供電公司配電自動化系統(tǒng)分析

1、目 錄摘 要: (3前言.3 1配電自動化發(fā)展動向. (31.1配電網(wǎng) (31.2配電自動化簡介 (31.3配電自動化發(fā)展新動向 (41.3.1配電網(wǎng)自動化功能框架奠定,且得到充實和完善 (41.3.2配電網(wǎng)優(yōu)化運行 (41.3.3集成化、智能化和綜合化是一發(fā)展趨勢 (51.3.4電力線載波技術(shù)取得重大突破 (51.3.5用戶電力技術(shù)的應(yīng)用 (51.3.6技術(shù)和經(jīng)濟手段綜合利用,改善對用戶的服務(wù) (62.配電自動化系統(tǒng)分析與發(fā)展趨勢 (62.1配電自動化系統(tǒng)的組成 (62.2配電自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀分析 (62.2.1配電自動化技術(shù)現(xiàn)狀 (62.2.2配電自動化的發(fā)展現(xiàn)狀 (72.2.3配電自動化面

2、臨的問題 (72.2.4配電自動化管理系統(tǒng)需注意的問題 (82.3配電自動化系統(tǒng)的發(fā)展展望 (82.3.1現(xiàn)代配電自動化系統(tǒng) (82.3.2配電自動化的發(fā)展趨勢 (92.3.3集成化、智能化和綜合化是發(fā)展趨勢 (92.3.4配電自動化新技術(shù) (103、對閉環(huán)運行方式的配電自動化系統(tǒng)的探討 (103.1 概述 (103.2、供電區(qū)域配電網(wǎng)概況及配網(wǎng)自動化規(guī)劃功能目標.11 s t o n y3.3、對原配電網(wǎng)進行改造的主要內(nèi)容 (124、系統(tǒng)總述 (144.1 配電網(wǎng)監(jiān)控和管理中心層(主站端 (144.2 配電監(jiān)控子站 (144.3 配電終端設(shè)備層 (155 通信系統(tǒng)設(shè)計 (155.1 主站與子

3、站通信 (155.2 FTU與TTU通信 (156、功能設(shè)計 (166.1 配網(wǎng)高級應(yīng)用軟件功能的設(shè)計 (166.1.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲 (166.1.2 狀態(tài)估計 (166.1.3 短路電流計算 (166.1.4 電壓/無功優(yōu)化 (166.1.5 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu) (176.1.6 負荷預(yù)報 (176.2 饋線自動化功能 (176.3 基于GIS的配網(wǎng)管理功能 (176.3.1 設(shè)備查詢管理 (176.3.2 業(yè)擴報裝、線路規(guī)劃 (186.3.3 停電管理 (187.結(jié)束語.18 致 謝.錯誤!未定義書簽。參 考 文 獻 (19s t o n y承德供電公司配電自動化系統(tǒng)分析摘 要:承德城區(qū)配網(wǎng)自動化項目

4、涉及城區(qū)45臺戶外開關(guān)、15座開閉所、121臺小區(qū)變與臺變。配網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計采用JN -6000分層設(shè)置,分級處理的原則。實現(xiàn)了全網(wǎng)的配網(wǎng)監(jiān)控、饋線自動化及配網(wǎng)管理功能,提高了承德城區(qū)配網(wǎng)自動化的運行水平和供電可靠性。關(guān)鍵詞:配電自動化;跨平臺系統(tǒng);介紹;實時前言隨著電力工業(yè)迅速發(fā)展,同時各行業(yè)用電需求日益增加,特別是經(jīng)濟發(fā)展較快地區(qū)的工農(nóng)業(yè)和民用負荷上升很快,配電系統(tǒng)及其配電設(shè)備大幅度增加,配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,控制操作及事故處理的難度也越來越大;同時用戶對電力供應(yīng)的要求也相應(yīng)提高。這樣僅靠人工和簡單設(shè)備的控制滿足不了準確性和快速性等要求,也就不能保證供電的質(zhì)量、可靠性和經(jīng)濟性等各項指標,

5、配電自動化系統(tǒng)成了配電系統(tǒng)運行更高的客觀要求。1配電自動化發(fā)展動向1.1配電網(wǎng)配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電和配電(有時也稱供電和用電三大系統(tǒng)之一。電力公司通過配電網(wǎng)實現(xiàn)產(chǎn)品銷售,向廣大電力用戶提供電能。隨著經(jīng)濟的發(fā)展,觀念的變化,電力公司正經(jīng)歷著一場深刻的變革:電力市場自由化。這場變革使電力公司面臨新的挑戰(zhàn),不得不采取新的策略,新的技術(shù)和管理措施,轉(zhuǎn)變經(jīng)營理念,增強市場競爭實力。1.2配電自動化簡介配電自動化指:利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合,將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、計量和供電部門的工作管理有機地融合在一起,改進供電質(zhì)量,與用戶建立更密切更負責(zé)

6、的關(guān)系,以合理的價格滿足用戶要求的多樣性,力求供電經(jīng)濟性最好,企業(yè)管理更為有效。配電自動化是一個龐大復(fù)雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程,包含電力企業(yè)中與配電系統(tǒng)有關(guān)的全部功能數(shù)據(jù)流和控制。從保證對用戶的供電質(zhì)量,提高服務(wù)水平,減少運行費用的觀點來看,配電自動化是一個統(tǒng)一的整體。配電自動化包括饋線自動化、變電站自動化、配電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理。 這四個方面的內(nèi)容可以相互獨立運行,它們之間的聯(lián)系十分密切,特別是信息的采集、傳遞、s t o n y存儲、利用以及這些信息經(jīng)過處理作出的決策和控制相互影響。因而,信息的管理十分重要。1.3配電自動化發(fā)展新動向1.3.1配電網(wǎng)自動化功能框架奠定,且得到充實和完

