智能电网输电线路监控系统方案设计.doc

沈阳工程学院毕业设计（论文）

沈阳工程学院

本 科 毕 业 论 文（设计）

题目: 智能电网输电线路监控系统方案设计
姓名:
专业: 发电厂及电力系统
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年 月 日

沈阳工程学院本科毕业论文（设计）诚信声明

本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目《智能电网输电线路监控系统方案设计》，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。除此之外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明的法律结果。

毕业论文（设计）作者签名：
年 月 日

摘要
随着电网规模的日趋扩大和复杂，电网装备的检修逐渐从事故检修发展到定期检修，进一步发展到基于可靠性的状态检修。状态检测技术是基于状态的检修或预知性维护服务的一种技术，其发展是源于状态检修对于电网装备状态信息获取、分析、评判的技术性需求。在传统电网中，存在许多信息孤岛，导致信息采集的不一致和缺失，使得系统信息在采集上是局部的、孤立的，不能构成统一的整体。如何从整体上改变全网信息的不统一的现状，是建设智能电网的要求之一。
本文阐述了智能电网的基本概念以及研究发展现状，通过认真阅读相关文献，提出了一种智能电网输电线路监控系统方案。

关键词：智能电网；监控；输电线路

Abstract
With the increasing expansion of the grid-scale and complex development to regular maintenance, further development to maintenance based on the reliability of the state power grid equipment maintenance gradually from the emergency service. State detection technology is a technology based on the state of repair or predictive maintenance services, and its development is derived from the condition-based maintenance for grid equipment status information acquisition, analysis, technical needs of the judge. In traditional grid, there are many islands of information, leading to inconsistencies and missing information collection, making the system information on the collection is local, isolated, can not constitute a unified whole. The overall change from the information of the whole network is not uniform status, is one of the requirements of building a smart grid.
This paper describes the basic concept of the smart grid as well as research and development status quo, carefully read the relevant literature, an intelligent power grid transmission line monitoring system.

Keywords: smart grid; monitoring; transmission line
目 录
沈阳工程学院本科毕业论文（设计）诚信声明 2
摘要 3
Abstract 4
1. 绪论 6
1.1 研究目的和意义 6
1.2 国内外研究现状和发展趋势 6
2. 监控平台系统设计 7
2.1 监控平台的设计要求 7
2.2 数据处理流程 7
2.3 监控平台架构 8
2.4 功能设计 8
2.4.1 信息交互功能 8
2.4.2 输电设备智能视频监控功能 9
2.4.3 预警功能 9
2.4.4 应急辅助指挥功能 9
3. 关键技术研究 10
3.1 低功耗电源技术 10
3.2 视频传输技术 10
3.3 二维数字化线路综合展示技术 10
3.4 分级预警机制 10
4. 结语 10
参考文献 12
致谢 13

