论文总字数：15621字

摘 要

现代现代工业技术的发展对配电系统运行的可靠性及其智能化管理提出了更高的要求，而微处理器技术的广泛应用及计算机系统可靠性的大幅度提高，使智能化电器元件得到快速发展，智能化电气管理系统应运而生。

配电系统的性能在很大程度上保证了电网的正常运行、工业企业的连续供电及各种传动装置的可靠工作。随着计算机与通信技术的飞速发展，配电系统的构成已经从开始的模拟元件发展到今天的数字化、自动化、智能化控制单位，配电系统本身也发展成为智能化系统。智能化的配电系统具有自动化程度高、可靠性强、安全性高、效率高的特点。

本文主要通过MCGS软件来演示智能配电系统的工作，以便更深刻的了解智能配电系统及其优越性。

关键词：智能化；配电系统；演示系统

Development and application of intelligent distribution system

based on MCGS

Abstract

The development of modern industrial technology places a greater demand on the reliability and intelligent management of the distribution system , and wide range of applications and computer system microprocessor technology greatly improved reliability to make intelligent electrical components rapidly development and intelligent electrical management system came into being.

The performance of distribution system in large part to ensure the normal operation of the grid, continuous power supply of industrial enterprises and reliable operation of the various actuators. With the rapid development of computer and communications technology, the constitute of the distribution system has evolved from analog components to today's digital technology, automation, intelligent control units, and power distribution system itself has developed into intelligent systems. Intelligent power distribution system has a high degree of automation, reliability, safety, and high efficiency.

In this paper, we use MCGS software to demonstrate the operation of intelligent power distribution system for a more profound understanding of intelligent power distribution system and its advantages.

Keywords: Intelligent，Distribution System，Demo System

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪 论 1

1.1 智能配电 1

1.2 智能配电的优越性 2

1.3 智能配电的现状 3

1.3.1 国外智能配电现状 3

1.3.2 国内智能配电现状 4

1.4 智能监控系统的基本功能 4

第二章 MCGS简介 7

2.1 MCGS的定义 7

2.2 MCGS的发展 7

2.3 MCGS的结构 8

2.3.1 MCGS的整体结构 8

2.3.2 MCGS的软件结构 9

2.4 MCGS嵌入版组态软件 10

2.4.1 MCGS嵌入版定义 10

2.4.2 嵌入版与通用版的异同 10

2.4.3 主要功能 11

第三章 基于MCGS的智能配电演示系统 13

3.1 组态过程 13

3.2 组态界面的绘制 13

3.3 逻辑绘制 25

第四章 模拟运行 32

致 谢 34

参看文献 35

第一章 绪 论

1.1 智能配电

目前，全球面临着资源能源趋紧的状况，这一现象也引起了人们高度的重视，基于以上状况，可持续发展战略的概念应运而出。在现代社会一切行动和生活方式都和电能源戚戚相关，所以当下对电力能源有着更大的需求和更严格的控制。电力高效、洁净、零排量。电力技术上的更新和提高迫在眉睫，是满足人们日益严格需求的必要条件，所以在这种需求的带动下新技术智能电网出现了，这在一定程度上解决了目前电力资源的难题。智能电网建立在高集成度、高速双向通信网络基础之上，利用一些智能的传感器进行数据的采集和传输，在此基础上引进各种高科技，如精密的测量系统和精密的控制系统以及功能强大的设备来保证电网的安全、可靠，从而达到既定的目标，让整个网络的用户能安全用电，并且能更好的保护环境，防止电路传输过程中的漏电现象从而达到资源节约的目的。除此之外，由于这个网络非常的繁杂，所以要想实现我们的目标就必须使电网智能化，只有这样才能从根本上快速实现我们的目标。电力能源从电场通过传输线路到电网的众多用户这些环节是紧密相连的，所以这些众多的环节形成了复杂的网络系统，并且每一环节都是形色各异的。加之，电力资源的性质非常特别，它和这个环节中的用户形成了矛盾的关系，用户在用电时是不分时间段的，他们只希望在需要用电时就有，然而电力资源的特点是它不能被进行大量的存储，因为现在的技术还不能实现进行大量电的存储，像现在的手机移动电源也只是暂时存储一部分电能供不时之需，但要是实现大量电能的储存是目前还解决不了的难题。所以，基于以上的矛盾关系就要求电网的传输通路中时刻有电的流过，然而由于目前的传输技术，在电能的传输过程中必然造成大量的电能损耗，所以用户用电和电能的损耗是相互伴随的。由于电能在传输时的损耗，对传输线路提出了更高的要求，不然会造成各种安全事故和意外情况。在智能电网中这些矛盾问题将会被逐一消除。智能电网也称之为“坚强的智能电网（Strong Smart Grid）”。