7、善國際供電會議(CIGRED特設(shè)工作小組在1995年5月提出的專題報告中,按照以下原則:把電網(wǎng)功能和用戶功能區(qū)別開來; 把在線功能和計劃功能區(qū)別開來; 把運行工作和維修工作區(qū)別開來。將配電自動化功能劃分為4組:電網(wǎng)運行、運行計劃及其優(yōu)化、維修管理、用戶聯(lián)系和控制。在上述主功能組的基礎(chǔ)上,再分成若干功能,奠定了配電自動化系統(tǒng)的主功能框架。需要強調(diào)的是:這4個功能組并不是各行其事,而是有著十分緊密的聯(lián)系,經(jīng)常交換信息,這樣既可做到數(shù)據(jù)共享,更可保證控制和管理的一致性。數(shù)據(jù)管理的重要性。數(shù)據(jù)管理本身并不是配電自動化的功能,但是,所有的功能都包含在數(shù)據(jù)管理內(nèi),要實現(xiàn)龐大復(fù)雜的眾多功能必須依靠數(shù)據(jù)管理來

8、完成,這些功能所交換和共享的數(shù)據(jù)引起了功能間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)管理可確定所掌握的數(shù)據(jù)是需要相關(guān)管理的、連續(xù)不斷更新的還是由若干系統(tǒng)共享的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)管理建立了能滿足配電自動化要求的新的機制和管理方法,是配電自動化不可缺少的組成部分。IEC TC57/WG14工作組提出了配電管理系統(tǒng)接口規(guī)范。該規(guī)范不僅將上述配電自動化功能按照商業(yè)應(yīng)用的要求作了分類,規(guī)定了每類的具體功能要求,而且將配電自動化系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)(EMS、氣象信息、雇員信息及用戶信息系統(tǒng)的接口考慮進去,充實和完善了配電自動化功能框架。1.3.2配電網(wǎng)優(yōu)化運行電力市場的不斷完善迫使電力企業(yè)以效益為目標,把工作中心轉(zhuǎn)移到效率管理、降低成本和為用

9、戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)上。這使得供電企業(yè)必須不斷地分析電網(wǎng)的運行性能、制定電網(wǎng)優(yōu)化運行的方案。變電站自動化的發(fā)展,使供電可靠性有了很大的提高,但是,要進一步縮短故障停電時間,很大一部分取決于饋線自動化的發(fā)展。必須在饋電線路上裝設(shè)電動開關(guān),配置饋線終端設(shè)備FTU,對一些分支線路,還應(yīng)裝設(shè)故障指示器,并利用通信系統(tǒng),向系統(tǒng)提供饋線運行數(shù)據(jù)和狀態(tài),執(zhí)行系統(tǒng)下達的饋線開關(guān)遙控操作命令。非線性負載、電動機直接起動、不平衡負載、焊接設(shè)備以及家用電器設(shè)備增多,降低了電壓質(zhì)量。電壓質(zhì)量對現(xiàn)代電子設(shè)備及計算機系統(tǒng)影響極大。為此,提出系統(tǒng)應(yīng)對s t o n y電壓進行連續(xù)測量和質(zhì)量分析,噪聲越限告警。同時,要根據(jù)實際需要

10、選擇不同的無功補償方式。1.3.3集成化、智能化和綜合化是一發(fā)展趨勢早期配電自動化的實施采用發(fā)展獨立的、單項自動化系統(tǒng)來解決問題,其中大部分要求很難滿足,且還無法克服在擴大應(yīng)用規(guī)模時確認所需投資的合理性所遇到的困難。這種按"功能定向"的方法,已造成綜合化水平非常低并帶來若干反面影響。 配電自動化系統(tǒng)作為一個龐大復(fù)雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程,包含眾多的設(shè)備和子系統(tǒng),各功能、子系統(tǒng)之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián),其本身及其所用技術(shù)又處于不斷發(fā)展之中,對任一家制造商而言,根本不可能包攬一切。這就要求配電自動化系統(tǒng)采用全面解決的方案,走系統(tǒng)集成之路,使得各種應(yīng)用之間可共享投資和運行費用

11、,最大限度保護用戶原有的投資。在饋線自動化方面,現(xiàn)有饋線終端設(shè)備不僅具有常規(guī)的遙測、遙信和遙控功能,且還集成了自動重合閘、饋線故障檢測和電能質(zhì)量的一些參數(shù)的檢測功能,甚至集成了斷路器的監(jiān)視功能,且有進一步與斷路器、開關(guān)相結(jié)合,機電一體化,發(fā)展成為智能化開關(guān)的趨勢。顯著地降低了建設(shè)、運行和維護的綜合成本,為提高供電可靠性,創(chuàng)造了有利的條件。故障定位和自動恢復(fù)送電可以明顯地縮短停電時間。有效地解決這一問題,必須以數(shù)字式繼電保護、饋線自動化和DMS 系統(tǒng)為基礎(chǔ)。1.3.4電力線載波技術(shù)取得重大突破1997年10月英國聯(lián)合電力公司的子公司Norweb 通信公司與加拿大Notel 公司聯(lián)合聲稱:取得了電

