摘要

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增強(qiáng)，電力系統(tǒng)也取得了顯著的成就。當(dāng)前我國電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)充。居民對于供電的可靠性與質(zhì)量要求大幅提高。因此，如何確保提供經(jīng)濟(jì)安全、優(yōu)質(zhì)可靠的電力是我國電力系統(tǒng)在未來發(fā)展中面臨的重要挑戰(zhàn)之一。配電室作為電力系統(tǒng)中的重要組成元素，擔(dān)負(fù)著電能的變壓分流的重任，傳統(tǒng)的配電室管理手段主要是依靠人工定時(shí)對電力儀表進(jìn)行檢查并形成報(bào)表，其工作效率低下，無法適應(yīng)迅速發(fā)展的供電規(guī)模與用電客戶的用電需求。如何利用信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)對配電室電力設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高配電室管理的信息化水平，增強(qiáng)居民用電的質(zhì)量管理，是當(dāng)前電力系統(tǒng)部門以及其他經(jīng)濟(jì)部門的發(fā)展方向之一，本課題以小區(qū)變配電自動化監(jiān)控系統(tǒng)為研究對象，設(shè)計(jì)了一個(gè)監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的基本要求，能夠監(jiān)控小區(qū)電網(wǎng)的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表生成打印、曲線顯示打印等功能。

　　本文通過對配網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢，針對配電室的運(yùn)行特點(diǎn)，提出了基于 GPRS 快速及時(shí)的互聯(lián)網(wǎng)連接和微功耗無線通信技術(shù)相結(jié)合的配電變壓器監(jiān)控通信技術(shù)方案的農(nóng)村配電變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。具體來說，該遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)是由安裝在變壓器處的變壓器監(jiān)測終端(TTU)、Ad Hoc 終端節(jié)點(diǎn)、Ad Hoc 路由節(jié)點(diǎn)、Ad Hoc 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、GPRS 模塊、監(jiān)控計(jì)算機(jī)和管理人員手機(jī)組成。此監(jiān)控系統(tǒng)具有自動組網(wǎng)、自動路由、多級中繼等優(yōu)勢，降低了硬件投資和通訊費(fèi)用。關(guān)鍵詞： 廈門大學(xué)博碩士論文摘要庫 配電室;智能監(jiān)控系統(tǒng);數(shù)據(jù)流圖

　　第一章 緒論 1.1 課題研究背景及意義配電室是電力網(wǎng)末端傳輸、多次分配電能的主要電氣設(shè)備場所，是城市電力網(wǎng)的不可或缺的一部分。長期以來，配電室如何高效運(yùn)行一直是電力部門日常管理的較為薄弱的部分，配電室刀閘開關(guān)誤跳或配電室溫度過高，濕度過高，雨水浸漬，都會影響設(shè)備正常運(yùn)行、導(dǎo)致設(shè)備損壞，甚至燒毀設(shè)備;以上種種都不同程度的影響用戶正常的用電，由于目前配電室監(jiān)控手段較為欠缺，尚不能實(shí)時(shí)反饋設(shè)備運(yùn)行工況，及時(shí)解決實(shí)際問題。因此，在配電室加裝計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電室環(huán)境和供電設(shè)備各種狀態(tài)量的在線監(jiān)測，通過后臺系統(tǒng)集成開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警及綜合展示，以提高配電室的運(yùn)行能力，保障配電室設(shè)備的安全運(yùn)行。同時(shí)高效的經(jīng)濟(jì)效益方面，供配電計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)越性更加突顯，高性價(jià)比的投資使系統(tǒng)一次投資，終身受益，減少設(shè)備維護(hù)、更新成本和人力資源成本。再次高智能化方面，實(shí)現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測、遙控、遙信、遙視控制，對系統(tǒng)進(jìn)行綜合監(jiān)測和統(tǒng)一管理可以節(jié)約人力資源，降低員工勞動強(qiáng)度。 最后共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源和設(shè)備綜合檔案管理等方面，可以對顯示或查詢供配電室各設(shè)備運(yùn)行工況(包括歷史和實(shí)時(shí)參數(shù))，并根據(jù)用戶實(shí)際情況進(jìn)行日報(bào)、月報(bào) 和年報(bào)查詢或打印，提高了工作效率。