電力系統設計報告范文

導語：如何才能寫好一篇電力系統設計報告，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：電力系統規劃；運行規劃；發展規劃

一、電力系統規劃的目標要求

在電力系統規劃設計中，首先在總體上需要考慮以下兩個問題：一是技術上的合理性，二是投入上的經濟性。

規劃設計所追求的目標就是技術性能合理和總支出費用最低的問題。為了使規劃方案具有相對的合理性，就需要認真研究電力系統的自身特點和規劃的具體環境，然后選擇有效的量化分析手段，以便使決策行為最大限度符合預定的目標。

電力系統的發展水平和結構變化對于國民經濟的發展具有巨大影響，因此，合理進行電力系統規劃可以避免不必要的重復投資；同時，電力工業又是一個設備和技術密集性行業，設備使用壽命相對較長，不合理的規劃又將造成連續順性的費用和維護費用的極大浪費。由于計算機技術的應用，使得規劃方案形成的科學性和求解過程定量化成為可能。

二、電力系統規劃的任務及流程

一是能源規劃，屬于電力規劃的前期準備，主要任務包括研究規劃區一次能源平衡關系和開發條件；分析各類能源的儲存分布、輸送方式、可供能力、成本估算等，為電力規劃及其他能量轉換需求提供依據。

二是電力負荷預測，主要任務是，依據規劃地區國民經濟發展速度及要求，預測規劃期內對用電總需求的相關數據。

三是電源規劃，主要任務是，根據能源規劃和規劃期電力負荷需求，提出電源布局與電源容量建設方案。

四是電網規劃，主要任務是，根據電力負荷預測和電源規劃，提出主干網絡結構設計規劃方案并給出系統地理接線圖。

實際上，電源規劃與電網規劃是不可分割的整體，對電力系統而言，只是兩者的作用或功能不同，一是發電，一是輸電。一般情況下，兩者分開處理，然后進行總體協調。但兩者的目的是一致的，即共同實現系統未來的供求平衡。

三、電力系統規劃的劃分

電力系統可以從不同角度進行分類，若按用途劃分，則有運行規劃和發展規劃兩類。

運行規劃主要針對電源環節而言，它的基本任務是解決電力系統在短期內的電力供求平衡問題。具體內容包括：制定發電設備檢修計劃，確定機組出力分配，進行發電成本和互聯系統效益分析，制定燃料需求及儲存計劃等。

發展規劃的基本任務是解決電力系統在遠景（5-20年之間）的電力供求平衡問題。其內容包括：電源布點、裝機規模、更新計劃、網絡結構、輸電走向、聯網設計等。并在總體上力求電力系統的潮流分布合理，電能質量合格和運行的經濟性。

發展規劃若按規劃的周期長短，又可以分為短期、中期和長期三種。

短期規劃一般指5年左右的規劃設計，主要針對網絡部分進行優化或改進設計。研究5年內電源、電網建設方案并進行技術經濟分析。根據國民經濟和社會發展五年規劃及經濟結構調整對電力工業發展的要求，找出電力工業中不相適應的主要問題；深入研究電力需求水平及負荷特性、電力電量平衡、環境及社會影響等。提出5年內電源結構調整和建設原則，需調整和建設的項目、進度及順序；電網結構調整和建設原則，需調整和建設的項目、進度及順序；開展二次系統規劃工作。進行逐年投融資、設備、燃料及運輸平衡，測算逐年電價、環境指標等。

中期規劃，一般是指10年左右的規劃設計，主要對系統未來發展結構或方向進行規劃估計，通常一個中型水電站建設周期為10年左右，為此需將電源和電網綜合在一起規劃設計。研究5～15年內電力系統發展和建設方案，根據：國民經濟及社會發展目標、發電能源資源開發條件、節能分析、環境及社會影響等。分析：電力需求水平及負荷特性、電力流向。提出：規劃水平年的電源布局、結構和建設項目；電網布局、結構和建設項目；宜對建設資金、電價水平、設備、燃料及運輸等進行測算和分析。

長期規劃，一般是指20年左右的規劃設計，它主要是對系統發展的未來給出一種趨勢性的設想方案。

研究電力發展的戰略性問題。根據國民經濟和社會發展長期規劃、經濟布局和能源資源開發與分布情況宏觀分析電力市場需求；綜合分析煤、水、電、運和環境等。提出：電力可持續發展的基本原則和方向；電源的總體規模、基本布局、基本結構，能源多樣化等；電網主框架。必要時提出：更高一級電壓的選擇意見；電力設備制造能力開發要求；電力科學技術方向。

1.各階段規劃內容與差別

五年規劃（設計）包括：大區電力系統設計，省或地區系統設計，電廠接入系統設計，工程設計的系統專業配合，電力系統專題設計。

中期規劃包括：電力需求預測，動力資源開發，電源發展規劃，電力網發展規劃，環境及社會影響分析，重點是測算和分析電力建設資金、電價水平等。長期規劃包括：電力需求預測，動力資源開發，電源發展規劃，電力網發展規劃，環境及社會影響分析，重點是研究資金、電價、設備供應、人員培訓等問題，提出措施。

電力系統規劃之間的關系及作用。五年規劃（設計）以現狀為基礎，并應在中期、長期規劃的指導下進行編制。中期規劃的深化和具體表現，也是對中期、長期規劃進行補充和修訂。其是編制、報批項目建議書、項目可行性研究報告書的依據，電力工程項目開展設計工作的依據。

中期規劃以五年規劃為基礎，并應在長期規劃的指導下編制。其是長期規劃的深化，也是長期規劃的補充和修訂，是電力工程項目開展初步可行性研究、設計工作的依據。

長期期規劃以五年規劃和中期規劃為基礎，研究電力發展的戰略性問題。

2.電力系統規劃設計的內容

（1）五年規劃（設計）即大區電力系統設計。任務是以系統內大電源的接入和主網絡方案為研究對象，主要解決系統內主力電廠的合理布局和主網架的結構問題，相應于推薦方案的無功補償容量及其配置，某些系統運行技術條件的校核，可能采取的技術措施及實施方案（如系統調峰、調頻、調相調壓及系統穩定、短路電流、過電壓等問題）。（2）省或地區系統設計。在大區系統主力電源接入系統方案和主網架方案已經確定的條件下，研究省及地區電源接入系統方式及二次電壓等級的網絡方案，通過系統潮流、調相調壓及短路電流計算，提出省及地區的系統接線方案及相應需要建設的輸變電項目（包括無功補償配置）。（3）電廠接入系統設計。根據負荷分布和電廠合理供電范圍，研究電廠最佳接入系統方式（包括電壓等級及出線回路數）、電廠送出工程相關網絡方案、建設規模及無功補償配置，并提出系統運行對設計電廠的技術要求（如穩定措施、調峰、調頻、調壓設備的規范及發電機的進相及調相能力等）。（4）本體工程設計的系統專業配合。把電網規劃設計、電廠接入系統設計中確定的技術原則落實到具體工程設計中去，包括設計規模，分期建設方案，電氣主接線、主設備規范，建設進度、技術條件校核及可能采取的措施等。系統專業的配合資料是本體工程設計的依據和基礎資料。電力系統專題設計：系統擴大聯網設計；系統高一級電壓等級論證；交、直流輸電方式選擇；電源開發方案優化論證；輸煤輸電方案比較；弱受端系統供電方案；特殊負荷的供電方案；發電機勵磁方式論證；發電機快控汽門控制方式研究等等。

中期規劃包括電力需求預測，動力資源開發，電源發展規劃，電力網發展規劃，環境及社會影響分析等。

長期規劃包括電力需求預測，動力資源開發，電源發展規劃根據動力資源和負荷分布條件；電廠建設條件、可能開發的設備制造的技術條件，提出發電電源構成和電源布局方案（包括對發電機組設備技術水平的要求）。電力網發展規劃根據對大氣環境及社會影響的分析，提出相應的建議。此外，還必須研究技術進步問題，提出對技術進步的要求和課題，以保證電力系統能不斷地向用戶提供充足、安全、可靠、質量合格、價格合理的電力。還包括環境及社會影響分析等。

四、電力系統規劃的方法

1.基本條件分析

電力工業發展的基本條件有3個，即電力負荷需要、動力資源開發及運輸條件許可、發變電設備的制造及供應及時。

2.基本功能分析

分析電網功能就是分析電網各部分及某些大電源及主要網架的作用。對基本功能的分析要分層次進行，首先是全網供電范圍、電源建設地點、電源的作用、分區電網之間的送受電關系等，其次應分析主力電源的合理送電范圍、功率流向及相應的網架，最后是地區電網的情況。分析時要注意：隨著系統的發展，電網各部分無論是電源、網架還是輸電線的功能都是變化的。

