1、接触网变电电气工程及其自动化铁道供电专业毕业论文设计 题 目：基于WXH7S线路远程控制的研究与实现 专 业：xxxxxxxxxxxxx 学 号： xxxxxxxx 姓 名： xxxxxxx 指导教师： xxxxxx 学习中心: xxxxxxxxxxxx xxxxxxxxx 大 学 xxxx年xx月xx日院系：xxxxxxxxxxxxxxxxxx 专 业： xxxxxxxxxxxxxxxxxx 年级： xxxx 学 号： xxxx 姓 名： xxxxx 学习中心： xxxx 指导教师： xxxx 题目：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 指导教师评 语： 指导教师： (签章) 评 阅
2、 人评 语： 评 阅 人： (签章)成 绩： 答辩委员会主任： (签章) 年 月 日 毕 业 设 计 任 务 书班 级： xxxx 学生姓名： xxxx 学 号： xxxxx 发题日期： xxx 年xx月xx日 完成日期： xx年xx月xx日题 目：基于WXH7S线路远程控制的研究与实现 _题目类型：工程设计 技术专题研究 理论研究 软硬件产品开发一、 设计任务及要求研究WXH7S微机线路测控装置的操作,实现对线路的远程控制。二、 应完成的硬件或软件实验运用WXH-7S微机线路测控装置，完成变电站主设备和进、出线的遥信、遥测、遥控等功能。三、 应交出的设计文件及实物（包括设计论文、程序清单或磁
3、盘、实验装置或产品等）1 设计论文； 四、 指导教师提供的设计资料 五、 要求学生搜集的技术资料（指出搜集资料的技术领域） 六、 设计进度安排第一阶段：了解WXH7S线路远程控制装置的基本功能及基本原理； 第二阶段：变电站综合自动化技术研究； 第三阶段：电力运动技术的研究； 第四阶段：WXH7S线路远程控制装置功能扩展的探索与研究； 第五阶段：完成毕业设计论文。 评阅及答辩 （ 周） 指导教师： 年 月 日学院审查意见： 审 批 人： 年 月 日诚信承诺一、 本论文是本人独立完成；二、 本论文没有任何抄袭行为；三、 若有不实，一经查出，请答辩委员会取消本人答辩（评阅）资格。承诺人： 年 月 日
4、参考文献.40摘 要随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，整个社会信息化和电气化程度的不断提高，电力供应作为国民经济的基础，其安全性和质量就显得尤为重要。因此，电力管理部门迫切要求电力设备集成化、综合化、自动化，希望能用科学的手段来管理变配电系统。这也是电力产业发展的新趋势。应用电力远动系统(SCADA)是电力系统自动化的必然趋势。它是综合应用现代电子技术、通信技术、网络技术和图形技术并与配电设备相结合，将配电系统在正常和事故情况下的监视、保护、控制和供电企业的工作管理有机融合在一起的综合性先进技术。它可以大大提高电网安全运行水平，改善供电质量，降损节能。SCADA系统是一项涉及电网一次、二
5、次设备、通信系统、调度自动化系统、变电所的运行方式和运行管理诸方面的综合性系统。SCADA系统具备四遥功能，即“遥信、遥测、遥控、遥调”。 微机远动系统是按功能划分的分布式多单元，多CPU数据采集、控制系统。WXH7S微机线路监控装置是其中的一个模块，完成变电站主设备和进、出线的遥信、遥测、遥控等功能。本文主要研究WXH7S微机线路监控装置的遥控功能。关键词：电力系统 SCADA系统 遥控AbstractWith the development of national economy and improvement of the peoples living standards, the co
6、ntinuous improvement of the whole social information and electrification, power supply, as the foundation of national economy, its security and quality become more and more important. So the national electric administrative department requires the electric equipment integration, totalization and aut
7、omatization in high speed. It is hope to manage and change the distribution system with the scientific means. It is also the new trend in which the electric industry develops.Supervisory Control and Data Acquisition System（SCADA）is a certain trend to realize the automation of the power system. It is
8、 a comprehensive advanced technology which contains modern electronic technology, communication technology, network technology and graphics technology. It can not only keep watch on but also protect and control the distribution system in the case of normal and accident. Substation automation combine
