数字化电力系统学习指导.docx

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1、数字化电力系统课程学习指导资料第一部分课程学习目的及总体要求一、课程的学习目的数字化电力系统是一门理论与实践并重的课程。它是电力系统自动化、计算机技术、通信技术等多门学科发展的产物，因此，学习数字化电力系统课程，对学生了解和关注这些学科的基本处理方法和最新研究动态，具有非常重要的指导意义。学生在本课程的学习过程中，首先会接触到很多与电力系统自动化、面向对象程序设计和标准建模语言UM1的术语和基本处理方法，在此基础上再进行最新前沿技术的了解，并能最终以此指导自己进行数字化电力系统的相关应用。学生通过本课程的学习，能够对本专业中很多相关技术的基本处理方法、发展动态进行很好的掌握和了解，并能指导他们

2、结合自己的兴趣爱好进行今后学习、研究方向的选择。二、课程的总体要求面向对象的电力系统自动化技术是一个与实践和应用结合非常紧密的学科，其中使用和关注的很多技术都是具有前沿水平的，因此从理解到掌握都会具有一定难度，需要学生们认真学习和多上网查阅资料加以理解，并会安排一定数量的练习题来配合学习。面向对象的电力系统自动化课程内容包括：数字化电力系统及电力系统自动化的概述、电力系统自动化内容及功能；电力系统面向对象信息建模；电网调度自动化系统；变电站自动化系统；配电自动化系统；电力系统信息集成等。第二部分课程学习的基本要求及重点难点内容分析第一章绪论电力系统的安全运行是国民经济发展的基础，随着电力系统和

3、用电需求的迅速发展和扩大，对电力系统自动化功能和性能的要求越来越高。面向对象技术的发展使得可以从本质上全面完整地建立电力系统信息模型，以满足电力系统的整体应用，并可以针对新的应用需求不断扩展，实现不同电力自动化监控和信息化应用系统信息集成。目前的电力系统正朝着高度自动化、智能化、集成化和网络化的数字化电力系统方向迅速发展。本章主要介绍了电力系统自动化的地位、作用以及组成和内容，使学生对本课程情况有一个基本了解。1、本章学习要求(1)应熟悉的内容电力系统自动化以及数字化电力系统的基本概念，电力系统自动化的地位和作用。(2)应掌握的内容深刻理解有关电力系统自动化的基本概念：大停电、现代电力系统自动

4、化、数字化电力系统等；熟练掌握电力系统各运行状态和系统自动化内容及其功能。2、本章重点难点分析(1)重点本章主要介绍了电力系统自动化的基本概念，包括大停电，现代电力系统自动化和数字化电力系统，电力系统自动化安全运行的重要意义和电力系统自动化内容及其功能等，对于学习整个课程是非常重要的。(2)难点本章的难点就在于准确理解电力系统运行各状态及其转化以及能用电力系统自动化的总体结构分析电力系统中各个不同部分的作用和地位。通过完成下面作业可以更详细地理解和掌握。(1)用自己的话总结电力系统安全运行的重要意义？(2)列出电力系统运行中的各种状态并绘出状态转化图。(3)现代电力系统有哪几个环节？其中输电、

5、变电和配电环节的自动化系统有哪些功能？第二章电力系统面向对象信息建模针对电力系统物理特性的数学描述建立电力系统数学模型，是对电力系统进行分析的基础。同样对于电力系统监控也需要从电力系统现实模型进行抽象，建立系统的信息模型。本章主要介绍了电力系统的客观世界现实模型向计算机世界的信息模型转换和抽象的过程，电力系统面向对象信息建模是对电力系统自动化系统进行设计和规划的基础以及电力系统的公共信息模型CIM。1、本章学习要求(1)应熟悉的内容要求了解公共信息模型，面向对象的分析与设计和标准语言UM1,理解领域模型、用例模型和设计模型的概念，面向对象的分析与可视化，UM1模型图。能理解电网现实模型与信息模