3.基本形態分析

分析發電廠與變電所之間的連接方式，也就是電網結構。最基本的電網結構有輻射型、鏈型及環型3種，電網結構主要取決于電廠和負荷的分布、電網覆蓋地域的情況等。電網結構設計的基本原則是分層分區原則，即不同電壓等級電網構成不同的層次，不同地域的下一級電網解列構成不同的地區電網，地區電網本身具有足夠的電壓支撐和無功儲備。

4.動態分析即彈性分析或可變因素分析

主要是指電網實際發展進程與設計預計有差別時規劃電網的適應能力?？勺円蛩刂饕侵福贺摵蓪嶋H增長超過或低于預計；電源建設進度或順序發生變化；主要送電線路投產時間提前或推遲等。因此電力系統規劃要采用滾動的方法不斷修正。

5.限制性條件分析

在制定電力系統規劃方案時要特別注意那些會影響方案成立的限制性因素，這些因素主要是：自然地理條件的限制性因素；供水水源條件；煤礦建設進度不能滿足電廠需要；廠、所區公路、鐵路、碼頭的建設進度和規模不能滿足要求；主要輸電線存在跨江、河問題；主要電氣設備制造困難等。

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電力能源作為國民經濟眾多領域的基礎能源，在社會經濟發展中起著舉足輕重的作用。電力工業的先行建設，是保證經濟發展的先決條件。作為電力工程前期工作的重要組成部分，合理的系統規劃是電力系統安全、可靠、經濟運行的前提，也是具體單項電力工程設計建設的方針和原則。

一、電力系統規劃設計的主要內容

系統規劃設計相關工作可分為長期的電力系統發展規劃、中期的電力系統發展設計。其對單項電力工程設計具有指導性的作用，也是論證工程建設必要性的重要依據。

在進行單項電力工程設計時，其涉及到的系統規劃設計主要內容包括：（1）工程所在區域的電力負荷預測和特性分析；（2）近區電網電源規劃情況及出力分析；（3）根據負荷預測和電源規劃結果，進行電力和電量平衡；（4）提出電力工程接入電網系統方案；（5）對所提方案進行電氣計算；（6）分析計算結果，并進行方案技術經濟比較；（7）為電力設計其它專業提供系統資料。

（一）電力負荷預測和分析

對擬建電力工程附近片區進行電力負荷預測和分析，是電力系統規劃設計的基礎。在電力工程設計時，主要進行10年以內的中短期負荷預測。中短期負荷預測，主要圍繞國民經濟的運行和發展而進行。在總結歷年經濟數據的基礎之上，結合社會經濟的發展規劃，對中短期的近區最大負荷進行逐年預測；同時，根據已建、在建和規劃的大項目情況，對負荷的特性進行必要的研究分析，并確定其對電網供電的影響。負荷預測的方法多種多樣，即有傳統的序列預測法，也有模糊理論、專家系統等新方法。對具有重要意義的電力工程，如樞紐變電站、輸送大量潮流的電力線路、或大容量發電機組，可采取多種方法預測負荷，分析負荷增長因素及其發展趨勢，并從中選出一般可能出現的負荷水平進行分析。

（二）電源規劃情況及出力

電源規劃是電力系統規劃設計的核心內容。對擬建工程周邊電網的電源規劃進行統計，并分析電源的出力情況，是論證單項電力工程建設必要性的重要依據。電力電源分為統調電源和地方電源，其中統調電源是指歸電網調度統一調度的各類大型發電廠；地方電源則包括各類小水電站，以及企業自備發電機組。每種電源在不同的水文期的出力各不相同，同時新建電源機組會出現在規劃期間逐年投產的情況，因此，需對電源出力情況進行詳細的分析統計，以利于下一步工作開展。

（三）電力電量平衡

電力電量平衡在電力系統規劃設計中起約束條件的作用。根據電力負荷預測和電源出力分析，進行項目所在地區、供電區域進行電力、電量平衡計算，并對平衡結果進行分析，從而確定電力工程的布局和規模。通過負荷預測確定各水平年的系統最大負荷，結合各類電源的出力分析，得出電力電量盈虧，從而確定電力系統所需的發電、變電設備容量。該容量應滿足負荷需求的工作容量加上系統需要的備用容量。此外，在進行電力電量平衡時，還需考慮分區間的電力電量交換，并根據情況增減設備容量。

（四）接入系統方案

根據工程所在地原有網絡特點、負荷分布和電網發展規劃等情況，說明項目工程在電力系統中的地位和作用，按照電網規劃，以及政府部門的審批意見，提出項目接入系統比較方案。在論述項目接入系統方案時，應遠近結合、綜合考慮節約用地、節能降耗、電網新技術的應用。與此同時，需提出項目工程各方案的布局和規模，投產年及終期近區的電網結構、運行方式和供電電壓等內容。

（五）電氣計算

電氣計算是電力系統規劃設計的主要內容，包括：潮流計算，穩定計算，短路電流計算和無功補償計算。第一，潮流計算主要是對電力網絡中的功率和電壓的分布進行計算，通過潮流計算可確定系統運行方式，檢查各元件是否滿足運行要求，并為系統繼電保護和穩定計算提供依據和初值。潮流計算作為電力系統設計中最基本的計算，是比較電力工程各接入系統方案最直觀的方法。通過潮流計算得出的電網各節點電壓、各網絡元件電力損耗、以及電力潮流的分布情況，可直接用于分析各接入系統方案的可靠性、合理性和經濟性。第二，穩定計算是指根據要求，對電力系統的各種故障情況進行模擬計算和分析，從而確定電力系統穩定問題的主要特征和穩定水平。穩定計算多是基于潮流計算結果的基礎之上，在單項工程設計中常用到的穩定計算包括電力系統暫態穩定計算、電壓穩定計算、以及頻率穩定計算等。通過進行各種穩定計算，可校驗各接入系統方案的運行參數能否滿足穩定運行的要求，在必要的情況下提出安穩策略和保障措施。第三，短路電流計算主要是驗算在給定的網架中，由于故障短路而在電氣元件上產生的不正常電流值。計算項目工程接入系統節點處的各種短路電流，能為電氣設備的選型提供依據。在確定網架結構和系統運行方式的情況下，進行短路電流計算可正確選擇及校驗電氣設備，選用正確的繼電保護整定值和熔體的額定電流，從而確保在故障情況下能快速切斷短路電流，減少短路電流持續時間，減少短路所造成的損失。系統的短路電流宜限制在合理的水平，當短路電流水平過大而需要大量更換工程相關網區已有電氣設備時，應提出限制短路電流的措施。第四，進行適當的無功補償，可向電力網絡中的感性負荷提供相應的無功功率，從而減少各種網絡元件因傳輸無功功率所造成的電能損耗。在具體電力工程中，需根據無功平衡，提出無功補償裝置總容量及分組容量，必要時需對單組低壓電容器投切時電壓波動進行校核，進行近區無功平衡分析，和調相調壓專題計算。

（六）方案比較

對項目接入方案進行比較，在各種電氣計算結果的基礎之上，從安全可靠性、實施性、發展適應性和經濟性等方面進行分析，從而對各方案的設計及運行做出評價，并選擇最優者作為推薦方案。

（七）系統專業提資

通過合理的系統設計，可靠的系統電氣計算，選出綜合條件最優的推薦接入系統方案，確定項目工程的建設規模和投產時間，為電力工程設計的其它專業提供有效的設計依據和準確的數據支撐。

二、電力系統規劃設計工作的一些經驗

隨著我國電網電壓的升高，電網規模的不斷擴大，電源裝機總容量的逐年提升，電力系統的發展進入了新時期。在單項電力工程的設計中，電力系統專業的設計和論證起著重要的指導作用。如何獨立開展電力系統規劃設計工作，成為中小規模的電力設計單位遇到的新問題。

（一）準備階段

在開展系統規劃設計工作前，應收集近區電力系統現狀相關資料，了解大網區的基本情況和特點，分析和整理收集到的系統資料。收集現有變電站、線路以及統調電源資料，并開列成表錄入數據庫，形成電網現狀網架的基礎數據。與此同時，還需收集最新電力主網規劃報告，了解近區電網的發展方向和變化特點，將規劃電力網絡資料錄入數據庫，形成各規劃水平年的網架基礎數據。

（二）開展工作

關注電力系統的最新變化情況，更新數據庫資料，收集和研究各地區的負荷情況和特點，掌握大網內各電廠、變電站、電力線路的地理分布情況和數據資料，為系統設計做好準備。針對新項目工程，展開對當地負荷情況的收集工作，及時更新當地及周邊電力系統的資料。之后，進行各類系統電氣計算，配合項目工程的設計工作。電力網絡基礎數據對電力系統規劃設計具有重要意義，所有電氣計算均是基于電網數據的基礎上進行的。因此，不斷更新和完善基礎數據，將是電力系統規劃設計的一個長期工作。