9、d with management of the power supply enterprise can improve the safe operation level of grid greatly and better power supply quality, meanwhile, decrease waste and save energy.SCADA is a comprehensive system, which interfere in electric power network once、twice facilities、communication system、dispa
10、tching automatic system, substations operational pattern, operational management and so on. SCADA system has four Remote Functions telesignal、telemetering、telecontrol and teleadjusting. The SCADA system is a distributional multi-units, multi-CPU data acquisition and control system classified by func
11、tion. WXH7S computer line monitor and control unit is one module of them，which is responsible for telesignal , telemetering and telecontrol function of main converting station equipment and its in/out line. The paper mainly discusses the telecontrol function of WXH7S computer line monitor .Keywords：
12、power system SCADA system telecontrol第1章 绪论 SCADA概述 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，整个社会信息化和电气化程度也越来越高，电力供应作为国民经济的基础，其安全性和质量就显得尤为重要。因此，国家电力管理部门迫切要求电力设备集成化、综合化、自动化，希望能用科学的手段来管理变配电系统，这也是电力产业发展的新趋势。由于生产过程自动化程度日益提高，人们不断谋求对生产过程，特别是对处于分散状态的生产过程的集中监视、控制和统计管理。为适应上述目的，远动技术在综合自动控制理论、计算机技术和现代通信技术的基础上迅速发展起来。远动技术即是调度所与各被控端（
13、包括变电所等）之间实现遥控、遥测、遥信和遥调技术的总称，由远动装置在调度所和变电所之间充当传送各种信息的桥梁。它是实现系统实时调度和进一步实现调度自动化的基础，传统远动装置的主要功能是遥控、遥调、遥测和遥信。所谓遥控就是指远距离控制，亦即从监控主站发出命令通过执行端实现对被控对象的远程操作，这种命令只取有限个离散值，通常取两种状态切换指令，如开关的“合”、“分”。遥信，顾名思义，是将被控站的牵引供电设备状态信号、事故报警信号等远距离传送给监控主站处理，如开关位置信号、事故、预告信号等。遥测是将被控牵引供电设备的某些运行参数远距离传送给监控主站处理，如有功和无功功率、电度、电压、电流等电气参数及
14、故障点等非电气参数。遥调是指监控主站通过命令直接对被控站某些供电设备的工作参数进行远距离调整，如调整变压器的原边电压等。远动技术在20世纪30年代首先用于铁路运输系统，40年代用于电力系统，我国在50年代末才在电力系统中采用。而电气化铁道远动系统在我国60年代开始研制，80年代才得到了广泛应用。和电力系统远动装置一样，电气化铁道远动系统也经历了继电器、晶体管、继承电路和微机远动系统几个阶段，相应的远动系统也称为第一代、第二代、第三代和第四代远动系统。目前广泛应用的电气化铁道远动系统均称为微机远动系统。以微型机为主构成、以完成常规“四遥”功能为目标的监视和数据采集系统，简称为微机远动系统，即SC
15、ADA系统（Supervisory Control and Data Acquisition System）。这种系统的被控端简称为远动终端，即RTU（Remote Terminal Unit）。由于计算机的速度越来快、功能越来越强，使得微机远动系统除了传统的“四遥”功能外，还可完成许多其它的数据处理和管理功能，如根据需要，编制各种不同的图形、报表，可与其它系统联网等功能，还可提供操作人员的在线培训、防误操作以及辅助决策等功能。因此，具有这些扩展功能的微机远动系统，我们称之为微机监控系统。微机监控系统由3部分构成：控制中心（Control Center,也称为调度端）、通道（Channel）和
16、远方终端（RTU）构成1。 1.2 SCADA在国内外的发展及应用 作为电力网监控系统，SCADA是较早提出来的一种电力自动化系统。电网调度自动化系统概念的提出是在50年代中期，这标志着现代电网自动化的开始。以前只有远动装置及机电式的调频装置，不成为系统。60年代初，有些电力公司利用数字计算机实现电力系统经济调度，开始了计算机在调度中的应用。在1965年美国东北部大停电后，多数电力公司意识到依靠远动装置在模拟盘上显示信息的方式已远不能满足复杂电网安全运行的要求，开始把计算机系统的应用从以考虑经济为主转移至以安全为主，就出现了所谓电网SCADA系统，但是上述成果还不是综合的系统。从70年代开始，
