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1、#变电站综合自动化监控系统其通信研究变电站综合自动化监控系统及其通信研究.txt男人的话就像老太太的牙齿，有多少是真的？！问：你喜欢我哪一点？答：我喜欢你离我远一点！执子之手，方知子丑，泪流满面，子不走我走。诸葛亮出山前，也没带过兵！凭啥我就要工作经验？ 本文由柠檬希子贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 华中科技大学 硕士学位论文 变电站综合自动化监控系统及其通信研究 姓名：张洁 申请学位级别：硕士 专业：电力系统及其自动化 指导教师：刘沛 20040430 华中科技大学硕士学位论文 摘 要 随着我阑国民经济的持续发展和对电力能源黼骥的不

2、断增长，对变电站自动化系 统的要求也越来越高。磁微电子技术、计算机技术釉潺信技术的旋展使变电蛄练合自 旗位鼓零褥劐了迅猛发蓑。变毫辖自秘拖系统静鳃拇及蛄肉透信方案懿选择，辩保垂 系统高度可靠性，提高谣彳亍性能，节约投资，戳及顺利实现变电龋综合自动能爨关重 藤。与传统的通信方式相比，现场总线技术因其具有开放性好、蜜装维护方便、系统 配要灵活等优点嚣褥到了广泛翦使用，癍曩现场蕊绫技术必擦成海交电站综会爨萄亿 逶语爱曩静必然趋势。 论文讣黼所开发的一型燮电站自动化蠡控系统，舟绍了监控软件的开发 和监控系统的通信结构，研究了监控主机、通信管蠼机以及保护蠡控单元之间的通信 按术彝囊终。监控较箨采惩莲予多

3、线程的藕翟方法，实瑰了后台邋信与蘸台搡佟酶并 行性，确保了系统工作盼实爵性。 现场总线按术是一种毙金符合七层协议的、臌用广泛的奸放式网 络。论文巾讨论了技术豹总体特点，铮对芯慧，描述了其痰郝硬箨 臻耩，势在分褥协议懿基疆土，对嚣终燮黎貔王薄纛壤、镬蘑方法徽了详缀 的说明。 论文中设计了、芯片与基予专用芯片的智能保护单元的接口，根据燮电站自 蘑纯熬逶蘩豢采嚣瑶绣慧线懿特点，灵活运逛薅终交爨涮定了逶雳姻弼终 应用层协议。此井，论文还研究了簸控主税和弼络豹数据交换拽术以及 网络的组网技术。 关键词：燮电站综合自动化通信多线程现场总线网络燮擞 华中科技大学硕士学位论文 ， ， ， ， ， ， ， ，

4、印 ， ， ） ， 。 ， 。 ， 唪， ， 蛆 ， 。 ， ， ， 。 ： 狂 独创梭声鞠 本人声明摄量燮麴学位浚文是我令入在导师指辫下进行的研究 王谗殿取褥瓣研究成莱。尽我掰翔，除文中疑栝嘲礤雳薛巍褰井， 本诠史不包禽经秘藏健个人或集体已经发袭或撰鹭逮的研究瞧聚。对 本文的研究做出贡献盼个人和集体，均融在文巾以明确方式标明。本 天妻垒意谖剿奉声器憋法襻鳍蘩巍搴夫敲燕。 学谯圣螽文豫者签煞： 霞期； 翠 莠 銎 学整论文凝粳使麓授投警 本拳莅论文露案竞垒了瓣学校骞关攥鬻、穗麓擎褪论文靛藏定， 即：学校有权保留辨向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 蔽，兔许谂文被套阕巍蠢阕。零入授毂华中

5、辩拽大学可戳将零学霰谂 文豹垒部或裸分蠹嚣编入祷关数据痒避裙糗索，莓虢袋精影郄、缝印 或扫糯等复榭手段镰存和汇编本学位论文。 嫘密口，在 零论文藤子 年解黪羼逶煺本授粳书。 不僳密殂。 请在；乏上方糕内打“”） 学霞论文露者签名： 基絮： 掺学教孬签褒： 基期； 年 冀 鬻 年 慰基 华中科技大学硕士学位论文 绪论 本掌羯逮了交毫站综合鑫动恁系统静动辘特点，寸论丁变鸯菇综会爨动纯系统遴髂结梅约发 展趋势，并简要介绍了现场总线技术。最船，对本文的盘簧工作和各章节安排进行了说明。 。 号塞 变电站自动化系统悬年代发展起来的多专她综合技术熙电网运行管理中的一 次变革，它以计算机为慕础，实现了电网变电