三、結語

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關鍵詞：ETAP；電力系統；潮流分析；仿真實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）26-0128-02

電力系統運行概念比較抽象，而且難以采用實物操作或演示，學生理解起來存在很大難度。通過形象的圖形界面直觀反映電力系統，可以加深學生對電力系統運行原理和過程的理解，因此利用可視化的仿真軟件作為輔助教學工具，加深學生對電力系統概念的理解很有必要。ETAP是一款能夠滿足教學和企業使用的圖形界面友好、建模直觀、運行方式多樣并且功能強大的電力和電氣系統分析軟件。

一、ETAP簡介

ETAP（Electrical Transient Analysis Program）是由美國OTI公司（Operation Technology Inc）開發的面向企業應用的軟件，主要用于電力系統設計、模擬、運行、監測、控制、優化和自動化，能夠為企業提供智能電力監測、能量管理、系統優化和自動化、實時預測等應用方案。其采用單線圖等可視化技術，模擬電力系統的各種運行狀態，直觀地闡述了電力系統運行的基本概念。其智能交互式圖形用戶界面給使用帶來極大方便，元件選擇及運行方式等設置豐富全面，可以滿足各種情況下的電力系統分析的需求。ETAP除了基本的運行分析之外，還包含很多功能，使其成為一款出色的商用電力系統分析軟件，ETAP的電力系統基本功能包括潮流分析、短路分析、電動機起動分析、暫態穩定分析、繼電保護配合、諧波分析、接地網系統等[1]。計算結束后ETAP不但能夠在圖中直觀地顯示出一些基本數據，還能形成多份不同種類的詳細數據報告。

二、應用ETAP建模和演示潮流分析

電力系統的潮流計算是電力系統分析的基礎，課堂教學中往往注重解析算法的推導或計算機算法原理的講解，而忽視了潮流分析的實際應用。潮流分析的目的主要有：在電力系統規劃和設計中選擇系統接線方式、選擇電氣設備及導線截面、確定電力系統運行方式和研究電力系統穩定性等[2-4]。使用ETAP軟件可以方便地實現這些應用，使學生對電力系統研究的問題和方法有整體了解，而不會淹沒在各種計算中把握不到電力系統分析和應用的方向。

1.電力系統原型及其建模。ETAP提供了便捷的圖形化使用界面用于建立單線圖，可以添加、刪除、移動、連接、縮放、設置參數等。將各元件模塊選出來、連接并設置好參數，就可以建立基于ETAP的電力系統仿真模型。

本文采用輻射型網絡主接線系統為原型建模，建好的模型如圖1所示，發電機G1為平衡節點，額定電壓為18kV，電壓相角為0，變壓器B1的額定容量為360MVA，變比為18/121，Uk%=14.3，X/R=2.238；變壓器T2、T3的額定容量為15MVA，變比為110/11，Uk%=10.5，X/R=0.123；線路L1、L2長度為80km，電阻為0.21Ω/km，電抗為0.4160Ω/km，電納為2.74×10e-6S/km；負荷F1：20+j15MVA，負荷F2：28+j10MVA。

發電機G1的運行模式選擇平衡節點，設置的有功和無功數值只是迭代時的初值。母線標稱電壓標示在圖中。負荷F1、F2類型選擇恒容量。

2.潮流分析。ETAP潮流分析模塊計算電力系統中的母線電壓、支路功率、電流和功率等，用戶能夠選擇不同的計算方法來提高運行效率，如牛頓-拉夫遜法、快速解耦法。潮流計算結果可以在圖中直觀地顯示出來，也可以查看結果輸出報告。

在潮流分析運行模式下，點擊運行，其結果如圖2所示，其中紅色數據是運行計算的結果，黑色箭頭表示功率流向，圖中顯示了計算所得的各支路的有功功率、無功功率和母線電壓。通過潮流結果分析器可以查看潮流分析的詳細結果報告，在分析報告里可以選擇查看通用信息、母線結果、支路結果、負荷、電源這五種報告類型，每個類型里面可以選擇所需顯示的潮流結果。圖3是支路結果報告，顯示了各支路的有功和無功潮流、電壓降、有功和無功損耗。

ETAP有詳盡的越線報警功能，當有母線過壓、負荷或電纜等過負荷時，ETAP潮流分析出現報警提示，根據此提示，更改電力系統元件或接線方式使系統運行正常，該功能為電力系統設計提供了方便。學生也可以通過更改參數設置或增減元件等方法觀察比較仿真結果，進一步研究有功功率和無功功率的分布特點。

三、在教學實踐中引入ETAP

《電力工程基礎》及《電力系統分析》對初學者而言是一門比較抽象的課程，其知識點多，各種計算比較復雜，課堂分章節講授，更多拘泥于概念的認知和計算過程的強調，使得學生將大量時間花在公式的記憶上，難以對電力系統從整體上把握和全面理解，導致知識割裂，很多概念無法真正理解，不能與實際應用聯系起來。不但挫傷了學生學習的興趣，而且學習起來也十分困難。電力系統作業計算過程復雜，也難以在作業題中體現想要實現的目的。引入ETAP仿真，通過元件參數的設計及其自身提供的幫助文件中的解釋，學生聯系理論知識，可以直觀地鞏固電力系統中的一些基本概念，把各章節的知識連貫起來理解。ETAP以可視化的方式建立模型，直觀地反映要分析的問題，計算部分都由內部程序完成，使得授課的重心更多地放在模型建立和結果分析上。

ETAP雖然能解決不少問題，但它只是一個工具，在教學生使用前應該要求學生掌握好電力工程基礎知識和電力系統分析計算理論，這樣實驗課才能順利進行。用ETAP軟件做電力系統模型分析有相當大一部分工作是建立系統模型，模型的質量直接關系到實驗分析的成敗。為了保證模型的正確性，建模前要先弄清楚各元件的數學模型并了解軟件中元件參數代表的含義[5]。

ETAP軟件是一款商業軟件，與傳統電力系統教學專用軟件MATLAB電力系統仿真模塊集（SinPower Systems Blockset，PSB）相比，具有更多的分析應用程序功能供用戶選擇，其元件的參數設置和系統控制方式也較為豐富，一方面它可以更好地解決實際電力及電氣的問題，另一方面這對于學生掌握該軟件的使用造成一定的難度。考慮到目前學生在本科階段學習側重于理論，使用的軟件大多也偏向于教學應用類，遠不能滿足培養工科應用型人才的需求，要培養與國際接軌的工程類專業人才，有必要了解和學習使用復雜一些的商用軟件。通常課堂實驗的設置以驗證性實驗為多，通過校企合作，學校為學生提供了功能強大的ETAP軟件作為實踐學習的工具，如果充分利用好該軟件，有利于激發教師和學生的興趣，還為學生進一步探索更廣泛的電力系統的知識及其應用提供了平臺。

四、結束語

電力系統是一門實踐性很強的學科，系統規模龐大，算法復雜，很多概念和運行方式需要在大系統中模擬才能更透徹地理解。ETAP基于直觀的圖形顯示和封裝的計算運行，可以幫助學生理解電力系統相關知識概念，加深對系統運行的認識，同時由于其功能強大，可以便于學生進一步探索研究相關問題。

參考文獻：

[1]李廣凱，李庚銀.電力系統仿真軟件綜述[J].電氣電子教學學報，2005，（3）.

[2]唐志平.供配電技術[M].北京：電子工業出版社，2013.

[3]孫麗華.電力工程基礎[M].北京：機械工業出版社，2009.