監(jiān)控系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可以分類保存、歸檔、統(tǒng)計(jì)和調(diào)用采集到的數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶要求按照名稱、時(shí)間和區(qū)域等選項(xiàng)檢索，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和故障分析。供配電監(jiān)控管理系統(tǒng)可以根據(jù)用戶權(quán)限設(shè)定人員的管理范圍，方便不同級別的管理人員對系統(tǒng)進(jìn)行修改和操作。綜上所述，供配電監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)越性是顯而易見的，對供配電監(jiān)控與管理系統(tǒng)進(jìn)行研究很有必要的，同時(shí)供配電監(jiān)控系統(tǒng)必將會應(yīng)用得越來越廣泛。廈門大學(xué)博碩士論文摘要庫配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)供配電監(jiān)控的自動化始于上世紀(jì) 90 年代，與外發(fā)達(dá)國家相比大約滯后 20 年，受資金、科學(xué)技術(shù)水平、認(rèn)識水平等因素制約，發(fā)展一直比較緩慢主要問題有：(1)從系統(tǒng)功能角度上來講，功能單一化，實(shí)際應(yīng)用性差，其試點(diǎn)工程大多引入的國外的饋線自動化設(shè)備建立就地控制模式，僅能進(jìn)行故障處理，缺乏自主性，供電可靠性較低[1]。(2)從在系統(tǒng)集成角度上來講，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，項(xiàng)目各自獨(dú)立，各地區(qū)對供配電監(jiān)控的自動化認(rèn)識不同，在各種單項(xiàng)功能上欠缺綜合性考慮，使得各個(gè)項(xiàng)目之間標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、軟硬件設(shè)備或借口兼容性差，導(dǎo)致資源共享性和信息公用性差。(3)從系統(tǒng)應(yīng)用層次角度來講，應(yīng)用停留在初級階段，缺少高級應(yīng)用，很多技術(shù)都處于理論分析階段[2]。 隨著經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)的提高，國家對城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造力度逐漸加強(qiáng)，供配電監(jiān)控的自動化水平也取得了長足的進(jìn)展，降低了供電企業(yè)人員勞動生產(chǎn)強(qiáng)度，增強(qiáng)供配電企業(yè)現(xiàn)代管理水平，提高了居民和企業(yè)的供電可靠率、供電質(zhì)量，保障了供配電企業(yè)的設(shè)備安全。 國內(nèi)供配電大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)監(jiān)控智能化、自動化發(fā)展階段。第一階段，主要是引進(jìn)學(xué)習(xí)國外自動化開關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備的自動化，主要功能是通過開關(guān)設(shè)備之間的配合實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域的定位、隔離和自動恢復(fù)供電。缺點(diǎn)是缺乏自主能力，自動化程度較低，只能在故障發(fā)生以后進(jìn)行處理，無法優(yōu)化運(yùn)行方式，當(dāng)發(fā)生故障或調(diào)整系統(tǒng)后需人工到現(xiàn)場對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，缺乏靈活性且耗費(fèi)人力資源，同時(shí)當(dāng)故障發(fā)生后需要對故障區(qū)域開關(guān)多次重合，加大了電力設(shè)備損耗，增加了運(yùn)營成本。廈門大學(xué)博碩士論文摘要庫第一章 緒論 3 第二階段，建立供配電監(jiān)控系統(tǒng)的 SCADA 系統(tǒng)，主要組成有：網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和饋線終端，通過建立主站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對在各配電子站、遠(yuǎn)方終端進(jìn)行控制，采用通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)監(jiān)控的功能。在供配電網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)下可以對供配電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和運(yùn)行管理，系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)更加優(yōu)化，當(dāng)局部發(fā)生發(fā)生故障時(shí)，能及時(shí)控制，縮短故障處理時(shí)間，缺點(diǎn)是需要借助通信系統(tǒng)，且對故障的處理需要依賴主站[3]。