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配电网运行实时监控系统的设计与开发

发布时间:2021-01-06 15:23 论文编辑:admin 价格: 所属栏目:毕业论文

摘 要 近年来,人们的生活水平得到了提高,人们对用电安全要求越来越高,然而传统的管理模式下,都是事后处理,不能对配电网的运行状态进行实时的检测。 随着科学技术的不断发展,尤其是在信息化建设的推动下,物联网的出现使得人们与配电网的设备之间的沟通

摘 要

  
  近年来,人们的生活水平得到了提高,人们对用电安全要求越来越高,然而传统的管理模式下,都是“事后”处理,不能对配电网的运行状态进行实时的检测。
  
  随着科学技术的不断发展,尤其是在信息化建设的推动下,物联网的出现使得人们与配电网的设备之间的沟通交互不再是问题。为此,采用信息化的手段,可以对配电网的实时运行状态进行采集,管理人员可以远程对配电设备进行控制,通过对线路的负荷变化情况,判断是否存在窃电行为,一旦发现了异常情况,系统可以采用多种方式进行报警,使得管理人员能够在第一时间进行处理,尽可能的避免安全事件发生,可以对配电网的整体运行情况进行实时把控,将安全事故防患未然。
 


配电网运行实时监控系统的设计与开发
 

  
  首先,从不同的用户角度出发对整个的业务处理过程进行功能需求调研,得出系统的功能需求有:电路图设计管理、负荷与控制管理、防窃电检测管理、线损管理以及系统管理。系统要 24 小时为用户的用电安全提供保障服务,系统要将所有的配电网设备接入到系统中来,而每个用电公司所负责的区域不同,根据调查可知,每个区域负责检测的设备大约有 3W 个,当进行集抄处理的时候,需要同时对小区内的所有的用电设备进行集抄,大型的小区有好几千用户,通过分析可知系统要能够支持 1000 个并发终端的访问,服务器资源占有率不能超过 40%。
  
  其次,以配电网管理中心的实际运行环境为基础,从不同的角度对配电网运行状态检测管理系统进行了具体的设计。采用分层架构的设计思想,在功能模块设计方面,采用的是模块化的设计思想,每一个模块都是一个独立的业务,业务内部的逻辑处理是不对外公开的,通过接口的形式与外部进行交互,提高了系统的内聚性。从概念模型、逻辑模型以及物理模型角度对系统的数据库设计进行了详细的说明。然后,选用简单易懂的 Java 语言、SSH 架构、MySQL 数据库管理系统对系统功能进行编程实现。论文给出了三层架构的实现描述,并对核心的功能模块的功能,操作界面的布局设计进行了说明。采用黑盒测试方法从功能和性能的角度对系统进行了全面的测试,确保系统在满足用户需求的情况下能够持续稳定的运行。
  
  通过配电网运行状态检测管理系统的部署应用,能够实现对配电网的实时检测,能够及时的发现问题。不仅如此,可以通过日常的运行数据信息对配电网进行分析,尽早的发现潜在的问题,对配电网进行优化处理,将“事后处理”转变为“事前预防”,从根本上来确保用电用户的用电安全。
  
  关键词:配电网检测;防窃电检测;负荷与控制管理;线损管理。
  

  ABSTRACT

  
  In recent years, people's living standards have been improved, and people's safety requirements for electricity use are getting higher and higher. However, under the traditional management mode, they are all “after the fact” and cannot detect the running status of the distribution network in real time. With the continuous development of science and technology, especially driven by informatization construction, the emergence of the Internet of Things has made communication between people and equipment of the distribution network not a problem. To this end, using the means of informationization, the real-time operating state of the distribution network can be collected, and the management personnel can remotely control the power distribution equipment, and determine whether there is a power stealing behavior by changing the load of the line. In case of abnormal situation, the system can use various methods to make alarms, so that the management personnel can handle the first time, avoiding the occurrence of safety events as much as possible, and can control the overall operation of the distribution network in real time, and prevent the safety accidents from happening.
  