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0引言

電力系統綜合實驗是電力系統及其自動化專業人才培養的重要實踐環節，主要培養學生綜合運用專業知識處理工程問題的能力。電力系統綜合實驗是涵蓋“電力系統穩態分析”“電力系統暫態分析”“電力系統繼電保護”“電力系統自動裝置”“變電站綜合自動化”等多門專業課程知識交叉的綜合性實驗。燕山大學電力實驗室中的實驗設備通過物理模擬及數字仿真等形式呈現電力系統運行及自動化控制的全過程，使學生從全局、系統的角度認識理解電力系統[1，2]。

目前，實驗室開設的電力系統綜合實驗大多為傳統的驗證型實驗。在實驗過程中，學生按照指導教師所講及指導書中的實驗步驟操作即可得出結論。實驗教學內容及考核方式陳舊單一，實驗過程中學生發揮獨立分析思考解決問題的能力受限，處于被動地位。從實驗教學效果來看，傳統的實驗教學模式難以有效地提高學生實踐技能和綜合素質[3]。

隨著CDIO現代工程教育培養模式的引入與逐漸推廣，對電力系統綜合實驗課程進行項目式教學改革成為必然趨勢。電力系統綜合實驗的改革注重專業核心課程之間知識點的相互聯系，打破以理論驗證為主的傳統實驗教學模式，強調實驗構思、設計、運作、實踐基于項目進行。轉變教師和學生在實驗中的地位，要求學生參與構思、自主設計、協作實施，實現從被動教育到自主學習的轉變[4，5]。

本文在研究CDIO工程教育理念的基礎上，結合項目式教學培養目標，提出基于CDIO理念的電力系統綜合實驗課程改革方案，對實驗教學內容、實驗方法及實驗考核方式等進行改革。以燕山大學2012級電力系統及其自動化專業本科生為對象的項目式培養教學實踐，獲得了豐富的教學經驗和顯著效果，為未來教學改革實踐的持續改進奠定基礎。

1綜合實驗項目實施方案

為推進電力系統綜合實驗教改實施，對實驗課程教學大綱進行調整。為提高教改課程的可行性，形成教學效果對比，只對綜合實驗中的部分項目進行改革，其余項目按傳統方式授課，并在未來的課程改革中不斷持續改進。

由表1可知，未改革的綜合實驗項目由指導教師講解實驗原理及設備使用方法，學生連接實驗電路，并按照指導書上的實驗步驟做實驗，記錄實驗結果。教改的綜合實驗項目與傳統驗證型實驗相比，在實驗內容、實驗形式方面有較大的改變。

1.1綜合實驗改革項目實施形式

電力系統綜合實驗課程改革打破傳統“學與做”的教學模式，實驗項目選題具有工程環境與背景，實驗目的不再是某一理論的驗證，而是實現工程目標。讓學生以小組形式共同完成項目，從構思階段的概念設計開始，經歷設計討論和實施階段，讓學生主動學習課程知識點之間的有機聯系。在教學過程中注重引導學生獨立思考，開展啟發式、探究式、參與式教學[6]。

與傳統實驗流程不同，基于CDIO理念的?C合實驗教學改革按照項目開發過程設計實施，包括項目方案構思討論、項目設計、系統接線方案設計、實驗操作及仿真測試。實驗過程中，遵從“構思、設計、實施、運作”的工程教育指導思想，強調綜合性學習和主動學習[710]，圖1為綜合實驗項目開展環節。

1） 構思環節。實驗開始，由指導教師提出項目題目及設計任務，學生分組形成團隊，查閱項目實施涉及的課程基本原理，學習相關設備原理及操作方法，構思項目實施方案。該階段的任務是每組學生至少提出兩種方案的設計，并進行可行性分析與討論。指導教師對學生進行指導，確定最合理的方案。

2） 設計環節。在完成項目實施方案的確定后，要求學生完成實驗原理圖及實驗電氣接線圖的設計及繪制，主要包括電網組網方式、主系統接線方式、電力系統一次設備及二次設備選型、繼電保護整定及二次設備接線方式設計等。學生還需對自己要完成實驗的操作步驟進行設計。最后上交實驗接線圖及實驗操作步驟，由指導教師進行檢查。

3） 實施環節。學生根據設計圖，在實際可操作的實驗臺或虛擬培訓軟件進行操作，教師對實驗設備的操作規范通過實物演示的方式進行講述，學生可直觀地掌握該部分的知識和技能。學生利用實驗設備，完成設計圖的調試、連線、相關一次設備投切及二次設備控制整定。完成系統接線后，教師對每組系統接線進行檢查，確定無誤后，方可讓學生上電操作。最終，學生通過設備上的軟件分析或相關參數的讀取，對自己設計系統的狀態進行分析得出結論。

4） 運作環節。項目完成后，指導教師進行項目驗收。在此環節，學生需對項目成果進行展示，對自己的設計思路、系統原理圖、關鍵技術、創新點、存在問題等內容進行公開匯報。然后，開展項目討論，進行技術交流。

在整個實驗項目完成過程中，學生以具體應用工程問題為驅動，通過查閱學習資料，綜合運用專業理論知識解決實踐中的問題，最終提高學生發現問題、提出問題、分析問題和解決問題的能力。

1.2綜合實驗項目組織形式及評價設計

綜合實驗項目組織采用學生分組、團隊協作的形式，由5～6名學生組成一個小組，確定1名小組負責人；每個實驗設置4～5個工程項目，每組負責1個實驗項目；小組負責人負責實驗項目任務分解和人員分配，組內人員分工協作完成整個實驗項目。以學生自我設計和實際操作為主、教師輔導為輔。

傳統的實驗教學評價主要采用“實驗結果+實驗報告”的考核方式，對學生動手能力和綜合素質考察不足。基于工程教育的實驗教學模式是個循序漸進的過程，要在不同階段針對學生不同能力的培養進行評價，并在最后階段進行整體效果評估[11，12]?；贑DIO理念的電力系統綜合實驗教學改革評價考核方式將學生在構思、設計和實踐等各環節的表現結合起來，從實驗態度、實驗操作技能、綜合素質幾個方面進行綜合評定。

總成績中，態度評價占10%，主要評價學生對實驗的興趣及重視程度；實驗方案設計占總成績的30%，主要評價學生設計實驗方案的可行性及實驗效果；實驗操作技能占30%，主要評價學生操作實驗設備的準確性及完成實驗的情況；答辯及實驗報告占總成績20%，主要評價學生口頭報告及撰寫實驗報告的能力；組內互評占10%，主要評價學生團隊溝通協作能力。

2綜合實驗項目主要內容

電力系統綜合實驗課程改革內容涉及電力系統的設計規劃、調度、監控、運行控制及二次設備調節、測量、保護的理論和技術。課程改革由配電網靜態模擬及微機保護設計實驗項目、電網虛擬仿真設計實驗項目及常規三相四線制系統設計及綜合監測3個實驗項目組成。根據項目式教學電力專業畢業要求，使實驗項目內容設置具有綜合性、設計性和創新性。

2.1配電網靜態模擬及微機保護設計實驗項目

為了使學生掌握電力系統運行與保護控制技術，通過實驗室中配電網靜態模擬系統及KLD94 300微機保護測控裝置，開設不同接地方式的配電網無功補償、線路故障電壓電流監控測量、微機線路保護、距離保護、差動保護等實驗。

本實驗從構思、設計、實施和運作4個環節設置項目內容，項目技術路線如圖2所示。

實驗項目主要內容如下。

1） 項目方案構思。根據設計要求，構思10 kV配電網運行及保護控制設計方案并進行可行性分析討論。

2） 項目內容設計。對中性點不接地、中性點經電阻接地及中性點經消弧線圈接地配電網主系統接線、無功補償進行設計；通過分析不同接地方式配電網故障特性，設計保護方案，計算保護定值。

3） 項目實施。（1）無功補償。根據1）中設計，對系統進行無功補償，在配電網靜態模擬裝置上，投切不同數值組合的無功補償裝置，使系統在設定的功率因數下運行；（2）故障特性分析。對1）中?O計系統，進行配電網的故障特性分析。在配電網靜態模擬系統上設置線路故障，從測量裝置中讀出不同接地方式配電網的故障電流及電壓，判斷其特征是否與理論分析一致，對比不同接地方式配電網接地故障特性的異同；（3）微機保護。對1）中設計的保護方法，進行保護定值及參數的整定。在KLD9300微機保護裝置上設置整定控制字以控制保護的投退；通過在配網靜態模擬系統線路上設置故障，驗證自己所設計的保護方法及動作值整定是否有效。

4） 項目運作。在實驗臺上演示講解項目實施過程，展示項目設計成果，進行技術交流。

2.2電網虛擬仿真綜合設計實驗項目

電網調度虛擬仿真培訓系統能夠對電網運行、電網調度、變電站運行監控巡視、繼電保護、系統事故分析和處理、電氣一二次設備操作等進行全方位的模擬，3D場景單元再現真實變電站現場，仿真變電站工作人員的就地操作和操作結果。

本實驗項目充分利用虛擬實驗室技術，讓學生從角色上進行轉變，切身感受作為變電站運維人員、電網調度人員、檢修人員在在企業及工程中具備的技能，體會專業崗位的職能特點。根據項目任務要求，學生分組完成項目設計及實施，最終以技能競賽的形式展示項目運作，技術路線如圖3所示。

1） 檢修任務。根據下達的檢修任務，構思變電站設備檢修方案。設計檢修操作方案，包括開關及斷路器倒閘停送電操作、備用母線就地投切等。開操作票，在3D模擬的真實變電站現場對設備進行檢修。

2） 調度任務。根據接受的調令，構思執行調度任務。根據突發事件情況，設計調度指令，并協調、組織現場操作人員或自動化控制系統進行調整，執行動態設備狀態監視，并向上級匯報電網實際運行參數。

