配電網自動化復習整理

1、配電網自動化復習整理（僅作參考）祝考試好運！說明：由于老師給出的內容不是考試題目，只是復習要點，真正考試題目內容可能不是以下回答形式，建議以書本理解復習為主，以下內容僅作參考、幫助記憶。1.1、1.2、1.5（配電網特點、配網自動化功能及其實現難點）配電網特點：1、配電網地域比較集中 2、電壓等級低，級數多，單條饋電線傳輸功率和距離一般不大 3、網絡結構多樣、復雜。網絡接線有輻射狀、樹狀網及環(huán)網。在配電網運行中，4、不論哪種環(huán)式接線，均采取環(huán)式設計、開環(huán)運行。 5、在城市配電網中，電纜線路與架空線路的混合網絡給電網運行和分析帶來復雜性6、配電網內設備類型多且數量大，多種設備裝與露天，工作條件惡

2、劣。7、配電網內運行方式多變8、配電網中采用的通信方式多，但通信速率沒輸電系統(tǒng)高。9、配電網中，即使自動化程度高，仍需要人工操作；而輸電系統(tǒng)內，大多數設備為自動控制10、配電網內有大量電力、電子等非線性負荷，故將產生不容忽視的諧波。諧波必須抑制。配電網自動化功能：1、自動控制功能。2、數據采集與處理功能。3、人工控制功能。4、保護功能5、負荷管理功能。6、遠方計量功能。7、各種管理、估計、計算的功能等。 配電網自動化實現難點：1、配電網結構復雜，加之網中配電變電站，開閉所總的電氣設備數量大，信息量大，即使經過處理，仍會給DAS系統(tǒng)組織帶來困難。 2、配電網有大量的FTU及TTU工作于戶外，工作

3、環(huán)境惡劣，通常要求能在較大溫度范圍內，濕度高于95%的環(huán)境下正常工作，并要考慮防雨、防雷等問題。3、由于配電網的站端設備數量大、節(jié)點多，在一個配電網中往往根據需要，會有多種通信方式混合使用，以減少總的通道數量。4、在配電網自動化系統(tǒng)中，工作于戶外的設備的工作電源和操作、控制電源的可靠取得是一項必須解決的問題，否則若干自動功能不能實現。 5、目前，我國實現DAS，除個別新建小區(qū)，主要都是在已有配電網上進行改造。傳統(tǒng)電網的改造必須增設大量的測量、控制設備。2.3、2.5、2.6（配網自動化對通信的要求、遠動規(guī)約特點） 配電網自動化對通信的要求：1、 通信的可靠性通信系統(tǒng)必須具有高可靠性。在惡劣的氣

4、候條件和電磁干擾下，系統(tǒng)均應可靠工作。2、通信系統(tǒng)的投資 對通信系統(tǒng)進行預算時，不僅要考慮設備的造價，還應估算通信系統(tǒng)使用期限和維護的費用，以實現總投資費用經濟、合理。3、通信速率的要求 從功能的角度，在配電自動化系統(tǒng)中，進線監(jiān)視、10kV開閉所和配電變電站監(jiān)控和饋線自動化（FA）對于通訊的速率要求最高，其次是公用配變的巡檢和負荷監(jiān)控系統(tǒng)，遠方抄表和計費自動化對于通訊的速率的要求較低。 從配電自動化系統(tǒng)結構的角度，集結了大量數據的主干線對通信速率的要求要遠高于分支線對通信速率的要求。4、雙向通信能力 配電自動化的大多數功能要求雙向通信，如對于故障區(qū)段隔離和恢復正常區(qū)域供電的功能，則必須要求有雙

5、向通訊能力的信道。 5、通信不受停電的影響 配電網的調度自動化功能和故障區(qū)段隔離，及恢復正常區(qū)域供電的功能要求，即使在停電的地區(qū)通信仍能正常進行。 6、通信系統(tǒng)的使用與維護方便性 配電自動化的通信系統(tǒng)構成規(guī)模往往較大，而且通常采用多種通信方式相結合，因此在設計上，應考慮盡可能地簡化這一復雜的通信系統(tǒng)的使用與維護。通信遠動規(guī)約及其特點：按信號發(fā)送時遵循的規(guī)則，即按通信規(guī)約劃分為三類： 循環(huán)式CDT問答式polling分布網絡DNP1、循環(huán)式CDTRTU為主動端，以固定方式周期地采集數據，并將信號嚴格按時間劃分成一定規(guī)格形式，向調度端MS發(fā)送且循環(huán)進行，MS順序接收信號。為正確工作雙方必須嚴格同步

