ch12配電系統(tǒng)自動(dòng)化

1、第12章 配電系統(tǒng)自動(dòng)化§1 配電系統(tǒng)自動(dòng)化的內(nèi)容一、配電網(wǎng)自動(dòng)化的特點(diǎn)ems主要解決供電方的發(fā)、輸、變過程的自動(dòng)化，其發(fā)展方向沿scadaagcems發(fā)展，功能逐步深化。因?yàn)橹缓凸╇娫O(shè)備打交道，所以目的明確，共性問題比較多。配電瓦網(wǎng)不僅要管理用于供電的配電設(shè)備，還要管理需方用電，它不僅要管理配電設(shè)備，還要管理種類繁多，性質(zhì)各異的用電設(shè)備，個(gè)性問題多。同時(shí)由于長(zhǎng)期“重發(fā)輕配不管用”的情況，配電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展不平衡，并行發(fā)展的負(fù)荷管理、電能計(jì)量、am/fm/gis、故障定位和事故恢復(fù)等自動(dòng)化系統(tǒng)各成一體，系統(tǒng)集成度不夠，形成“多島自動(dòng)化”的局面。二、配電網(wǎng)自動(dòng)化的內(nèi)容目前，配電網(wǎng)自動(dòng)化有

2、3類系統(tǒng)：1、配電管理系統(tǒng)(dms)2、配電自動(dòng)化(da)3、需方用電管理(dsm)。這3類系統(tǒng)定義并不明確，功能互有交叉，體現(xiàn)出配電網(wǎng)自動(dòng)化目前還未能成為一個(gè)完整自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)狀特點(diǎn)。§2 配電管理系統(tǒng)(distribution management system)一、dms的特點(diǎn)1、與ems的共同點(diǎn)(1)均通過rtu收集電網(wǎng)中設(shè)備的狀態(tài)和測(cè)量值，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方的監(jiān)視控制(scada功能)。(2)均有基于彩色顯示的圖形用戶界面。(3)均有自動(dòng)控制功能。ems控制發(fā)電機(jī)，dms控制負(fù)荷。(4)均有高級(jí)應(yīng)用軟件，但功能和算法并不相同。(5)均需存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)供制表、檢索和分析歷史事件使用。(

3、6)均能與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，共享數(shù)據(jù)和應(yīng)用成果。2、與ems的差異(1)典型的配電網(wǎng)為輻射結(jié)構(gòu)，而不象輸電網(wǎng)是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。(2)配電網(wǎng)的大部分設(shè)備(分段器、重合器、補(bǔ)償電容器、變壓器等)均沿線路安裝在電線桿上，呈地域分布特性，而不像輸電網(wǎng)，設(shè)備均集中在變電站內(nèi)。(3)配電網(wǎng)設(shè)備量很大，需裝設(shè)的ftu、rtu數(shù)量比輸電網(wǎng)大一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。(4)單處電網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)量，配電網(wǎng)比輸電網(wǎng)少1個(gè)數(shù)量級(jí)以上。(5)配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)模比輸電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)模大一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。(6)配電網(wǎng)大多數(shù)設(shè)備仍需人工操作，還未能達(dá)到輸電網(wǎng)完全自動(dòng)化的水平。(7)配電網(wǎng)的事故常常發(fā)生在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上或被人為破壞，如變壓器爆炸、線路被

4、拉斷等，這樣的事故很少出現(xiàn)在輸電網(wǎng)中。(8)配電網(wǎng)設(shè)備種類繁多，數(shù)量極大，負(fù)荷變化多，檢修頻繁，因此運(yùn)行方式變化遠(yuǎn)較輸電網(wǎng)多。(9)配電網(wǎng)中除供電方的設(shè)備外，還有大量的需方用電設(shè)備。(10)承擔(dān)數(shù)據(jù)傳送任務(wù)的配網(wǎng)通信系統(tǒng)，由于包含各種負(fù)荷控制和表計(jì)測(cè)量裝置而具有多種通信方式的特點(diǎn)，但通信速率要求不高。二、dms的主要功能dms的主要功能包括以下方面：1、scada功能2、負(fù)荷管理功能(load managenment lm)3、高級(jí)應(yīng)用功能(power application software pas)4、am/fm/gis功能(auto map/facility manegement/geo