第三階段，經(jīng)歷了上兩個(gè)階段，我國開始在此基礎(chǔ)上改進(jìn)，加入組態(tài)軟件，借助自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)，監(jiān)控工程可以由計(jì)算機(jī)上的軟件自動完成，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間資源共享，達(dá)到供配電管理自動化[3]。 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀國外的供配電監(jiān)控的自動化起步比較早，上世紀(jì) 70 年代，國外的一些發(fā)達(dá)國家就開始發(fā)展供配電監(jiān)控系統(tǒng)自動化，國外的供配電監(jiān)控系統(tǒng)自動化已發(fā)展很完善帶動相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，許多著名電力系統(tǒng)設(shè)備的生產(chǎn)商基本都涉足供配電自動化領(lǐng)域，例如施耐德公司、西門子公司、摩托羅拉公司和東芝公司等，均已推出各自特色的供配電網(wǎng)自動化相關(guān)產(chǎn)品，形成了完善的自動化功能體系[4]。 國外供配電監(jiān)控自動化的實(shí)現(xiàn)，大致分為對饋線自動化的實(shí)施，然后建立通信通道，通過建立供配電主站系統(tǒng)調(diào)控供電子站和遠(yuǎn)程終端，最后完善各項(xiàng)功能，但是對整個(gè)系統(tǒng)而言尚留有大量的開發(fā)空間，比如供配電監(jiān)控自動化、智能化和已開發(fā)的部分功能重疊。供配電監(jiān)控系統(tǒng)朝著向開放式、智能化、自動化和集成化的綜合性方向發(fā)展。目前已經(jīng)具有相當(dāng)龐大的規(guī)模，并提高了供配電網(wǎng)運(yùn)行安全可靠性，加強(qiáng)了運(yùn)行和控制效率，保障供電質(zhì)量，降低人員勞動強(qiáng)度，充分利用網(wǎng)絡(luò)通信調(diào)控設(shè)備的能力，能加快停電反應(yīng)速度和減少停電面，縮短了停電時(shí)間，保障了居民和用電企業(yè)對電能質(zhì)量和可靠性的需求，帶來了極為可觀的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。 1.3 課題研究主要內(nèi)容本論文的主要工作就是從配電室管理和配電室狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)軟件的新要求廈門大學(xué)博碩士論文摘要庫配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 出發(fā)，研究軟件工程技術(shù)和方法在配電室狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用。全面且較為系統(tǒng)地分析了軟件工程在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的相關(guān)理論和方法，為配電室狀態(tài)監(jiān)測平臺的工程化研發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。同時(shí)分析了配電室狀態(tài)監(jiān)測平臺的工程化研發(fā)的必要性，探討了實(shí)際應(yīng)用、開發(fā)中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)，提出了一種配電室狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)軟件工程化開發(fā)的具體方法。以國網(wǎng)福州供電公司狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件的開發(fā)作為示范，闡述了該系統(tǒng)研發(fā)工程化方法在配電室狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)軟件探發(fā)中的具體操作手段。并對軟件研發(fā)結(jié)果進(jìn)行了分析。 1.4 論文的組織結(jié)構(gòu)本文的章節(jié)內(nèi)容安排如下：第一章為緒論。首先，簡要概述了本次課題的研究背景;然后，概述了該課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，指出計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對電力安全生產(chǎn)的巨大推動作用;最后，說明了課題的主要框架。 第二章對本課題所用到的技術(shù)做了介紹及功能特點(diǎn)方面的概述。第三章對系統(tǒng)各部分功能做出了說明，并采用系統(tǒng)用例圖加以解釋。