12、力線載波技術(shù)重大突破,利用新開發(fā)的數(shù)字配電線載波技術(shù)(Digital Power Line DPL可有效地保護配電線上傳輸?shù)男盘柌皇芨蓴_,使得電力公司可以通過現(xiàn)成的配電線路為用戶提供高速、可靠而費用低廉的因特網(wǎng)、多媒體以及其他信息服務(wù)。目前,該技術(shù)可為家庭和中小型用戶提供速度最快的通信方式。DPL技術(shù)是針對能夠加強本地、區(qū)域性以至全球范圍的家庭和中小型公司的數(shù)據(jù)訪問性能和響應(yīng)性能,采用改進的因特網(wǎng)規(guī)約(IP以及復(fù)雜的專用電子裝置來沿低壓配電電纜網(wǎng)絡(luò)傳輸MHz級的數(shù)字高頻信號,同時監(jiān)視導(dǎo)致信息失真的脈沖信號以及其他形式的電干擾,從而實現(xiàn)了利用配電網(wǎng)絡(luò)為家庭和中小公司提供數(shù)字電話、傳真及因特網(wǎng)通信

13、服務(wù)的手段。1.3.5用戶電力技術(shù)的應(yīng)用用戶電力(Custom Power技術(shù)是Narain G.Hingorani 任職于美國電力科學(xué)研究院(EPRI時和柔性輸電(FACTS技術(shù)一起提出的。其核心內(nèi)容是電力電子設(shè)備的應(yīng)用。該s t o n y項技術(shù)可以解決電壓突升、突降和瞬時斷電等配電系統(tǒng)擾動所引起的種種問題,可補償電壓下降及短時斷電,對諧波進行有效濾波,補償相電流的不平衡,改進功率因素。其對提高供電質(zhì)量方面,有廣闊的前景,值得研究。有了用戶電力設(shè)施,用電的質(zhì)量和可靠性仍需供電方和用電方合作解決,所以雙方的信息暢通和工況變化的透明度是十分重要的,這有賴于供電信息化程度的提高。用戶和供電者合作

14、可以共同把擾動減少到幾乎沒有。不論是雷擊、開關(guān)切換還是負荷大變動等,都不使其干擾電力用戶的運作。1.3.6技術(shù)和經(jīng)濟手段綜合利用,改善對用戶的服務(wù)面對激烈的市場競爭,改進對用戶的服務(wù),是增強電力公司競爭能力的重要手段之一。利用各種技術(shù)和經(jīng)濟手段,改進對用戶的服務(wù),滿足不同用戶的需求,指導(dǎo)用戶合理、經(jīng)濟用電,鼓勵用戶參與和配合電力企業(yè)對供用電進行管理和控制,提供用戶用電選擇權(quán)等是當前配電自動化發(fā)展值得注意的一個動向。2.配電自動化系統(tǒng)分析與發(fā)展趨勢2.1配電自動化系統(tǒng)的組成配電自動化是指利用現(xiàn)代電子計算機、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將配電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進行信

15、息集成,構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng),實現(xiàn)配電網(wǎng)及其設(shè)備正常運行及事故狀態(tài)下的監(jiān)測、保護、控制、用電和配電管理的現(xiàn)代化。配電自動化系統(tǒng)包含以下四個方面:變電站自動化系統(tǒng):指應(yīng)用自動控制技術(shù)和信息處理與傳輸技術(shù),通過計算機硬軟件系統(tǒng)或自動裝置代替人工對變電站進行監(jiān)控、測量和運行操作的一種自動化系統(tǒng)。10kV 饋線自動化系統(tǒng):完成10kV 饋電線路的監(jiān)測、控制、故障診斷、故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。配電管理系統(tǒng):是指用現(xiàn)代計算機、信息處理及通信等技術(shù),并在GIS 平臺支持下對配電網(wǎng)的運行進行監(jiān)視、管理和控制。主要功能有:數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控(SCADA、配電網(wǎng)運行管理、用戶管理和控制、自動繪圖設(shè)備管理地理信息系統(tǒng)(AM

16、/FM/GIS。用戶自動化系統(tǒng):用戶自動化即需求側(cè)管理,主要包括負荷管理、用電管理、需方發(fā)電管理等。2.2配電自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀分析2.2.1配電自動化技術(shù)現(xiàn)狀配電自動化的發(fā)展大致分為三個階段:第一階段是基于自動化開關(guān)設(shè)備相互配合的配電自動化階段,主要設(shè)備為重合器和分段s t o n y器等,不需要建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)和計算機系統(tǒng)。其主要功能是在故障時通過自動化開關(guān)設(shè)備相互配合實現(xiàn)故障隔離和健全區(qū)域恢復(fù)供電。這一階段的配電自動化系統(tǒng)局限在自動重合器和備用電源自動投入裝置。自動化程度較低,具體表現(xiàn)在: 僅在故障時起作用,正常運行時不能起監(jiān)控作用,不能優(yōu)化運行方式;調(diào)整運行方式后,需要到現(xiàn)場修改定值;恢復(fù)健全

17、區(qū)域供電時,無法采取安全和最佳措施;隔離故障時需要經(jīng)過多次重合,對設(shè)備沖擊很大。這些系統(tǒng)目前仍大量應(yīng)用。第二階段的配電自動化系統(tǒng)是基于通信網(wǎng)絡(luò)、饋線終端單元和后臺計算機網(wǎng)絡(luò)的配電自動化系統(tǒng),在配電網(wǎng)正常運行時也能起到監(jiān)視配電網(wǎng)運行狀況和遙控改變運行方式的作用,故障時能及時察覺。并由調(diào)度員通過遙控隔離故障區(qū)域和恢復(fù)健全區(qū)域供電。 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)生了第三階段的配電自動化系統(tǒng)。它在第二階段的配電自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了自動控制功能。形成了集配電網(wǎng)SCADA 系統(tǒng)、配電地理信息系統(tǒng)、需方管理(DSM、調(diào)度員仿真調(diào)度、故障呼叫服務(wù)系統(tǒng)和工作管理等一體化的綜合自動化系統(tǒng),形成了集變電所自動化、饋