3） 五防開票。根據任務，完成五防開票、五防驗證的操作。在3D場景中的一次設備操作機構中添加五防鎖，設計五防邏輯，執行接收操作票，開五防鎖。

4） 繼電保護。對變電站內保護室，根據繼電保護仿真軟件，進行保護定值的整定，時間整定，控制字整定，定值換區等設計，對保護柜執行壓板操作、開關操作并能夠實現燈光信號字顯示。

2.3常規三相四線制系統設計及綜合監測

電能綜合監測實驗臺，能夠使學生掌握電力系統常用二次設備的測量原理及接線方法，掌握不同類型負荷的三相四線制系統交流電量的特點。

本實驗項目要求學生分組完成以下實驗內容，項目技術路線如圖4所示。

1） 項目方案構思。根據設計要求，構思常規三相四線制系統綜合電量監測設計方案，進行可行性分析討論。

2） 項目內容設計。根據給定元件及所測電量，設計三相四線制系統接線圖，包括電源元件、電壓電流互感器、有功功率表、無功功率表、功率因數表、電壓表、電流表、阻性負荷、容性負荷、感性負荷。

3） 項目實施。根據設計的接線圖，在電能綜合監測實驗臺上連接三相不對稱負載線路，模擬操作電力系統單相短路和斷路狀態，實現常規三相四線制系統綜合電量監測。

4） 項目運作。在實驗臺上演示講解項目實施過程，展示項目設計成果，進行技術交流。

3綜合實驗教學改革效果分析

基于CDIO以項目設計為導向的工程教育理念，調整和優化了電力系統綜合實驗結構與實驗內容，教學方法及教學思路也進行了優化創新，豐富了實驗教學形式?；贑DIO理念的電力系統綜合實驗教學改革實施以來，在實驗內容、教學形式、考核方式及能力培養方面有很大的改進，其中配電網靜態模擬及微機保護設計實驗項目與改革前單純的驗證性實驗相比，教學效果尤為突出（詳見表2）。從項目評價結果可以看出，學生通過項目設計實施能夠準確掌握電力系統基本理論知識和使用技能。項目式教學更能夠激發學生學習的熱情，增強學生學習主動性。項目實踐過程中，培養了學生工程實踐能力、團隊協作能力、分析和解決問題的能力，取得良好的教學效果。

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關鍵詞：繼電保護；可靠性管理；系統設計；電力應用；電站建設 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM77 文章編號：1009-2374（2016）07-0022-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.07.011

當前階段，電站的建設如火如荼地開展起來，其帶給人們更加方便快捷的生活，讓人們的生活發生了極大的變化，帶領人們走進新時代的現代化社會。但是，電站的蓬勃興起，并沒有讓繼電保護獲得更大的發展，繼電保護的可靠性依然是其主要的研究方向和重要內容，繼電保護可靠性管理系統的設計和實現成為其未來的研究重點。由于保護系統可靠性所涉及的因素較多，其進行設計和實現方面的難度較大，更加需要相關人員的付出和努力對其進行不斷的探索和研究。因此，更加成熟的保護方案也正在研究過程中。雖然對繼電保護的可靠性正處于研究階段，但是其未來的發展趨勢我們可以預見，其必將為我們帶來更加安全的用電系統，為人類的用電安全保駕護航，為人類的電力發展提供更加堅強的后盾和支持。

1 繼電保護淺析

電力系統在運行的過程中，會因為外界因素或者自身原因發生各種故障，對電力系統或者電站的保護非常不利。為了更好地避免由于故障而給電力系統或者電站造成損失，對故障進行提前預防就顯得非常有必要。在對電力系統安全保護措施的研究中我們發現，帶有觸點的繼電器可以對其進行有效保護，這種機電保護裝置保護電力系統的過程就叫做繼電保護。保護系統可靠性涉及的因素多、保護可靠性基礎數據量大等問題，有針對性的實用化軟件系統仍在探索中。做好繼電保護的研究不僅對電力企業具有非常重要的作用，對我國電力建設也具有非常深遠的意義。一般情況下，繼電保護能夠對電力系統運行中的故障進行預警設置，也就是說電力系統在發生運行異常的時候，繼電保護就會采取相應的手段，對異常進行警報處理，便于維護人能夠及時了解故障的發生時間，并采取有效手段對故障進行排除。在配電網的環境下，電力系統發生異常的時候，繼電保護能夠讓電力設備與配電網相脫離，保證電力設備的安全。因此，在電力系統中進行繼電保護系統的運行，能夠有效地對電力系統的可靠性提供支持，為電力企業的安全提供支撐。電力系統正常運行的主要依靠是繼電保護的正常運行，對其可靠性管理進行設計和研究，對其裝置發揮正常作用、優化功能方面具有重要意義。

2 繼電保護可靠性數據及預處理

繼電保護所需要的可靠性數據表現形式多樣，不僅包括數字，還包括圖表、符號等形式，均產生于系統各項工作正常運行的情況下所收集的數據。對系統來說，主要包括裝置運行時間、裝置產生缺陷時間、缺陷類型、系統運行記錄、系統動作記錄等。其數據的來源主要為系統進行檢修時的報告、系統的故障信息、相應的維護記錄、調度中心出具的運行報告等。

繼電保護裝置龐大、型號較多，并且在部分電廠更新的較為頻繁。其原始數據較多，在對數據進行處理的過程中還發現很多無效數據，因此對繼電保護裝置進行數據預處理就顯得非常有必要。繼電保護裝置正常運行的前提是需要對其運行中的各種數據進行篩選和補充，保證在對系統進行保護的時候所獲得的數據的準確性。所謂的“原始數據”指的是包括記錄號、電壓等級、設備投入時間、型號、批次、ID、設備發生故障的時間、狀態、原因、故障處理時間、恢復運行時間等相關信息，其中的每一條信息都有其特殊性，都需要對其進行充分收集和整理，在其中篩選出具有價值的信息。

經過篩選之后所得的數據包括完整數據、左截尾數據和定時截尾數據。不同的設備因為其投入的時間和運行的情況不同，獲得的數據也不盡相同，甚至還會有很大的差別。因此完整數據的獲得大多數情況下很難實現，大部分數據為定時截尾數據。定時截尾數據還需要對設備的維修情況進行考慮，這時候才能說對其數據的收集和整理具有一定的完整性。

3 繼電保護可靠性的時變特征

繼電保護裝置其實質的函數的套用，通過函數計算出其使用壽命、可靠性程度、失效率等。對其可靠性的保護不僅需要對數據進行收集和整理，同時也需要對其時變特征進行分析，以保證客觀地反映保護系統可靠性水平。

3.1 偶然失效及失效率估算

繼電器的偶然失效一半是因為外力的作用，也就是說因為外界環境的突然作用而造成的保護裝置故障。外界環境對繼電保護裝置作用的強度不同，其所產生的常數不同，那么對其失效率的計算就可以通過函數公式進行計算。對n個裝置進行觀察和監測，此時如果存在截尾數據，則應當對保護裝置進行截尾實驗。

3.2 老化失效及失效率估算

老化失效指的是設備因為使用年限的久遠而造成的老化現象或者因為絕緣而產生的設備故障。對老化率的計算一般采用威布爾分布和正態分布，兩者因為參數和指數的不同，在等效指數分布方面有所不同。其通過函數公式，對可靠度和失效率方面進行明確的表達。其典型的函數公式包括如下：

式中：m為形狀參數；為尺度參數。就老化失效率方面采用的是威布爾函數，在結合最小二乘擬合法估算方法之后，將兩個參數代入到其他公式進行計算。

4 繼電保護程序設計

繼電保護系統進行程序設計的時候，應當從數據處理和可靠性內核分析兩方面進行設計，以保證系統在數據處理方面的準確性，在對其可靠性運行方面做到準確把握。

4.1 數據處理

程序在進行數據處理方面，應當經過兩個步驟：一個是原始數據的獲得；另一個是對數據的整理和分析。在原始數據取得方面，要做到數據準確、全面，力爭將不同系統不同部分的數據進行收集整理，從而為系統進行數據的整理分析做好準備。另外，要對數據進行整理分析，其主要是原始數據中的“系統狀態變化時間”和“設備投入運行時間”相關數據進行整理分析，通過設備的運行和變化了解到設備的狀態，對設備的各個部分運行進行監測。其經過數據收集整理，經過數據篩選，最后所形成的數據將會具有極大的使用價值，因此人員在進行數據收集整理中要認真對待，仔細核對。