为了促使可再生能源的规模化高效利用，实现能源利用的经济、环境和社会效益的最大化，保证电网经济、高效、可靠、安全运行，推动绿色经济的发展，发展智能电网已经成为业界共识。配电系统是电力系统送到用户的最后阶段，在所有的系统中与用户的关系最密切的就是该环节，并且对用户的影响也是最直接的。智能配电系统的发展对保证高效、高质量、高可靠供电具有重要意义，未来配电系统的总体方向和总体目标将是：具备灵活、可靠、高效的配电网网架结构，高可靠性和高安全性的通信网络，高渗透率的分布式电源接入，高级配电自动化系统的全面实施。作为智能配电系统发展基础的现代配电系统分析理论和方法自然而然收到了人们越来越广泛的关注和重视。

智能电网有实时配电和智能化管理两个重要部分。智能电网基于配电网的地理信息系统，用配电监控系统作为实时监控中心，从而实现电网的自动监控、运行和自动事故处理；智能管理是整个电网的主要控制部分，它相当于人类的大脑，产生各种信号及指令实现全面控制管理，实时配电系统将各种信息进行融合处理，将需要和传输有效的结合在一起，从而实现实时送电。

智能配电网（Smart Distribution Grid）是智能电网的重要组成部分，智能电网从概念的提出到普遍接受，至现如今全球的高度重视，短期内促进了电力科技的飞速进步及电网的高速发展。仅仅几年的时间，国内外智能电网的研究规模就已经达到了新的阶段，各种智能电网的标准也正在加紧推出。在实际工程领域，我国进行了大量的试点工程，推出的速度和取得的成果都是前所未有的。智能配电网既是智能电网的重要环节，同时也是智能电网研究的一个热点，是智能电网研究和发展最为活跃的领域。智能配电网允许可再生能源和分布式发电单元的大量接入和微电网运行，并鼓励各种不同的电力用户积极地参与电网互动。

1.2 智能配电的优越性

智能电网的功能不再是以前的那种供电模式。以前主要是用户需求然后进行进行人工通知进行电能的单方向传输，在整个供电模式中大部分都是以人工管理为主题的。然而，智能电网的供电模式加入了反馈系统，能够实时分析用户需求并反馈到自动控制系统从而实现电能的高速、实时传输。目前各种技术越来越成熟，这种智能电网将给我们带来非常大的收益，如下三点：

1. 达到配电的实时进行，带来更多效益。由于智能电网中使用了实时监控和自动控制管理系统，能够实时分析用户需求，从而减少大量电能的浪费，实现能源的最有效使用。从而，节约了成本，带来非常大的经济效益。
2. 电能更加安全高效，促进社会有效发展。智能电网的实时监控系统功能非常的强大，它不但能实时分析用户的需求并且能检测到整个传输网络中的故障和各种漏电问题以及触电事故。并且在监测到这些情况的时候反馈到自动控制管理系统，从而实现断电等各种措施，保障通路安全高效进行。所以这种先进技术不但保障了用电安全，还带来了非常高的社会效益。
3. 促进开发新能源，实现资源的高效利用。传统的配电方式不仅造成大量电能的浪费，而且给人们的人身安全有很大的威胁性。然而，智能电网在传统的基础上有了非常大的进步，不但保证了配电的实时进行，并且实现了电力资源的高效利用，达到资源的可持续发展。

1.3 智能配电的现状

1.3.1 国外智能配电现状

当下，国外对智能电网方面的研究也是非常多的。许多知名公司都对智能电网中的各个模块进行改进和材料的创新研究。如美国伊顿公司研究了绝缘环网柜，这很大程度上促进了智能电网的发展，为智能电网的实现打下了坚实的铺垫。因为智能电网中实现实时配电比较困难，所以很多公司对智能配电技术进行了深入的研究。同时在电路传输中的线路绝缘、以及变压器的永磁技术研究也是非常深入的。

目前，国外的配电站模式主要有：一是通过独立的变压器和线柜进行配电，二是通过一种箱式变压器进行供电。第一种模式主要通过线柜的进出线，和各种配套设施进行供电。第二种模式通过变压器箱和各种开关控制电路实现配电。这两种供电模式在一定程度上能够实现自动化。