18、線分段開關(guān)測控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負荷控制和遠方抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMS,功能多達140余種。現(xiàn)階段的配電自動化以此為目標建設(shè)和完善。2.2.2配電自動化的發(fā)展現(xiàn)狀自動化開關(guān)設(shè)備相互配合的配電自動化階段:主要設(shè)備為重合器和分段器等,不需要建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)和計算機系統(tǒng),主要功能是在故障時通過自動化開關(guān)設(shè)備相互配合實現(xiàn)故障隔離和健全區(qū)域恢復(fù)供電。通信網(wǎng)絡(luò)、饋線終端單元和后臺計算機網(wǎng)絡(luò)的配電自動化系統(tǒng):在配電網(wǎng)正常運行時能起到監(jiān)視配電網(wǎng)運行狀況和遙控改變運行方式的作用,故障時能及時察覺,并由調(diào)度員通過遙控隔離故障區(qū)域和恢復(fù)健全區(qū)域供電。增加自動控制功能:隨著計算機技術(shù)發(fā)展,產(chǎn)生了第三

19、階段的配電自動化系統(tǒng)。現(xiàn)階段的配電自動化以此為目標建設(shè)和完善。2.2.3配電自動化面臨的問題電力市場環(huán)境下的配電自動化系統(tǒng)必須在以下幾方面加以提高和改進。高度可靠和快速反應(yīng)的變電站、饋線自動化系統(tǒng)。在電力市場環(huán)境下,為了保障終端用戶的供電可靠性,自動化系統(tǒng)不僅要求能夠正確判斷故障、隔離及恢復(fù)故障,而且要求加大對自動化系統(tǒng)的投資,增加快速、可靠的開關(guān)及控制裝置,盡量減少對用戶的停電次數(shù)和停電時間。同時,因配電網(wǎng)故障必須中斷部分負荷供電時,應(yīng)能快速自動識別重要用戶,優(yōu)先保障其供電。 s t o n y為了適應(yīng)市場環(huán)境下的競爭需要,SCADA(系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能應(yīng)該是強大的,特別是對重要用

20、戶的監(jiān)控更應(yīng)該作到準確、可靠、靈敏。否則會給配電公司帶來較大的損失,這種損失包括對用戶的真接停電和造成社會影響的間接損失。實現(xiàn)SCADA 與GIS(配電地理信息系統(tǒng)一體化設(shè)計,達到SCADA 和GIS 數(shù)據(jù)一體化、功能一體化、界面;體化,實現(xiàn)從GIS 中自動提取SCADA 需要的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和屬性數(shù)據(jù)及由SCADA 系統(tǒng)向GIS 提供配電實時運行數(shù)據(jù)。采用可擴展綜合型的配電自動化終端(CDAU。為滿足電力市場對電能質(zhì)量的監(jiān)測及實時電價信息的發(fā)布要求,實現(xiàn)綜合信息的采集及控制,盡可能減少現(xiàn)場終端的數(shù)量及降低系的復(fù)雜性,應(yīng)考慮采用可擴展功能的綜合型配電自動化終端。該終端除了具有通常的功能外,還具有電能

21、質(zhì)量監(jiān)測、實時電價信息發(fā)布、故障錄波及部分儀表功能。2.2.4配電自動化管理系統(tǒng)需注意的問題規(guī)劃和建設(shè)好配電網(wǎng)架:規(guī)劃和建設(shè)好配電網(wǎng)架,是實現(xiàn)配電自動化及管理系統(tǒng)的基本條件。常用的配網(wǎng)接線有樹狀、放射狀、網(wǎng)狀、環(huán)網(wǎng)狀等形式,其中環(huán)網(wǎng)接線是配網(wǎng)最常用的一種形式。將配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)化,并將10kV 饋線進行適當合理的分段;保證在事故情況下,110kV 變電容量、10kV 主干線和10kV 饋線有足夠轉(zhuǎn)移負荷的能力。解決好實時系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的一體化問題:由于配電自動化(DA涉及的一次設(shè)備成本較大,目前一般僅限于重要區(qū)域的配網(wǎng)使用,而AM/FM/GIS 則可在全部配網(wǎng)使用。若使用一體化可通過AM/FM/GI

22、S 系統(tǒng)在一定程度上彌補DA 的不足,故配電自動化及管理系統(tǒng)的實時SCADA 和AM/FM/GIS 的一體化頗為重要。所謂一體化,是指GIS 作為計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)平臺的一個組成部分,整個系統(tǒng)的實時性和數(shù)據(jù)(包括圖形數(shù)據(jù)的一致性得以保證,使得SCADA 和AM/FM/GIS 通過一個圖形用戶界面(GUI集成在一起,從而提高系統(tǒng)的效率和效益。配置合理的通信通道:通信系統(tǒng)信道的選用,應(yīng)根據(jù)通信規(guī)劃、現(xiàn)有通信條件和配電自動化及管理系統(tǒng)的需求,按分層配置、資源共享的原則予以確定。信道種類有光纖、微波、無線、載波、有線。主干線推薦使用高中速信道,試點項目建議使用光纖。 選擇可靠的一次設(shè)備:對一次開關(guān)設(shè)備

23、除滿足相應(yīng)標準外,還應(yīng)滿足配電自動化及管理系統(tǒng)的要求:第一三遙接口。模擬量接口:電流互感器或電流傳感器,電壓互感器或電壓傳感器;狀態(tài)接口:開關(guān)分、合狀態(tài),開關(guān)儲能狀態(tài),SF0壓力狀態(tài);控制接口:分閘控制,合閘控制。第二操作電源。滿足開關(guān)操作時的電源供應(yīng):交流失電后,與控制設(shè)備配合能滿足數(shù)據(jù)通信和故障隔離、恢復(fù)供電對動作次數(shù)的要求。2.3配電自動化系統(tǒng)的發(fā)展展望2.3.1現(xiàn)代配電自動化系統(tǒng) s t o n y采用分層集結(jié)策略大城市配電自動化系統(tǒng)一般分四個層,第一層為現(xiàn)場設(shè)備層。主要由饋線終端單元(FTU、配變終端單元(TYU、遠動終端單元(RTU和電量集抄器等構(gòu)成,統(tǒng)稱為配電自動化終端設(shè)備。第二

