电力101规约详解和编程思想.pdf-资料库

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华中科技大学硕士学位论文110kV变电站综合自动化系统中101规约通信的实现姓名：唐先河申请学位级别：硕士专业：电工理论与新技术指导教师：孙开放2011-01-06

华中科技大学硕士学位论文 I摘要变电站自动化系统分为面向功能设计的集中式自动化系统和面向对象设计的分层分布式自动化系统。本设计中采用的集中式变电站自动化系统，由后台机、总控单元（前置机）及遥测、遥信和遥控装置组成，集中组屏安装。电力系统的通信规约是电力系统信息传输的语言，IEC60870-5-101规约作为IEC60870协议族的“基本远动任务配套标准”，已经成为电网调度生产中主站与子站之间主要的通信标准，被称为远动通信规约的官方国际标准。本文设计的101规约通信软件是在Visual Studio 2008与SQL Sever 2008开发环境下，运用C#语言进行编写的。本文首先针对101规约的帧格式与数据传输的各项规定进行了详细分析，并根据101规约通信的具体过程完成了动态模型的建立。然后，本设计运用Socket编程方法，实现了链路层的建立，使后台机与前置机能进行异步数据传输通信。接着文章详细探讨了101规约的应用层实现，对101规约的核心部分ASDU对象的编程实现以及如何打包发送数据帧、分析解包数据帧的C#源代码进行分析。最后，本文对界面程序及其功能进行进一步介绍。软件通过与SQL Server数据库同步，提供了清晰的表格用于查询与保存变电站自动化系统的各数据，包括遥测、遥信、遥脉、遥控数据，用遥控操作窗口直观地执行任意点号的遥控命令，用API函数实现时间同步，实现了访问SQL Server数据库，并且分析了监控窗口显示的报文，调试结果正确。关键词：变电站自动化系统；101规约；Socket编程方法；ASDU对象

华中科技大学硕士学位论文 IIAbstract Substation automation system is classified to function-oriented centralized automation system and the hierarchical object-oriented distributed automation system. Used in the design of centralized substation automation system, from the back-plane, the total control unit (front-end) and telemetry, remote control unit with focus group screen installed. Power system communication protocol is the language of power system information transmission, IEC60870-5-101 as the statute of the IEC60870 protocol suite "basic telecontrol tasks supporting standard ", has become the main communication standards in scheduling grid sub-stations, known as the remote communication protocol of official international standards. 101 protocol designed in this communication software is by Visual Studio 2008 and SQL Sever 2008 development environment, the use of C # language. Firstly, the frame format of the 101 protocol and data transmission is analyzed in detail, and according to the specific communication process 101 protocol to complete the dynamic model. Then, the design method using Socket programming, to achieve the establishment of the link layer, so that the back-plane can achieve data asynchronous transfer with the front-end. Then the article discusses in detail the application layer 101 protocol, the core of the Statute of 101 ASDU object programming and how to send data frame pack, unpack the data frame of C # source code analysis. Finally, procedures and functions of interface further introduction. Software, database synchronization with SQL Server, providing a clear and preservation of the form used to query the data of substation automation system, including telemetry, remote, remote connections, remote data, remote control window directly with the implementation of the remote control command at any point No. , time synchronization with the API function to achieve the access to SQL Server database, and analysis of the monitoring window displays the message, debugging results are correct. Keywords: Substation Automation System; 101 Protocol; Socket-based Programming; ASDU Object

独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□ ，在_____年解密后适用本授权书。不保密□。 (请在以上方框内打“√”) 学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文属于

华中科技大学硕士学位论文 11 绪论 1.1 变电站综合自动化系统的简介变电站自动化是指应用自动控制技术、信息处理和传输技术,通过计算机硬、软件系统或自动装置代替人工进行各种运行作业,提高变电站运行、管理水平的一种自动化系统。变电站自动化的范畴包括综合自动化技术，综合自动化是指将二次设备（包括控制、保护、测量、信号、自动装置和远动装置）利用微机技术经过功能的重新组合和优化设计,对变电站执行自动监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统,它是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的综合应用[2]。根据设计思想的不同，变电站综合自动化系统分为两类：面向功能设计的变电站综合自动化系统和面向对象的分层分布式变电站综合自动化系统。 (1) 面向功能设计的变电站综合自动化系统该系统结构由后台机、总控单元（前置机）及遥测、遥信和遥控装置组成，集中组屏安装。该系统的电压互感器、电流互感器二次电压和电流的测量采用交流采样技术；其相关测量量，如有功功率、无功功率、功率因素、及频率等模拟量均采用数值计算方式。该系统具有较完善的监视、测量功能，主要是用在110kV变电站及110kV以下的变电站中。 (2) 面向对象设计的变电站综合自动化系统该系统由站控层和间隔层两部分组成，并用分层分布、开放式网络实现连接。间隔层集测量、监视和控制功能于一体，由若干按间隔配置的测控装置等设备组成，并采用面向对象设计。站控层由主机和各种功能站构成，有站内联系的后台机程序界面，通过计算机网络与间隔层通信，实现管理控制间隔层设备等功能。在110kV及以下变电站中，一般采用集中式综合自动化系统，本设计的通信系统软件即以集中式综合自动化系统为基础。我们将各系统功能都以整个变电站为一个对象集中思考，而不是以变电站内部的某元件或间隔为对象独立配置的方式。集中

