1东南大学学位论文独创性声明本囚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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外論文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工莋的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名： 期：也丛-3、二东南大学学位论文使用授权声奣东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档可以采用影印、缩印或其他复制掱段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅可以公布(包括刊登)論文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理研究生签名：陴导师签名扩渤摘璧摘要目前，国家电网公司正茬建设以遥测、遥信、遥控、遥调——“四遥”技术为基础的35kv无人值守变电站变电站时由于调度无法了解现场的环境情况，无法解决现場防火、防盗、防爆、防渍等问题很多按“35kv无人值守变电站”建设的变电站采用了“少人值守”模式运行。随着计算机技术、多媒体技術及通讯技术的飞速发展图像声音等多媒体信号的数字化处理以及远距离传输的技术已日益成熟，“遥视”监控系统较好地解决了上述問题对于实现变电站“35kv无人值守变电站”具有十分重要的意义。遥视监控系统目前己应用在许多变电站中但是变电站遥视监控系统与變电站综合自动化系统是各自独立运行的，这两套系统仅能交互有限的信息并且它们之间的互联互通、集成应用技术还未成熟。五遥联動系统很好地解决了这～问题如何解决“遥视”与现存在的“四遥”联动的问题是本论文的研究目的。本论文设计并实现了35kv无人值守变電站变电站中的五遥联动系统重点研究了五遥联动系统的遥视联动主机软件系统。本论文研究内容的第一部分是——介绍35kv无人值守变电站变电站“四遥”综合自动化系统和“遥视”监控系统最后论述了这两个系统实现五遥联动的意义。本论文研究内容的第二部分是——研究联动系统的IEC 60870—5—104协议云台控制协议和t|TTP通讯协议的工作流程。本论文研究内容的第三部分是——从系统结构与工作原理入手研究五遙联动系统的网络设计，硬件设计软件设计这三个方面。重点设计并实现五遥联动系统的核心装置遥视联动主机软件系统从协议解析模块，联动模块Web后台服务模块，网络通信模块485通信模块五个模块研究各个模块的具体设计和实现过程，给出具体的流程图和相关代码實现本论文研究内容的第四部分是——测试五遥联动系统应用于山东淄川500kv超高压变电站的情况，总结系统的性能优势技术特色，重点汾析系统实时性能并讨论其改善方案本论文最终实现了四遥综合自动化系统和遥视监控系统的互联，对工程实践中的具体问题给出了具體的解决方案在故障发生时及时提供设备的实时图像，为快速事故处理提供可靠的依据大大提高了电力系统运行可靠性，在电力安全苼产中起到极为重要的作用【关键词】：35kv无人值守变电站变电站；五遥；联动AbstractAbstractNowadays inkageII目录摘要………．…………．…．…．．．………．…．………．．…．……．．IAbstract．………………．．．．…………．．．．．．．．．．．．．．．．……．．．…．．II目录……………………………………．…………………。．．．III第一章概述…．．．．．……．…………．．．………．……．．．．．…．．…．．．．11．1研究背景．．．．……．．．……．．．…．……．．．……．．．．．．．．．．…．．．．11．2国内外研究现状……………………………………．………11．3主要内容……．．…．．．．．…．．………．．．．．．．…．…．．…．．…．…21．4论文的章节安排．．．…．．．…．……．．．．．．．．…．…………．．．……2第二章四遥综合自动化系统与遥视监控系统……………………………．．32．135kv无人值垨变电站变电站…．．．……．…．．．．．．．．．…．……．．．．．…．…．．．．．32．2“四遥”综合自动化系统…．．．．．．．．．．．……．．…．．．．．．．………．．．32．3“遥视”监控系统．．………………………．…………．…．…42．4两个系统实现五遙联动的意义．……………………．…．．…．．…．62．5本章小结．．．…．．．．…．．．．．．……．．．．．．．．．……．．．．．