4.2 可靠性分析軟件內核

可靠性分析軟件主要包括以下三部分：

第一部分為數據運算。其中包括對設備運行時間的統計和運算，對設備整體運行的可靠性分析以及對設備運行的細節部分的可靠性分析。通過對此三類數據的分析，可以得出設備可靠性運行方面的數據，這些數據也是對其可靠性運行的有力支撐。在此部分首先對設備運行時間進行計算，主要計算設備運行時間，是數據預處理和指標計算必需的組成部分；其次，統計計算整體平均可靠性指標。電網繼電保護裝置的平均運行概況，如統計全年的裝置總動作次數，計算一定范圍內所有保護裝置的正確動作率、誤動率等指標；最后，細節可靠性指標的計算?？梢愿鶕枰x擇不同變電站、不同電壓等級、不同型號、不同批次的設備計算其統計可靠性指標。

第二部分為對可靠性時變特征的分析。此部分是在原始數據收集整理的基礎上，對設備的運行變化所做的分析，通過對數據的分析獲得設備可靠性隨著時間變化而產生的變化。此部分能夠獲得設備老化率、失效率的相關計算，其通過函數運行得到對設備的可靠性運行進行實時監控，通過模塊管理提供可靠性管理。比如，針對不同區域的電壓等級進行相應的保護，對其主設備裝置進行相應的記錄，對臺賬進行信息記錄，此時可以將數據預處理之后的文件名保存為“電網保護可靠性數據”，通過老化率進行相應的計算，通過“電壓等級”“設備型號”“設備批次”選出符合用戶要求評估的繼電保護裝置，點擊“確定”即得失效率函數和可靠度函數，同時可通過點擊“函數圖形顯示”按鈕，顯示失效率和可靠度函數圖形。

第三部分是對繼電保護的可靠性進行預測，對其未來可能發生的故障進行預防。此部分建立在第二部分基礎上，只有做好第二部分，才能做好第三部分的預測。此部分主要是針對數據庫中數據的數形，比如所取得的硬件故障等數據，對設備的運行和故障進行計算和預算，計算設備故障的工作時間、失效率函數、可靠度函數等，并通過核實的數值及函數進行時間變量的取值，從而對被研究的對象進行時間點上的可靠性檢測分析，為特定檢修策略提供參考。

5 結語

繼電保護的可靠性管理系統是對電力系統最有效的保護，無論從電廠建設考慮，還是從管理人員角度考慮，都應當做好繼電保護系統的建設和管理，讓繼電保護能夠為電力系統的運行提供強有力的數據支持，為人類提供更加安全、有效的電力服務。國家層面也要對繼電的保護做好相應的政策支持，從相關的規章制度上對電力企業做好規范，讓電力企業對繼電保護引起高度重視，在電力運行過程中做好相應管理工作，保證電力可靠、有序、穩定地發展，保證電力生產能夠為人們的生活造福，為人類的未來做好積淀。

參考文獻

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關鍵詞：變電站監控；JPush； SQLite；TCP

引言

眾所周知，電力行業是關乎國家經濟，人民生活的重要行業，同時也是技術和裝備密集型產業。電力監控系統是整個電力系統的控制中樞，能有效保障電力系統的安全穩定運行和電力的供應，因此十分有必要研究電力監控系統。

本文設計了一種功能完備、實時性強、靈活性佳的電力監控移動終端軟件，彌補現有的電力監控系統在移動監控方面的功能單一、可拓展性不強和可靠性不高的劣勢。

1 電力監控系統設計方案

1.1 系統的整體架構

應用于移動終端的電力監控系統，可以實現電力系統的數據的監視、信息的查詢、事故的報告和故障的分析等，電力監控系統移動終端軟件的系統架構如圖1所示。

1.2 系統的功能結構

在電力監控系統移動終端軟件的整體框架上，設計出軟件的功能結構，如圖2所示。

2 電力監控系統移動終端軟件設計

2.1 用戶界面設計

在設計電力監控系統移動終端界面上，結合實際開發的功能需求，主要設計了以下三個UI界面：用戶登錄/注冊界面，主控制界面，子功能界面。

2.2 實時報警模塊設計

本文采用極光推送的方式來實現實時的報警。JPush Android SDK 是作為Android Service長期運行在后臺的，從而創建并保持長連接，保持一直在線的狀態。極光推送原理圖如圖3所示。

2.3 配置文件管理模塊設計

當用戶首次登錄客戶端時，需要用戶下載配置文件。配置文件的獲取采用TCP通信的方式，配置文件遠程獲取流程如圖4所示。

在配置文件的解析上，首先逐行讀入配置文件，采用正則表達式的方式，解析其中的Section、Value和Key值，配置文件解析流程如圖5所示。

2.4 用戶管理模塊的設計

不同的用戶會有不同的操作權限，用戶的權限管理是基于后臺服務器端中權限管理結構，用戶在服務器端進行信息匹配，確定用戶可使用的范圍以及操作權限。用戶登錄與認證過程如圖6所示。

2.5 監控功能模塊的設計

在運行參數功能中，時顯示各廠站端系統的重要運行參數和設備狀態，并采用表格的方式顯示，用戶可通過對電力設備和數據量（遙測、遙信等）的組合切換完成對該電力設備的電力參數進行選擇查看。

在運行畫面功能中，實時顯示電站主接線圖、監控圖、關鍵測點統計負荷、電壓頻率合格率、電能質量分析和電度量等曲線、棒圖或餅圖。

在事件查詢功能中，要求電力監控系統能夠完整的記錄相關事件的信息，用戶通過選擇設備類型、事件類型以及歷史日期從SQLite本地數據庫中匹配電力設備事件信息，并將信息顯示在界面上。

在報表管理功能上，為了滿足電力監控系統的要求，系統提供了隨時隨地調閱、分析各電站重要電度量、電能質量、能耗成本和生產管理報表，協助電站運行管理改進，輔助決策。

在操作控制功能上，支持經授權的在線操作控制。電力工作人員在對電站中的斷路閘等設備進行倒閘操作時，向服務器確認是否能對該設備的操作，服務器在確認完畢后，反饋操作權限許可，再次向服務器發送控制指令，服務器確認控制信息，確認完成后對開關設備的操作指令才會被執行，在移動終端界面上更新設備運行狀態。操作功能過程如圖7所示。

在視頻監控功能上，支持電站設備和環境的在線視頻遠程監控、移動偵測報警，有利于電站的安全管理和無人值班。

3 結束語

本文設計了基于Android平臺的電力監控系統方案，并基于該方案開發出電力監控系統移動終端軟件?；贏ndroid平臺的電力監控控制終端了采用功能模塊化思想，應用了MVC模式，設計和實現滿足實際需求的用戶界面模塊、實時報警模塊、配置文件管理模塊、用戶管理模塊、系統監控功能模塊。該電力監控系統移動終端軟件對提升電力系統生產效率有一定的價值。

參考文獻

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[3]張子成.基于物聯網的智能變電站在線監測系統的設計與實現[D].

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【關鍵詞】電力電網智能調度多Agent系統

中圖分類號：F407.61 文獻標識碼：A 文章編號：

智能電網就是電網的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網路的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術以及先進的控制方法和先進的決策支持系統技術所獲得的實際應用，從而實現電網的可靠、安全、經濟、高效、自愈、兼容和環境友好等目標，用以滿足21世紀用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優化高效營運。智能電網將成為新能源、新技術、新材料的綜合應用平臺，并拉動相關產業的需求。

一、電力電網智能調度系統概述

1、電網調度系統自動化的現狀和未來

當今，電網調度系統自動化的主要功能已由最初的數據采集與監控發展成為能量管理系統。由于技術理論的制約，現在調度系統的自動化和智能化程度較低，沒有從綜合決策的角度上對系統進行整合。如何在現有的技術理論基礎之上對傳統自動化系統進行擴展和完善，使電網調度的決策能力更加智能化和全面化，是未來電網調度系統發展的新趨勢。如果綜合運用了先進的通信、網絡、計算機、人工智能、信息和協調調用決策等技術，就能提高調度操作的速度和準確性，使調度任務得以更加科學、合理的完成，從而大大提高調度系統的安全可靠性和便利性。

2、電力電網系統智能調度

電力電網系統智能調度是指調度系統自動實時跟蹤電網各個狀態的變化，支撐并維護調度員的操作和管理，生成最優化方案，確保電網運行的安全穩定。現在的調度技術已經不能滿足智能電網這樣復雜系統的需求，所以必須要利用好信息技術、人工智能、通信技術等領域的最新研究成果。

智能調度系統的功能不僅僅是基本的穩態分析，它還應支持故障診斷和決策輔助，并能兼容今后要加入的支持電力市場運行的系統。新的智能調度系統比已經投入使用的能量管理系統更加龐大和復雜，它不僅要求系統的各個模塊獨立而又協同，還要求其具備第三方軟件的接入能力，該系統的最終構架應為一種開放式的軟件框架。

