矿山电网综合自动化系统及其应用.pdf

中国矿业大学学报990 2 0 8 中国矿业大学学报 JO U RNA L O F CH I NA U NI VERSI T Y O F M I NI NG T ECH NO LO G Y 1999年 第2 期 第2 8 卷 Vo l . 2 8 No . 2 1999 矿山电网综合自动化系统及其应用 于洪珍 丁恩杰 张晓强 刘云霞 摘要 将三级分布式结构应用于矿山电网综合自动化系统，实现了高性能微机硬件、 网络技术、多媒体技术及M S多窗口软件环境的完美结合；远动终端采用多微处理器、 串行总线的开放式结构. 研究成果已成功地应用于龙口矿务局并取得了良好效果. 关键词 监控系统，分布式系统，综合自动化 中图分类号 T D 6 1 Co m p o s i t e A u t o m a t i o n Sy s t e m o f M i n e El e c t r i f i e d W i r e Ne t t i n g a n d I t s A p p l i c a t i o n Yu H o n g z h e n D i n g En j i e （ Co l l e g e o f I n f o r m a t i o n a n d El e c t r i c En g i n e e r i n g , CU M T , Xu z h o u 2 2 10 0 8 Zh a n g Xi a o q i a n g Co l l e g e o f Bu s i n e s s a n d A d m i n i s t r a t i o n , CU M T , Xu z h o u 2 2 10 0 8 Li u Yu n x i a Na n j i n g I n d u s t r i a l Sc h o o l , Na n j i n g 2 1110 0 ） A b s t r a c t T h r e e l e v e l d i s t r i b u t e d s t r u c t u r e i s a p p l i e d t o t h e c o m p o s i t e a u t o m a t i o n s y s t e m o f m i n e e l e c t r i f i e d n e t t i n g . I n t h i s s y s t e m , h i g h p e r f o r m a n c e m i c r o c o m p u t e r -h a r d w a r e , n e t w o r k i n g , m u l t i m i d i a t e c h n i q u e s a n d M i c r o s o f t W i n d o w s a r e i n t e g r a t e d p e r f e c t l y . T h e o p e n s t r u c u t r e w h i c h i s c o m p o s e d o f m u l t i -m i c r o p r o c e s s o r a n d s e r i a l b u s i s a d o p t e d i n t h e RT U r e m o t e t e r m i n a l u n i t . T h i s s y s t e m h a s b e e n s u c c e s s f u l l y a p p l i e d t o t h e e l e c t r i f i e d w i r e n e t t i n g o f Lo n g k o u M i n i n g Bu r e a u . K e y w o r d s s u p e r v i s i o n s y s t e m , d i s t r i b u t e d s y s t e m , c o m p o s i t e a u t o m a t i o n 随着煤矿综合自动化水平的不断提高，矿山电网安全对煤矿生产和安全所起的作 用也越来越大，所以，实现矿山电网的自动监控已成为煤矿安全生产的根本保证. 矿山 电网的覆盖范围小、电压等级低，主要是一个配电网络，因此，其自动化系统的发展 方向是以节能为中心的配电系统的综合自动化，主要包括电网数据采集、监控、用电 负荷控制与管理、电网无功的综合控制和配电系统的可靠性管理等. 根据这一设计原 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 0 8 . h t m （第 1／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 0 7 中国矿业大学学报990 2 0 8 则，我们完成了矿山电网综合自动化系统的研制任务，并成功地应用于龙口矿务局电 力调度自动化系统中，取得了良好效果. 1 系统构成 矿山电网综合自动化系统采用多级分布式控制结构，系统分为后台机、前置机和 远动分站3部分. 后台机部分采用改进的以太实时网，由一台调度工作站和一台系统主 机构成. 系统主机除完成其它工作站应完成的工作外，还负责数据采集. 调度工作站通过 网络向主机请求，得到主机数据采样的一个拷贝，保证网上所有后台机采样数据的一 致性. 前置机部分由一台前置机和通道转换柜等组成. 前置机采用高可靠性的工业控制 机，它是联接后台机部分和远动分站部分的纽带，它将从各远动分站获得的信息，以 10 M b i t / s 的速率广播上网，同时将主机命令下发到各个远动分站. 