5、graphic information system)三、dms的scada功能配電網(wǎng)的scada功能包括2個(gè)部分：通過傳統(tǒng)的變電站rtu收集配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和監(jiān)視控制功能；通過沿線路分布的ftu(feeder terminal unit)實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化的遠(yuǎn)動(dòng)功能。1、dms通過rtu監(jiān)視控制的配電變電站設(shè)備有：(1)斷路器和其他開關(guān)設(shè)備狀態(tài)；(2)重合閘狀態(tài)(3)帶負(fù)荷調(diào)整變壓器的抽頭位置(4)靜止補(bǔ)償電容器組狀態(tài)(5)數(shù)字保護(hù)裝置的整定值位置2、dms通過ftu所監(jiān)視控制的饋電線路設(shè)備有：(1)線路重合器的整定和狀態(tài)(2)分段器和桿上斷路器狀態(tài)(3) 靜止補(bǔ)償電容器組狀態(tài)(4

6、)電壓調(diào)整器的位置狀態(tài)3、配電網(wǎng)scada功能特點(diǎn)：(1)沿線路架設(shè)的ftu裝置采用無變送器的直接交流采樣構(gòu)成，具有抗高溫、耐低寒的適應(yīng)惡劣現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的能力。(2)由于配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量極大，難以全部實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)自動(dòng)化，所以一般只能實(shí)現(xiàn)就地自動(dòng)化或由人工操作。(3)采用開放平臺(tái)組成系統(tǒng)，采用多窗口技術(shù)，具有方便靈活的圖形用戶界面。(4)能接收來自gis的地理接線圖數(shù)據(jù)，組成scada地理接線圖。(5)具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治瞿芰Γ捎貌煌伾珔^(qū)分不同線路，顯示線路是否帶電，是否接地。(6)能支持變電站綜合自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)保護(hù)投切、保護(hù)定值整定、故障錄波、故障測(cè)距的功能。4、scada的常規(guī)功能包括數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、

7、事件順序記錄、事故追憶、遠(yuǎn)方控制、遠(yuǎn)方調(diào)整、派生點(diǎn)計(jì)算、圖形顯示、趨勢(shì)曲線、棒圖、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和制表打印、事件記錄、統(tǒng)一時(shí)鐘、模擬屏接口5、擴(kuò)展scada功能(1)無人值班的變電站綜合自動(dòng)化保護(hù)遠(yuǎn)方整定、保護(hù)自動(dòng)投切、保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)視與報(bào)警、變電站運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視、變電站故障報(bào)告（故障錄波與故障測(cè)距）(2)動(dòng)態(tài)線路著色使用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鲕浖袛嗑€路工況并顯示相應(yīng)顏色。(3)地理接線顯示簡(jiǎn)單地，只反應(yīng)配網(wǎng)的總體結(jié)構(gòu)的地理分布。詳細(xì)地，完全反應(yīng)配網(wǎng)中每條線路的地理分布和運(yùn)行參數(shù)。四、dms的負(fù)荷管理功能負(fù)荷管理提供控制用戶負(fù)荷，以及幫助控制中心操作員制定負(fù)荷控制策略和計(jì)劃的能力。負(fù)荷管理的直觀目標(biāo)，就是

8、通過削峰填谷使負(fù)荷曲線盡可能平坦。其主要功能為削峰和降壓減載。配網(wǎng)的lm涉及到需方的用電設(shè)備，視監(jiān)視和控制點(diǎn)的不同分為：1、表前控制監(jiān)視輻射型饋線的末端電壓，在保證該電壓不低于允許值的情況下，通過降低該線路的電壓來減輕系統(tǒng)負(fù)荷，稱為降壓減負(fù)荷。緊急狀態(tài)下的拉閘限電是一種極端情況下的表前控制。2、表后控制以削峰為目的。對(duì)供方而言，主要通過裝設(shè)在用戶側(cè)的負(fù)荷控制終端，按供需協(xié)議直接控制某部分負(fù)荷。供方監(jiān)視線路負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷過大時(shí)，根據(jù)事先制定的負(fù)荷控制方案切斷部分負(fù)荷。對(duì)需方而言，提供分時(shí)電價(jià)激勵(lì)用戶在負(fù)荷低谷時(shí)用電。五、dms的高級(jí)應(yīng)用軟件配電網(wǎng)高級(jí)應(yīng)用軟件與ems 高級(jí)軟件處理的對(duì)象和目的都不相