二、多Agent系統及其在電力系統中的應用

1、Agent概念及特征

20世紀70年代，Agent出現于計算機科學和人工智能領域，一般認為Agent是特定環境下的計算機軟件系統，能夠單獨或在人少許指導的情況下進行決策，具有一定的自主能力。其主要具有以下幾個特點：

第一，Agent可以在沒有外界干預的情況下自主地根據它本身的狀態和外界環境進行活動，并能對其行為和狀態進行控制。第二，Agent能感知自身所處的環境，并對周圍環境的變化做出響應。第三，Agent能用其通信語言與其它實體交換信息和相互作用，通過協調或合作解決復雜問題，共同完成任務。第四，傳統的應用程序都是被動的由用戶來調用，機械地完成用戶的指令；而Agent應該是主動的、自發的感知周圍環境的變化，并做出基于目標的行為。

2、多Agent技術在電網調度中的應用

現代能量控制中心己突破了以往的集中式體系結構，并向分布式與開放式方向發展，同時網絡環境下的信息系統也呈現出協作性、動態性和分布性等特征，這直接導致了能量管理系統沿著集中式——分布式——開放式的道路發展。針對新一代EMS系統開放式的體系結構，必須要有新的技術和算法來適應電網調度控制中心發展的需要。

多Agent系統是設計和實現復雜軟件系統的新方法，計算機領域的研究者已經在理論上為其設計了許多結構模型與交互算法，在信息系統與生產過程控制中己經得到應用，但在電力系統領域仍處于理論與應用的邊緣。由于MAS在電力系統中的應用研究涉及到很多方面，而且大多缺乏具體問題領域的模型規范，所以多Agent技術在電力系統中的廣泛應用還是一個漫長的過程。

3、Agent技術的發展前景

分布式的Agent技術為解決智能電網調度問題提供了一個行之有效的方法，即將能量管理系統模塊封裝成Agent，使其擁有更強的自治性和可移植性。隨著研究的不斷深入，各種各樣的人工智能技術被應用于電力系統的各個領域，并通過新舊結合的方式取得了良好的應用效果。近年來，由于計算科學的發展，基于知識邏輯推理問題的求解系統得到了質的飛躍，以多Agent系統為代表的群體智能研究領域將有廣闊的發展前景。

三、基于多Agent的電力系統智能調度研究

1、智能調度系統的框架結構

系統的體系結構對于一個大型的軟件系統來說具有極其重要的意義，決定著系統的開發難度、質量和生命力。對于智能調度系統這樣大型的應用軟件而言，研究能滿足其功能特點的系統體系結構是首要任務。本文由此提出了一種改進的基于多Agent的智能調度系統的框架，設計了其體系結構及功能特點。該智能調度系統由數據資源層、通信服務層、網絡分析層、人機接口層四部分組成，其結構框架如圖1所示。

圖1 智能調度系統的框架結構

2、智能調度系統的工作流程

在智能調度系統運行過程中采用狀態和事件作為軟件Agent的驅動事件，根據電力系統運行狀態的變化，自動確定需要執行動作的Agent以及它們應該以怎樣的次序執行動作，通過多個軟件模塊間的協調工作最終制定綜合決策方案，其具體的實現過程如圖2所示:

圖2 智能調度系統的工作流程圖

(1)系統初始化，統的遙信、遙測信息，接收來自數據資源層的數據信息，包括來自SCADA系以及故障信息系統的故障信息和WAMS系統的電網動態信息。

(2)根據接收的數據資源首先需要判斷是否存在故障報警信息，若沒有故障報警，則電力系統處于正常狀態。正常狀態下的系統，根據其抵御風險的能力大小，又可分為安全正常狀態和不安全正常狀態(即警戒狀態)。為了評估電網此時的安全性，智能調度系統自行啟動靜態安全分析模塊，通過N-1準則來判定系統是否存在安全隱患，如果當前的電網狀態滿足N-1標準，則系統處于安全正常運行狀態。為了滿足電網經濟性的需求，調度系統隨后啟動潮流計算模塊，評估此時的系統運行是否經濟、網絡損耗是否過量。當經濟性不滿足要求時，通過無功優化來制定投切電容器和調整變壓器分接頭的方案，以降低網絡損耗，確保電力系統優質運行。

(3)在運行靜態安全分析軟件時，假如判定出當前的電網不滿足N-1準則，則系統正處于不安全正常狀態，即警戒狀態，系統存在安全隱患。此時，調度員主要關注的是系統安全問題，需要通過預防控制模塊，給出針對當前運行狀態的調節措施。通過預防控制，使系統盡快恢復到安全正常運行狀態。

(4)在智能調度系統運行過程中，一旦收到來自數據資源層報警信息，則系統進入故障狀態，并立即啟動故障診斷程序，由于故障處理具有最高的優先級，其他穩態分析程序將終止運行。根據故障診斷模塊給出診斷結果，故障恢復模塊制定出恢復策略供調度員參考，調度人員結合自身經驗做出故障恢復決策，保證系統的安全穩定。在智能調度系統運行過程中，對電網運行狀態的分析結果和相應的調整措施，都是以綜合決策報告的形式提交給調度人員供其參考，調度員根據自身的經驗知識，最終制定電網的運行操作。

結束語

隨著國內外電力工業界對智能電網的研究重視和加大投入，在不久的將來，電力系統必將發生革命性的變化。而調度中心作為電力系統的神經中樞，其智能化水平的高低直接關系到電網的安全穩定運行。智能型調度已成為電力系統調度發展的新方向，是建設堅強智能電網的重要組成部分。

參考文獻

[1] 車權,張建梅. 智能電網可視化調度系統設計研究[J]. 電工技術. 2010(12)

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【關鍵詞】電力設計；市政；地理信息系統；應用

一、市政電力設計地理信息系統的需求性

地理信息系統在處理數據、分析網絡等方面的能力較強，在電網設計中，通過對地理信息系統合理應用，一來有利于對數據在管理上進行更好的規劃設計，二來可優化電力設計工作人員的工作效率、勞動強度等，使電力設計的直觀性、交互性更為突出，此外，該系統可有效保障電網設計的安全性、可靠性、合理性、科學性，且符合節能降耗與經濟環保的要求。

二、市政電力設計中地理信息系統的應用目標

地理信息系統可將電網中所涉及到的工程數據均保存在系統內，并在地圖中以直觀的方式表現出來，能夠為變電站的選址設計、線路設計、電網規劃設計等提供初步設計以及可行性研究報告等。在對新變電站、新通信線、新線路等進行設計時，通過地理信息系統，可達到充分掌握周邊地理環境以及電網情況的目標，有效減少外出考察工作的次數，使電力設計的更為全面，盡可能減少修改設計方案的次數。

三、電力設計中地理信息系統的應用思路

1、數據分析

基礎的地理數據屬于電力設計的前提條件。就數據的采集手段而言，可通過多種途徑獲得地理數據，例如工程測量方法、激光雷達方法、航測方法、衛星遙感方法等。此外，數據的形式也可以有多種，例如矢量電子地圖形式、數字柵格圖形式、數字高程模型形式以及數字正射影像形式等。地理數據在更新方面的效率為地理信息系統達到實用的重要因素。

電網工程所涉及到的數據有多項，其中包括了設計資料、勘測、骨干電廠信息、變電站、電網中不低于110KV的線路等。而電網工程的數據主要是用來對電網的基本屬性與地理屬性等進行管理。此外，在供電局原工程資料的管理系統處、設計院處等也可獲取細節方面的屬性資料，例如電源廠站所有設備的相關資料、變電站所有設備的相關資料以及線路各個桿塔的相關資料。

2、地理信息系統開發平臺型號的選擇

地理信息屬于地理信息系統的基礎所在，對于電力設計而言，地理信息系統所應用的開發平臺是否合適將會對項目的結果產生非常關鍵的影響。由于一個地區的地理數據十分放大，并且設計單位、供電局、電網公司等單位的相關人員在電網規劃中均是應用該系統，這一現狀要求了地理信息系統的開發平臺在可靠性、運行速度、數據容量等方面均需具備過硬的能力。通過對比發現，在多種地理信息的開發平臺中，以Arc地理信息系統平臺（來自美國的ESRI公司）最為適合，該開發平臺可使多個用戶通過網絡在平臺上實現數據共享。

3、地理信息系統大致結構的分析

地理信息系統在基于遙感航測影像以及地形圖的情況下，對電網工程中所涉及到的多項數據進行管理及融合，其中包括了設計資料、勘測、骨干電廠信息、變電站、電網中不低于220KV的線路等。通過空間數據上的查詢功能、分析功能等，從而給予輸電網中的設計工作、勘測工作以及規劃工作等提供指導，使電網結構最優化。如此一來，不僅可提高已有數據資源的共享程度，且還使外業的工作量實現最小化，有效提升內部的工作效率。