17、出现了综合式数字保护系统的第一个原型，即日本Kabsia公司与三菱公司合作的SDSC-I型系统，实现了一个77/6.6 kV配电所的所有测量、控制和保护功能。美国、英国、法国等国家的一些公司也相继开展了这种全新概念的变电站综合自动化系统的研制，其中规模较大的是美国电力研究院(EPRI)和西屋公司合作的SPSC系统；瑞典的ABB公司生产了适用于低压系统的SCS 100及适用于高压系统的SCS200。这些示范性工程的成功，为这种技术的推广起了积极的作用。进入80年代，由于计算机技术的飞速发展，综合式数字变电站控制和保护系统进入了实用阶段。并且目前国外一些发达国家己经在各种电压等级的变电站实现了无人
18、值守，取得了显著的社会经济效益2。 SCADA系统发展到今天己经经历了三代，第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统。第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统，在第二代中，操作系统一般是通用的UNIX操作系统，SCADA系统在电网调度自动化中与经济运行分析、自动发电控制(AGC)以及网络分析结合到一起构成了EMS系统(能量管理系统)。第一代与第二代SCADA系统的都是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护，升级以及与其它联网存在很大困难。90年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的SCADA系统称为第三代3。这一阶段是
19、我国SCADA系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都汇集进SCADA系统中。 我国的电网调度自动化起步较早，大体经历了远动化、数字化和自动化三个阶段。早在20世纪50年代中期，就开始研制有接点遥信和频率式遥测远动装置，在东北、北京等地区进行无人值班变电站的试点，并在计算技术的影响下，由布线逻辑向数字化、软件化的方向发展。 1958年电力部主管部门做出了一项关于研发计算机的重要技术决策：支持当时的华北电力设计院派人参加由中国科学院计算所研制的我国第一台大型数字电子计算机（104机）的调试和投运工作。此工作导致了电力部门161电子管计算机和167晶体管计算机两代计算机的研制和应用开发工作。随后
20、骨干力量分流到电力部南北两个主要研究单位电力自动化研究院和中国电力科学研究院，促进电力部门较早地进入数字技术领域。两代计算机的先后投运和推广应用，在设计、研制、科研和运行领域培养了大批计算技术应用人才，推动计算机和远动技术相结合，向自动化方向发展。1972年，广东省中调所和华北电力设计院合作，使广东省自制的108乙机与SF58有接点遥信和频率式遥测远动装置互连成功。这是我国最早实现计算机与远动结合的一个实例。但是，由于当时我国走的是一条按部就班的由电子管、锗晶体管、硅晶体管、集成电路的路子，很快就被绕过电子管和晶体管、直接走向集成电路、实现跨越式发展的日本超过了。这也是我国电网调度自动化技术在
21、改革开放前发展不快的一个原因。改革开放前，我国电网调度自动化领域内的远动化和数字化是按远动和计算机两个专业各自发展的。二者结合组成一体化的SCADA系统，并取得“引进消化开发创新”的快速发展，则是改革开放后的事。1978年电力部主管部门力排众议，做出了第二次技术决策：随1979年我国第一条500kV超高压线路平武输电工程引进我国第一套计算机与远动终端（RTU）一体化的SCADA系统。随平武工程从瑞典ASEA公司引进的SINDAC-3 SCADA系统，通过DS-801 RTU对平武线一线三站实现了安全监控。经消化、开发、汉化并接入其他远动终端后，该系统扩充为整个湖北电网调度自动化系统，稳定运行达
22、15年以上4。 SINDAC-3系统的引进，确立了计算机与远动相结合的SCADA理念。差不多与此同时，电力部通信调度局还从日本日立公司引进了用于通信调度的仅含主站的H80E系统。电力科学研究院和电力自动化研究院分别参与了上述两项工程的引进和开发工作。在“引进消化开发创新”方针的指引下，部属南北两院在20世纪80年代中期起先后开发了PDP-11/24、MicroVAXII、VAX-11/750、VAX4000等计算机与远动终端相结合的SCADA系统。 目前，我国500kV电压等级的变电站大多数基本上为有人值守运行方式，且自动化水平及可靠性也不够高。新建的220kV及以下电压等级的变电站都按无人值
23、守的运行方式设计，并且对原有变电站也在进行综合自动化设备的更新和安装。如今，西安交大、清华大学、华北电力大学、南京自动化研究院、北京四方继保公司等科研院所对SCADA系统都进行了理论与应用研究，部分理论和算法达到了国际先进水平。国内许多生产厂家在这方面也进行了大量的研究与开发，经过近二十年的实践与应用，电网调度自动化系统从集中式到分布式，其技术特点及运行要求等方面均取得了极大的发展。特别是近年来，随着我国国民经济水平的提高，电力系统也获得了前所未有的发展，电力需求的增长也使得SCADA系统得到了广泛的推广及应用，为满足电力系统运行管理现代化的迫切要求，普及SCADA系统己迫在眉睫。国内已有科研