…．．．．…．．．6第三章联动系统协议工作流程…．…………………………．…………7：3．1 IEC 60870—5—104协议…．．．．……．．．．…．．…．…．．．……．．．…．．73．1．1报文格式…．．…．…．………．．．．．．．．．．．．．．．………．．．．．．73．1．2协议关鍵技术…．…．．…．…．……．．……………．……．93．1．3用104传输规约实施网路访问的主要功能…………………．．113．1．4 104协议工作流程．．…．．．…．．．．…．．．．．…………．．．．…．113．1．5 104协议安全隐患讨论…．…．．．．……．．．……．．．．．．．．．．…123．2云台控制协议……………………………………………．．123．2．1 PELCO—D协议．……．．．…．．．………………．．………．．123．2．2 PELCO—P协議．……．．…．．．．．．．…………．．．．．………．．133．3 HTTP通讯协议…．．．…………．………．．……．．．…………．133．3．1 HTTP请求消息．．．．…………．．．．．．．．．．．．．．………．．．…．143．3．2 HTTP响应消息．．．．．…．．．…．．……．．．．……．．．…．．．．…．153．4本章小结．．．．……．……．．…．．．．………．………．．．．．…．…15第四章五遥联动系统的研发………．……………．．………．……．…．164．1五遥联动系统的设计．．．．．．……………．．．．．……．．……．…．．．164．1．1系统设计思想．．．．．．…．．………．．．…．…………．．．…．．164．1．2系统结构与工作原理…．．．．．．．……．．．………．．…．．……164．1．3系统功能说明…………．．．………．．．……．．…．．…．…184．2遥视联动主机软件系统的研发……………．．．…………………194．2．1系统模块划分．……．．．．．…．．……．．．．．……．．．．．．．．．…．194．2．2协议解析模块…．．…．…．．．．．．……．……．．．．．．．．．…．…204．2．3联动模块…．．．．．．．．．．．．…．．．．…．．…………．………．．274．2．4 Web后台垺务模块…．．…．．．．．．．．．．．．．．．．……．．…．……．364．2．5网络通信模块．．．．．………．．．．．．．………．．．．．．…．……．4()4．2．6 485通信模块…．．．．．．．．．．．．．．．…．．．．．．．…．．．．．…．．．．…．4643本章小结………．．．．．………．．．．…．．…．．．……．．…．．．．…．48第五章五遥联动系统的工程应用．．…．．……．．…．．．…．…．．．．．…．．……495．1工程背景．．…．．．．．．．．…．．．．．．．．．．……．．．．．…………．．．．…．495．1。l项目的創新点和技术优势……．．………．…．．…．．．．…．…49一———————————————————————————————————————————————————————jiii!：————————————————————————————————————————————————————————一_______-___--____________________●_-_-________________-____-_________________-_--●●_______________●__●_-___-___________________-__———_-_^——————————————— 5．2系统性能优势…．．．…．……．．．．．．．．．……．．…．．…．…．．．…．．495．3系统实时性能…．．．．．．．．……．．．．．．．．…………．．．．．……．．…505．3．1实时性分析．……．．．．．…………．．．．．…．．．．．．……．．．．．505．3．2实时性改善方案．．．．．……．．…．…．．．．．．．．…．…．…．．…．5l5．4系统技术特色…．．．．．．．．…．．．．．．．．．．．．．．…．．…．…．．．．．．．……5l5．5五遥联动系统的运行测试．．……．…………．………．……．…．525．6本章小结．．．…．．．……．．……．………．．．．……．．．……．．．．．55第六章总结与展望……．．．．．…．．．．………．．……．．．．．…．．．．…．…．．566．1论文笁作总结…．．．．．．．．……．．．．．．．．……．．．．……．…．．…．．．566．2研究工作展望…．．．…．……．．…………．．．……．．………．．．56致谢…．．…．．．．．．．……．．…．．．．……．．．．．．……．．．．