1. 绪论
1.1 研究目的和意义
随着电网规模的日趋扩大和复杂，电网装备的检修逐渐从事故检修发展到定期检修，进一步发展到基于可靠性的状态检修。状态检测技术是基于状态的检修或预知性维护服务的一种技术，其发展是源于状态检修对于电网装备状态信息获取、分析、评判的技术性需求。在传统电网中，存在许多信息孤岛，导致信息采集的不一致和缺失，使得系统信息在采集上是局部的、孤立的，不能构成统一的整体。如何从整体上改变全网信息的不统一的现状，是建设智能电网的要求之一。为此，研究智能电网输电线路监控系统具有以下的目的和意义：
（1）改善传统电网输电线路监控系统的分散性和局部性，提高信息采集的准确性。
（2）进一步拓展对电网的全景实时信息的获取能力，通过可靠的通信通道，实现线路实时信息的采集。
（3）加强对电网实时、动态信息的分析、诊断和优化，为电网管理人员提供更为全面、细致的电网运行状态，并给出相应的控制方案、备用预案及辅助决策策略。
（4）通过对全国各类电网实时状态信息的获取和共享，构建全网综合优化体系。
综上所述，对智能电网输电线路监控系统的研究，不仅具有重要的理论意义，而且具有重要的实际应用价值，能够实时、全方位知悉智能电网的输电线路情况，科学、准确地找出电网中存在的问题，从而有针对性的采取有效措施。
1.2 国内外研究现状和发展趋势
与传统的电网相比较，智能电网的特点是：进一步拓展了对电网的全景实时信息的获取，通过安全、可靠、通畅的通信通道，实现生产全过程中系统各种实时信息的获取、整合、分析、重组和共享。通过加强对电网实时、动态状态信息的分析、诊断和优化，可以为电网运行和管理人员提供更为全面、精细的电网运行状态展现，并给出相应的控制方案、备用预案及辅助决策策略。
智能电网通过对全网各类实时状态信息的获取和共享，构建起全网全寿命周期的综合优化体系。智能电网可以实现从电网全寿命周期的角度，实施电网最大经济效益化运营，实现装备最优技术经济比运行，保证装备最佳时机检修，优化电网装备运行方式，提高装备综合投资利用效益。
智能电网未来的趋势：对于状态信息的提取具有广域、全景、实时、全方位、准确可靠的特征。由于电网是一个统一协调的系统，未来智能电网的输电线路监控系统需要对发电系统、电网系统、用户系统的状态信息进行关联分析、诊断、决策，因此，智能电网的输电线路监控系统信息必须是广域的全网状态信息。其次，未来智能电网的输电线路监控系统信息不仅有电网装备的状态信息，还有电网运行的实时信息和自然环境信息。
同时，由于传统电网的分散性和局部性，以及监测技术的限制，使其采集到的数据的可信度不高。因此，在未来智能电网的状态信息监测中，势必要提高信息采集的准确性，加强采集信息的可靠性和准确性验证手段，通过远程、现场校验和校准技术，提高输电线路监控系统信息的可用度。为了保证信息的关联性、系统性、完整性，以及便于信息处理分析、挖掘、形成更高层面的应用，以提供实时在线辅助决策，必须保证全网状态信息采集是同时进行的。
智能电网在国内外的现状：欧美国家开展智能电网研究相对较早，美国智能电网最大限度利用了信息技术，以逐步替代人工控制；欧洲发展智能电网的重点在于大力开发可再生能源和清洁能源。在中国，正在建设以超高压输电线路为主干的电网，并在天津、苏州试点建设智能电网。
2. 监控平台系统设计
2.1 监控平台的设计要求
输电线路所处环境未知，可能会遇到雷电、大风、大雪等极端天气，这些自然灾害将威胁线路的安全运行，迫切需要应用在线监测技术，整合监测手段，提高线路运行维护水平。因此，此监控平台需要满足以下应用要求：
（1）实时调用监控平台中的设备监测数据；
（2）整合目标区域内输电设备的各项信息数据，实现各种设备状况的实时分析；
（3）全面掌握重点区域内现场设备运行状况，为日常检修运行、应急指挥等工作提供信息支持。
（4）系统可靠性。由于可能会遇到雷电、大风、大雪等极端天气，因此系统必须能在极端天气下可靠运行。
2.2 数据处理流程