24、層為區(qū)域集結(jié)層。以110kV 變電站或重要配電開閉所為中心,將配電網(wǎng)劃分成若干區(qū)域,在各區(qū)域中心設(shè)置配電子站,又稱“區(qū)域工作站”,用于集結(jié)所在區(qū)域內(nèi)大量分散的配電終端設(shè)備,如饋線終端單元(Fru、配變終端單元(TIU和電量采集器。第三層為配電自動化子控制中心層。建設(shè)在城市的區(qū)域供電分局,一般配備基于交換式以太網(wǎng)的中檔配電自動化后臺系統(tǒng)。往往還包括配電地理信息系統(tǒng)、需方管理和客戶呼叫服務(wù)系統(tǒng)等功能。用于管理供電分局范圍內(nèi)的配電網(wǎng)。第四層為配電自動化總控制中心層。建設(shè)在城市的供電局,一般配備基于交換式以太網(wǎng)的高檔配電自動化后臺系統(tǒng)和大型數(shù)據(jù)庫,用于管理整個城市范圍內(nèi)的配電網(wǎng)。中小型城市的配電自動化

25、系統(tǒng)一般只有前三層設(shè)備,不需要第四層。2.3.2配電自動化的發(fā)展趨勢從多島化到集成的配電管理系統(tǒng)DMS:傳統(tǒng)的配電自動化,是由一些單項、分散的多島自動化所組成,功能相互重疊、數(shù)據(jù)不能共享、通道不能借用、功能不能互補。借助計算機通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把單項自動化系統(tǒng)相互連接起來,例如將配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控(SCADA、負荷管理(LM和管理信息系統(tǒng)(MIS通過少量接口轉(zhuǎn)換實現(xiàn)互聯(lián)而組成一個混合系統(tǒng)。解決問題的最佳途徑,即遵循“開放系統(tǒng)”最大限度地保護用戶原有硬軟件投資的原則,采用開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(OSA,實現(xiàn)多應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)品廠家系統(tǒng)集成的道路。配電網(wǎng)優(yōu)化運行:電力市場的不斷完善迫使電力企業(yè)以效益為目標,把工作重

26、心轉(zhuǎn)移到效率管理、降低成本和為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)上。這使得供電企業(yè)必須不斷地分析電網(wǎng)的運行性能、制定電網(wǎng)優(yōu)化運行方案。定制電力技術(shù)的應(yīng)用:定制電力(Custom?Power技術(shù)是Narain?G.Hingorani 任職于美國電力科學(xué)研究院(EPRI時和柔性輸電(FACTS技術(shù)一起提出的。其核心內(nèi)容是電力電子設(shè)備的應(yīng)用。該項技術(shù)可解決電壓突升、突降和瞬時斷電等配電系統(tǒng)擾動所引起的種種問題,可補償電壓下降及短時斷電,對諧波進行有效的濾波,補償相電流的不平衡,改進功率因數(shù),其對提高供電質(zhì)量方面有著廣闊的前景,值得研究?？傊?配電自動化及管理系統(tǒng)具有實時性好、自動化水平高、管理功能強之特點,能提高供電

27、可靠性和電能質(zhì)量、改善對用戶的服務(wù),具有顯著的經(jīng)濟優(yōu)越性和良好的社會綜合效益,因此開發(fā)出技術(shù)先進、功能實用的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)是大家共同的目標2.3.3集成化、智能化和綜合化是發(fā)展趨勢配電自動化系統(tǒng)作為一個龐大復(fù)雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程,包含眾多的設(shè)備和子系統(tǒng),各功能、子系統(tǒng)之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián),其本身及其所用技術(shù)又處于不斷發(fā)展之中,這就要求配電自動化系統(tǒng)采用全面解決的方案,走系統(tǒng)集成之路,使得各s t o n y種應(yīng)用之間可共享投資和運行費用,最大限度保護用戶原有的投資。在饋線自動化方面,現(xiàn)有饋線終端設(shè)備不僅具有常規(guī)的遙測、遙信和遙控功能,且還集成了自動重合閘、饋線故障檢測和電能質(zhì)量的一

28、些參數(shù)的檢測功能,甚至集成了斷路器的監(jiān)視功能,且有進一步與斷路器相結(jié)合,機電一體化,發(fā)展成為智能化開關(guān)的趨勢。顯著地降低了建設(shè)、運行和維護的綜合成本,為提高供電可靠性,創(chuàng)造了有利的條件。在電壓無功控制方面,國內(nèi)已經(jīng)提出基于人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的無功預(yù)測和優(yōu)化決策相結(jié)合的變電站電壓無功控制策略,該策略以無功變化趨勢為指導(dǎo),充分發(fā)揮了電容器的經(jīng)濟技術(shù)效益,能在無功基本平衡和保證電壓合格的前提下,使變壓器分接頭的調(diào)節(jié)次數(shù)降至最小,消除了盲目調(diào)節(jié),降低了變壓器故障幾率和減少了維護量。2.3.4配電自動化新技術(shù)配電線路載波通信技術(shù)。對低壓配電網(wǎng),由于終端設(shè)備數(shù)量非常多,采用光纖通信無論從成本或可行性看均不現(xiàn)實