在世界各国，特别是美国、英法等欧洲国家、新加坡、日韩等一些经济技术、工业技术都比较发达的地区和国家里，随着配电智能化技术的迅猛发展，智能电网也相应得到了普遍的关注。智能电网拥有了实时监测、反馈系统、智能控制与智能管理的强大的配电网系统。

国外的配电网络利用现在现在先进的计算机技术实现实时控制。然而这些计算机技术只能达到辅助的作用，要想真正实现高效的智能电网还需要研发出完备的智能电网网络系统。

1.3.2 国内智能配电现状

目前，我国的智能电网系统也得到了快速的发展。但是，总体上来看我们的脚步还是落后于发达国家的，主要原因是我们对智能电网中的一些关键技术与主要器件的研究还不够深入，不能克服一些难题。如，环网柜技术是智能电网中比较关键性的技术，我们对该项技术的研究在产品多样性与技术参数及适应环境的能力与国外还有很大的差距。还有我们对各种开关技术以及传输通路的绝缘性和绝缘材料的研究在安全性。可靠性、稳定性以及加工工艺和各项关键参数都与国外有很大的差距。

虽然我们对于智能电网的研究相比于国外比较迟，然而我们的发展速度是突飞猛进的。从1990年左右开始，我国进行了大规模的电网改造，由于我们的电网技术一直在进步，在这次大规模改造前期对很多不同发展程度的城市进行了试点研究，这次试点研究为了突出在技术上的缺陷及优势，对不同城市进行了不同程度、不同配电模式进行了探究，最后在这些技术上都建立了比较成熟的供电系统，同时在技术上进行了更新和提高，很多城市的试点都达到了我们的理想结果。

根据这些试点的成功结束，2009年我国电网公司进行了大胆尝试，推动全国各城市及农村进行电网改造。并且在不断的实践中进行电网技术的更新和进步，以实现更安全可靠的供电。由于我国大部分地区还是以农耕也为主的，所以实现电能的自动控制与管理的重要性并不低于在工业生产中的作用。我国根据配电需求及实现智能配电进行了多方面的研究和分析，并不断在全国各大城市进行试点研究，这些措施都取得了较好的效果。总的来说，我国各地的管理标准以及电网的调度与规模不一致，从而会导致统一管理很难实施。同时我国目前智能电网还存在很多不足，如：数据不能实时传输，工作人员效率不高、操作比较复杂整体管理程度比较低。

国内对于电网的传输系统中如何减少损耗的问题还不能完全解决。对于局域的电网控制管理还不能达到实时同步，对于发电、传输、用户这些紧密联系的环节还不能完成自动整合和实时反馈以达到预期效果。

1.4 智能监控系统的基本功能

智能电网中一个非常重要的模块就是实时监控系统，这个系统的实现非常的复杂，它融合了多项先进技术如：现代计算机技术、模拟及数字电子技术、网络工程技术、网络通信以及自动控制技术。通过这些技术的融合来实现对整个电网的实时监控与数据采集、传输与分析反馈。从而根据智能管理系统的命令对电网进行一定的处理。智能电网系统保证整个电网的安全与可靠性能，极大的方便了用户的用电，产生了非常大的社会和经济效益。它的主要功能有一下几点：

（1）数据采集。主要采集各个系统和模块的模拟量实现对电能的控制与计算。该模块采集的模拟量主要有电流、频率、功率及电压等信息。对采集到的各种模拟量通过模数转换装置把模拟量转换为数字量以方便对各种数据信息的分析与处理，从而得到各项参数量值，并经过反馈系统送回自动控制管理系统，经过自动控制管理系统的分析发出一些列指令对整个系统进行相应的处理。

（2）开关量的采集。自动监控与自动控制管理系统还需要分析各种开关量的信息，如：各种闸刀的信息、报警开关信息、漏电保护开关信息等。

（3）电能计量。电能计量就是对整个电网中电能的计算。主要是通过采集有效功和无效功进行计算。以前计算电量的方法是通过电表的度数进行计算，一般是电表的指针转了一圈就是一度电。这种电表计算主要缺点是，得到的电量值不能与计算机进行传输与共享。智能电网中对电能的计算主要通过电脉冲计算以及编写软件计量。这两种方法都能实现电量的实时计算并且精确度要远远高于电能表的计算，这两种计量方式得到的数据还可以和计算机进行传输与共享。

（4）事件顺序记录。事件顺序记录就是对电网中的各项操作根据顺序进行记录下来，这种记录方式就要求系统有很大的内存来存储这些顺序事件信息，从而确保控制管理系统的精确管理运行。