  Firstly, from the perspective of different users, the functional requirements of the whole business process are investigated. The functional requirements of the system are:circuit diagram design management, load and control management, anti-stealing detection management, line loss management and system management. The system must provide 24 hours for the user's electricity security to provide security services. The system must connect all the distribution network equipment to the system, and each power company is responsible for different areas. According to the survey, each area is responsible for There are about 3W devices to be detected. When collecting and processing, it is necessary to collect all the power devices in the cell at the same time.There are thousands of users in large cells. The analysis shows that the system can support 1000 concurrent devices. For terminal access, the server resource occupancy rate cannot exceed 40%. Secondly, based on the actual operating environment of the distribution network management center, the design of the distribution network operation status management system is designed from different angles. Adopting the design idea of layered architecture, in the design of functional modules, modular design is adopted. Each module is an independent business. The internal logic processing of the business is not open to the public, through the form and externality of the interface.In ter a ctions improve the cohesion of the system. The database design of the system is described in detail from the perspectives of conceptual model, logical model and physical model. Then, use the simple and easy to understand Java language, SSH framework, MySQL database management system to program the system functions. The paper gives an implementation description of the three-layer architecture, and explains the function of the core functional modules and the layout design of the operation interface. The black box test method is used to comprehensively test the system from the perspective of function and performance to ensure that the system can continue to operate stably while meeting the user's needs.
  
  Thr ough the deployment and application of the distribution network operation state detection management system, real-time detection of the distribution network can be realized, and problems can be found in time. Not only that, but the daily distribution data can be used to analyze the distribution network, identify potential problems as early as possible, optimize the distribution network, and transform “post-treatment” into “pre-existing prevention” to ensure the use of electricity fundamentally. The user's electricity safety.
  
  Keywords:   Distribution Network Detection; Anti-stealing Detection; Load and Control Management; Line Loss Management。
  

  第一章 绪论

  
  配电网运行状态检测管理系统主要就是为了解决目前在配电网的管理过程中所存在的一些问题而提出的一种解决方案,该系统应用背景比较明确,通过对背景的分析,可以明确系统所需要满足的业务操作需求。通过对国内外类似系统的研究现状进行分析,可以了解一下类似系统所采取的相关技术,学习其优点,进而围绕论文的主要研究内容而展开。
  
  1.1 研究背景及意义。
  
  在人民生活水平不断提升、科技不断发展的今天,各式各样的电子电力设备已经完全融入了人们的生活中,这就导致整个社会的用电需求越来越大,配电网系统也越来越复杂,其负荷也越来越大,且随时面临故障发生的可能,严重影响配电网系统的可靠性、安全性和电能质量[1]。而电力用户对电能质量和供电可靠性的要求却越来越高,配电网的安全稳定运行对保证电力供应具有重要意义。然而多数配电网结构复杂、分支线路多,加之过去对配电网的重视度不够,架结构比较薄弱,自动化水平低,因配电网故障造成的停电事故不断发生,且恢复供电时间较长,造成较大经济损失。而传统的配电网运行状态检测主要以人工定期实地对电网电路以及设备进行检修为主,浪费大量的人力物力资源,且人工检修容易造成疏忽,导致故障的频繁发生[2]。因此,研究一种适合特定地区电网配电系统结构特点的、经济、可靠的自动故障定位技术,开发一个对配电网运行状态进行自动化实时监测的软件系统,对于发现和确定故障点,缩短恢复供电时间,维持系统的稳定运行和减小用户及电力网的损失将起到着至关重要的作用。
  
  配电网运行状态检测管理作为现代电网必然的发展方向,它能够凭借自身坚强的结构体系和技术支撑力量,高效地处理突发故障与一些外部威胁,同时自主地恢复到正常状态,避免重大事故的发生[3]。配电网运行状态检测管理的安全稳定运行对整个电力系统都具有重大意义,因此有必要对配电网运行状态检测管理进行深入的讨论。
  
  然而通过调查可知,目前大部分的供电公司还是采用传统的人工管理的模式,这种模式主要存在以下的问题:
  
