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1、 电气与信息工程学院毕业设计（论文）开题报告 题目名称：报 告 人：专业班级：指导教师：长春工程学院毕业设计（论文）变电站综合自动化微机监控系统设计开题报告一、课题的目的和意义随着国民济济的快速持续增长，我国的电力工业也飞速发展。下面仅仅就机组的装机容量这一点来分析：在2007年底，我国的总装机容量就已经超过了7亿kW，而仅在2007年这一年，我国新装机的容量就突破一亿kW大关，约站当时总装机容量的1/7；而且在新上的机组当中，百万kW容量的机组就站相当的比例；到2020年，我国计划总装机容量达到20亿kW，约是去年底的3倍。同时，我国的电网建设也在加速进行，正在努力实现西电东送、南北互供全国
2、联网的目标1。我国电力系统的大发展，势必要求提高电力系统自动化的水平。变电站在电力系统的安全、经济运行中起着非常重要的作用，其运行具有电力系统中电能快速变化和电气过程传播快的特点，所以应该把对变电站综合自动化系统的研究作为电力系统自动化的重要攻关内容。变电站综合自动化是变电站自动化技术发展到一定阶段的产物，它提高了对变电站电气设备和电力系统进行监视、控制和保护的自动化、智能化水平，提高了保护、控制的可靠性和电力系统的安全运行水平，社会济济效益十分显著。变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，以成为电力系统发展的必然趋势2。随着电子技术、计算机技术的迅猛发展，计算机已经渗透到了世界的每个角
3、落微机在电力系统自动化中得到了广泛的应用，电力系统也不可避免地进入了微机监控的时代。微机监控系统是变电站综合自动化系统中非常重要的组成部分，具有很多重要功能，并涉及多个技术领域，目前这项技术正向纵深发展。因此，对它的研究很有必要。所谓变电站综合自动化，就是将变电站的二次经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能3。变电站综合自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能，可方便地实现监视和控制变电站内各种电气设
4、备的运行和操作3。微机监控系统代替了常规了测量和监视仪表，替代了常规的控制屏、中央信号屏和远动屏；除了这些外，还增添了包括智能化的许多功能4。变电站综合自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特点，而这也正是微机监控系统所具有的新特点5。二、文献综述 变电站综合自动化微机监控系统是变电站综合自动化系统的一个子功能系统，为了便于论述，对于它们诸如发展历程、系统结构等的共性问题，本文就以变电站综合自动化系统为例进行阐述6。而对于微机监控系统的整体结构、软硬件部分，则单独进行探究。只所以这样做，是因为这符合变电站综合自动化微机监控系统与变电站综合自动化系统的关系，符合共
5、性和个性辨证统一的关系。2.1 变电站自动化的发展历程变电站自动化技术：在变电站内应用自动控制技术、信息处理和传输技术、计算机硬软件技术实现变电站运行监测、协调、控制和管理任务，部分代替或取代变电站常规二次系统，减少和代替运行值班人员对变电站运行监视、控制的操作，使变电站更加安全、稳定、可靠运行7。现有的变电站有三种形式：传统的变电站；部分实现微机管理、具有一定自动化水平的变电站；全面微机化的综合自动化变电站689。这也正是变电站自动化发展三个阶段的印迹。变电站自动化发展的这三个阶段如下234： 由分立元件构成的自动装置阶段； 微处理器为核心的智能化自动装置阶段； 变电站综合自动化阶段。利用微
6、处理器的智能和计算能力，大规模集成电路或微处理器代替了原来的晶体管等分立元件组成的自动装置。这些新的微机型自动装置尽管功能不同，但硬件结构大同小异，而且所采集的量和所控制的对象许多是相同的2。于是，人们开始考虑这些微机化的变电站二次部分进行功能的优化问题，这就形成了变电站综合自动化系统。所谓综合，就是把变电站的保护、控制与数据采集等功能集成在一起。因此，变电站综合称为变电站集成可能更确切一些1。可见，变电站综合自动化是变电站自动化发展到一定阶段的产物。因此，变电站综合自动化系统的功能首先应包括传统的测量、监控、保护、远动等功能，还应包括常规自动化系统没有的功能，更重要的是提高自动化水平、改进自
7、动化系统的性能3。2.2 变电站综合自动化系统的硬件结构随着电子技术、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210。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91011。2.2.1 集中式系统结构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。这种结构按功能划分为许多单
8、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： 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； 组屏多、站地面积大； 软件复杂、修改工作量大，系统调试烦琐； 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12。2.2.2 分层分布式结构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。因此起到使功能分散、