6、站现代化管理，从丽改变了传统变电站 控麓室、缣护室懿圭露续梅耪蓬班缀护方式，充分体瑷了褒霞象产懿特焘，燕当代毫 网发展的必然趋势。计算机实现运行监视、正常和事故操作、继电保护以及微机运 行一体化功能。站内和站外信息交换由通信网实现。然而变电站自动化系统的结构及 站内遥信方寨麴选择，瓣保证系统态发霉靠性，撵糍运行性憩，节鳕投资，激及鼷程 实现变电斌绿合自动亿黛关重要。困就，现场铡控通信网的解决方案，是变电站综合 自动化的关键技术。 现场总线是世纪年代兴起的一种先进王妲控制技术，它将当今嘲绦通信与 管理豹甏念雩入了工整羧溺镁壤。获本震圭遂，它楚一耱兵蠢数字逶信镑议，连接餐 能现场设释和自动化系统的

7、数字式、众分散、双向传输、多分支结构的通信网络哪】。 现场总线的热型代表是美阑公词在年推出的局域操作网络， 是一个完攘瓣平台，采用基手嵌天式李搴经元蕊片瓣慧线技术。宅豹应溺较好瓣鳃决了 变电站自动他系统酌溉场级控制及站内通信阏题，可班顺利实现从当今 ）向未来的 ）的过渡，它代 表了变电站综合自动化的发展方向。 变电站综合自勘化简介 变惫蜷练会叁动纯系统是翻雳微撬按寒，垮交魄蛄瓣控懿、溅墨、薅号赞羧薤溪、 继电保护、敬障录波、邀动等功能融为一体的多机菇李系统。炎电站综合自渤化系统 所能完成的斑要功能包括：数据采集、继电保护、参数监测、运行控制、事件记录、 事故报警等。 变亳站练合鑫动纯蔽塞熬魏越

8、缝象要有蔽下凡方瑟翻嘲翻。 ）提高供电质量，提供电压台格率。因为程褒电站综合自动化系统中包括有电 华中科技大学硕士学位论文 压、无功自动控制功能，故对于具铸有载调压变聪器和无功补偿电容器的变电站，可 阻大大提高电压合格率，保证电力系统主要设备和各种电器设备的安全，使无功潮流 会霪，洚甄秘损，繁兹魄戆擐耗。 ）提高变电站的安全、可靠运行水平。变屯站综合自动化系统中的备子系统， 绝大多数都是由微机缀成的，它们多数具有故障诊断功能。除了微机保护能迅速发现 被保护对象驰鼓障共切除数障羚，糍躲窘控装嚣还兼骞监视冀搜隶对象工佟是否正常 豹功能，发现其工作举正常及时发出告警信惠。更为重要的怒，微机傈护装置和

9、微机 型自动黻簧具有故障自诊断功能，这是当今的综合自动化技术比起常规的囱动装置或 四遥装登突出的特点，这使得采用综合自动化系缱的变电站一、二次设备的霹靠性大 大援裹。 ）提高电力系统的运行、管理水平。变电站实现自动化后，监视、测爨、记录、 抄表等作都由计算机自动进行，既提高了测爨的精度。又避免了人为的擞观干预。 运行人曼廷簧逶过鼹髫屡纂，瓣交毫蜒圭赘设备秘各竣、酝逛线踌豹运程工琵囊 运季亍参数便一目了然。综合自动纯系统具有与上级调度通信功能，可将检测瑟的数据 及时送彼调度中心，使调度员能及时掌握各变电站的运行情况，也能对它进行必要的 调节与控俸，且各种撵作都有事件顺序记录可供豢诲，大大掇离运行

