要大量控制电缆,才有了以后的分散式结构的系统 [3][7][8]。
2.2.3 集中和分散相结合式和完全分散式
集中和分散相结合式是按每个电网元件为对象,集测量、控制、保护为一体,设计一个机箱,整个变电站形成即分散又集中的结构。按照集中和分散的不同结合,可分为局部集中、总体分散和高压集中、配电分散两种形式。因此,该系统即有集中式的优点,又有分散式的优点:
(1)配电线路的保护和测控单元,分散安装在各开关柜内,简化了变电站二次部分的配置,大大缩小了控制室的面积;
(2)简化二次设备的连接,从而节省大量电缆;
(3)抗干扰能力强,可靠性高;
(4)结构可靠,组态灵活,检修方便。
其中有这样的一种结构形式:按电网元件为对象,集测量、控制、保护为一体,设计在一个机箱中;把这个一体化的测控、保护单元分散安装在各个开关柜中;由监控主机通过通信往来对它们进行管理和交换信息;而对于高压线路保护装置和变压器保护装置,仍集中组屏安装在控制室内:形成既分散又集中的结构。这个结构的示意图如图2-4所示[3][14][15]。
图2.4 集中和分散相结合的变电站综合自动化系统结构框图
完全分散式是以变电站一次主设备为安装单位,将保护、测量等单元就地分散安装在这些一次主设备的开关屏(或柜)上,而主控单元通过现场总线与这些分散的单元通信,监控单元通过网络与监控主机连接。这种完全分散式结构的综合自动化
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