29、,為實現(xiàn)配電系統(tǒng)綜合自動化的實時電價信息發(fā)布及遠程讀表功能,研究具有較高可靠性和通信速率的配電線路載波通信技術(shù),不僅可作為實現(xiàn)上述功能的通信手段,還可以為客戶提供其他的綜合通信月盼。用戶電力技術(shù)。用戶電力技術(shù)是將電力電子技術(shù)、微處理機技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù)運用于中、低壓配、用電系統(tǒng),以減少諧波畸變,消除電壓波動和閃變、各相電壓的不對稱和供電的短時中斷,從而提高供電可靠性和電能質(zhì)量的新型綜合技術(shù)。用戶電力技術(shù)獨立工作時可滿足特殊負荷對供電量的嚴格要求,與配網(wǎng)自動化技術(shù)相結(jié)合時,將實現(xiàn)無瞬時停電、實時控制的柔性化配電、滿足用戶對電能質(zhì)量更高層次的要求。智能分布式FA。在該體系中,將要研究建立智能

30、體(agent與區(qū)域協(xié)調(diào)器的協(xié)調(diào)機制。為了考慮全網(wǎng)的運行方式以及拓撲結(jié)構(gòu)的變化影響,需要研究在配單自動化主站建立協(xié)調(diào)服務(wù)器,通過定義智能體之間的通信與規(guī)范構(gòu)成完整的智能分布式FA 實現(xiàn)方式。3、對閉環(huán)運行方式的配電自動化系統(tǒng)的探討3.1 概述配電作為電能發(fā)變送配中的最后一個環(huán)節(jié),在電力生產(chǎn)中具有非常重要的作用。但過去由于歷史的原因,一直未得到應(yīng)有的重視。隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展和人們生活水平的提高,對供電質(zhì)量和供電可靠性提出了更高的要求。大規(guī)模的兩網(wǎng)改造結(jié)束后,配電網(wǎng)的布局得到優(yōu)化,但要進一步提高配電網(wǎng)的可靠性,還必須全面實現(xiàn)高水平的配電網(wǎng)自動化。實際上,近年來我國許多地區(qū)已經(jīng)在不同層次、不同規(guī)模上

31、進行了配電網(wǎng)自動化的試點工作,也取得了相當?shù)某煽?。但由于幾乎所有的配電網(wǎng)自動化試點都是開環(huán)運行模式1,故障恢復(fù)時間都在30秒以上甚至到分鐘級,所以不能滿足對供電可靠性要求更s t o n y高的用戶,只能采取雙回甚至多回供電、自備發(fā)電、大容量UPS 等高成本方式來彌補。在此背景下,筆者所在單位與有關(guān)電力企業(yè)合作,在某國家級開發(fā)區(qū)配備了閉環(huán)運行方式的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)。經(jīng)過近兩年的試運行證明,系統(tǒng)功能達到了設(shè)計要求,大大提高了區(qū)內(nèi)配電網(wǎng)運行的可靠性,具有重要的開創(chuàng)性意義。3.2、供電區(qū)域配電網(wǎng)概況及配網(wǎng)自動化規(guī)劃功能目標該開發(fā)區(qū)共10平方公里,區(qū)內(nèi)供電為110千伏變電站一座。變電站目前投入31.5M

32、VA 變壓器二臺。110KV 進線兩回,為內(nèi)橋接線,分別引自上一級500KV 變電站。本區(qū)變電站出線為35KV10回,10KV14回,改造前為架空線路與電纜出線混合方式,中性點不接地;改造后采用小電阻接地方式,全部以電纜排管方式引出。變電站二次保護原采用常規(guī)繼電器保護和遠動系統(tǒng),僅有遙測、遙信信息送往上級調(diào)度中心,通信通道為載波和擴頻,并備有商用電話。在此基礎(chǔ)上,分兩期全面實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化。本期規(guī)劃主要目標是:(1以全閉環(huán)運行方式實現(xiàn)區(qū)內(nèi)配電網(wǎng)自動化;(2提高供電可靠性,使環(huán)網(wǎng)內(nèi)用戶達到“N-1”供電安全準則,供電可靠率達到99.99%;(3建立配電監(jiān)控系統(tǒng),提高供電質(zhì)量,使電壓合格率達到98

33、%;(4在35KV/10KV 供電線路發(fā)生永久性故障時,能自動進行故障識別、故障隔離和恢復(fù)供電;(5實現(xiàn)對用戶側(cè)設(shè)備的遠方監(jiān)控,以及遠方抄表等負荷管理功能;(6同時容納開環(huán)運行的方式。本期配電自動化系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能:(1SCADA 功能包括數(shù)據(jù)采集及處理、人機聯(lián)系和制表打印;(2饋線自動化功能主要是故障識別、隔離和自動恢復(fù)供電;(3GIS 地理信息系統(tǒng)功能; s t o n y(4包括遠方自動抄表功能在內(nèi)的負荷側(cè)管理功能;(5與變電站RTU 和上級調(diào)度中心通信功能包括傳送遙測、遙信和接收控調(diào)命令。對于電壓無功控制,本系統(tǒng)只向變電站/上級調(diào)度中心傳送電壓運行值,不在本系統(tǒng)中進行調(diào)壓操作,但提

34、供接入用戶側(cè)調(diào)壓裝置的接口,也可傳達并執(zhí)行上級配電中心的調(diào)壓指令,并保留功能上的擴充余地。要求配網(wǎng)自動化系統(tǒng)功能完善、接口標準、接口友好,聯(lián)入開發(fā)區(qū)的MIS 系統(tǒng)。3.3、對原配電網(wǎng)進行改造的主要內(nèi)容變電站綜合自動化改造由于該110KV 變電站原有保護、遠動均采用常規(guī)裝置,不具備聯(lián)網(wǎng)、與用戶變通信等功能,故首先對變電站進行了綜合自動化改造,全部采用微機型的遠動系統(tǒng)和保護系統(tǒng)。改造后的系統(tǒng)具備完善的“四遙”功能和微機保護功能,并能與調(diào)度中心、上級配調(diào)中心、本級配調(diào)中心、客戶端RTU/FTU 等進行通信。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能同一般的微機化的變電站綜合自動化系統(tǒng)。部分用戶變電室改造由于該開發(fā)區(qū)配網(wǎng)自動化

