变电站综合自动化系统及监控自动化系统设计

变电站综合自动化系统及监控自动化系统设计

刘浩李杰庆

（国网山西省电力公司检修分公司山西太原030032）

摘要：变电站自动化监控系统在变电站中的运用，能够有效提升变电站运行的安全性、有效性，对整个电力系统运行都具有重要的作用。本文首先对变电站自动化监控系统进行简单的介绍，然后从软件工程开发、软件构成以及软件结构设计等几个方面入手，对变电站自动化监控系统进行简要设计。

关键词：变电站；自动化监控系统设计

变电站综合自动化技术是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术，对变电站内的二次设备的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息，数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。变电站综合自动化替代了变电站常规二次设备，简化了变电站二次接线。

现有的变电站有三种形式：第一种是传统的变电站；第二种是部分实现微机管理、具有一定自动化水平的变电站；第三种是全面微机化的综合自动化变电站。

1系统构成

分层分布式变电站综合自动化系统从整体上分为三层：变电站层、通讯层、间隔层。

1）变电站层。变电站层主要由后台监控系统、远动主站、继电保护工程师站组成。①后台监控系统。后台监控系统由一台或多台高档PC机和后台监控软件组成。为了保证系统的可靠性和开放性，采用先进成熟的SCADA软件平台，可在LINUX和WIN―DOWS上运行。直接通过以太网与间隔层的测量和保护设备进行通讯。②远动主站。远动主站采用高性能工业控制计算机，直接连接在以太网上同间隔层的测量和保护设备直接通讯。收集全站测控设备、保护装置数据，经规约转换后以约定的规约向调度发送，同时接收调度的遥控、遥调命令向变电站转发。③继电保护工程师站。继电保护工程师站采用高性能工业控制计算机，直接连接在以太网上同间隔层的测量和保护设备直接通讯，与变电站的各种继电保护、安全自动装置及故障录波器一起实现变电站的继电保护及故障录波器信息处理系统。

2）通信层。站内通讯由光纤以太网以及与其他智能设备的接口组成。

3）间隔层。间隔层采用面向对象设计，按间隔单元实现测量、记录、监视、控制功能的微机保护及测控装置。装置要求采用32位高性能DSP浮点信号处理器、16位AD转换器、大规模可编程逻辑芯片CPLD、多层印制电路板和表面贴装技术；采用在线编程技术，可随时进行软件升级；采用大屏幕彩色液晶显示器，真正使桌面操作图形化，生动形象、操作方便。

2变电站自动化监控软件开发

现阶段，程序设计方法多种多样，但以模块化程序设计与面向对象的程序设计为主，将两者有效地结合起来，形成一套完整的变电站自动化监控系统开发模式。变电站自动化监控系统一般使用后台软件，结合模块化和面向对象的程序设计方式，基本上确定了后台软件应有的功能，由这些基本功能构成系统的主要特征。采用模块化程序设计的方式，将后台软件分为若干个子系统，包括数据库管理系统、报表系统、通讯系统、主控程序等等，每一个子系统由简单的数据关系构成，容易建立模型。因此，在具体的软件开发设计中，一般采用分层分析设计以及线程技术方法。

2.1分层分析设计方法

根据变电站业务处理、控制流图以及数据流图等，明确后台监控软件的主要层次，即数据处理层、通信层、应用层、数据存储层等，利用分层分析设计方法，逐层进行分析与设计，对层与层之间的接口进行明确规定，降低开发的难度，提高数据接口的兼容性以及移植性。

2.2线程技术方法

以线程技术为主的变电站监控主站，能够利用不同的线程完成不同的任务，合理区分线程的优先级别，就能够完成实时性不同的任务，提高了变电站监控系统中数据处理效率，保证各项紧急任务发生后系统的响应速度。

3变电站自动化监控软件的构成

变电站自动化监控软件的构成分为三个部分，即底层数据服务器、中间层数据库以及高层应用程序。

3.1底层数据服务器

该层具有数据处理以及通讯两种功能，能够接收到RTU采集的实时数据信息，包括变电站运行的状态量、模拟量以及时间顺序等等，同时还能够向高层程序层的RTU发送控制命令，并显示源码数据。对原始的数据进行有效的处理，形成实时数据，并及时传输到中间层数据库中，提供给应用软件使用，确保信息的实时性。

3.2中间层数据库

中间层数据库主要是面向应用程序，具有系统功能分析，是整个数据信息结构的核心，能够为高层应用功能模块提供各种有用的数据信息。根据系统性能的不同，将数据库分为实时数据库、参数数据库、历史数据库以及辅助数据库几类。

3.3高层应用程序

高层应用程序具有多个功能，包括监视功能、遥控遥调功能、数据采样计算处理功能、打印功能、接线图编辑显示功能、报表功能、参数管理功能、人机接口功能以及系统安全维护功能。该层的应用程序，能够将变电站运行的实时数据信息进行处理，并对数据库信息进行监测，发现异常情况就会发出警报，并做好备份工作。对相关的数据信息、报表等还能够进行打印，为系统设置、维护等提供配套的参数管理，根据用户操作内容的不同，设置有效的权限管理。

4变电站自动化监控系统软件结构设计

在变电站自动化监控系统后台软件设计过程中，考虑到数据功能的组合与分散，系统通讯以及数据处理功能都是为高层应用程序提供有效的数据，如果将两者分开，必会影响数据处理的时间，也会增多数据传递时间，将处理过程复杂化。所以，一般需要将通讯与数据处理功能进行组合，形成一个独立的功能模块，我们称之为数据服务器，两者的组合能够节约数据处理时间，提高系统整体的效率。同时，数据库管理、报表功能、数据存储功能、远动功能等功能之间数据联系较少，独立性较强，可以实行分散，尽可能使其与应用数据发生联系，形成以数据为中心的功能结构，便于系统操作和维护。

值得注意的是，在变电站巡检操作人员操作设备过程中，在主控室操作后，又必须到现场查看并验证一次设备的实际位置，如果操作项目多的话，过程反复又浪费时间，自动化的程度还有待提高。假如操作人员在主控室或调度室就能查看一次设备的运行工况，则会大大减少操作人员的劳动量和时间。所以，未来的趋向将是在一次设备附近装设视频和声控系统，通过远动和通信系统进行数据采样和传输，运行操作人员在远方就能对设备的运行工况及状态变化情况了如指掌，同时又减少与高压设备危险接触的不定因素。但就目前而言，大部分人员计算机技术能力有待提高，只能进行简单分合闸操作以及线路改命名等简单的数据库编译工作等，遇到复杂问题仍需向厂家求助，这一问题需要后续解决。

5总结

通过上述分析可知，随着社会经济快速发展，电力事业改革工作正如火如荼地进行中，各行各业对电能的需求量不断提升，给电力系统运行的质量提出了更高的要求。变电站是电力系统中关键的组成部分，是输电系统中关键环节，在信息技术、通信技术、计算机技术等的发展过程中，我们要通过合理的设计，建立变电站自动化监控系统，对其运行进行有效的监控，保证变电站运行的安全与稳定。

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