24、单位和厂家推出了产品，并投入现场运行，取得了一定的效果。总的来说，已推出的产品具有一定的技术应用价值，也得到了一些用户的认可；另一方面，由于近年来国家在配网改造方面投入大量的资金，各电力公司对配网的进一步重视以及新的用电需求的出现，从功能上来看，现有装置存在的欠缺正逐步显露出来，如精度低、不能进行谐波分析计算以及电压质量统计功能简单等。更多的问题是，设计时算法的选择不完善、没有断路器在线监测、故障诊断功能；未考虑与配网自动化多种通讯方案接口，预留通讯接口不够等缺陷。这些缺陷影响了装置的大量推广和运行。SCADA系统在电气化铁道远动系统的应用技术上已经取得突破性进展，应用上也有迅猛的发展。由于电
25、气化铁道与电力系统有着不同的特点，在SCADA系统的发展上与电力系统的道路并不完全一样。在电气化铁道远动系统上已经成熟的产品有由我所自行研制开发的HY200微机远动系统以及由西南交通大学开发的DWY微机远动系统等。这些系统性能可靠、功能强大，在保证电气化铁道供电安全，提高供电质量上起到了重要的作用，对SCADA系统在铁道电气化上的应用功不可没5。目前SCADA系统的通信标准一直处于多种标准同时存在，且有些标准格式互不统一，造成各个厂家的设备互相不兼容。因此，通信标准的统一也是将来SCADA系统发展中的一个重要方向。IEC 61850是国际电工委员会制定的变电站通信网络和系统系列标准，也是国家电
26、力行业相关标准的基础。经过多年酝酿和讨论，该标准2003年己经正式发布了大部分内容。它是全世界唯一的SCADA系统通信标准，也将可能成为通用网络通信平台的工业控制通信标准。1.3 SCADA的功能目前各厂家生产的调度自动化SCADA主站设备虽然都各有特点，但都具有以下基本功能：1.3.1数据采集功能计算机按照预先选定的采样周期，对输入到系统的模拟信号、数字信号、开关信号进行采样，并把所采集的数据保存起来。采集的频率一般取决于信号的测量精度和信号本身的频谱特征。对于模拟信号的采样，要经过模数转换，将模拟信号转换成数字信号。对于数字信号和开关信号而言，一般关心的是它的电平状态的变化，而不是信号幅度
27、的测量值，不需要进行模数转换。模拟信号处理模拟信号是指随时间连续变化的信号，这些信号在规定的一段连续时间内，其幅值为连续值，即从一个量到下一个量时中间没有间断。例如正弦信号x(t)=Asin(wt+)。模拟信号一般有两种类型:一种是由各种传感器获得的低电压或电流信号;另一种是由仪器或变送器输出的符合某种标准的电流或电压信号。这些模拟信号经过采样保持和A/D转换输入计算机后，常常要进行数据正确性判断、标度变换、护线性化等处理。模拟信号非常便于传送，但它对干扰信号很敏感，容易使传送中的信号的幅值或相位发生畸变。因此有时还要对模拟信号做数字滤波、零漂修正等处理。数字信号处理数字信号是指在有限的离散瞬
28、时上取值的间断信号。在二进制系统中，数字信号是由有限字长的数字组成，其中每一位可以表示为0和1两个数码。数字信号的特点是:它只代表某个瞬时的量值，是不连续的信号。数字信号是由某些类型的传感器或仪器输出，它在线路上的传送形式有两种:一种是并行方式传送;另一种是串行方式传送。数字信号对传送线路上的不完善性(畸变、噪声)不敏感，这是因为只需检测脉冲的有无来获取信息，至于信号的精确性(幅值、持续时间)是无关紧要的。开关信号处理 开关信号主要来自各种开关器件，如按钮开关、行程开关和继电器触点等。开关信号的处理主要是监测开关器件的状态变化.1.3.2事故追忆功能 此项功能是调度员能够在电网发生事故后，及时
29、了解事故前后发生的电网事件序列。能将电网事故发生的前一段时间和发生事故后一段时间电网中指定模拟量值和计算量值列表显示。启动信号可以是实时采集的模拟量或状态量，也可是计算模量或计算状态量。1.3.3历史数据存储 实时数据库中的任何数据都可以被保存到系统的历史数据库中。数据类型主要是遥测量、电度量。通过MMI(人机对话)环境中的历史数据检索功能对历史数据库进行操作和管理。历史数据可以复制在磁带和磁盘上。事件数据可以按名称、时间等来检索。1.3.4报表功能 报表对于日常统计应用来讲是非常重要的，所以一般SCADA系统都具有较强的报表功能，能方便地提取历史数据库数据。系统除了应提供报表中经常要使用的计
30、算公式(最大、最小、平均和带条件计算等)外，维护员还可以自己制作计算公式。报表数据维护，包括制作、修改有权限规定。方便用户自己定义各种统计分析报表，如供电可靠性、设备可靠性统计分析报表等。1.3.5特殊运算功能 有些实时数据不是直接测量到的，比如联络线潮流总加、全网发电总功率，实际上，这类数据是SCADA利用特殊运算功能得到的。特殊运送功能就是对某些直接采集到的数据进行某种数学运算，得到一些不能直接采集到和由于某种原因没有采集到的数据，以弥补测量系统的不足，满足电网调度的需要。主要包括实时数据(遥信、遥测、常数及其组合)的计算功能，历史数据(遥信、遥测、常数及其组合)的计算功能。启动计算功能的
31、速率应可调整。提供成套完整的计算公式，算法包括四则运算、逻辑判断等。该功能扩大了SCADA提供的时实数据规模，更适应电力系统调度运行的需要。1.4 研究SCADA的重要意义SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制)系统，是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能。SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提