6、型、电网监控模型以及公共信息模型C1M及相关类图。(2)应掌握的内容学会用面向对象技术的知识分析与电力系统相关的问题。深刻理解领域模型、用例模型和设计模型及面向对象分析可视化分析电力系统物理模型的基本技术，掌握CIM总体结构及各包的作用。2、本章重点难点分析(1)重点木章是本课程重点章节之一。主要介绍电力系统面向对象建模的若干问题，包括：面向对象技术、电网现实模型与信息模型以及公共信息模型CIM等问题。对于其中的面向对象分析技术、现实模型抽象为信息模型以及公共信息模型CIM,需要熟练掌握建模原理和方法。(2)难点利用面向对象技术分析知识，将电力系统现实模型抽象为信息模型，需要特别通过例题加以理

7、解。通过完成下面作业可以更详细地理解和掌握。(1)什么是面向对象技术和公共信息模型？(2)简述领域模型、用例模型和设计模型及各自的异同。(3)求出图2-6变压器物理模型的抽象模型与C1M模型。(4)什么是概念类、软件类和实现类。3、本章典型例题分析例题1已知变压器的物理模型为(书中图2-6)：变压器第一步：对变压器物理模型进行抽象(抓住事物本质)描述。电力变压器(TranSformer)是电力系统(PoWerSySIem)中的一种设备，它具有(HaS)绕组(TransfbrmerWinding),绕组(TranSformerWinding)具有(Has)分接头(Tap(：hanger),绕组(

8、TranSfOrmerWinding)还需要进行(TeSt)绕组测试(WindingTeSI)第二步：依据第一步抽象描述，画出变压器的抽象模型(如下图)。第三步：运用面向对象的技术来分析。1)电力变压器为电力系统设备(EqUiPmen1)的一个组成部分，而电力系统设备又统称为电力系统资源。根据面向对象技术泛化关系，电力变压器(POWe1TranSfoiTher)是Equipment的特殊子类，电力系统设备本身又是电力系统资源(POWerSySIemReSOUrCe)的特殊子类；2)同样，分接头(TaPChanger)也是电力系统资源的一个特殊子类，绕组本身具有导电的特性，可以看成是导电设备(C

9、OndUCtingEqUiPmenI)的特殊子类。3)电力系统资源的属性和角色都可被它的子类继承，依据标准建模语言，在图中它用一个箭头从特殊类指向普遍类，允许PowerTransformer类从Equipment和PowerSystemResource继承属性。同时，模型中使用聚集类型的关系，使用菱形符号从部分类指向整体类。一个PowerTansformer可以有(或包含)一个或多个TransformerWinding,但是一个TransformerWinding仅属于一个PoWe1TranSformer(或是PowerTransformer的一个成员)。变压器模型的建立用了关联关系，一个Tr

10、anSformerWinding对象可以对0、1或多个WindingTeS1对象测试(TeStedFrom)O通过面向对象的分析，建立电力变压器的相关电力系统CIM模型如下图所示。说明：对于电力系统进行信息建模，除了需要描述电力设备本身的特性外，还需要描述电力设备之间的连接关系。第三章电网调度自动化系统本章在电网监控信息模型的基础上，研究了调度自动化系统的领域模型、SCADA系统功能及调度自动化主站系统体系结构及相关子系统的技术实现。1、本章学习要求(1)应熟悉的内容国家电网调度体系和SCADA系统功能。(2)应掌握的内容电网调度自动化的领域模型、用例分析模型和实现机制。运用模型去分析电网调度