  (1)人工抄表,效率低下,容易出错在传统的管理模式下,每个月末的时候电工师傅挨家挨户进行人工抄表,这种抄表方式不仅效率低下,而且容易出错,配电网设备的运行状态是否正常只能靠电工师傅的经验来判断,准确性不高[4]。
  
  (2)“事后”处理机制人工管理模式下,很多的状态信息不能实时采集,只能在事件发生之后在进行处理,给用电用户带来了一定的损失,甚至可能产生一些安全事件的发生。这在安全用电要求较高的当今时代,是不允许的[5]。
  
  (3)很难实现实时检测很多的信息都是通过人工进行采集,比如用电信息的集抄处理等,这是在配电网设备运行一段时间后,将设备中记录的相关的数据进行采集,得到的数据是之前的一些信息,而不能对配电网设备的实时状态进行有效的监控。如果配电网设备出现异常的时候,是通过一些直观的现象而表现的,当表现出来的时候,就代表事情已经发生,对其进行处理也只是“事后”处理,只是尽可能的将发生之后的损失降到最低。然而这些情况,都是可以采用现代的信息技术可以进行实时监测和远程控制的,可以将损失大大的降低[6]。
  
  (4)业务数据不能长期保持,不利于业务的统计分析在传统的管理模式下,一些业务数据信息都是通过人工记录的方式,随着电脑的普及应用,很多的业务数据信息都通过 Excel 表格进行记录和存储,然而不同的部门管理的方式不同,形成了“信息孤岛”,部门之间信息不互通,存在重复记录情况。不仅如此,采用人工记录或 Excel 表格进行信息记录,不利于信息的统计分析,查询不方便。
  
  在信息化时代,配电公司都基本上实现了信息化建设,一些办公自动化系统被推广和应用。随着物联网技术的不断发展,人与智能设备之间的互通交流不在是问题,通过物联网技术,可以对配电网设备的实时运行状态和产生的业务数据信息进行采集,通过网络技术将采集到的信息传输到服务器,通过应用系统界面的形式进行显示,可以实现配电网运行状态的实时检测,并根据实际情况的需要对配电网设备进行远程控制和干预,确保用电用户的安全,维护用电用户的合法权益。
  
  本 文 在 《 配 电 网 故 障 及 运 行 状 态 监 测 技 术 研 究 》 ( 项 目 编 号 :
  
  1042012920141095)的支持下[7],根据实际需求,采用 Java 语言、SSH 架构、MySQL数据库管理系统以及 UML 建模语言设计并实现一个配电网运行状态实时监测软件系统,该系统的研发不仅对于配电公司而言具有非常很重要的意义,对于我国电力行业的发展而言,也具有非常重要的应用价值。
  
  1.2、 国内外研究现状。
  
  国外自 20 世纪 70 年代起就开始研究和应用了配电网自动化技术,近四十年来的发展过程主要经历了以下三个阶段。
  
  第一阶段主要使用了馈线自动化(FeederAutomation,FA)技术。日本的 CEPCO公司、韩国的 KEPCO 电力公司、美国的 Cooper 公司在馈线自动化技术方面最具有代表性[8]。
  
  第二阶段主要使用配电自动化(Distribution Automation,DA)技术,由于计算机技术和通信技术等的快速发展,配电自动化技术应运而生,它是一种集计算机技术、数据传输、控制技术、现代化设备及管理于一体的系统,通过综合运用以上技术和资源,可以提高供电可靠性,改进电能质量,并且监测配电网的运行状况,还能实时远程遥控改变配电网的运行,当监测到故障发生时,远程通知电网管理员,管理员负责遥控操作隔离故障区域或恢复供电,配电网自动化技术的提出,向用户提供优质服务,降低运行费用,减轻运行人员的劳动强度[9]。
  