监控平台的数据处理流程按照数据采集、数据交换、数据挖掘、分析应用四个阶段依次进行。数据采集主要完成生产管理系统、在线监测系统、调度自动化系统、雷电定位系统等生产、运行及业务应用系统相关信息的汇集传输。数据接口组件完成各类异构系统信息的集成与交换，其中在线监测信息由前置子系统完成标准化接入。数据挖掘层先将各类分布的、异构的数据源中的数据抽取到临时中间层后进行转换、集成，并加载到数据仓库或数据集市中，成为数据挖掘基础。然后根据数据功能的类型和数据的特点选择相应的算法，在净化和转换过的数据集上进行数据挖掘。分析应用层通过业务应用子系统（包括各种专业应用中介软件）基于数据挖掘结果实现分析应用各功能，如：状态监测、在线预警、状态预测、状态评估、集成应用等。
为实现平台的企业化信息应用集成，集成信息既包含数据采集与监视控制、雷电定位、在线监测等实时或准实时系统数据，也包含生产管理系统数据，既有接口集成，也有数据集成、业务逻辑集成。企业化信息应用集成实施可分为应用层集成、数据层集成、协议层集成3个层次。最底层协议层由支持同/异步消息交换的各种通讯协议组成，中间数据层由异步的基于数据交换协议构成，上层应用层由具有同步实时性的分布式组件技术构成（包括界面层和业务层，也是应用层所实现的）。企业化信息应用集成多层体系结构中，越是采用底层的技术，其耦合度就越低，集成的灵活性也就越强，但可操作性/交互能力就越弱；反之，采用上层的技术可获得较好的交互能力和操作体验，但耦合关联度就会加大，集成的灵活性会受到较多的限制。而事实上每一种较上层的技术都是对比其低层的一种或几种技术的封装特例和综合应用。数据接口组件作为监控平台与其他业务应用系统进行数据集成与交换的核心组件，采用基于企业服务总线的具体集成方式，实现协议层、数据层、应用层集成。生产管理系统、雷电定位系统通过网络服务方式实现更多交互性的应用层集成。调度自动化系统、故障测距系统通过可扩展标记语言（XML）文件接口、结构化查询语言（SQL）接口或专用通讯协议实现数据层集成。
2.3 监控平台架构
监控平台系统的总体架构主要包括：主站系统、视频子系统、前置子系统3个主要部分，其中主站系统基于二维地理信息系统（GIS）平台集成展示，主要实现状态监测、在线预警、状态预测、状态评估、集成应用前置子系统作为在线监测数据的直接提供者和在线监测装置控制指令的最终发送者，实现不同厂家、不同监测装置数据的统一接收、处理、存储、转发，实现在线监测数据与控制指令在监测系统平台间的统一传输。数据接口组件主要实现异构系统数据集成，通过本地电力数据通信网与在线监测系统、生产管理系统、调度自动化系统、雷电定位系统进行接口数据交换。通过公网实现与线路监测终端数据交换，线路监测信号接入内网通过逻辑强隔离装置进行安全防护，视频监测信号接入内网遵守国网安全接入平台相关技术要求。主站系统对外提供状态监测、在线预警、状态预测、状态评估、GIS集成应用五大功能和服务。视频子系统因数据量大、传输格式不同，相对独立设计部署，应完成实时监控、远程控制、图像管理、网络浏览等功能。
2.4 功能设计
2.4.1 信息交互功能
（1）调度支持系统。从调度支持系统接入反映线路运行状况的数据，如线路的电压、电流、有功、无功等实时数据。调度支持系统可以调用线路状态监测数据，为其提供动态增容、预警及辅助决策信息。
（2）雷电定位系统。从雷电定位系统接入雷电数、落雷密度、雷电流幅值等实时雷电监测参数，从监测系统可以实时监测电网雷电活动，进行雷电预警，快速查询输电线路雷电雷击故障点，划分雷电区域。
（3）仓库管理系统。从仓库管理系统中接入物料出入库数据，获得工器具、备用导线、金具等物品的库存数量和存放位置等相关信息，为应急抢修辅助支持功能提供必要的数据支持。
（4）车辆指挥调度系统。从车辆指挥调度系统接入工作车辆的调度管理，包括车辆的型号、健康状况、主要规格、驾驶员信息等数据。以上信息将作为生成线路巡检和故障抢修方案的重要辅助数据。
2.4.2 输电设备智能视频监控功能
输电线路视频智能监控系统的主要监控对象为杆塔本体及周围情况、线路绝缘子及导地线的运行情况，对输电线路环境、通道环境和温度、风向和风速、导线温度和湿度、导线覆冰、泄漏电流、弧垂、绝缘子污秽、导线舞动、杆塔倾斜、周围施工情况等参数进行实时监控。现场视频采集装置把视频图像实时传送回监控中心; 监控中心后台处理系统自动对视频数据进行综合分析，给出输电线路相关状态评价