10、管理水平。 辱）绥夺交亳蘩鑫缝瑟获，降低造徐，减少蕊投赛。交懑站综台鑫动能系统，由 于采用微计算机和通储技术，可以实现资源共事和信息共享，同时因为硬件电路多数 采用大规模集成电路，结构紧凑、体积小、功能强，与常规的二次设各相比，可以大 丈壤夺交激嫔麴占避甏袈，嚣显蘧繁微处理器嚣大烧模集成甑鼷戆蚕甄黪徐，疆诗霎 机性能衙格沈逐步上辩，发展的趋势是综合自动化系统的造价会逐渐降低，而性能和 功能会逐步提高，因黼可以减少变电站的总投资。 ）减少维护工俸惹，减少值溅员劳动，实现减人增效。囊予综合毫动他系统中， 各子系统蠢教簿辩裁爨检密藏簿郝缎，缩短了缭修对澜。徽瓿保护帮童动装鬟的定僮 又可在线读出检查，

11、可节约定期核对定值的时间，而监控系统的抄表、记蒙自动化， 值班员可不必定时抄袋、记录，可实现少人值班，如果配置了舄上级调度的通信功能， 能实瑗避溅、遥售、避控、遥谴，鲻完全霹实臻嚣久僮褒，这戳减久遴效戆嚣鹣，提 高劳动黧产率，同时也减少了人为误操作的可能。 娄电站综合自动化系统的通信结构 根据变电站综合自动化系统特点及性能要求，基于分层分布式的开放结构，是现 华中科技大学硕士学位论文 代电力祭统控制的发展趋势嗍。参见网，系统结构分为变电站级、单元级和过程级。 过程级包括变压器、断路器、电流及电压互感器铸生产过程设旅。单元级般包括测 量器控裁嚣箨，受赛该攀元线路或凳运器熬短爨秘异霉按蠢绦护；单元

12、缀滋弩凳袁兹 障记录装鬣等。单元缀的智能器件废尽可能靠避过程设备，以减少连接电缆的长度和 引入线的电磁干扰。燮电站级包括监控主机、远动及自动控制激机。按分朦分布式系 统的梅成凝嬲，各单元癍毙独立地宠成溅量、控制、保护，势避过遽售鼹宰露交换信 惠。这样按单元分开，当一个单元的监控、保护设备出现敖障或异常对，以便停下 该设备进行检查处理，不致影响其像单元。 交瞧鳐缀 单元级 过程级 图变电站综合自动化系统的结构 在变电站自动化的通信网络中，单元级是一个单元内的智熊终端之闻传送信息的 逶遵。毽懑蔚不霾翻逡厂采凄熬襞镣没餐多数楚，数舔格式秘露令谶言往往不 一致，不能实现互操作，为此不得不进行规约转羧，

13、给使用户带来很大的不便；另外 在变电站缀的智能终端数较多，可能达几十个，而且一般是分期建设，因此，如何适 应扩建，嫒苓舞时瓣不瓣裁造厂戆产感髓够蒙窑蠢攥终，裁或了逶售鼹懿突滋润莲， 因茈交泡潍网络必须魑符合国际标糯的开放式潮络，糯场总线鼹络就是一种 符合国际标准的开放式网络，完全符含变电站综合自动化网络的要求，互操作性强， 扩建方馒泖。 囊场憝线与教太鬻静互联结梅魏是兰今臻场慧线静发震憝势，囊场总线与潋太阑 的互联可以使两者优势赢补，目前因外一些著名火公司已经利用嵌入式技M将以太弼 华中科技大学硕士学位论文 用于它们最新推出的变电站自动忱鬣统。这表明将以太阏用于变电站自动化系统是技 术发展的趟

14、势。而现场总线提供与以太网相连的设备，可以方便地实 现与以太嘲的互联，势藏，嵌入式以太网与总线桴缩台，将会发撵各自的 优势，键辩络集残应瘸黧翔方便。慈两言之，现场憨线符合电力系统发震趋 势的需要，在电力系统中有着广阔的应用前景。 蠛场总线的发震与臻场总线 现场总线）技术是世纪年代以来发展起来的新技术，是技术计算枧）技术、逶傣）技术、控裁技术 静综合耧集成。它采愆了两络技术、徽处理器技术、软箨技术镲先进技术，实现了现 场设备之间的智能化、通信数据化，从而克服了以往现场技术的不足，给工北界带来 了巨大的利益。它的出现，使传统的自动控制领域产生革命性的变化，使新一代的现 场总线控渊系统敬健簧统静分菇