远动分站部分由设置 在各变电站的远动装置RT U 组成. RT U 本身采用多CPU 和模块化结构，并采用交流采样 方式，即对线路二次侧交流电压和电流信号直接采样，运用数学模型运算得到各种参 数（U ，I，P，Q ，f , c o s φ, W p , W Q ，摆脱了系统对传统变送器的依赖，提高了采样 精度 2 f n f n 为被采样信号的最高频率 就可以 从采样数据中无失真地恢复出原信号. 在本仪器中兼顾采样精度及高次谐波的影响，选 取f s 8 0 0 H z , 并根据电力系统的频率变化对采样频率作相应的修改. 同时为了保证4个数 据为同一时刻的采样值，在电路中设置了4个采样保持器，使计算数据达到所要求的精 度. 在电力系统中，由于采用了变流器等器件，电路中就必然存在各种谐波，为了消除 各次谐波分量和直流分量的影响，只选取50 H z 的基波分量，我们采用了全周波富氏算 法，设 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 0 8 . h t m （第 3／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 0 7 中国矿业大学学报990 2 0 8 将f t 分别乘以c o s ωt 和s i n ωt ，然后积分一个基波周期就可以消除直流分量和各次 谐波，得到基波分量 如果考虑一个基波周期内采样N次，并用N个采样值的总和代替积分来计算基波分 量a 1, b1，则 其中k 表示周期T 内的采样序号，k 0 ，1，2 ，⋯，N-1. 可得如下计算公式 其中U ，I为有效值. 3 系统特点 1 系统结构的高水平 整个系统采用三级分布式结构，是高性能微机硬件、网络 技术及M S多窗口软件环境的完美结合，体现当今世界技术的最新特点. 远动终端采用多 微处理器、串行总线的开放式结构. 计算性能、硬件水平和软件环境综合考虑，整个系 统达到了国际90 年代先进水平. 2 用微机变送器交流采样代替传统的功率变送器和电压、电流变送器 采用遥测 板和交流采样层构成微机变送器，运用数学模型，对线路二次侧交流电压、电流信号 直接采样运算得到各种参数. f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 0 8 . h t m （第 4／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 0 7 中国矿业大学学报990 2 0 8 3 多媒体技术［1］的运用 多媒体技术是指计算机综合处理多种媒体信息文 本、图形、图像和声音，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个系统，并具有交互性. 在电力调度总站通过多媒体计算机技术可以很直观地看到各变电站的运行情况及 供电情况. 采用多媒体技术后，它能把各RT U 运转情况在调度总站上显示动态画面，并 具有语音报警功能. 4 实时网络通信 采用星形网和总线网相结合的网络系统. 星形网由1台工控机和6 台RT U 完成实时数据的采集和传输. 由2 台后台微机和星形网中的工控机组成总线网， 担负起实时数据的处理，产生各种报表、曲线和调度信息. 2 台后台机分别为主机和调 度工作站，当主机退出后，调度工作站会自动升级为主机，网络数据传输速率为 10 M b p s 足以满足调度对实时数据的要求. 5 系统的结构简单，扩容方便，投资少且见效快 实现矿山电网的综合自动化将 使电网管理的自动化水平达到国际8 0 年代先进水平，在国内处于领先地位，并可取得 显著的经济效益和社会效益. 4 提高系统可靠性的措施 1 从系统角度看，整个系统采用分布式结构. 分布式结构本身就具有危险性分散、 可靠性高的特点，即使一个环节发生故障也不会影响到整个系统的正常运行. 2 动态主机和静态主机的有机结合和分离是提高系统可靠性的又一措施. 系统正常 运行时网络上只有一台主机担任数据采样，其它工作站通过网络申请，得到实时采样 的拷贝，当主机发生故障时，工作站将自动升为主机，完成数据的实时采样，保证数 据的一致性和可靠性. 3 选用高可靠性的工控机，担任系统前置机，提高了系统的可靠性. 工业控制计算 机以其高可靠性、抗干扰，适应各种恶劣环境而广泛应用于工业领域，完全可以满足 电力调度系统的可靠性要求，若要进一步提高前置机的可靠性，可以采用双前置机的 冗余系统. 4 远动装置多微处理器，模块化结构，可以提高装置的可靠性、降低维护工作 量、减少事故停电时间，从而进一步提高系统的可靠性. 5 采用光电隔离技术，使远动装置与工业现场实现完全的电隔离，隔离电压可达 2 50 0 V以上，可使系统免受一些不可预见的高电压冲击. 5 结 论 实现矿山电网的综合自动化，其经济和社会效益是相当可观的. 由于该系统对电力 系统运行状态进行实时监测、遥控遥测，能大大改善运行条件、提高供电质量，这就 可以有效地延长用电设备的寿命. 在保证煤矿电力系统安全可靠、经济合理运行中能发 挥巨大作用. 作者简介 于洪珍，女，1938 生，教授，博士生导师 作者单位于洪珍 丁恩杰 中国矿业大学信息与电气工程学院 徐州 2 2 10 0 8 张晓强 中国矿业大学工商管理学院 徐州 2 2 10 0 8 刘云霞 南京工业学校 南京 2 1110 0 参考文献 1 钟玉琢，李树青，林福宗等. 多媒体计算机技术. 清华大学出版社，1993. 9 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 0 8 . h t m （第 5／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 0 7 中国矿业大学学报990 2 0 8 收稿日期 1998 -0 5-2 7 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 0 8 . h t m （第 6 ／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 0 7