  第三阶段使用了智能配电自动化系统技术。随着信息时代的不断发展,各种新型家电、电子设备不断诞生、革新,而城市现代化也越来越普及,城市对用电的需求也就越来越大,故配电网的分布也就越来越复杂,当电路故障发生时,快速准确地对故障进行监测定位和及时恢复故障区域用电,逐渐成为这一阶段的重要研究课题。而智能配电自动化系统技术,就是为了实现这一目标,将实时监测、反馈、控制管理相结合的技术,智能配电自动化系统技术,是以配电自动化技术为基础,结合先进的测量传感技术、计算机技术、控制技术、信息通信技术,并且利用其他一些智能化的电气设备和可视化软件系统,实现对整个配电网的优化、控制、检测和保护,并且在配电网的运行状态异常时,可以提供自愈控制,最终达到对配电网全方位掌控的目的,提高了电力系统的稳定性,节约了大量人力物力资源,为居民提供优良的供电服务[10]。
  
  我国的配电网也已经实现了信息化的智能化管理,但是在具体的实施部署的过程中,因为每个配电网公司所采取的管理方式和工作模式都是不一样的,所以至今并没有形成统一的配电网运行状态检测系统。市场需求是非常大的,很多的软件开发公司都致力于这方面的研究,他们也推出了一系列的电力管理系统,但是这些系统只是实现了一些业务数据的记录和存储,并没有实现配电网设备的实时采集和检测管理[11]。不仅如此,这些系统大部分都是采用 C/S 模式而设计的,维护比较困难,升级和更新比较麻烦,对访问地点和时间的要求也比较高。
  
  随着互联网以及物联网技术的不断发展,一些基于物联网的电力管理系统被推出,实现了用电设备的远程抄表管理,实现了一些配电网设备的状态采集和实时检测[12]。这些系统大部分采用 C#语言、ASP.NET 技术、Java 语言、JavaEE 开发平台、JSP 技术以及数据库管理系统来完成,然而通过调查和分析可知,由于这些系统大部分是由软件开发公司推出,他们在进行系统设计和开发的时候因为对行业了解不是特别的全面,所以这些系统也只是实现了基本的业务处理,并没有提供一些个性化的需求功能。
  
  为此,一些大型的电力公司拥有了自己的研发团队之后,开始致力于这方面的研究,形成了符合自身业务需求的配电网管理系统。目前,国内大部分配电网还不能实现监测系统对电网线路进行全面的监控[13]。对配电网的实时在线监测技术还处于发展初期,对配电网的控制优化、综合管理、故障监测等技术都在积极研究开发中,一些新型的配电网管理监测技术也在部分地区尝试使用,部分发达地区的配电网自动化管理也已经有了较高水平,但还有巨大的进步空间[14]。
  
  因此在现有软件开发的技术基础之上,提出配电网运行状态检测系统的研究,旨在通过该系统的研究,能够实现对配电网设备数据的实时采集和检测,在必要的时候能够对配电网设备进行远程控制和干预,确保用电用户的安全。
  

 

  
  1.3 主要研究内容
  1.4 论文结构安排

  第二章 配电网运行状态检测管理系统的关键技术

  2.1 Java 语言
  2.2 UML 建模语言
  2.3 MySQL 数据库
  2.4 JDBC
  2.5 WEB 服务器配置
  2.5.1 JDK 的安装和配置
  2.5.2 Tomcat 的安装和配置
  2.4 本章小结

  第三章 配电网运行状态检测管理系统需求分析

  3.1 系统概述
  3.2 功能需求概述
  3.2.1 电路图设计管理需求分析
  3.2.2 负荷与控制管理需求分析
  3.2.3 防窃电检测管理需求分析
  3.2.4 线损管理需求分析
  3.2.5 系统管理需求分析
  3.3 非功能需求分析
  3.3.1 性能需求
  3.3.2 可靠性需求
  3.3.3 界面友好性需求
  3.3.4 系统集成需求
  3.3.5 可扩展性需求
  3.4 本章小结

  第四章 配电网运行状态检测管理系统总体设计

  4.1 整体架构设计
  4.2 软件架构设计
  4.3 网络架构设计
  4.4 功能架构设计
  4.5 数据库设计
  4.5.1 概念模型设计
  4.5.2 逻辑结构设计 
  4.6 本章小结