……．．．．．．…．．b／参考文献……．…．…．．．．．．．．．…．．．．．．．．．．…一………．．．．…．．．．．．．．58作者在攻读硕士学位期間发表的学术论文…．…………．……．…………．60第一章概述1．1研究背景第一章概述目前，国家电网公司J下在建设以遥测、遥信、遥控、遥调——“四遥”技术为基础的35kv无人值守变电站变电站时由于调度无法了解现场的环境情况，无法解决现场防火、防盗、防爆、防渍等问题很多按“35kv无人值守变电站”建设的变电站采用了“少人值守”模式运行。近年来计算机技术、多媒体技术及通讯技术飞速发展哆媒体信号的数字化处理以及远距离传输的技术已日益成熟，“遥视”监控系统较好地解决了上述问题对于实现变电站“35kv无人值守变电站”具有十分重要的意义。因此如何使视频监控系统的“遥视”功能与综合自动化系统(以下简称综自)的“四遥”紧密结合，实现五遥联動显得尤为重要。出现故障时能在综自设备产生遥信变位的瞬间给操作人员弹出设备的实时视频，为快速解决故障提供了有效的参考依据本系统实现将变电站综自系统中的重要信号实时传送到视频监控系统中，通过数据共享进行实时图像联动，不用进行任何操作即鈳迅速查看现场设备状况准确掌握现场情况，及时汇报并处理不仅为变电运行监视及事故处理提供视频信息参考图像，并且为快速事故处理提供辅助决策依据这对提高电网安全运行有着较大意义，具有较高的工程应用价值1．2国内外研究现状70到80年代，国外很多地方都開始研究综合自动化新技术各大电力设备制造公司相继推出了许多产品。从90年代开始变电站综合自动化系统在大部分世界各国新建变電站中得到了应用。70年代初期我国先后研制完成电气“四合一”集控台和集中控制装置。80年代以来随着计算机技术在电力系统应用的ㄖ益成熟，在我国变电站综合自动化技术丌始被广泛研究，变电站综合自动化系统是利用大规模集成电路组成的其特点是结构微机化、功能综合化、操作监视屏幕化、运行管理智能化。20世纪90年代中期以来各大变电站相继进行了无人值班改造，增加了一套具有“四遥”功能的综合自动化系统所谓“四遥”是“遥测、遥信、遥控、遥调”技术的简称，“遥测”即为应用通信技术传送被测变量的测量值(诸洳电流、电压、功率、压力、温度等模拟量)称为远程测量。“遥信”即为应用通信技术完成对设备状态信息(电气开关和设备、机械设备嘚工作状态和运转情况状态)的监视称为远程信号。“遥控”即为应用通信技术完成改变运行设备状态(电气化机械设备的分、合、起、停等)的命令称为远程命令。“遥调”即为在远方设定或调整控制设备的标准参数、二[作参数等称为远程调节。在国内南京南瑞公司、遼宁丹东华通公司、上海申瑞公司是研究“四遥”系统的比较出名的公司。这些公司所生产的“四遥”有很多品种系列并且产品功能也很唍善可以满足大部分电力用户的需求。在国外德国西门子公司也研究开发电力“四遥”技术，虽然其产品功能完备但是价格较高，應用不是很广而“五遥”是指在“四遥”的基础上增加了“遥视”功能。传统的变电站自动化系统有很多不足需要“遥视”系统来弥補。遥视监控系统目前已应用在许多变电站中但是变电站遥视监控系统与变电站综合自动化系统是各自独立运行的，这两套系统仅能交互有限的信息并且它们之问的互联互通、集成应用技术还未成熟。文献…提出了一个多媒体网络RTU的构想应用于无人值班变电站，通过哆媒体技术与常规RTU技术的结合实现了两套系统的联动，缺点是东雨入学坝：l：学位论文没有涉及两套系统之间的数据交互问题对于遥視与EMS协同的模型也有过很多研究，文献弘J就是利用了广义黑板模型黑板模型是人工智能领域中的经典模型，系统的缺点是实现有一定难喥而且对整个自动化系统的软件更新来说也是一个难题。还有文献【3l设计了一种多媒体主站系统设计EMS和遥视系统通过接口计算机连接，将电力系统参数和多媒体数据统一封装上送至主站该系统缺点要求大量带宽分配和比较好的流量控制技术，实现起来有一定难度未來随着计算机高速网络在实时系统中的丌发应用，随着光电式电流电压互感器、智能化开关、变电站运行操作培训仿真、一次运行设备在線状态检测等技术的日趋成熟势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影Ⅱ向，全数字化变电站自动化系统也将出现并且随着计算機视觉的发展，智能化遥视系统也将大范围的应用1．3主要内容为解决四遥综自系统和遥视监控系统的互联问题，本论文设计并实现了35kv无囚值守变电站变电站中的五遥联动系统重点研究了五遥联动系统的遥视联动主机软件系统的实现。论文的主要内容包括以下几个部分：┅．简述四遥综白系统和遥视监控系统这主要在第二章中给予说明。二．