1、AbstractI硕士学位论文智能变电站一体化平台的设计与实现摘要电力工业是国民经济的关键部门，关系到民生民计。近几年来，随着 创一流供电企业的要求和提高供电可靠性的需要，变电站数字化向智能化转变成为电力部门各级领导放在战略高度重视和研究的课题。由于传感器、光纤、 计算机及通信技术的飞速发展，电力部 门信息化水平迅速提高，同时变电设备的性能也得到了很大改善，开展智能变电 站一体化平台趋向成熟。本文重点讲述智能变电站一体化平台的设计过程和实现过程。在功能设计上，将对生产设备监测，视频联动， 设备状态分析，智能巡检，设备智能分析决策等进行重点展开。在性能设计上，为 了实现平台的高可靠性和高可用性，
2、将对系统架构设计进行优化升级，采用双网设计，集群架构。在 软件体系结构上，为了达到平台的可维护和可扩张性，将采用分层架构结合 SOA 架构设计实现。通过智能变电站一体化平台，将使传统数字化变电站更高效更智能。在视频巡检和视频联动上，将为无人变电站的实现走出重要一步。在生产设备监测基础上展开的设备智能分析决策系统，将是数字化向智能化转变的重要贡献。关键词:智能变电站， 视频联动， 视频巡检，设备状态监测，设备状态评估浙江大学硕士学位论文 AbstractiiAbstractThe power industry is a key sector of the national economy, wh
3、ich is closely related to peoples livelihood. In recent years, because of the requirements of building the first-class power-supplying enterprise and improving the reliability of power supplying, the strategies of transforming digital substation into intelligent substation become the key research to
4、pic of the power suplying department. Due to the rapid development of sensors, optical fibers, computer and communications technology, and the rapid improvement of the informationizing process of the power department and the functions of the equipments, the intelligent substation integration platfor
5、m becomes possible.This article focuses on design process and implementation process of the intelligent substation integration platform. Considering the functions, I will focus on monitoring, video linkage, equipment state analysis, and intelligent data logging equipment intelligent analysis. Consid
6、ering the performance, I will optimize and upgrade the dual-network design and cluster architecturein order to achieve the high reliability and high availability of the platform. On software architecture,I suggest using a layered architecture combined with SOA architecture design and implementation
7、in order to reach the platform maintenance and expanssibility.Through the intelligent substation integration platform, the traditional digital substations are becoming more efficient and smarter. The video inspection and video linkage are a step forward to the realization of unmanned substation. The
8、 intelligent deciding system based on equipment monitoring will be an important contribution to the transformation from digital substation to intelligent substation.Key Words:Intelligent substation, Video linkage, Video inspection, Equipmen condition monitoring, Equipment condition assessmen浙江大学硕士学位