35、規(guī)劃設(shè)計采用電纜環(huán)網(wǎng)方式,所涉及的企業(yè)用戶變在配電自動化改造后均以二回35KV/10KV 電纜出線,分別和上下二家企業(yè)的出線連成環(huán)網(wǎng),出線均安裝可以遙控的出線開關(guān)。在每企業(yè)的降壓變加裝DEP-900型FTU,并以光纖為信道連成環(huán)。在本區(qū)110千伏變電站配置配電自動化系統(tǒng),主站端信道環(huán)總端連入配電自動化系統(tǒng)SuperDMS-2100主站端。區(qū)內(nèi)整個配電網(wǎng)采用手拉手環(huán)網(wǎng)方案,可以在線路故障時就近的斷路器自動跳閘,動作時間短,不依賴主站,對系統(tǒng)無沖擊,避免了開環(huán)系統(tǒng)需開關(guān)多次跳合判斷故障而帶來的弊端。改造后的環(huán)網(wǎng)一次網(wǎng)絡(luò)典型結(jié)線方式如圖1所示:s t o n y 圖1改造后的系統(tǒng)典型接線圖接地方式的

36、改變及接地電阻值的選擇系統(tǒng)改造后全部改為電纜出線,電容電流要比架空線路高得多,需要將原來的小電流接地方式改為經(jīng)小電阻接地的大電流接地方式。系統(tǒng)在變電站10/35kV 母線側(cè)加裝接地變壓器,即成為中心點大電流接地即中性點經(jīng)過小電阻接地系統(tǒng)。從系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的情況入手,嘗試了多個中性點接地電阻值,對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和瞬時兩方面進行計算,并比較隨之改變的單相接地故障電流值、單相接地故障健全相電壓值及弧光接地過電壓值、鐵磁諧振過電壓值等,然后按照運行規(guī)程和繼電保護等方面的約束條件進行比較分析,綜合計算考慮系統(tǒng)總電容電流、單相接地故障時的故障電流、工頻過電壓、繼電保護配合及通信干擾限制等,將接地電阻阻值

37、確定為5歐姆2.保護定值的調(diào)整系統(tǒng)接地方式改變及加裝具備故障狀態(tài)縱差保護功能的FTU 后,對原110KV 變電站內(nèi)的35/10KV 饋線、母線、主變壓器、備自投各類保護定值均根據(jù)新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行方式進行了調(diào)整,上級500KV 變相應(yīng)出線的保護定值也根據(jù)新的運行條件作了微調(diào)。其它由于少數(shù)企業(yè)的供電原采用架空線路,這次統(tǒng)一改為排管電纜。此外,在小區(qū)內(nèi)敷設(shè)了多模光纖的環(huán)網(wǎng)信道,既為配網(wǎng)自動化系統(tǒng)提供高速可靠的數(shù)字信道,又為遠方抄表、MIS 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮A(yù)留了通信手段。 s t o n y由于FTU及開關(guān)操作都必須有可靠的不間斷電源,以保證在配電網(wǎng)一旦出現(xiàn)線路故障,導(dǎo)致保護動作、出線開

38、關(guān)跳閘、故障電路全部停電或進行設(shè)備檢修時,仍能提供FTU 工作電源、通信系統(tǒng)工作電源和開關(guān)操作電源,故在各用戶變配置了專用的小型220VDC 高頻開關(guān)式直流操作電源。4、系統(tǒng)總述承德供電公司2003年進行了配網(wǎng)的試點運行,幾乎涉及整個城區(qū)配電網(wǎng),累計實現(xiàn)三遙的戶外開關(guān)45臺,開閉所15臺,小區(qū)變與臺變121臺。配網(wǎng)自動化工程完成后,將實現(xiàn)城區(qū)配網(wǎng)SCADA功能、配網(wǎng)高級應(yīng)用分析功能、基于地理信息系統(tǒng)的配網(wǎng)管理功能和配網(wǎng)的饋線自動化功能。承德城區(qū)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)采用JN-6000配網(wǎng)自動化/配網(wǎng)管理系統(tǒng),并根據(jù)承德城區(qū)配網(wǎng)點多、面廣的特點,采用分層分級控制的原則。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。ynots4.1

39、配電網(wǎng)監(jiān)控和管理中心層(主站端中心層是整個配電自動化監(jiān)控和管理系統(tǒng)的核心,采用JN-6000配電主站系統(tǒng),主要負責(zé)采集、管理整個系統(tǒng)中區(qū)域工作站(子站的上傳數(shù)據(jù);負責(zé)數(shù)據(jù)的處理、存儲,事故的報警,遠方的控制,事故的隔離,無故障區(qū)域的供電恢復(fù);負責(zé)與多個子系統(tǒng)的接口,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享;負責(zé)完成10kV配電信息的管理和維護。4.2 配電監(jiān)控子站因為配網(wǎng)中監(jiān)控設(shè)備點多、面廣,不可能把所有的站端監(jiān)控設(shè)備連接到配電主站上,必須增設(shè)中間級站,稱為配電子站,由配電子站管理其所轄光環(huán)上的開閉所、柱上開關(guān)、配電變壓器上的配電終端監(jiān)控設(shè)備和智能電能表,完成“數(shù)據(jù)集中器”的功能。根據(jù)實際情況和需求,共設(shè)立4個配電子站,