常规的视频监控系统主要依靠监控人员进行人工监控，由于监控系统汇集了大量的视频，监控人员易疲劳、很难实时监控每路视频、报警精确度差、误报和漏报现象多，这使得视频监控的实时特性没有被发掘出来。为解决这些问题，把计算机视觉中的相关技术如模式识别图像处理技术引入到视频监控中，从而发展出智能视频监控技术。视频图像处理模块采取目标检测、目标分类与识别等模式识别算法对采集到的实时视频图像进行分析，监控现场异常状态作智能识别与自动判断，过滤现场环境中的异常情况，实现智能报警。
2.4.3 预警功能
通过对各类在线监测信息、离线监测信息、电网实时信息和设备基础信息的综合分析，判断线路的危险临界条件，超过临界值时，及时通过多种有效的方式向生产、运行、调度、应急指挥等部门发布报警信息，并且对报警设备进行定位。结合气象监测、雷电定位、视频监测等状态监测信息，在出现大风、覆冰、暴雨等极端恶劣气候条件，以及受严重外力破坏、火灾、地质等线路灾害时，能及时进行灾害预警、定位，并且与应急指挥中心联动，指导抢修工作。
2.4.4 应急辅助指挥功能
根据监测系统信息和现场测试结果，有针对性地制定线路运行、巡检策略。在线路发生故障、事故时，制定科学合理的应急抢修方案，发布事故处理指令，调度抢修工作，为指挥现场作业提供辅助决策信息。
3. 关键技术研究
3.1 低功耗电源技术
由于输电线路纵横跨越大，大部分经过的是人烟稀少、高山峻岭地区，无法使用常规的电源，因此需要采用低耗的新能源来提供设备所需用电，如使用太阳能、风力发电等技术。
3.2 视频传输技术
输电线路视频在线监控系统一般采用无线视频传输技术传送现场监控点采集的视频图像，其最大的优点是免去布线的麻烦，实现从前端到后端的快捷接入。用于输电线路视频在线监控的无线通信技术主要有：远程无线视频监控系统：采用工控机、MPEG-4 视频压缩模块和3G无线传输模块；运用CDMA网络进行视频图像的传输，但其速度不能达到3G标准，不支持流媒体的传输，实际应用中不一定能满足远程视频监控需求。还有运用其他一些无线通信技术：如 ZigBee网络技术、McWiLL无线宽带技术、无线 Mesh 技术、GPRS无线通信技术等。
3.3 二维数字化线路综合展示技术
基于强大的图形分析处理引擎，结合输电相关业务数据和 GIS 模型数据，根据电网数字化、自动化、智能化需要进行二次研发，集中展示线路运维班组人员、专责分析人员、管理决策人员各自所关注信息，推动输电线路智慧化建设工作。综合分析、展示的功能包括：输电线路浏览、查询、统计；图层管理、设备模型管理、运行环境管理；状态监测/预警展示；调度资料展示；智能巡检指挥决策分析；设备台帐管理等。
3.4 分级预警机制
在线路状态监测和特征量有效提取的基础上，探索针对输电线路的分级预警显示、处理、通报机制，研究不同地区不同类型监测专业的分级预警阈值参数设置，提高非人工巡检情况下的故障早期判别和自动预警的能力。
4. 结语
通过输电线路运行监控平台在电力公司的实践应用，系统在信息集成、技术支撑、辅助决策、安全保障等方面发挥了强大的技术优势，取得了良好的社会和经济效益。系统应用特点主要体现在以下几个方面：
（1）利用监测技术实现对输变电关键设备的状态参数、运行状况、气象条件和地域环境进行实时监控和数据采集，及时掌控设备状态，进一步确保电网安全稳定；
（2）利用信息化技术整合其他相关业务管理系统，通过智能化信息管理系统对数据进行分析，达到对输变电设备运行状态的实时评价，及时发现、快速诊断故障隐患；
（3）优化检修策略，构建输变电设备状态检修体系，优化资源配置，提高设备传输容量和利用率；
（4）根据系统的历史/实时状态，实时评估，快速判断、自动生成控制策略，为实现电网事故预警、规划决策、防灾决策、仿真培训等智能化管理提供依据。根据系统总体建设规划，下一步系统建设重点将在设备可靠性评估、风险评估、全寿命周期管理等方面开展深入研究及应用。通过研究成果推广应用，逐步实现输变电设备监测、评估、诊断、事故预警及辅助决策等的智能化管理，以信息化、自动化、互动化、可视化的智能技术保证输变电设备运行的安全性和可靠性，从而适应统一坚强智能电网发展的需求，为社会提供更加优质的电力供应。

