第一章 绪论
1.1 研究背景
变电站是电网中的重要基础设施，其中部署了大量用于变电网运行的电气设备，例如开关设备、变压器设备、母线、刀闸等[1][2]。对于变电站的电力信息管理，通常包含了上述电气设备及变电站的状态信息管理及控制操作管理等[3]。
在 2012 年国家电网提出“三集五大”的智能电网建设规划之后，各地供电企业的电网智能化水平逐年提高，智能化的变电站建设数量快速增加[4][5]。智能变电站是指部署了智能化的电气设备之后，在电力通信专网环境下可进行远程数据采集和运行监测、远程操作控制的变电站[6]。
基于智能变电站的技术特点，供电企业可以通过计算机软件的方式，基于电力通信网对变电站进行运行信息采集及远程控制[7]。目前各地供电企业的变电站电力信息管理业务中比较常用的管理软件包含 SCADA 数据采集及监视控制系统、电网调度自动化平台及其他变电网相关的业务管理软件等[8]。由于变电站电力信息管理的业务范围比较广泛，包含了各类电气设施的电力信息采集以及远程控制操作等，不同的电气设备电力信息类型及控制操作类型具有一定的差异[9]。所以，目前的业务管理软件通常情况下只能覆盖变电站电力信息管理中的部分业务[10]。
在这种情况下，变电站管理人员需要在 SCADA 系统、智能变电站系统等软件之间进行频繁的切换操作，业务管理便利性较差[11]。同时，变电站电力信息管理的业务数据也分散存储在这些软件中，数据视图的统一性不足。
为了解决上述的管理问题和不足，近年来国内部分供电企业组织实施了能够对 SCADA 系统、电网调度自动化平台等软件中的重点功能进行集成的管理软件，使得变电站管理人员可以在单个软件平台中，实现变电站电力信息管理的数据采集和远程控制管理，避免了频繁的业务系统切换操作、数据视图分散的现象，提高了业务管理的效率[12]。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外现状
欧美等发达国家对于变电站电力信息管理的数字化应用和研究起源于 2000 年左右。智能化电力硬件设备的逐渐普及以及数字通信技术的应用，促进了电力系统信息化和智能化的进步[13]。变电站的电力信息管理在此背景下，变得更为复杂和严格。因此，电气设备及服务供应商纷纷在其电气产品体系中增加了和信息技术相关的服务接口和功能支持[14]。
在 2001 年，德国施耐德电气集团在其变压器设备中增添了数字化的控制服务单元 UTC（Unit Transform Control），可以通过数据包通信技术，实现与通信终端节点的网络通信，从而使得变压器的运行数据可以实时动态采集，并能够进行简单的变压器运行参数的远程设置和更改[15]。
随后，包括 GE 通用电气、松下电气、西门子等在内的大型电气服务供应商也投产了类似的电气硬件及配套服务产品[16][17]。同时，IEC 国际电工委员会、IEEE电气电子工程师学会等国际性组织也纷纷加入到电力系统信息化、智能化的技术及行业标准的制定行列，形成了包括 IEC 系列等技术标准的行业规范[18][19][20]。
在这些技术标准中对变电站的智能化、数据通信及数字化管理等工作进行了标准化定义，成为变电站电力信息管理数字化的现行标准，得到了广大电气服务供应商及电力企业的广泛认可和支持[21]。
由于国内外电力系统建设规划、思路及运维方式的不同，国外电力系统中的二次电气设备占比相对较低，因此变电站电力信息管理的复杂性及管理要求相对较为简单和集中[22]。因此，目前国外电力企业通常直接采用 SCADA 系统等软件进行业务管理，对于业务管理的集成化要求不高。
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第二章 变电站电力信息管理系统需求分析
2.1 业务与目标分析
2.1.1 业务分析
1. 变电站建设及电力信息管理现状
甘孜供电公司是四川省电力公司的直属下级单位，主要承担甘孜州 17 个县的电力营销、电网建设及电力服务等工作。从 2012 年开始，公司在四川省电网的智能电网建设及“三集五大”政策推动下，甘孜电网的规模不断扩大，电网智能化水平也稳步提升。截止 2020 年末，甘孜电网的智能化覆盖比例已经达到 70%以上，形成了以传统和智能变电站、供电台区为单位的新型电网体系。近年来公司的变电站建设情况（包括 35/110/220kV 等电压等级）如图 2-1 所示。
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2.2 功能需求分析
在系统功能需求分析中，采用软件工程常用的 UML 统一建模语言技术中的用例图（User Case Diagram）作为分析工具，从系统的目标用户角度分析所需实现的软件层面的功能，即变电站管理人员。根据系统的研发目标，系统的功能用例包括数据采集、远程控制两个方面。本节对上述功能用例的内部结构进行分析，探讨本系统的软件功能开发需求。
2.2.1 数据采集功能需求