9、同。配網(wǎng)不處理安全穩(wěn)定和調(diào)頻問題，但是要負(fù)擔(dān)安全可靠供電、電壓控制、負(fù)荷分配等工作。同時(shí)由于配電網(wǎng)有三相不平衡、輻射型接線、量測(cè)不完整等特點(diǎn)，其高級(jí)應(yīng)用軟件的算法與ems高級(jí)功能有很大不同。1、常見功能(1)基本應(yīng)用軟件網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、狀態(tài)估計(jì)、潮流、短路電流計(jì)算、電壓/無功控制、負(fù)荷預(yù)報(bào)等。(2)派生應(yīng)用軟件變電站負(fù)荷分配、饋線負(fù)荷分配、按相平衡負(fù)荷等。(3)專門應(yīng)用軟件小區(qū)負(fù)荷預(yù)報(bào)、投訴電話處理、設(shè)備管理、故障查找與定位、故障自動(dòng)隔離、低電壓監(jiān)視、電能計(jì)量、用電設(shè)備監(jiān)視等。配電網(wǎng)應(yīng)用軟件內(nèi)容豐富，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，完全由個(gè)配網(wǎng)控制中心根據(jù)自身的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行定義和開發(fā)。2、特點(diǎn)(1)潮流。配網(wǎng)線路有r

10、x的特點(diǎn)，不能直接使用ems中常用的快速分解法，必須尋求其他方法。常見方法有改進(jìn)快速分解法，不采用節(jié)點(diǎn)電壓方程的潮流方程而采用回路電流的潮流方程，輻射潮流等。另一方面，由于配網(wǎng)的三相不平衡，還需要計(jì)算三相潮流。(2)狀態(tài)估計(jì)。雖然基本算法與ems狀態(tài)估計(jì)相同，但由于配網(wǎng)設(shè)備數(shù)目過多，量測(cè)配置不完整，所以大量數(shù)據(jù)需要采用偽量測(cè)，難以保證高的準(zhǔn)確度。同時(shí)量測(cè)質(zhì)量不高，量測(cè)數(shù)據(jù)殘差污染會(huì)波及整個(gè)電網(wǎng)，所以在不良數(shù)據(jù)辨識(shí)方面也要考慮更復(fù)雜的方法。六、配電圖資系統(tǒng)(am/fm/gis)配電網(wǎng)的設(shè)備具有按線路在各街道沿地理區(qū)域分布的特點(diǎn)。配電網(wǎng)設(shè)備量巨大，設(shè)備管理任務(wù)繁重，以前由人工繪制標(biāo)明各種電力設(shè)備的

11、地理街區(qū)圖，圖紙更新慢，工作量大，現(xiàn)在這些工作由am/fm/gis圖資系統(tǒng)自動(dòng)完成。配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型由地理層、設(shè)備層、拓?fù)鋵咏M成。地理層由gis功能支持，設(shè)備層由fm功能支持，拓?fù)鋵佑山⒃谠O(shè)備數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的電網(wǎng)模型支持。1、離線應(yīng)用(1)設(shè)備管理在地理背景的線路分布圖上，可以分層顯示變電站、線路、變壓器、斷路器、隔離刀閘、電桿、路燈、用戶的地理位置。選中相應(yīng)的設(shè)備圖形符號(hào)即可顯示該設(shè)備相關(guān)的各種屬性。(2)用電管理按接到門牌號(hào)碼作為空間位置索引，對(duì)大中小用戶進(jìn)行業(yè)擴(kuò)報(bào)裝、查表收費(fèi)、負(fù)荷管理等用電業(yè)務(wù)流程。利用gis功能，將地理背景上可快速查找到用戶位置，查詢現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況，減少現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)工作

12、量，加快報(bào)裝速度，并能及時(shí)更新配電、用電的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)。(3)規(guī)劃設(shè)計(jì)am/fm/gis可以集中記錄、處理和顯示一定地理區(qū)域內(nèi)的全部設(shè)施信息和數(shù)據(jù)。利用gis的空間疊加分析和空間信息分析能力，加上fm中記錄的規(guī)劃相關(guān)數(shù)據(jù)，可以高效率地完成規(guī)劃設(shè)計(jì)任務(wù)，并且可以考慮一些手工設(shè)計(jì)中無法計(jì)入的與線路、用戶地理位置相關(guān)的約束條件。2、在線應(yīng)用(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示可以直接在線路地理分布圖上顯示線路開關(guān)狀態(tài)，線路功率，線路各段電壓，變壓器功率、參數(shù)越限報(bào)警等數(shù)據(jù)。(2)拓?fù)渲陔娋W(wǎng)連接模型的基礎(chǔ)上，利用gis的網(wǎng)絡(luò)分析功能進(jìn)行拓?fù)浞治?，在地理分布圖中對(duì)不同線路著不同顏色，線路不同狀態(tài)著不同顏色，從而直觀地