第四章運(yùn)用前一章提出的工程化軟件開發(fā)方法，討論了配電室狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)軟件工程化開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù);詳細(xì)闡述該系統(tǒng)軟件的整個(gè)開發(fā)過程，以及工程化實(shí)施應(yīng)注意的問題。第五章軟件工程化開發(fā)結(jié)果分析。分析軟件工程化開發(fā)的質(zhì)量和效率。 第六章全文總結(jié)。對今后要開展的實(shí)踐活動進(jìn)行一些設(shè)想。 廈門大學(xué)博碩士論文摘要庫第二章 相關(guān)技術(shù)介紹 5 第二章 相關(guān)技術(shù)介紹 2. 1 配電室遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 2.1.1 配電變壓器測控終端設(shè)備(TTU)配電室遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)是供電企業(yè)提升配電網(wǎng)精細(xì)化管理水平的一個(gè)重要技術(shù)手段，建立和完善配電變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，可以提高對配電變壓器的運(yùn)行監(jiān)測能力，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測和運(yùn)行分析，提高用戶對供電的滿意度和促進(jìn)配網(wǎng)運(yùn)行管理上臺階。在配電變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)中，需要對分散在各個(gè)區(qū)域的變壓器運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)測，就必須在配電變壓器處加裝測控終端設(shè)備(TTU)[4]。如圖 2-1 所示。圖 2-1 監(jiān)控示例(1)采集數(shù)據(jù)與記錄功能 TTU 主要是采集并記錄配電室的運(yùn)行工況信息，根據(jù)變壓器低壓側(cè)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)的采樣值，每間隔一定時(shí)間(如 1 分鐘)計(jì)算變壓器的運(yùn)行參數(shù)，將其記錄并保存在存儲器上一定時(shí)間(如一周、一個(gè)月、季度等);對于配電變壓器典型日期的上述參數(shù)整點(diǎn)值，記錄的電壓、電流極值和它們的采集時(shí)間，失電監(jiān)控設(shè)備 I 監(jiān)控子站 N 監(jiān)控設(shè)備 N 監(jiān)控中心監(jiān)控子站 I 監(jiān)控設(shè)備 N 監(jiān)控設(shè)備 I 廈門大學(xué)博碩士論文摘要庫配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 和恢復(fù)供電時(shí)間等，記錄并保存設(shè)備存儲器上，存儲時(shí)間一般應(yīng)保存一年或更長，存儲在設(shè)備存儲器上的數(shù)據(jù)在 TTU 斷電時(shí)記錄的內(nèi)容不應(yīng)丟失[4]。(2)數(shù)據(jù)通信功能測控終端(TTU)應(yīng)具備數(shù)據(jù)通信模塊，用于數(shù)據(jù)的本地及遠(yuǎn)方傳輸，終端的通信要滿足靈活組網(wǎng)的要求，適應(yīng)不同通信方式數(shù)據(jù)傳輸。在配電變壓器處不具備遠(yuǎn)方通信條件或通信故障情況，運(yùn)行人員能使用掌上電腦到現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)抄錄，時(shí)間間隔可以是一周、一個(gè)月或更長，抄錄的數(shù)據(jù)能夠上傳到配電變壓器監(jiān)測系統(tǒng)或其它配網(wǎng)管理系統(tǒng)中，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用[5]。(3)智能無功補(bǔ)償功能利用測控終端(TTU)控制輸出，可以實(shí)現(xiàn)對配電變壓器無功補(bǔ)償電容器的投切，補(bǔ)償?shù)蛪簜?cè)的功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)無功就地平衡，該電容器的投切控制可以通過測控終端采集的無功功率和電壓參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動投切，遠(yuǎn)方操作人員在控制中心也能進(jìn)行遠(yuǎn)方控制[5]。 2.1.2 遠(yuǎn)程監(jiān)測通信技術(shù)配電變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)中，配網(wǎng)通信的建設(shè)是重中之重，配網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量龐大，分支線路多，地域分布廣[6]。