基于IEC61850的微电网监控系统设计

摘要

在我国，电力是国民经济发展的重要能源，以火电为主的传统发电方式，不仅消耗资源而且严重污染环境。同时，远距离高电压传输和大容量集中式发电的大电网存在运行难度大、运营成本高、调节能力弱的问题。而以风能、太阳能、地热能等分布式发电为主的，包含储能设备、负载和控制装置的微电网技术能够节约能源、保护环境、减少发电成本、实现灵活供电。此外，将IEC61850标准作为微电网通信的标准，能够使不同厂家的不同设备进行互操作和实现信息共享。本论文研究基于IEC61850的微电网监控系统，实现对分布式发电、储能和负载状态的实时综合监控。
　　首先，论文对三相交流微电网系统的整体架构进行了设计，由中央控制器连接底层的微电网系统硬件设备和上层的监控系统。接着介绍了微电网系统的分层通信结构，将其分为调度管理层、集中控制层和就地控制层，其中在调度管理层采用的是MMS+TCP+以太网的通信架构。之后对微电网监控系统功能需求进行说明——设计一个基于IEC61850标准MMS(Manufacture Message Specification)服务的B/S(Browser/Server)模式的Web远程监控管理系统。然后对系统中所用到的主要通信技术和两个Java中间件进行阐述。串口转以太网中间件和SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)系统中间件，向上与MMS服务器通信，向下与底层的中央控制器通信。
　　其次，论文采用IEC61850标准对微电网系统进行面向对象的分层建模，将负责测控的中央控制器作为建模的IED(Intelligent Electronic Device)，采用先逐步分解，再相互结合的建模思想，即以确定逻辑节点和数据、构建逻辑设备、构建服务器的先后顺序来完成建模并利用变电站配置描述语言SCL(SubstationConfiguration description Language)建立ICD(IED Capability Description)配置文件。本设计采用的是OpenIEC61850的开源代码库来支持运行整个IEC61850和MMS服务程序。该库采用Java语言编写，面向对象的语言更符合IEC61850面向对象的建模特点，而且具有平台无关性，能够运行在Windows、 Linux等操作系统下。MMS服务器向MMS客户端上传电气数据、报警信息采用MMS的报告服务，MMS客户端向MMS服务器下发控制指令采用MMS的控制服务。为了与底层采用的Modbus协议兼容，需要在MMS服务器中进行Modbus与IEC61850协议的相互映射转换。
　　再次，论文对Web监控管理系统进行了较为详细的设计，对其整体功能架构、软件结构和MySQL数据库进行了设计。接着对用到的Struts2、JDBC(JavaData Base Connectivity)、Servlet、JSP(Java Server Pages)等相关Java Web技术进行介绍。然后对Web监控管理系统各个管理功能的设计结果进行展示和分析。监控人员可以通过实时监测界面查看微电网系统实时的运行数据和状态，管理员可以根据发电计划通过实时控制界面下达控制指令至中央控制器。
　　最后，论文介绍了微电网系统所采用的硬件平台和服务器平台，然后按照监控系统的启动运行步骤来对系统的MMS通信过程和监控功能进行了测试和总结分析，系统各个功能模块运行良好，满足设计要求。本论文对微电网监控和IEC61850标准的研究和应用具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景与应用价值

1．2 国内外研究现状

1．2．1 微电网监控研究现状

1．2．2 IEC 61850标准研究现状

1．3 论文研究内容与组织结构

第2章 交流微电网系统设计

2．1 微电网系统整体架构设计

2．2 微电网系统分层通信结构设计

2．3 微电网监控系统功能需求

2．4 微电网监控系统通信技术

2．4．1 Modbus通信协议

2．4．2 TCP／IP协议

2．4．3 Socket通信

2．4．4 HTTP通信

2．5 微电网监控系统中间件设计

2．5．1 串口转以太网中间件

2．5．2 SCADA系统中间件

第3章 基于IEC 61850标准的微电网建模及MMS服务

3．1 IEC 61850标准的分层信息模型

3．2 实际微电网IED的IEC 61850建模

3．3 ICD配置文件的构建

3．4 MMS协议栈的映射和OpenIEC61850

3．4．1 MMS协议栈的映射

3．4．2 OpenIEC61850

3．5 MMS客户端和服务器通信

3．5．1 Modbus与IEC 61850的映射转换

3．5．2 基于IEC 61850通信服务的配置方法

3．5．3 报告服务

3．5．4 控制服务

第4章 微电网Web监控管理系统设计与实现

4．2 微电网Web监控管理系统软件结构

4．3 微电网系统数据库设计

4．4 Java Web开发技术

4．4．1 Struts 2

4．4．2 JDBC

4．4．3 Servlet

4．4．4 JSP

4．4．5 Ajax

4．5 电网Web监控管理系统的实现

4．5．1 系统登录和权限管理功能

4．5．2 实时监控和校时功能

4．5．3 事项和报警管理功能

4．5．4 能量统计和历史信息管理功能

4．5．5 气候监控和个人设置管理功能

第5章 基于IEC 61850的微电网监控系统实验测试

5．1 系统平台介绍

5．1．1 硬件平台介绍

5．1．2 服务器平台介绍

5．2 系统运行测试

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况