13、顯示電網(wǎng)運(yùn)行方式。另外，還可以生成各種專題圖，如單條線路分布圖，線路線損圖，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分布圖等。(3)供電路徑搜索利用gis的網(wǎng)絡(luò)分析功能，在某條線路停電時(shí)尋找合適的轉(zhuǎn)供通路。(4)投訴電話處理接到停電投訴電話后，在地圖中標(biāo)注報(bào)障位置，根據(jù)多個(gè)報(bào)障電話判斷故障位置，自動(dòng)安排停電轉(zhuǎn)供或派員搶修。§3 配電自動(dòng)化(distribution auomation)配電自動(dòng)化包括變電站自動(dòng)化和饋線自動(dòng)化。一、配電網(wǎng)的多種通信方式配電網(wǎng)中增加了一層量大面廣、面向現(xiàn)場(chǎng)的ftu，監(jiān)視饋電線路上的分段器、重合器、調(diào)整變壓器、電容器組以及用戶表計(jì)和負(fù)荷的監(jiān)視與控制，其數(shù)據(jù)流如圖所示。用于配電自動(dòng)化的通信系

14、統(tǒng)，要求通信可靠，價(jià)格不高，在電網(wǎng)故障或停電時(shí)不影響通信。常見的通信方式有：1、租用電話線2、撥號(hào)式電話線3、擴(kuò)展頻譜無線電4、多地址無線電5、無線電頻率重用6、單元型無線電7、干線無線電系統(tǒng)8、vhf和fm 無線電9、配電線載波10、光線通信二、變電站綜合自動(dòng)化與第2章所講內(nèi)容相同，這里不重復(fù)。三、饋電線自動(dòng)化安裝在饋電線上的自動(dòng)化設(shè)備，種類繁多，凡與線路有關(guān)，旨在保證饋電線路安全優(yōu)質(zhì)供電的自動(dòng)化裝置和系統(tǒng)，均可納入饋電線自動(dòng)化功能。常見功能有:1、故障定位、隔離和自動(dòng)恢復(fù)供電由沿饋電線路安裝的柱上開關(guān)、分段器、重合器組成。當(dāng)饋線某段發(fā)生故障時(shí)，變電站側(cè)保護(hù)動(dòng)作，饋線斷路器跳閘，饋電線路上各

15、柱上開關(guān)因失壓而跳閘。經(jīng)一定時(shí)間后，變電站重合閘動(dòng)作，饋線斷路器合閘，第段重合器受電，經(jīng)一定時(shí)間后，第段柱上開關(guān)合閘，第段重合器受電，依次類推。當(dāng)重合到故障段時(shí)，又會(huì)全線跳閘。再重復(fù)以上過程，到故障段前停止重合。2、饋電線運(yùn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)沿線路裝設(shè)在柱上開關(guān)上，檢測(cè)線路電壓、電流、功率等參數(shù)。3、饋電線無功控制由安裝在線路上的電容器組實(shí)現(xiàn)。控制器根據(jù)感性負(fù)荷的變化，按照事先整定好的順序控制電容器組的投切，改善配網(wǎng)的功率因數(shù)。4、饋電線電壓調(diào)整對(duì)沿線負(fù)荷較重的饋電線路，通過在饋電線路中間安裝分步調(diào)整變壓器改善供電質(zhì)量。分步調(diào)整變壓器的控制器，根據(jù)實(shí)時(shí)電壓的低高對(duì)變壓器進(jìn)行升降控制。5、饋電線路綜合自