9、论文 目录III目录摘要 .IAbstract .II图目录 .V表目录 .VI第 1 章 绪论 .11.1 研究背景 .11.2 变电站智能化的现状 .11.3 研究内容和目标 .11.4 研究方法 .31.5 本文结构组织 .41.6 本章小结 .5第 2 章 系统应用技术 .62.1 智能变电站一体化平台概述 .62.2 IEC61850 概述 .62.3 智能变电站的统一建模 .62.4 分层和 SOA 架构 .72.5 SVG 与 VG 技术 .92.6 本章小结 .10第 3 章 需求分析 .123.1 系统用例 .123.2 系统功能性能需求 .133.3 本章小结 .14第 4
10、 章 系统架构和软件体系结构 .154.1 架构在系统性能上的要求 .154.2 系统架构对系统开发的要求 .154.3 系统的架构的设计 .164.4 本章小结 .18第 5 章 功能模块设计与实现 .195.1 引言 .195.2 系统底层通讯及 IEC61850 协议内部转化设计 与实现 .195.2.1 通讯模块架构设计 .195.2.2 IEC61850 客户端模块划分 .205.2.3 数据接口设计 .215.2.4 公司内部规约通讯设计与实现 .235.3 设备状态评估模块的设计与实现 .245.3.1 设备状态评估的总体架构 .24浙江大学硕士学位论文 目录IV5.3.2 模块
11、的数据库模型 .255.3.3 具体设计与实现 .265.4 在线状态监测模块的设计与实现 .305.4.1 实时消息展示模块 .305.4.2 VG 图形化展示模块 .395.5 视频智能应该模块的设计与实现 .445.5.1 视频巡检 .445.5.2 视频联动 .465.6 系统管理配置模块 .485.7 本章小结 .50第 6 章 总结与展望 .516.1 本文完成的主要研究工作 .516.2 本文的主要贡献以及创新点 .516.3 进一步的研究工作 .51参考文献 .53作者简历 .55致谢 .56浙江大学硕士学位论文 图目录V图目录图 1.1 设备状态算法模型 .2图 2.1 变电
12、站建模配置图 .8图 3.1 系统用例图 .12图 4.1 系统的架构硬件架构图 .16图 4.2 系统的架构硬件架构图 .18图 5.1 系统通讯架构设计图 .20图 5.2 IEC61850 客户端模块关系图 .21图 5.3 内部规约通讯模块流程图 .24图 5.4 设备状态设计架构图 .25图 5.5 设备状态评估 PMD 图 .26图 5.6 设备状态评估依据维护界面 .27图 5.7 设备状态评分界面图 .29图 5.8 设备状态报告 .30图 5.9 实时消息展示模块 PMD 图 .31图 5.10 CID 文件图 .33图 5.11 CID 文件解析流程 .33图 5.12 页
13、面消息处理流程 .38图 5.13 实时消息界面 .39图 5.14 VG 模块 PMD 图 .40图 5.15 VG 页面逻辑处理过程图 .40图 5.16 VG 页面实现界面 .43图 5.17 视频巡检实现过程流程 .45图 5.18 巡检方案配置图 .45图 5.19 智能巡检实现界面 .46图 5.20 视频联动实现过程流程 .47图 5.21 视频联动实现界面 .48图 5.22 系统配置模块 PMD 图 .49图 5.23 系统配置实现界面 .50浙江大学硕士学位论文 表目录VI表目录表 3.1 状态评估功能环节表 .13表 3.2 视频巡检功能环节表 .14表 5.1 内部报文
14、帧格式 .24表 5.2 R_MEASURE_MAPPING 表 .31浙江大学硕士学位论文 第 1 章 Error! No text of specified style in document.1章 1 章 绪论1.1 研究背景电力工业是国民经济的关键部门，关系到民生民计。近年来，我国 经济快速发展，人民生活水平逐步提高，城乡用电量不断创造着 历史新记录。 为了适应新时期国计民生对电力需求的拉动、实现高质量稳定持续供电，各级供电企业提出了在更新电力设施的同时，用信息技术改造和武装变电生产全过程的目标，积极响应党中央在“ 十五” 规划中提出的 “以信息化带动工业化”的策略，促 进传统工业的改
15、造。该项目是辽宁省的一个科技项目，将在辽宁省某个集控站进行试点推广。在智能变电站 SCADA 系统 上， 进行视频联动，视频巡 检和分析决策的研究和应用，对传统的数据传递模式进行分析研究，达到在应用层的集成和应用。1.2 变电站智能化的现状变电站在整个供电体系中，启动关键的作用，是 发电， 输电，用电等环节中的重要一环。 电压站往往跟高 压，高 风险，高质量联系在一起。近几年来，随着创一流供电企业的要求和提高供电可靠性的需要，状态检修已成为电力部门各级领导放在战略高度重视和研究的课题。由于传感器、光纤、计算机及通信技术的飞速发展，电力部门信息化水平迅速提高，同时变电设备的性能也得到了很大改善，
16、开展状态检修的条件日趋成熟。智能变电站一体化平台就是结合现在成熟的智能传感，物联网技术， IED 设备，计算机信息计算， 计算机图形技术， 视频技术，结合我们变电站的生产实际， 综合设计的一套集智能管理，视频监控，智能决策分析的平台。将在我们的变电站，集控站的自动化生产中得到广泛的推广和应用。1.3 研究内容和目标本课题的主要研究内容：一、变电站的生产监测应用为了更好的对变电站的生产进行监测，我们要了解各种设备的工作特点，主要性能指标，选取监测的量 测项， 选取合理的智能终 端设备。浙江大学硕士学位论文 第 1 章 Error! No text of specified style in do