（5）故障记录。该模块的功能主要是对出现故障前后的时间段的电压和电流量进行记录。一般记录的信息主要是故障前的两个周期以及故障处理后的十个周期左右的信息。

（6）远程操作。工作人员通过智能控制和管理系统能够随时对远程的装置进行各种操作，实现了实时控制。一般为了预防系统故障不能远程控制，一些装置都安装有紧急按钮。

（7）安全监视。自动监测系统采集的信息都是时刻变化的，当这些变化的信息在数量上超过安全范围时就会触发报警装置，从而采取一定的措施实现了安全监控。

（8）数据处理。数据处理主要是对数据进行采集、传输、分析与储存，从而让用户通过计算机很方便的获得这些信息。

（9）电能质量监视。电能的质量评价指标主要有：电压、频率及有效值的变化。当这些参数的变化在安全范围之外时就会导致电网中的各种设备出现故障，所以对电能质量的监视是非常重要的。

第二章 MCGS简介

2.1 MCGS的定义

MCGS，即Monitor and Control Generated System，中文名为监视与控制通用系统，是由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发的一套系统。它是一套用于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。其主要功能是现场数据采集和监测、前端数据处理和控制，可稳运行于Microsoft Windows 95/98/NT/ME/2000 /XP等多种操作系统。

为了解决一些实际的工程问题，MCGS组态软件为用户提供了完整的方案以及开发的平台，还能够完成现场数据的采集和监测、实时和历史数据的处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、报表输出和趋势曲线以及企业监控网络等多种功能。

MCGS组态软件具有功能齐全、操作方便、可视性好、可维护性强等突出特点，结合其他相关的硬件设备，可以方便快捷的开发各种可以用于现场数据采集、处理和控制的设备。用户仅仅需要一些简单的模块化的配置，就可构建所需的工程程序，如可以灵活配置各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机互动界面等各种专用设备。

2.2 MCGS的发展

计算机、网络技术的迅速发展，促使组态软件也得到了相应的发展。MCGS组态软件已经成功地捕获了组态软件的发展趋势的两个方面。在小型化的方面，MCGS嵌入版组态软件如今发展得十分成熟，而且在嵌入式软件市场中占有了垄断地位，它可以使大量的工业控制设备和生产设备的自动化程度大大提高，大大提高了产品的生产自动化，使我国的工业自动化程度得到了大大的发展，从而获得了更多的发展机会和更大的市场容量；在大型化的方面，MCGS网络版组态软件的使用已经十分普遍，并且在技术上也占有领先的优势，它通过和目前的大型的平台软件的结合，在工业控制领域，进行相关数据和信息的交换，以保证其真正价值。事实上，MCGS通用版组态软件、网络版组态软件、嵌入版组态软件，这三个产品风格类似，功能不同，三个产品相互结合，融为整体，在工业监控系统中构建了一套完整的产品体系结构，实现了在工业现场领域里的从设备的采集、工作站数据信息的处理和控制到网络管理和浏览的一切功能，满足了企业、工厂实现管控一体化的目的。

与我们其他自动化组态软件的发展相比，MCGS的发展趋势不仅在技术水平和销售额上，还是在市场的知名度上都远远领先。在当前国内市场上，MCGS嵌入版组态软件处于遥遥领先的趋势，最少领先其他厂商的嵌入式的组态软件一年时间。MCGS的嵌入式应用解决方案，深得用户的赞誉，得到了不少的大型的工控硬件制造商的支持，特别是台湾硬件制造商。MCGS网络版在国内的产品中也是长期占据主导地位，因为采用先进的网页浏览技术、易于开发和维护等诸多优点，得到了大量用户的热情追捧，同时也是许多同行制造商追赶的目标。

2.3 MCGS的结构

2.3.1 MCGS的整体结构

MCGS软件系统由组态环境和运行环境两个部分组成。组态环境是一套完整的应用软件，可以在计算机上运行，用户可以很据设计的要求裁剪相关的内容。组态环境使得用户可以自己设计和开发应用系统并且进行功能调试。组态结果数据库是指用户组态工程生成的结果所构成的数据库。运行环境是一个相对独立的系统，它按照组态结果数据库中的要求进行运行，并进行数据处理，完成用户工程设计的目标，满足所需功能。