16、動(dòng)化同變電站自動(dòng)化一樣，單項(xiàng)自動(dòng)化存在無法協(xié)調(diào)優(yōu)化，信息共享困難的問題，所以也正在發(fā)展饋線綜合自動(dòng)化裝置，比如:(1)故障一次定位、隔離和自動(dòng)恢復(fù)供電給柱上開關(guān)控制器配置具有通信功能的ftu，將故障信息傳送到變電站，與變電站遙控功能結(jié)合，實(shí)現(xiàn)故障一次定位隔離，減少線路上開關(guān)反復(fù)動(dòng)作帶來的沖擊電流，又可加速自動(dòng)恢復(fù)，但需要可靠通信信道支持。(2)電壓/無功集成控制當(dāng)功率因數(shù)和電壓幅值都需要調(diào)整時(shí)，2個(gè)單項(xiàng)自動(dòng)化設(shè)備難以協(xié)調(diào)。集成化的電壓/無功控制對(duì)2種控制方式用軟件進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，通過遠(yuǎn)動(dòng)通道下達(dá)控制命令。§4 需方用電管理一、dsm的概念傳統(tǒng)的負(fù)荷控制是供電方進(jìn)行的抑制負(fù)荷增長(zhǎng)，改善負(fù)

17、荷曲線形狀的活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手段包括：(1)設(shè)置分時(shí)電價(jià)，季節(jié)電價(jià)和可停電電價(jià)(2)直接控制負(fù)荷(3)間接控制負(fù)荷(4)應(yīng)急措施dsm的目的是調(diào)動(dòng)用戶的積極性，雙方配合實(shí)現(xiàn)負(fù)荷管理的目標(biāo)。dsm內(nèi)容十分廣泛，包括負(fù)荷管理措施的建立、評(píng)價(jià)和實(shí)施、戰(zhàn)略節(jié)電計(jì)劃實(shí)施等。其管理對(duì)象包括家庭生活用電、商業(yè)用電、工業(yè)用電等多種用戶。dsm的重點(diǎn)是用戶的參與。dsm的主要目標(biāo)仍是改善負(fù)荷曲線的形狀，具體目標(biāo)包括：削峰、填谷、錯(cuò)峰、戰(zhàn)略節(jié)電、戰(zhàn)略用電、提高負(fù)荷控制能力6項(xiàng)。二、dsm的實(shí)施方案dsm的實(shí)施方案非常豐富，包括：1、供電方(1)控制電力系統(tǒng)設(shè)備降低電壓、控制功率因數(shù)(2)為用戶提供最有效利用電能的技術(shù)咨

18、詢(3)推行激勵(lì)電價(jià)分時(shí)電價(jià)、分季電價(jià)、地區(qū)電價(jià)、直接控制負(fù)荷合同、需量電價(jià)、特約電價(jià)、折扣電價(jià)(4)充分利用分散能源風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、預(yù)備電源、熱電聯(lián)產(chǎn)2、用電方(1)控制用戶用電設(shè)備家用、商用空調(diào)遠(yuǎn)距離交替運(yùn)轉(zhuǎn)控制家用、商用熱水器遠(yuǎn)距離交替運(yùn)轉(zhuǎn)控制水泵遠(yuǎn)距離投切和定時(shí)啟動(dòng)暖房遠(yuǎn)距離交替運(yùn)轉(zhuǎn)控制(2)改善用戶設(shè)備效率提高熱泵效率建筑隔熱推廣節(jié)能電器(3)需方儲(chǔ)能蓄冷、蓄熱利用工業(yè)余熱三、dsm的技術(shù)手段1、電源側(cè)的dsm熱電聯(lián)產(chǎn)；聯(lián)合循環(huán)發(fā)電；目的是提高發(fā)電熱效率。2、輸電系統(tǒng)dsm靈活交流輸電系統(tǒng)(facts)高效、靈活地控制電力系統(tǒng)中地潮流流向和流量。3、配電系統(tǒng)的dsm配電自動(dòng)化；建立用戶信息系統(tǒng)；新型電能表(遠(yuǎn)程傳送數(shù)據(jù)、測(cè)量用戶功率和功率因數(shù)等參數(shù))4、用戶的dsm負(fù)荷監(jiān)測(cè)；家庭自動(dòng)計(jì)量；負(fù)荷控制（降壓減負(fù)荷、用戶可控負(fù)荷周期控制、切除用戶可控負(fù)荷）；電能儲(chǔ)存（儲(chǔ)熱）；節(jié)能技術(shù)§5 集成的配電自動(dòng)化系統(tǒng)配電自動(dòng)化由于功