17、cument.2二、视频技术在高危卡点的巡检应用 变电站中，很多卡点都是高危的卡点，对安全性， 对环 境都有很高的要求。用智能设备来代替常规的人工巡检是相当有必要的。视频技术可以代替我们现场的观察。但人工巡检有线路和 顺序，以及 现场的巡检方案 变化。固定的 视频监测点无法达到这个要求。我们将把固定的视频监测点，通过不同的组合算法，来模拟巡检路线。同 时附加一些预按算法，来临时处 理突变事件的巡检方案。合理的视频组合算法，以及预按算法，是视频巡检的关 键，也是我 们研究的一个主要内容。三、变电站设备的状态智能分析体系通过智能终端返回的信号量，对应到具体的设备部件的量测项（点表对应）。依据国网颁
18、发的国网公司状态检修试验规程和状态评价、状态检修导则，建立设备状态综合分析。通过采集 设备个体的各种状态量数据（既使用在线监测仪器，也要充分利用常规的历史试验数据、缺陷信息、运行信息等），依据设备状态评估模型，对 其进行跨专业的综 合推理和分析，得出 对设备 状态的评分。算法模型如图 1.1状态量状态评分矩阵 S x f = a 1 1 , a 1 2 经验权重 f设备状态累计分 y ( n ) = v f设备风险阀值矩阵 S v = a 1 1 , a 1 2 NN = 1图 1.1 设备状态算法模型经设备状态评估，对处于“注意值”， “警戒值”的设备，发出预警，在监控系统中给出预警提示，并
19、通知设备 运行负责人（设备主人）。同时可以自动生成评估报告进行打印输出。四、B/S 架构系统在可靠性，可 扩展性上的架构研究因为系统对变电站有着实时监控，应用管理。 电力行业的高可靠性决定了系统在可靠性上的高要求。系 统架构的设计直接关系的系统的质量属性。系统的可靠性和可扩展性的要求，在系 统架构设计的时候是一个研究的重点。探讨各种HA 技术，各种负载均衡技 术以及各种架构的性能特点。选择一种最优架构。五、智能变电站统一建模模型浙江大学硕士学位论文 第 1 章 Error! No text of specified style in document.3为了统一变电站一次设备和二次设备的描述以
20、及与 IDE 设备之间的网络通信，进行 变电站的统一建模 时相当有必要的。 只有对 所有的一二次设备和通信进行了统一建模，采用更好的 实现平台的一体化。本课题的研究目标：通过本课题的研究，我们将结合智能传感， 图形图像，智能算法，高可用性、可扩展性的系统架构，设计 出可行的变电站智能应用系统。提高变电站的生产、管理和维护的效益，提高 变电站的管理绩效，提高 变电站的安全生产能力。为我国的安全用电，高效用 电做出 贡献。在传统的 SCADA 系统中基础上， 实现分析决策， 视频联动巡检技术。在设备状态分析， 视频监测分析上有很好的应用。同时为智能传感，系统架构，图形图像技术在电力行业的综合应用积
21、累经验。1.4 研究方法一、调研法深入变电站、集控中心，进行调研，明确需求。同时走访目前国内比较成熟智能终端厂商，进行学习交流合作。为系统的开展做准 备。同 时在系统实现过程中，及时调研反馈。跟客户和合作厂商及时沟通，交 换意 见。二、实验法由于系统的实际拓扑架构比较复杂，在开发中不能搭建实际的生产环境。我们要进行大量的模拟实验， 对系统中的关键功能进行 demo 设计，重复实验达到最佳效果。如在系统架构（系统拓扑结构）， 进行现场 模拟环境搭建，模 拟网络结构。进 行报文数据仿真模 拟。系 统模拟实验设备条件：1、 东方电子信号模拟器；2、数据采集装置模拟器；3 、联动服务器模拟程序；4 、
22、前置服 务器模拟程序；系统模拟实验协议条件：1、IEC104 通信协议；2、 IEC61850 通信协议；3、自定义内部解析规约。系统模拟试验所需软件有： 配置文件采用 XML (可扩展标记语言 Extensible Markup Language)作为信息交换格式，以一种开放的自我描述的方式定义了数据结构，体 现数据之间的层次关系。Altova XMLSpy 是一个工业标准的 XML 开发环境，为 XML Schema、XML文件的创建和编辑提供了高效灵活的环境。它还支持多种文档视图，便于对工程中 XML 文档进行管理。浙江大学硕士学位论文 第 1 章 Error! No text of s
23、pecified style in document.4IEC 61850 SCLValidator 是由 UCAInternational Usersgroup 和 Siemens 提供技术支持，一种基于网页 的 SCL 有效性的免费测试 工具。主要 验证配置文件和IEC 618506 中 Schema 的一致性，并且有针对性地测试 SCD 和 ICD 文件。IED Scout 是 Omicr0n 开发的针对 IEC 61 850 设备的测试工具，与 KEMA 相关软件的测试重点不同。它可以通过服务获取 IED 的数据模型，验证其正确性，并且自动生成配置文件。三、经验总结法对现有的资料，可借鉴的系统进行总结，同 时在已实施的方案上不断总结提升，得出新的设计方案。如对现有的 SCADA 系统的数据采集规则，拓扑 结 构进行分析总结，得出我们自己的拓扑结构图。1.5 本文结构组织根据上述研究内容和研究目标，文章其余部分内容组织如下：第二章：本章主要介绍智能变电站一体化平台设计开发过程中用要到的相关技术，包括了通信 IEC61850 协议，它是智能 变电站通信的基 础。智能变电站的统一建模，是智能变电站面向对象建模的重要环节。第三章：本章主要讲解系统的需求过程，通过用户图来描述系统的用户和系统边界然后讲解的系统的功能需求和性能需求。为下面系统设计打下基础