图 2-1 MCGS的整体结构

MCGS的组态环境和运行环境之间是独立的，但又紧密相关。运行环境本身是没有任何意义的，它必须和组态过程一起，才能够构成用户的应用系统。

图 2-2 组态环境与运行环境的联系

2.3.2 MCGS的软件结构

MCGS组态软件系统生成的用户工程，由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略构成，每一部分都要分别进行组态操作，完成不同的工作，才能具有不同的特性。

主控窗口:主控窗口是工程的主窗口，构成了应用系统的主框架，确定了工程的总体轮廓，负责调度和管理其他窗口的开或闭。

设备窗口:设备窗口是系统与外部设备的媒介，它主要用来存放不同的设备构件，以实现系统对外部设备的控制。设备窗口采集外部设备的数据，并通过设备部件传递给实时数据库，或者将实时数据库中的数据传递给外部设备。一个工程通常只有一个设备窗口，在程序运行时，系统会自动打开这个设备窗口，在后台独立运行，管理里面的设备构件，以便这些设备构件能够正常运行。

用户窗口:用户窗口体现了数据与流程相互之间的可视化过程，主要用来设置系统中各种人机交互的界面。用户可以设置图元、图符、动画构件这三种不同的图形对象，不同的图形对象构成了不同的用户窗口，用不同的方式来实现数据的可视化过程。

实时数据库:实时数据库是整个系统的核心，它是一个数据处理中心，也起到公用数据交换的作用。数据库将MCGS工程的不同的窗口连接成一个完整的整体。系统从外部设备得来的实时数据将传递给实时数据库，同时，实时数据库又将这些数据送到系统的其他部分，完成系统的操作与控制，这样提供了系统不同部件的数据共享。

运行策略：运行策略是控制系统的流程的重要手段，运行策略主要完成的是控制工程运行，包括编写工程控制程序，选用不同的功能构件等，如：数据提取、定时器、配方操作、多媒体输出等。一个应用系统中包含启动策略、循环策略、退出策略这三种固定的运行策略。

图 2-3 MCGS的软件结构

2.4 MCGS嵌入版组态软件

2.4.1 MCGS嵌入版定义

MCGS组态软件包含网络版、通用版、嵌入版三个版本，由于本次设计所使用的版本为嵌入版，故只简单介绍一下MCGS嵌入版。MCGS嵌入版是以MCGS通用版为底而生成的，专门用于嵌入式计算机监控系统的组态软件。它通过对现场数据的采集和处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域中得到了广泛的应用。MCGS嵌入版适用的计算机系统区别于通用版，该系统对功能、可靠性、体积、功耗、成本等整体性能均有较高的要求。

2.4.2 嵌入版与通用版的异同

MCGS组态软件嵌入版与MCGS通用版有许多相同之处，也有不同的地方。相同之处包括：

（1）相同的操作理念：两个版本的组态环境一样，都是简单和直观的可视化界面，使得用户不需要掌握计算机的编程方面的知识，只需要通过简单的结构就可以实现应用系统的开发；

（2）相同的人机交互界面：两者的人机界面的组态基本一致，都可以通过配置动画组态来反映实时的控制性能，都可以进行数据的处理，历史曲线的形成等功能；

（3）相同的组态平台：两者的组态环境是一样的，都是可以稳运行于Microsoft Windows 95/98/ NT/ME/2000/XP等多种操作系统的；

（4）相同的硬件操作方式：两者都是通过连接的设备驱动来实现和硬件的数据交换，因此用户不需要了解硬件的工作原理和内部结构，就可以通过设备驱动程序很容易的实现数据交换功能。

但由于嵌入版与通用版适应于不同的控制要求，两者也有不同之处：

（1）功能作用不同：嵌入版虽然也集成了人机交互界面，但是嵌入版的实时控制是专门设计的，在苛刻的实时性要求下也能够适用，而通用版只能用于实时性要求不高的系统中；

（2）运行环境不同：MCGS嵌入版运行的环境是嵌入式系统，而通用版运行的环境是Microsoft Windows 95/98/2000/XP等多种操作系统；

（3）体系结构不同：嵌入版与通用版的组态环境一样，都是计算机环境，但是两者的运行环境不一样，MCGS嵌入版的运行环境是嵌入式系统，所以组态环境与嵌入版的运行环境是不一样的，所以在计算机中编好的程序要到其他嵌入式的系统中运行，而通用版需要的运行环境是计算机。与其组态环境是一样的。

2.4.3 主要功能

（1）数据采集。通过板卡的设备驱动程序与硬件进行数据交换，采样周期1000ms，并将采集的数据实时存盘记录下来。

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