  第五章 配电网运行状态检测管理系统详细设计

  5.1 电路图设计管理详细设计
  5.2 负荷与控制管理详细设计
  5.3 防窃电检测管理详细设计
  5.4 线损管理详细设计
  5.5 系统管理详细设计
  5.6 本章小结 

  第六章 配电网运行状态检测管理系统实现与测试

  6.1 实现环境
  6.2 功能实现
  6.2.1 电路图设计管理功能实现 
  6.2.2 负荷与控制管理功能实现 
  6.2.3 防窃电检测管理功能实现 
  6.2.4 线损管理功能实现 
  6.2.5 系统管理功能实现 
  6.3 系统测试
  6.3.1 测试流程 
  6.3.2 功能测试 
  6.3.3 性能测试 
  6.4 本章小结

  第七章 总结

  近年来我国对用电安全的要求越来越高,相关的部门也制定了一系列的相关政策来确保用电用户的安全。在电力行业中配电网的运行状态检测是非常重要的,可以通过对运行状态进行的检测可以发现一些潜在的安全隐患,因此将“事后处理”转变为“事前预防”,可以很好的预防一些安全用电事故的发生。然而在传统的管理模式下,对于配电网的运行状态检测是非常困难的,也可以说是基本上做不到的。

  在信息化时代,可以通过一些智能终端设备对相关的信息进行采集,并实时的传输到应用系统中,通过应用系统显示实时的运行状态,这样可以为管理人员提供有效的支撑。所以配电网运行状态监测管理系统研究也就提上了日程,成为了目前电力行业所需要解决的主要的问题。

  本文主要就是围绕配电网运行状态监测管理系统的研究方案而展开具体的研究的,主要完成的工作包括以下几个方面。

  首先,从整体上对配电网运行状态监测管理系统的整体需求进行了概述说明。明确了访问系统的用户类别,将用户按照软件工程的思想进行了角色话费,并采用用例图的形式对每一类用户的业务需求以及功能需求进行了调研和分析总结,得出了系统的功能需求,主要包括电路图设计管理、负荷与控制管理、防窃电检测管理、线损管理以及系统管理等。供电公司要确保用电用户的合法权益以及用电安全,系统要 7×24 小时的持续稳定运行,平均响应时间要控制在五秒以内,资源占有率不能超过 60%。

  其次,对配电网运行状态检测管理系统展开详细的设计,首先采用分层设计的思想,将整个系统进行了层次的花费设计,形成了系统的整体架构。采用 sill框架对系统的软件架构进行阐述说明。在对系统的网络架构进行设计的过程中,采用防火墙、磁盘阵列以及容灾处理等措施来确保系统的网络安全。采用模块化的思想将整个系统划分为不同的业务模块,并设计了不同业务模块之间的交互接口。采用亚图的形式对数据库的概念模型和逻辑模型进行了阐述说明。

  然后,针对配电网运行状态监测管理系统的核心功能模块展开详细的设计说明,主要采用类图,时序图以及功能模块图的形式来对每一个业务模块所包括的功能以及核心功能打操作流程进行了阐述说明。

  最后采用 Java 语言对配电网运行状态监测管理系统的具体功能进行编程,展示了配电网运行状态监测管理系统的运行效果,并对运行效果进行了分析说明,采用黑黑盒测试方法对系统的性能和功能展开详细的设计,通过测试结果可知系统不仅满足了业务操作的需要,而且能够持续稳定的运行。

  通过该系统的部署应用之后,可以发现该系统的研究具有非常重要的意义,能够实现对配电网运行状态的实时采集了,难过以不同的形式展现运行状态的参数情况,能够为管理人员提供安全防护管理依据,能够对人工所不可能采集到的相关信息进行采集。该系统不仅能够确保用电用户的安全,而且能够维护用电用户的合法权益,通过对配电网进行日常的维护,管理员能够延长配电网的使用寿命。

  参考文献