40、所有現(xiàn)場信息通過配電子站送入配調(diào)中心。監(jiān)控子站還具有所轄區(qū)域內(nèi)故障診斷、隔離、恢復(fù)的功能。配電子站在變電站或大型開閉所等光纖匯接點內(nèi),本工程將子站放置在調(diào)度設(shè)備機房內(nèi),通過光纖與所屬饋線的監(jiān)控終端通信,經(jīng)以太網(wǎng)方式與配網(wǎng)自動化主站通信。采用JN-6000配電自動化子站系統(tǒng)。4.3 配電終端設(shè)備層配電終端設(shè)備層是整個系統(tǒng)的底層,完成柱上開關(guān)(FTU、配電變壓器(TTU、開閉所(DTU等各種現(xiàn)場信息的采集處理及監(jiān)控功能。5 通信系統(tǒng)設(shè)計通信系統(tǒng)是實現(xiàn)配電自動化的重要環(huán)節(jié),為滿足配網(wǎng)實時監(jiān)控和饋線自動化的需要,采用以下設(shè)計方案。5.1 主站與子站通信主站與子站之間采用光纖雙環(huán)自愈網(wǎng)方式,根據(jù)承德城區(qū)

41、配網(wǎng)的特點采用了3個光纖環(huán)網(wǎng)的設(shè)計。光纜采用單模光纜,累計長度達42.9km。光接口設(shè)備采用十維光MODEM,主要性能指標如下: a.每路可300bit/s38.4kbit/s 任意接入(最多可達36個通信;b.集中監(jiān)控方式;c.通道自動申請與人工分配;d.自愈功能;e.組網(wǎng)靈活,可單環(huán)/雙環(huán);f.主站端的光MODEM 設(shè)備,根據(jù)光纜2m 帶寬特點,利用分時機制,實現(xiàn)對子站設(shè)備的點對點通信;g.終端與子站之間最大距離為10km。5.2 FTU 與TTU 通信FTU 與TTU 的通信采用485轉(zhuǎn)音頻的方式,累計鋪設(shè)屏蔽雙絞線300km,并采取就近接入的原則,30多個開閉所或FTU 掛接戶外的12

42、1個TTU。主要性能指標如下: a.每對芯可掛接30臺終端設(shè)備;b.采用半雙工的通信方式,提供標準RS485口,通信速率9600kbit/s;c.最大傳輸距離可達10km。 s t o n y16 6、 功能設(shè)計 承德城區(qū)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)從功能上分為 4 個子系統(tǒng)：配網(wǎng) SCADA 系統(tǒng)、配網(wǎng)高級應(yīng) 用軟件、基于 GIS 的配網(wǎng)管理系統(tǒng)、饋線自動化系統(tǒng)。下面就后 3 個子系統(tǒng)分別予以介 紹。 6.1 配網(wǎng)高級應(yīng)用軟件功能的設(shè)計 配電網(wǎng)具有三相不平衡， 線路 R/X(電阻/電抗比值大、 環(huán)網(wǎng)接線、 開環(huán)運行的特性， 要求使用詳細的元件模型， 并能模擬平衡或不平衡系統(tǒng)， 輻射型、 網(wǎng)絡(luò)型和混合型系統(tǒng)

43、， 以及單相、兩相和三相系統(tǒng)，部分非遙測數(shù)據(jù)只能通過靜態(tài)數(shù)據(jù)補缺的方法來代替，靠 操作員和現(xiàn)場人員的電話聯(lián)系，或間接使用負荷預(yù)報來跟蹤這些數(shù)據(jù)的變化。軟件實現(xiàn) 了網(wǎng)絡(luò)拓撲、狀態(tài)估計、潮流計算分析、短路電流計算、無功電壓控制、線損計算、網(wǎng) 絡(luò)重構(gòu)、故障定位、故障隔離與恢復(fù)送電、負荷預(yù)報等功能。這些模塊采用基于三相分 開模型與單線模型可選擇的方式來處理，解決了配電網(wǎng)三相不平衡所帶來的問題；在模 型上細化了元件屬性，可根據(jù)元件機械屬性自動計算電氣屬性；基于負荷特性的分類及 比例處理。 6.1.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲 用于確定配電網(wǎng)的設(shè)備連接關(guān)系和帶電狀態(tài)，檢測輻射網(wǎng)絡(luò)是否出現(xiàn)合環(huán)現(xiàn)象，給 狀態(tài)估計和潮流計算提

44、供網(wǎng)絡(luò)模型(電氣島。 6.1.2 狀態(tài)估計 采用軟件手段，在硬件測量信息基礎(chǔ)上，計算出系統(tǒng)狀態(tài)變量的值，并進一步計算 出所有相關(guān)的量。這樣可充分發(fā)揮硬件的潛力，提高數(shù)據(jù)精度，補充已有量測的不足， 排除不良數(shù)據(jù)的影響，提高實時數(shù)據(jù)的可靠性和質(zhì)量。它是為提高量測數(shù)據(jù)精度，利用 一次采樣得到一組多余信息的測量方法。 狀態(tài)估計從不完整的 SCADA 數(shù)據(jù)和母線負荷預(yù)測數(shù)據(jù)獲得完整的實時網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)， 包 括實時量測量和非實時量測量兩大部分。 6.1.3 短路電流計算 可在配電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障情況下確定各支路電流和母線電壓。正常運行時，檢驗保 護特性和檢查現(xiàn)行系統(tǒng)開關(guān)的斷路能力，當結(jié)線方式變化時，程序可自動計算、校核和 告警。 6.1.4 電壓/無功優(yōu)化 s