11、自动化的相关技术和SCADA的设计步骤。2、本章重点难点分析(1)重点本章是本课程重点章节之一。主要介绍了电网调度自动化系统的领域模型、用例模型、实现机制以及系统的软件、硬件组成等问题。重点掌握利用面向对象分析思想去分析电网调度自动化系统及其子系统。(2)难点通过用例图、顺序图、活动图以及配置图等面向对象的分析方法对SCADA系统功能及其相关子系统如：支撑平台、前置机系统、数据库系统、SCADA处理系统和主站系统维护的相关技术的功能分析与实现技术进行了分析。本章介绍的SCADA处理技术也是后面几章的技术基础。(1)远动终端与调度中心远距离传输的“四遥”功能(遥测、遥信、遥控和遥调)(2)使用用

12、例模型去分析SCADA及其各项模块功能一一数据处理、数据采集、控制与调节和人一机联系。(3)电网调度自动化的实现机制，SCADA数据处理系统中SCADA数据更新顺序。(4)数据库存储机制和数据库访问以及支撑平台。3、本章典型例题分析例题1：经模/数转换器的转换精度12位，双极性输出，被测电流的满量程为150OA和150A时，求标度变换系数K。解：双极性输出模/数变换后，当被测值与满量程相等时，转换结果为11位全1码，满量程结果为I111II11II1B=2047o被测电流的满量程为150OA时K=SD=15002047=0.732779677=0.1OII1O11I(X)1O11B被测电流的满

13、量程为150A时，K=SD=1502047=0.0732779677=0.0001001011OB为保证有效位数，标度变换系数放大10倍。例题2：在例1基础上，今测得模/数值为06F6H,被测电流的满量程为1500A和150A时，分别计算其对应的被测电流值。解：首先将所测值转换为十进制值06F6H0011011110110B1782D满量程为150OA时，被测电流值二1782K=I782X0.73277967701305.8132(A)满量程为150A时，被测电流值二1782K=I782X0.0732779677130.58132(A)例题3：电网调度自动化SCADA系统内部需要建立电力系统模

14、型对电力系统的物理特性进行描述和建模，SCADA系统的功能模块为：报警系统、人一机接口(调度员界面)、数据采集、处理、控制与调节等。针对上述SCADA功能描述，建立SCADA用例模型。解：第一步：确定角色(执行者)所谓的角色是指所有存在于系统外部并与系统进行交互的人或其他系统。通俗地讲，角色就是我们所要定义系统的使用者。寻找参与者可以从以下问题入手：有哪些人会使用这个系统？系统需要从哪些人或其它系统中获得数据？系统会为哪些人或其它系统提供数据？系统会与哪些其它系统相关联？系统是由哪些人来维护和管理的？而这里的“系统”便是SCADA,而“人”或“其它系统”即为角色。分析SCADA系统,则“调度员

15、”会使用该系统，该系统实现数据采集、数据处理功能需要“遥测接口”提供数据，而该系统要实现调节与控制功能，则将向“遥控接口”提供数据。因而“调度员”、“遥测接口”和“遥控接口”是SCADA系统的角色。当然，角色是由系统的边界所决定的，这里我们所要定义的系统边界仅限于SCADA系统本身。第二步：确定用例找到角色之后，我们就可以根据角色来确定系统的用例，主要是看各角色需要系统提供什么样的服务，或者说角色是如何使用系统的。寻找用例可以从以下问题入手(针对每一个角色)：角色为什么要使用该系统？角色是否会在系统中创建、修改、删除、访问、存储数据？如果是的话，角色又是如何来完成这些操作的？角色是否会将外部的某些事件通知给该系统？系统是否会将内部的某些事件通知该角色？SCADA要实现显示告警功能，需要使用“人机交互服务”，同时SCADA需要向遥控接口发送“控制与调节”事件，角色是通过“数据采集服务”和“数据处理服务”而实现SCADA数据处理和采集功能,因此，“控制与调节”、“数据采集服务”和“数据处理服务”是SCADA用例第三步：确定用例、角色之间的关系在一般的用例图中，只表述角色和用例之间的关系，即它们之间的通讯关联。除此之外,还需要描述角色与角色之间的泛化(genera1ization)、用例和用例之间的包含(inc1ude)、扩展(extend)和泛化(ge