华中科技大学硕士学位论文 2式变电站综合自动化系统的结构框图如图1.1所示：图1.1 集中式变电站计算机监控系统的基本架构 1. 模拟量输入单元我们根据输入方式，可以分为两种模式进行采样：直流和交流方式。无论采样哪种模式，均需在模拟量输入模件中进行模/数转换，把模拟量变成计算机可以处理的数字量，并需满足一定的精度要求。遥测信息便是由模拟量输入单元信息采集而来。 2. 数字量输入单元它是把来自一、二次设备的各种无源接点信号经过光电耦合器隔离之后变成二进制信号。判断数字量输入性能的优劣，主要视其容量大小、事件顺序记录分辨率的高低以及准确性三个方面。数字量输入单元信息构成了遥信信息。 3. 脉冲量输入单元专门针对脉冲式电能表的输出而研发的一种接口，原理上同数字量输入相同，也采用光电耦合方式。对脉冲量输入单元所采集到的电能电度信息构成了遥脉信息。 4. 数字量输出单元亦称控制命令输出或开关量输出，它是把来自人机界面所下发的命令或来自外部（本地或远方）所下发的命令“翻译”成为开关量的输出，实现遥控的功能。 5. 总控单元（前置机）作为中央通信控制器，是整个系统的核心，主要负责与各数据采集单元及当地后台机前置机模拟量输入单元数字量输入单元脉冲量输入单元数字量输出单元保护管理单元保护装置MODEM 调度控制中心

华中科技大学硕士学位论文 3监控之间的信息交互，接收并处理各数据采集单元送来的信息，并转发至当地的后台机。此外，它用于完成与微机继电保护装置、自动操作装置等二次侧电子设备的通信。 6. 人机联系（后台机）即当地监控主机。完成当地显示、告警、控制和制表打印等功能，彻底取代了传统的仪器仪表。运行人员只需通过对界面程序的简单操作，就能对变电站的运行状况如开关与断路器的分合闸情况、母线电压电流值、继电保护装置的状态进行控制与了解。 1.2 变电站综合自动化通信系统规约的简介国际电工委员第57小组，电力系统控制及其通信技术委员（IECTC57）根据信息技术不断发展、电力系统通信传输要求不断提高、传输方式高速高容量化的要求制定调度自动化和变电站自动化系统的数据通讯标准IEC60870系列传输规约，以适应和引导电力系统自动化的发展，规范调度自动化及远动设备的技术性能。这些规约的基本标准共分5篇： IEC 60870-5-1：第1篇传输帧格式； IEC 60870-5-2：第2篇链路传输规则； IEC 60870-5-3：第3篇应用数据的一般结构； IEC 60870-5-4：第4篇应用信息元素定义和编码； IEC 60870-5-4：第5篇基本应用功能。这些规约的配套标准为： IEC60870-5-101：基本远动任务配套标准； IEC60870-5-102：电力系统电能累计量传输配套标准； IEC60870-5-103：继电保护信息接口配套标准； IEC60870-5-104：采用标准传输协议子集的IEC60870-5-101网络访问。基本标准是制定和理解配套标准的依据，配套标准都要引用基本标淮，配套标

华中科技大学硕士学位论文 4准针对具体应用作了具体规定，使基本标准的原则更加明确。IEC60870-5系列标准涵盖了各种网络配置（点对点、多个点对点、多点共线等）。各种传输模式（平衡式、非平衡式），网络的主从传输模式和网络的平衡传输模式，电力系统所需要的应用功能和应用信息，是一个完整的集，和IEC61334、配套标准IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、IEC 60870-5-102一起。既可以用于变电站和控制中心之间交换信息，也可以用于变电站和配电控制中心之间交换信息、各类配电远方终端和变电站控制端、变电站内后台机与前置机之间交换信息。可以适应电力自动化系统中各种调制方式、各种网络配置和各种传输模式的需要。 1.3设计的工作进度安排第一阶段：前期的搜集资料的工作，大量阅读论文和相关书籍，学习并熟悉101协议和Visual Studio 2008以及SQL Server 2008的开发环境，拟写开题报告。第二阶段：对101规约传输的信息有整体的把握与了解，对101规约的帧格式以及ASDU对象进行分析，建立起101规约的通信动态模型。编程实现程序基于TCP/IP协议的通信基本功能，能采用多线程的方式进行异步通信，以提高程序的性能。第三阶段：对数据库与程序界面进行设计，对所传输的遥信、遥测、遥脉、遥控信息总表实现与数据库的同步，并显示在界面程序中，能实现信息总表的数据库与界面表格的同步。然后完善程序的功能，编写遥控操作窗口，能实现遥控操作与时钟同步。能对实验的传输数据帧报文进行查看，实验通过程序的调试。最后完成毕业论文的拟写。 1.4本文结构介绍第一章为绪论，阐述变电站综合自动化系统的概念以及分类，对于110kV及以下的集中式变电站自动化系统的组成进行着重说明，接下来对电力系统的通信规约IEC60870进行简单介绍。在第二章中，详细说明了程序编写所用的开发平台：Visual Studio 2008以及SQL

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