這些特點(diǎn)相應(yīng)決定了數(shù)據(jù)監(jiān)測業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通信接線復(fù)雜、監(jiān)測點(diǎn)分散、地域分布廣、通信站點(diǎn)多、設(shè)備工作環(huán)境復(fù)雜、每個(gè)通信點(diǎn)的信息量少，可能只有幾百波特，但總體的數(shù)據(jù)信息量非常大的特點(diǎn)。因此，在建設(shè)配電變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，一要具備可靠性，通信鏈路不受地域、惡劣環(huán)境的影響，二要具有雙向通信功能。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信技術(shù)由于其組網(wǎng)靈活，成本逐年下降，逐漸成為了配網(wǎng)自動化中采用的主要通信技術(shù)，常用的有微功率無線電臺通信、GPRS、2G、3G 通信、無線 WIFI 通信等技術(shù)。 1.Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡介廈門大學(xué)博碩士論文摘要庫第二章 相關(guān)技術(shù)介紹 7 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它是自組織對等式多跳的無線移動通信形式。它其中，全部的網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級一致，地位平等，不需要單獨(dú)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)的中心控制節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)既具有無線移動終端的功能，也有信息報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)功能。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的通信，因?yàn)樾盘杺鬏斁嚯x的限制，一般情況下需要由數(shù)個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)來實(shí)現(xiàn)，即經(jīng)過多跳來實(shí)現(xiàn)。(1)分區(qū)工作、自動組網(wǎng)：一臺性能優(yōu)良的 GPRS 采集器和若干 Ad Hoc 節(jié)點(diǎn)可以覆蓋 0.5 至 3Km 半徑的區(qū)域;(2)自動路由、多級中繼：多級中繼技術(shù)特性，使得配電變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的無線傳輸要求得到支持，通過其特性可以使每個(gè)無線通信分區(qū)覆蓋區(qū)域更廣、通信聯(lián)接更可靠。(3)降低硬件投資：符合電力系統(tǒng)中大多數(shù)設(shè)備的通信連接，相應(yīng)也節(jié)約了通信接口的投資。(4)降低通訊費(fèi)用：在一個(gè)特定的區(qū)域內(nèi)，使用 GPRS 無線集中器大大減少，相應(yīng)的通信費(fèi)用也大幅度下降，長期運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)約極為可觀。 2.GPRS 技術(shù)簡介 GPRS(General Packet Radio Service) 即通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱，它是從 GSM 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，為了支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸， GPRS 在 GSM 系統(tǒng)中增加了很多支持節(jié)點(diǎn)。應(yīng)該說它是 GPRS 包含 GSM 網(wǎng)絡(luò)，在語音傳輸上使用 TDMA，數(shù)據(jù)傳輸上使用無線分組，推廣應(yīng)用上，GPRS 使用了已經(jīng)建成的 GSM 基站子系統(tǒng)，覆蓋面從一開始就得到全覆蓋[6]。 GPRS 技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)，對其無線通信部分進(jìn)行了針對性改造，大幅度提升無線資源的使用效率，它一方面融合 GSM 與 IP 通信技術(shù)的精華，另一方面也保持了良好的移動性以及 IP 技術(shù)的靈活性，信道上能為如 TCP/IP 協(xié)議提供連接，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、互聯(lián)網(wǎng)連接。對于通信使用者來說，GPRS 技術(shù)的優(yōu)勢表現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸速率高(理論帶寬 171. Kb/S)、自適應(yīng)性強(qiáng)、接入時(shí)間短、收費(fèi)方式合理(按流量計(jì)費(fèi))、可實(shí)現(xiàn)用戶“永遠(yuǎn)在線”、移動性強(qiáng)等方面。這些優(yōu)勢使得 GPRS 移動通信技術(shù)應(yīng)用得到迅速提升，