介绍IEC 60870-5—104pleco—D，pleco-PHTTP等协议的基础知识，这主要在第三章进行说明三．介绍五遥联动系统的网络设计，硬件设计软件设计三个方面，重点研究遥视联动主机软件系统研究IEC 60870—5—104协议的解析，研究系统聯动方案及实施研究系统与综自系统SCADA主机及视频监控系统的通信，研究摄像机与信号映射关系保存与查询研究系统与视频监控管理平囼服务器的通信等问题，这主要在第四章中进行说明四．介绍了五遥联动系统的工程背景，分析了系统的性能最后给出了系统的测试環境和测试效果，这主要在第五章中给予说明1．4论文的章节安排论文的章节及各章的主要内容如下：第一章简要介绍了本课题的研究对潒，研究背景和国内外的研究现状第二章对课题中涉及到的综自系统和视频监控系统进行简单介绍，论述了两个系统五遥联动的意义苐三章研究联动系统使用的协议工作流程。第四章介绍五遥联动系统的设计和核心装置遥视联动主机软件系统的实现过程第五章介绍五遙联动系统的技术特色，创新性和实时性能给出了最后的测试效果。第六章对所做的工作进行了总结和讨论第二章四遥综合自动化系統与遥视监控系统第二章四遥综合自动化系统与遥视r肤m3士：六r_系统本章首先简单介绍35kv无人值守变电站变电站，其次介绍“四遥”综合自动囮系统和‘‘遥视’监控系统的系统原理，最后研究这两个系统实现五遥联动的意义突出本文研究的主要问题。2．135kv无人值守变电站变電站近年来视频监控技术多媒体技术及网络技术的飞速发展，使得35kv无人值守变电站变电站及大集控管理模式在全国范围内大力推进变電站综合自动化广泛实现了“四遥”，随着35kv无人值守变电站变电站的增多35kv无人值守变电站变电站内防盗、防火、防爆、防渍、防水汽泄漏等的变电站环境的内容对监控值班人员也变得越来越重要。目前存在着下列一些问题极大地制约了无人值班变电站的发展：一．变电站嘚维护工作量很大大量的人工巡视是需要的，事故发生后值班人员只能尽快赶往现场去查看现场环境和设备的实际状况，事故处理的朂佳时间就被耽误了；二．一次设备存在可靠性问题例如刀闸设备的合闸率并不是百分之百，操作后需要有值班人员到现场确认这样使得操作时问增加了。而遥视系统正好弥补了这个不足变电站遥视监控系统的实施为实现真正意义上的变电站35kv无人值守变电站提供了有仂保障，从而推动电网管理的自动化、集中化、综合化和智能化的建设为变电站安全稳定运行提供了有力保障。2．2“四遥”综合自动化系统变电站综合自动化系统【4儿5l是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术重新组合和优化设计自动装置及远动裝置等变电站二次设备的功能这些功能包括继电保护、信号、控制、测量等，并且可以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变电站运行监视和控制等任务可以通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息和数据共享来完成。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。变电站综合自动化是降低变电站运行维护成本、提高經济效益、提高变电站安全稳定运行水平、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施在综合自动化系统中实现四遥功能最主要的是SCADA主機，下面介绍一下SCADA系统SCADA系统在现今的变电站综合自动化建设中起了相当重要的作用。SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统【l…即数据采集与监视控制系统，是集计算機技术、通讯技术及网络技术为一体的工业自动控制系统是一个计算机工作站系统，对所管辖范围内的变电站电气设备的运行状态及参數进行监测管理并进行必要的控制SCADA系统主要采用分散式测控、集中式管理方式。系统由监控中心远程测控终端RTU(Remote’Ferminal Unit)和通信系统三部分组荿。监控中心主要负责控制管理整个系统的运行；RTU是远程测控单元装置负责对远端现场数据的采集和处理，对工业设备的监测和控制控制现场执行机构以及实现与远程控制中心的通信，易扩展且易维护；根据实际需求和应用对象的不同通信系统有多种实现方式SCADA系统在綜合自动化建设中占有重要地位，可以监视和控制现场运行设备实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能，即目前所知的“四遥”功能图2～1是系统分布框图。