基于功能块的变电站分布式控制实现方法

论文摘要

近年来,控制技术、信息技术、电力电子技术和网络通信技术的提高和进步,使得以微处理器为核心的智能自动化装置被广泛应用于电网控制领域,极大地推动了作为电网运行重要核心的变电站综合自动化的快速发展。同时,随着工控领域技术的不断发展和飞跃,对变电站运行乃至整个电力系统行业的控制功能发展也提出了更多更高的要求。作为工业技术从现阶段过渡到功能分布化和全数字控制技术阶段应运而生的功能块技术是一个新的国际研究热点,其定义了一整套以分布式为目的的可重用、可重构、可封装和设计模块化的工业过程测量与控制系统IPMCS的功能块基本概念和思想,代表了工业控制领域最新最高的技术水平和发展趋势。本文通过深入研究电力系统逻辑闭锁功能的数字化实现及功能块的相关控制技术,旨在将工业控制领域的最新技术引入到电力行业当中,解决设备平台无关性、分布式控制实现等变电站控制和保护方面存在的问题,使数字化变电站技术得到充分发展,更好地服务于电力系统自动化。本文内容重点研究了对变电站一次接线图自动导出逻辑闭锁公式方法的改进和完善,得到可直接适用于间隔层逻辑闭锁的判决表达式及其获取流程。同时,在变电站三层理论体系的框架下,对功能块技术规范的体系结构和可适用性进行了一定程度的探讨,将规范中的各体系模型分别与变电站的各结构层次一一进行映射,为将其顺利引入电力系统奠定了相关的理论基础。利用功能块类型技术,事件、数据输入输出连接规则,执行控制图表ECC调度及封装算法功能描述等为CILO闭锁逻辑设计出相应的复合功能块类型,详细阐明了其内部组成功能块结构图和相关控制功能,同时介绍并运用ROCKWELL自动化公司的功能块开发包FBDK对此CILO复合功能块进行了软件设计和仿真,不仅从实现应用的角度进一步论证了功能块技术运用于电力系统的可行性,也为后续对功能块技术进行更深入层次的研究提供了一个良好的参考和借鉴实例。论文最后对所做工作进行了总结,归纳提炼了本文研究的创新之处,并提出了后续研究工作的主要方向和研究重点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题研究背景及现状
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 国内外研究现状
• 1.2 问题的提出及研究意义
• 1.2.1 问题的提出
• 1.2.2 选题研究意义
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 IEC 61499 体系结构简介及特点
• 2.1 IEC 61499 标准的产生背景
• 2.2 IEC 61499 标准的内容与体系结构
• 2.3 IEC 61499 标准定义的各类模型
• 2.3.1 系统模型（System Model）
• 2.3.2 设备模型（Device Model）
• 2.3.3 资源模型（Resource Model）
• 2.3.4 应用模型（Application Model）
• 2.3.5 功能块模型（Function Block Model）
• 2.3.6 分布模型（Distribution Model）
• 2.3.7 执行控制图表（ECC）
• 2.3.8 服务接口功能块（SIFB）
• 2.3.9 IEC 61499 标准的特点和优势
• 2.4 本章小结
• 第3章 变电站一次接线图导出逻辑闭锁公式方法的研究与改进
• 3.1 逻辑闭锁规则相关安全原则与分析
• 3.2 逻辑闭锁涉及的图论和矩阵知识
• 3.2.1 相关图论概念与引理
• 3.2.2 相关矩阵引用定理
• 3.3 变电站一次接线图实例及图论表示
• 3.4 相关文献成果运用于变电站一次接线图
• 3.5 逻辑闭锁公式导出步骤及表达式修改与完善
• 3.5.1 逻辑闭锁公式及其条件具体分析
• 3.5.2 文献方法步骤及表达式的修改和完善
• 3.6 本章小结
• 第4章 数字化变电站逻辑闭锁功能块的研究与设计
• 4.1 引言
• 4.2 功能块解决数字化变电站问题的需求分析
• 4.2.1 IEC 61850 标准的逻辑遗留问题
• 4.2.2 符合IEC 61850 标准设备存在的问题
• 4.2.3 IEC 61499 功能块标准的引入
• 4.3 数字化变电站与IEC 61499 体系结构间的关联映射
• 4.3.1 数字化变电站三层体系结构介绍
• 4.3.2 使用IEC 61499 标准的设备平台无关性
• 4.3.3 两体系结构之间的关联映射
• 4.4 控制类逻辑设备的功能块建模和资源的关系
• 4.4.1 控制类设备中逻辑节点作为FB 功能块建模
• 4.4.2 控制类模型块设计为功能块的3 种可能方案
• 4.4.3 控制类功能模型块在资源中的位置和应用
• 4.5 遵循IEC 61499 标准的CILO 功能块设计
• 4.5.1 CILO 设计为复合功能块类型
• 4.5.2 复合功能块类型的用法规则
• 4.5.3 CILO 复合功能块模型的建立
• 4.5.4 CILO 复合功能块的执行控制模型
• 4.5.5 功能块内部封装算法与小结
• 4.6 控制类功能块在分布式控制中的应用
• 4.6.1 间隔层逻辑闭锁的实现模型
• 4.6.2 变电站层闭锁功能的分布式实现
• 4.7 本章小结
• 第5章 CILO 复合功能块的软件开发设计
• 5.1 引言
• 5.2 功能块开发工具介绍与编辑环境
• 5.2.1 软件菜单项目
• 5.2.2 软件显示区域
• 5.3 CILO 内部组成功能块的软件设计
• 5.3.1 组成功能块的类型及图形声明
• 5.3.2 组成功能块的执行控制图表ECC
• 5.3.3 组成功能块的 XML 程序及注释
• 5.3.4 组成功能块 Java 测试模型实例
• 5.4 CILO 复合功能块的软件设计与实例化
• 5.4.1 复合功能块类型的设计与图形声明
• 5.4.2 复合功能块类型的内部结构图
• 5.4.3 复合功能块类型的 XML 程序及注释
• 5.4.4 复合功能块编译及 Java 测试模型实例
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间发表论文目录）
• 附录B （攻读学位期间参与的科研项目及获奖情况）