参考文献
[1] 蒋明桓. 关于“智能电网”与“智慧能源”情况汇编[G/OL].(2009-03-17) [2010-03-18].
[2] 谢开，刘永奇，朱治中．面向未来的智能电网[J]．中国电力，2008，4l(6)：19—22．
[3] 余贻鑫，栾文鹏．智能电网[J]．电网与清洁能源，2009，250.7．11．
[4] 余贻鑫．面向2l世纪的智能配电网[J]．南方电网技术研究，2006，2(6)：14—16．
[5] 陈建民，周健，蔡霖．面向智能电网愿景的变电站二次技术需求分析[J]．华东电力，2008，36(11)：37-38．
[6] 王明俊．自愈电网与分布式电源[J]．电网技术，2007，31(6)：1-7．
[7] 王明俊．突出自愈功能的智能电网[J]．动力与电气工程师，2007(2)：12-16．
[8] 武建东．全面推互动电网革命拉动经济创新转型[EB／OL]．2009-02·03．
[9] 李亚楼，周孝信，林集明．2008年IEEE PES学术会议新能源发电部分综述[J]．电网技术，2008。32(20)：1-7．
[10] 法国电力公司试验智能电网提高风电使用率[EB／OL]．2009—0l-19．
[11] 柳明，何光宇，沈沉．IECSA项目介绍[J]．电力系统自动化，2006，30(13)：99—104．
[12] 帅军庆．创新发展建设智能电网：华东高级调度中心项目群建设的实践[J]．中国电力企业管理，2009(4)：19—21．
[13] 刘文博，张伯明，吴文传．在线静态电压稳定预警与预防控制系统们．电网技术，2008，32(17)：6-11．
[14] 丁道齐．一体化的电力与通信系统体系结构[J]．电力系统通信，2008，29(183)：1-9．
[15] 钱照明．我国电力电子与电力传动发展的大好机遇[J]．变频器世界，2008(7)：40-60．
[16] 王明骏．自愈电网与分布能源[J]. 电网技术，2007，31（6）：1−7.
[17] MOSLEHI K, KUMAR A B R, SHURTLEFF D, et al. Framework for a Self-healing Power Grid [C]// 2005 IEEE Power Engineering Society General Meeting, 12−16 June, 2005, San Francisco, CA, USA: IEEE, 2005, 3：3027.
[18] 余贻鑫，栾文鹏. 智能电网[J]．电网与清洁能源，2009，25（1）：7−11.
[19] 余贻鑫. 新形势下的智能配电网[J]. 电网与清洁能源，2009，25（7）：1-3.
[20] MOMOH J A. Smart Grid Design for Efficient and Flexible Power Networks Operation and Control Power Systems Conference and Exposition[C]// 2009，IEEE/PES，2009：1−8.
[21] European Commission. European Technology Platform Smart Grids : Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future [EB/OL]. (2008-02-10) [2010-03-18].
[22] The National Energy Technology Laboratory. Integrated Communication. Pittsburgh, PA, USA: NETL, 2007.
[23] 武建东. 全面推动互动电网革命拉动经济创新转型[EB/OL].(2009-02-03)[2010-03-18].
[24] 丁民丞, 王靖, 朱治中. 方兴未艾的智能电网[J]. 国家电网, 2008（5）：86−88.
[25] 谢开，刘永奇，朱治中，等. 面向未来的智能电网[J]. 2008，41（6）：19−22.
[26] 新华网. 欧美智能电网战略计划[EB/OL]. (2009-06-03)
[27] 王莉，张莫. 中美新能源对话：寻求共同利益[EB/OL]. (2009-07-15)[2010-03-18].
[28] 国际能源网. 美国政府斥资39 亿美元用于发展智能电网[EB/OL].(2000-07-07) [2010-03-18].
致谢

首先由衷感谢我的导师XXX教授。在整个学习过程中，我得到了导师的细心指导和帮助，无论从理论研究还是工作方法乃至生活做人，他对学生高度负责的态度深深的打动了我。他扎实的理论基础和丰富的科研经验开阔了我的视野，给予了我很多启发；他耐心细致的教学态度给我留下了深刻的印象，他在传授知识的同时还教会了我学习、思考的方式方法，是我受益匪浅，导师对我的谆谆教诲一直激励着我，使我在学习过程中不断的进步，在此向导师致以由衷的感谢和崇高的敬意！
感谢教研室的XXX老师，在课题的研究过程中帮助我解决了很多疑难问题，给与了我莫大的帮助和鼓励。同时，我还要感谢XX，XXX等同学在论文中给我提供的帮助。另外感谢我的家人，给予了我生活上的帮助和面对困难的勇气，让我充满信心面对一个个的挑战。
最后，再一次对所有曾关心、支持、帮助和培养过我的人表示衷心的感谢和真诚的祝福！

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