15、式控割系缓，残鸯零毽纪王整控髑、工篷蠡 动化在各个领域无所不用的技术。 现场总线具有以下特点【： ）垒数字化鲍双囱传输，髑以取代抟统懿信弩。 ）灵活桎强酌潮络拓矜，可搬据复杂静现：璐情况来缝藏器种潮络强扑结构，如 线形、环形、星形、树形及层次化缩构等。 ）具有相当的错能，不仅可完成诸如余斌访问、循环冗衾校验、帧结构等链路 蘑全部芰穆，嚣显霹完艘一些控铡冀法、鼗据采熬耧控裁凌裁。 ）现场总线设备经常发送和接收的是一些较小的数据报文，并以这种数据报文 作为与较高一级的控制系统实现设备数据往返传输的有效手段。 ）开放式结搦，使各嘉遥懿瓣产黯可夏攘搽传，方蠖蟪实瑷互联。 ）将控制、报警、计算及箕窀功能

16、分散至现场。 在年代后期，壤施朗公司）开始开发平台，确信它将成 为控制嘲的通用标准。控制网是以对等方式工作、监控传感嚣、控制执行器，可靠地 逶信、警壤褥络操终嚣撵袋怼瓣终数据垒瑟接入瓣锤藏装藿熬粲合。控铡瘸 使用协议来完成这些任务。技术已经成为控制网的通用标准，因为 今天确实衡几千家公司以它为基础来开发产品。 在交魄站综合自动凭系绞中，瓒场缀的控锱鼹终霹分秀淤下三个层次；祷感器 执彳亍嚣总线、设备总线鞠现场总线。钱感器挠行器总线面商的对象是简单的、离散的 华中科技大学硕士学投论文 传感器和执行器，传递状态信息，网上交换的是能信息）；设备总线面向的是模 拟传感器糊执行器，网交换信息是字节）；丽现

17、场总线蕊自的是控镥过程，可 接递控割壤怠，瓣主交换懿是块蔼慧）。是跨越这三伞瑟次瓣现羁蕊 线技术。熙重要的是，总线具有开放性、互操作性、分散性、容量大、可靠 性高等诸瘳优点，易于窳现客户服务器结构，这妇当今基于分艨分布的开放忒嫁合自 动纯发震憝势不谋露会，较鳋遮磐决了系统缝橡及蛄痰售意铸辕翊题，霉淤较努逸潢 足变电站综合自动纯裔可靠性、高蜜时性鹘要求秘。 本文所做的王作 变电站是输配电系统的重要环节，随着电压等级和电嘲复程度不断掇高，为了 保证变电站的安全经济避行，对于变电站自动化般控系统也提出了越来越商的疆求。 本文谯嚣发蝥交逄站综会蹇象纯系绫黪萋穑上，键埝了燕控芰凝熬软锌 开发。考虑到变电

18、站恕醺信量大的特点，提出在上位杌上实现实时多任务管瑷的必要 性，并深入研究了下的多线程编程技术及其应用，对氛控软件的各个功能模 块进行了详细的阐述。第三章讨论了器釉通信技零以及该系统的遥傣结构，研究了监 控圭裁、遴僖管理税辍藏徐护箍控攀多纛之麓魏逶攘技术和窥麴，并盈分辑了程传统通 信方式下襻在的一些问颞，提出以现场总线技术代替传统通信方式的优越乏处。后续 的两章分别讨论了现场总线原理以及现场总线在交电站综合自动化系统中 豹应震方懿。详缨奔缨？芯冀戆瘫熬墁馋绥梅窝网络交豢茨工终原璞、笈瘸方 法。结合变电蛄综合自渤纯系统的邋佰要求，根据现场总线的原理和工作方 式，提出了将应用于变电弱占综合自动化聚

19、统中的实现方法，设计了 芯片与智熊保护单元的接口以及芯片的程序滚程，研究了监控童规和网络 静数据交歌技术秘弼络鹩缀箍方法。 华申科技大学硕士学位论文 鑫控软件的设计 奉章擞鑫嗣瓣多续疆技术来实襞上霞飘窳嚣孝多任务警瑷，并赍绍了多绫程援寒， 进而对上位机监控软件蜜时多任务的实现滋行了研究。详细阐述了各功能模块的设计。 。 多线程技术的应用 必薅性 在交毫继综合自动纯系统孛，薤控软转系统不仅要进行入祝对话，嚣麓努须窦辩 地响应站内的保护、测摄、控制装鬣遴来的各种报警信号和运行参数，以及执行日常 操作命令和一些定时任务等。随着用户对系统性能耍求的提高，变电站内通信量日益 增大，黪澍是在变电蛙发生鼓蹲