9、危险分散和地域分散的作用。该系统具有以下特点：分层分布式配置；继电保护相对独立；具有与控制中心通信的功能；模块化结构，可靠性高；维护管理方便；需要的电缆多。本结构的系统，具有分层分布式结构、功能模块化等的优点，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，才有了分散式结构 1011。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
10、式的优点3。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212。分散式结构具有节约控制室面积、节约二次电缆、综合性能强等优点。所以，随着电光传感器和光纤通信技术的发展，它是今后变电站综合自动化系统的发展方向26。2.3 国内外变电站综合自动化系统的发展概况2.3.1 国外变电站综合自动化系统的发展过程随着微型计算机的发展，在国外，变电站综合自动化系统起步于20世纪70年代后期，而在上世纪80年代得到了很大发展。20世纪70年代末，英国等西方发达国家新装的远动
11、装置都微机化，布线逻辑的远动装置开始被淘汰；同时，监控系统的功能逐步扩大，供电网的监控功能朝综合自动化方向快速发展：变电站综合自动化初现雏形。美国西屋电气公司和美国电力科学研究院联合研制了SPCS变电站保护和控制综合自动化系统。日本的关西电子公司和三菱电气有限公司在1979年联合研制出配电变电站的数字控制系统（SDCS1），并在次年把它投向了市场。80年代以后，越来越多的国家和实力雄厚的大公司开始研制自己的变电站综合自动化系统，并在这一领域进行了技术规范和标准的协调和制定。德国西门子公司、ABB公司、AEG公司，美国GE公司、西屋公司，法国阿尔斯通公司等都开发出了自己的变电站综合自动化系统。国
12、外早在20世纪80年代就已有分散式变电站综合自动化系统。以德国西门子公司为例，该公司于1985年正式投运它的第一套变电站综合自动化系统LSA678，本系统的结构有全分散式和局部分散两种；至1993年初，已有300多套同类型的系统在欧洲不同电压等级的变电站投入运行。1994年，瑞士BBC公司也首次推出了变电站综合自动化系统。为了促进变电站综合自动化技术的标准化发展，国际电工委员会第57次技术委员会（IECTC57）专门成立了“变电站控制和保护接口”工作组，并为控制和保护之间的通信提供了一个国际标准34。2.3.2 我国变电站综合自动化系统的发展概况我国从上世纪80年代中期开始研制变电站综合自动化
13、系统，与国外相比，起步较晚。但是，我国在70年代初期便先后研制成功了电气集中控制装置和“四合一”装置（测量、控制、保护、信号）；这为日后研制微机化的综合自动装置积累了经验。在我国变电站综合自动化系统发展的初期阶段，我们主要研制和生产集中式的变电站综合自动化系统，例如DISA1、IES60、FD97等各种型号的系统。20世纪80年代末期，差分电路RS422/485总线技术的传入，为我国变电站综合自动化的研制工作提供了新的数据通信技术。另外，Windows NT Windows 95操作系统可以处理多线程、多任务的工作；微机的性价比也已经很高了。在这种背景下，我国便开始引进和研制分层分布式的系统。
14、到了90年代中期，开始研制分散式变电站综合自动化系统，如DISA3、CSC2000、FDK等。与国外先进技术相比，我国落后大约10年14。在国内，初期的变电站自动化只是在常规的二次设备配置上增加计算机管理功能，仍未涉及继电保护、故障录波等功能。九十年代后，由于数字技术的发展，才使此项技在我国进人了实质性的发展阶段9。上世纪70年代末80年代初，南京电力自动化研究所率先研制成功以Motorola芯片为核心的微机RTU用于韶山灌区和郑州供电网，从而促进了微机技术在电力系统中的广泛推广和应用。1987年，清华大学独立自主研制的35kV变电站监测自动化、微机保护系统在山东威海成功投入运行，这个系统用3
15、台微型计算机实现了全站的微机监测和控制、微机继电保护的功能。随着微机监控装置、微机远动装置、微机继电保护装置和微机故障录波装置在电网中的全面推广应用，人们逐渐地发现了各个技术部门保持相对独立的弊端，开始从变电站二次系统的全局考虑这些微机装置的统一配置。1990年，清华大学在研制鞍山公园变电站综合自动化系统时，首先提出了监控系统与RTU合而为一的设计思想。此外，国内许多其他高等院校、科研单位以及企业也做了大量的研究工作，并推出了一些不同类型、功能各异的自动化系统。进入20世纪90年代，变电站综合自动化已经是电力系统自动化中最热的科研项目。许多企事业单位都参与了这个领域的研究，变电站综合自动化系统的产品也雨后春笋般的出现。例如，国家电网南京自动化研究所PS6000系列综合自动化系统、上海惠安Power comm2000变电站自动化监控系统、北京四方公司的CSC2000系列综合自动化系统等等。科研单位和企业召开了很大规模的研讨会、技术