地理信息系統所應用的模式為C/S的模式，其中C代表的是客戶端，S代表的是服務器，該模式支持局域網的訪問。通過標準、統一的數據平臺，可達到輸變電接入相關專業系統這一目標，并且為處理、分析以及儲存地理信息系統中輸變電設備相關信息打好了基礎。

4、地理信息系統中的主要功能分析

（1）電網規劃與設計

該功能是通過地理信息系統并結合現有的電網信息而實現的，從而在地理信息系統中規劃出電網的主框架。

（2）線路規劃

在地理信息系統中對不低于110KV的線路進行初步設計，可掌握線路的多項信息，例如主要跨越物、線路緩沖帶、轉角坐標以及轉角等。

（3）數據管理

在對數據的管理上，主要包括了：①導出或導入電網工程的數據；②基礎地理數據；③管理元數據；④導出在系統中不同專業初步設計的成果。

（4）變電站選址的規劃

通過地理信息系統繪制出變電站的站址，并從中獲取四周坐標，可根據導出的坐標而計算著變電站在一定高程下的土石方需求量。

四、市政電力系統中地理信息系統關鍵技術的應用要點

第一，在開發基礎地理數據的維護平臺中，結合多種類型（空間參照系具有差異）的數據，進而實現編輯元數據、修改數據、數據配置以及導入（導出）數據的作用。

第二，在開發元數據的服務系統期間，需對多項性能進行考慮，例如互操作性、專用性、通用性等，并在系統中為用戶提供下載元數據、瀏覽元數據以及查詢元數據的功能，通過圖形化地圖載體，使用戶可更為直觀的對數據進行處理與操作。

第三，在線路設計期間，需實時顯示線路的緩沖區、坐標以及轉角度數等，并預先將輸電線路的基本設計規程導入系統中，從而在設計過程中實現實時計算。

第四，在平臺管理中設計到保密性問題時，需對權限嚴格控制。因此需設計相應的審批流程，但審批流程應盡可能簡潔，從而便于設計人員的工作。

五、結束語

總而言之，隨著我國經濟社會的發展，我國對電力的需求也越來越大，這就在很大程度上促進了我國市政電力系統的建設與發展。地理信息系統的應用為電力系統提供了基于地理信息的管理和維護的平臺，對于市政電力系統的建設與完善具有重要意義。

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關鍵詞 網絡;電力;遠程控制;技術分析

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）21-0039-01

我國架空輸配電線路多暴露在外，其運行不僅受電力負荷和接卸載荷的影響，還受自然環境變化的影響，運行階段很容易出現氧化、腐蝕等現象，若不及早對其控制預防，將會引發多種線路故障。而電力遠程監控系統的實現，不僅提高了系統使用的靈活性，還使得電力系統的診斷和維護更加的便捷，加快了系統維修人員的工作效率。此外，選擇網絡遠程控制系統還加快了信息集成化的速率，提高了信息轉化、信息共享的高效性，便于各系統單元分工運轉。

1 架空線路檢查工作中面臨的主要難題

高空線路巡檢工作面臨的主要問題主要表現在下面幾方面：1）電力設備增加且無人值守問題導致巡檢質量監控與巡檢出勤率之間的矛盾日益激化;2）電力設備定期檢查少，巡視工作沒有重點;3）巡檢工作人員工作水平高低不同;4）需要檢查的設備數量較多，檢視工作人員責任心不高，且無法準確核實檢查人員對線路的詳細描述;5）定期檢查階段缺陷線路報告量大，分類整理工作難度大，很難為缺陷修補工作提供有力依據;6）線路檢查記錄方式落后，工作效率低下。

2 電網視頻監控系統結構組成要素

電網輸變電線路遠程監控能夠實現的主要原理為：使用云臺攝像頭收集電網運行線路的周邊環境，運用編碼器把視頻做壓縮處理，之后經電力光纖、無線網絡傳輸至上層監控指揮中心對其做解壓處理，再進行云臺監控，全方位多角度顯示線路運行實況，以方便工作人員應對緊急電力事件。其構成要素主要為下面幾點。

1）圖像采集。

整個無線網絡監控系統的最底層為感知層，負責收集輸變電線路周邊環境圖像參數，比如，收集線路運行情況;冰雪覆蓋情況以及線路塔架情況等，然后對收集的圖像作壓縮處理，減輕對寬帶的負荷。

2）電網遠程視頻監控的網絡層。

整個無線網絡視頻監控系統的中間環節是網絡層，它的主要作用是把收集到的數據資料傳輸到上層監控指揮中心，并將指令傳輸到監控終端控制系統。在該階段，收網絡傳輸距離的限制，可選擇不用的電力輸出通道，如：GPRS、電力專用光纖等。

3）電力遠程視頻監控系統的監控中心。

整個無線網絡視頻監控系統的終端環節是監控中心，它主要負責處理傳輸過來的數據圖像，顯示網絡運行實況后，建立數據資料庫，以便工作人員查詢使用。同時，還可以對云臺攝像頭進行調節控制，全方位的顯示輸變電線路周邊的實況。

3 電網遠程無線通信傳輸

遠程無線通信傳輸作為視頻監控終端和監控中心相互連接的通信紐帶，能夠把監控終端的視頻信息傳輸到監控中心，同樣也可以把監控中心下達的指令傳輸到監控終端。另外，無線網絡監控系統終端設計方案有效的解決了配變電參數遠距離傳輸的問題，能夠對數據資料進行實時采集，同時，以ARM監控器為基礎，專門配置了先進的配變電監測器，負責為電力部門提供專業化的資料分析，例如：電力質量、故障判斷分析等。當線路傳輸出現緊急故障問題時，監控設備可及時發出警報，監控人員及時做緊急處理，確保電力系統安全穩定的運行。

4 電力遠程監控中心的主要功能和作用

1）電力遠程監控中心的實現功能。

電力無線網絡監控中心主要構成部分為：計算機系統的終端設備，即，電力遠程監控中心服務器，它是以監控神經樞紐的形式存在的，主要控制整個電力系統的運行，實現電力監控以及電力管理等問題。

電力遠程監控中心的實現功能為：①網絡傳輸程序的應用。網絡傳輸程序和監控終端直接聯系，完成編碼壓縮工作后將采集到的視頻數據傳輸到數據程序處理部分，并將最后指令發送到監控終端;②監控數據處理。監控數據處理共涉及兩方面的內容：其一，解壓監控終端傳輸過來的視頻，并對其做儲存處理;其二，工作人員進行數據分析，將分析的結果以控制命令的形式發送到視頻監控終端對其進行遠程控制;其三，顯示最終監控畫面。數據處理過后，可以多畫面或者單畫面的對電力設備和周邊環境進行實時監控，并根據要求多角度轉動云臺攝像頭;其四，人工登錄管理。人工登錄需對用戶的身份進行詳細的核查，根據用戶等級分配查看權限，以確保的監控系統正常運行。

2）基于無線網絡的電力遠程實時監控發揮的作用。

一般情況下，遠距離線路傳輸路段所經區域地理環境和氣候條件較為惡劣。尤其是在嚴寒的冬季，溫度低，濕度高，造成線路荷載量過重，進而導致塔架倒塌問題。而遠程無線監控系統的運用能夠及時將輸變電線路的實況反饋到監控指揮中心，通過圖像分析做最佳優化處理，以維護電力系統安全運行。基于無線網絡的電力遠程實時監控發揮的優化作用表現為：①提高線路傳輸效率;②能夠對輸變電線路的運行情況做實時監控，確保監控視頻無中斷現象;③無線網絡監控安全性能高。當前無線網絡監控采用多層次、多技術對其做維護處理，不論是在感知層、網絡層還是在傳輸監控層都能夠對數據進行全方位保護;④無限網絡監控安裝便捷，分布廣泛，施工方便，且無線網絡監控前段設備能夠隨便部署，不受距離因素的影響，擴充能力也較高，能夠根據運行實況隨地設置監控點;⑤能夠對數據資料做集中性處理。無線網絡系統的運用改變了傳統的分級處理方式，只需一個終端監控中心便能夠對多個監測點的數據資料進行集中管理分析，極大的提高了線路運行效率，降低了線路傳輸成本;⑥無線網絡覆蓋面積廣，能夠充分利用無線基站，完成對偏遠地區的全程監控。

5 結束語

隨著計算機網絡技術快速發展，其遠程操作控制技術被越來越多的應用到社會生產實踐中，在本文中主要論述了以無線網絡為基礎電力遠程監控系統的實現。文中針對架空線路檢查中的幾點問題，闡述了電力遠程監控的實現原理，實現功能以及電力遠程監控的作用。參照我國信息網絡技術發展實情可以發現，其中仍有很多技術性問題存在，仍需網絡技術人員對其進行探索解決，以期更好的為社會經濟建設服務。

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