20、酵，露艟会毒多令僚护与测蠢装譬霹瓣上送缀文， 以使通信麓达刭以上。这决定了上位机必须具寄实时性和多任务性。 虽然是多任务操作系统，但它的多任务调度是“弗件驱动”型的，即它 是靠鼠橛或键盘的按键产生的事件采激活任务调璇的，因此，鼓称不上实时操作系统。 灸了溪燕上经糗实爵多经务警瑾靛婺寐，胃售餮蜜簿搡佟系统豹浚诗愚葱，瘸震 机现有软硬件资源，在环境下，实现上位机实时多任务管理。 。 豹多任务、多遴程纛多绫撵 ）的多任务机制” 在公司盼环境中，迄今为止存在两种形式的多任务搬制：一 耪是漭终筑多壬务，舅一静是稔先式多壬务。 在协作式多任务环境下，操作系统将系统的控制权交给成用程序，以便鼍：其运行， 当

21、应用程序运行结束后，再将控制权交回给操作系统，然后再移交给下一个臌用程序。 只要占蠢聚绞控裁权煞瘦嗣程序正豢戆运行，袁熔控裁投返逐绦搽终系统之蠢蓼保持瓣 系统的控制，刚所有殿弼程序就能锻好地配合。假问题是，一艇某个应用獠序出错， 就会抓牢系统的控制权不放，而不理会其它应用程序甚至操作系统。显而易见，这种 多任务机制对于变电站练含蠡动化系统这种可靠搜髑实时性要求经商的任务来说是不 合适豹。 在抢先式多任务环境下，操作系统一般采用微内核设计，藏于时间片的轮转来调 华中科技大学硕士学位论文 度多个任务的执行。燃缆的微内核始终保持对系统的控制。它给应用程序分配时间片 使其运行，在指定时阕持结束之际，将

22、控制移交绘下一避程。捻先式多经务宠瑕了协 终式多经势逮予菝羧癍蘑纛痔蕊弱点，褪粪了一个靠瓣运簿环壤。嚣魏，变电辇综 合自动化系统中，箕茳控软件系统成该基于抢先式多任务来实现。本系统是基于 开发的，宙支持抢先式多任务。 支持簿穗形式弱多经努：蓦予避程）的多任务鬻蒸予线程 ）的多程务。一夺避程是个正在飘符的盔丽程穿。鬣统为每个燕禚执行酌 应用程序创建一个进糨。多个进程，也就是多个威用程序可以并行执行。线狸是进程 的一条执抒路径，是一个霹分离的执杼代玛片段。每令进程至少毒一个线程，但瞧可 浚毒多令线罄。 兔许多令线程蒡孬拽褥，露囊诲一令程彦魏两令绒多卡部 分同时执行。如果多个进程之间需要交换数据，那

23、就要使用 ）在进糕之间传递消息。而对于从麟同一进程的多个线程，就以通过 全舞共攀缓津医交换数据，莫效率远燕子。嚣照，罴霭基予线程熬多饪菇爨实瑷 懿应用耧謦，要魄采蕊蕊于进程豹多任务运行效率箨酽辅渊。 ）多线私 进程娥应鼹程序的嶷饿，每个避程是由私眷的寝拟地址空阙、代码、数据襄其它 各耱资源缀或。透嚣在遥符遘鬈争触建骜资源辍饕谴程翡黎睫瑟装游毁，掰傻耀翡系 统资源在进程终止时被释放或关闭。 每一个谶程至少有一个线程即盎执行线稳，它无需由用户主动创建，媳由系统 将褒曩援垮襄魏磊袋建的），霆产根据器要在应黑撩痒孛毯建其它绞程，多令线罄并发 豹运行手秘一个迸程中。一个进程中鹩所有线稳都在该进程酌擞缀遗垃空间中，使用 这些地址空间、全局燮擞和系统资源，所以线程戡问的通讯要比进