数据采集功能是本系统需为变电站管理人员提供的核心功能，即基于系统的通信与交互服务，从 SCADA 系统、电网调度自动化平台等现有软件中获取其采集的管理事项、事件信息、装置信息、故障信息、负载信息等数据。在此基础上为变电站管理人员提供上述数据的在线查看、应用、导出（基于 EXCEL 格式）、装载等服务。
1. 事项数据采集：包括变电站运行过程中的消息、调度事项、历史报警、潮流迭带信息、潮流错误信息等数据。
2. 运行状态数据采集：包括变电站运行过程中，各类电力设备、线路等设施的有功、无功功率数据。
3. 事件数据采集：包括针对各类变电硬件设备进行的故障设置事件、设备操作事件等。
4. 同期数据采集：在对变电站内开关设备进行同期操作时产生的开关两侧电压、相角和频率产生的变化情况等数据。
5. 基础信息采集：包括区域、厂站、开关、刀闸、母线、电力设备、设备负荷、线路、端点等电网设备等列表信息。
6. 状态数据采集：包括各类变电设备的运行电压、电流等状态数据。
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第三章 变电站电力信息管理系统设计...............................17
3.1 设计思路.....................................17
3.2 总体设计................................................18
第四章 变电站电力信息管理系统实现...........................................38
4.1 实现环境............................................38
4.2 通信功能实现.....................................38
第五章 变电站电力信息管理系统测试..........................................53
5.1 测试方法...........................................53
5.2 通信测试...........................................55
第五章 变电站电力信息管理系统测试
5.1 测试方法
软件测试方法主要分为黑盒、白盒测试法两种：
1. 黑盒测试法
以软件需求为基准，由测试用户终端操作或模拟操作为途径，基于软件反馈结果进行基准验证，测试软件是否达到预期开发目标。
2 白盒测试法
以软件需求为基准，按软件代码功能逻辑分支进行逐项覆盖测试，通过调试结果或软件反馈结果为基准验证，测试软件是否达到预期开发目标。
通常情况下，黑盒测试法适用于功能相对简单的交互型软件，或规范的业务软件测试中；白盒测试法适用于算法型软件，或软件逻辑功能复杂的软件测试工作中。由于本系统中涉及到通信功能服务，其运行模式为后台服务，而数据采集和远程控制模块为用户交互型软件功能，因此在测试中，采用白盒测试法对通信功能服务进行测试，用户采集和远程控制模块测试基于黑盒测试法。
在具体测试中，采用如表 5-1 所示的环境配置。
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第六章 总结与展望
6.1 总结
由于甘孜供电公司的智能电网建设规模快速扩大，变电站的数据采集、远程控制管理业务日益复杂，实际的管理涉及到较多的软件系统，例如 SCADA 系统、电网调度自动化平台等软件，从而导致管理过程比较复杂、电力信息存储分散等问题和不足。
本文针对上述问题，按照实际参与的软件项目，设计和实现了一套变电站电力信息管理系统，通过系统的应用实现变电站电力信息管理的统一实施。系统采用.NET 平台开发实现，技术选型主要包括了.NET 平台中的 C#、ADO.NET 技术，以及 SQL Server 数据库技术等。
系统针对变电站管理人员提供数据采集和远程控制管理功能，其实现均需基于和 SCADA 系统、电网调度自动化平台等软件的后台的通信功能服务，在系统通信服务基础上，建立终端的用户交互服务功能。因此，在实现过程中首先研究分析系统的通信功能服务，包括其功能实现流程和具体的编码思路。随后，按数据采集和远程控制功能的设计，对其类结构、时序流程等进行设计分析，并考察了其功能编码的关键流程和代码。通过系统的测试验证，最终得到系统达到了预期的开发要求。
基于本系统的应用，可以将原来分散在 SCADA 系统、电网调度自动化平台、变电故障管理系统、变电网运维系统等现有业务软件中的状态数据采集、控制管理等常用功能进行集成，为变电站管理人员提供统一、便捷的业务管理工具，从而提高业务管理效率。同时，通过系统的后台数据库对变电站电力信息管理业务的数据进行统一存储和维护，提高了数据的整合效率及集中性，建立集成化程度更高的业务数据体系。
本系统不仅可以为甘孜供电公司的变电站管理人员提供高效的业务管理工具，同时对于其他供电企业也具有一定的技术参考价值。
参考文献（略）