6、工作。 特點：1）實時性強；2）采用信息字校驗方式；對信道要求不高；3）遙信優(yōu)先，提高響應速度；4）允許多個RTU和多個主站進行數據傳送；5）對一般遙測量響應慢，通道采用全雙工；6）不允許多臺RTU共線連接，RTU與MS之間點對點連接 2、問答式pollingMS是主動端，RTU為從動端，每個RTU有一站號，MS對RTU詢問，對應RTU在接收到MS的命令后，必須在規(guī)定的時間內應答，否則認為本次通信失約。RTU沒有收到MS的詢問時，不向MS主動上報信息。異步方式傳送，若干字節(jié)結合成一幀完整的詢問或問答的信息。通常問答式一幀完整信息稱為報文。 特點：1）多個RTU復用一個信道，半雙工；2）變化信息

7、傳送，壓縮數據，提高傳送速度；3）對事故響應慢；4）通信失敗整幅報文丟失，對通信質量要求高 3、分布式網絡DNP利用計算機局域網的通信方式加上遠動通道構成DNP遠動系統(tǒng)是一種對等式規(guī)約下的遠動，能適應各種結構的網絡，規(guī)約靈活。 特點：DNP規(guī)約支持問答式和自動上報數據傳輸方式，并支持分布式網絡中應用的通信沖突碰撞避免/檢測協(xié)議，可以認為它具有循環(huán)式與問答式遠動的優(yōu)點。 3.4、3.5（電壓與無功功率的自動調控原理）原理解析：變電站及其進出線的等值電路如下（沒找到相關電子圖，繪制水平有限，變壓器有點出入）：系統(tǒng)KILPL,QL負荷UsU1U2ULRT,XTQcRL,XL, RLRS,XS變壓器分

8、接頭調節(jié)原理分析：電壓降落：US-U1=(PLRS+(QL-QC)XS)U1.1U1-U2=(PLRT+(QL-QC)XT)U2.2變壓器的等值電阻很小則：U1-U2=(QL-QC)XTU2不考慮QC時，U1-U2=QLXTU2可推知：QL=(U1-U2）U22U2上式說明，經變壓器向系統(tǒng)吸收的無功功率與U22成正比，通常正常運行時，認為U1不變，則當改變變比K時，K增大則U2減少，負荷吸收的無功功率減少；反之，K減小，QL增大。電容器補償分析：由1、2式表明，補償電容的投入將使無功功率導致的線路電壓降損耗下降。在空載和低負荷時QC的存在會使變壓器負荷側電壓升高，如不采取措施，可能達不到允許值

9、?，F計算變壓器有功、無功損耗：有功損耗：PT=(PL2+QL2)RTU22 無功損耗：QT=(PL2+QL2)XTU22當投入QC,其產生的有功損耗PQ=(QL-QC)2RTU22趨于減少，但當QL很小時或空載時，如果補償電容C未切除，將有有功率損耗。所以為防止低負荷時出現電壓過高及產生不希望的有功損耗，也應切除一部分補償容量。以上是分析兩種分別調節(jié)電壓和無功的措施的原理，現對其綜合調控原理進行分析：電壓無功調控的目標是：要求電壓偏差UL-ULN最小，QC盡可能接近QL，以達到P最小區(qū)域1、5無功合格，僅需調整電壓，需分別對應將電壓調低和調高；區(qū)域3、7電壓合格，僅需調整無功，需分別對應投入和

10、切除無功電源 (電容器)；對于區(qū)域2、4、6、8，電壓和無功均需調整，則存在先調電壓還是先調無功的問題區(qū)域2：電壓越上限，無功越上限。從無功來看，這時投入電容可減少系統(tǒng)的無功供應，但這會使電壓進一步升高，故應先降電壓再投入電容?？刂栖壽E為區(qū)域230。區(qū)域4：電壓越下限，無功越上限投入電容既可減少系統(tǒng)的無功供應，又可升高電壓，故應先投入電容，再調電壓?？刂栖壽E為區(qū)域45 0區(qū)域6：電壓越下限，無功越下限。從無功來看，應先切除電容，但這會使用電壓進一步降低，所以應先升壓，待電壓合格后，再視無功狀態(tài)切除電容。控制軌跡為區(qū)域670區(qū)域8：電壓越上限，無功越下限。切除電容一方面可以提高系統(tǒng)的無功供應，另

11、一方面又可降低電壓，故應先切除電容再調電壓?？刂栖壽E為區(qū)域810 ?？v觀區(qū)域2、4、6、8的控制策略，實際上就是“順時針”的控制策略，即先將這些區(qū)域控制到順時針方向的下一個區(qū)域，再從該區(qū)域控制到合格區(qū)域0。 4.2、4.4（饋線自動化方案原理及其應用）（建議仔細閱讀課本57 67頁，并弄懂兩次課堂作業(yè)題） 安裝在饋電線上的設備較多，如柱上開關、分段器、重合器、步進調整變壓器、可開斷電容器以及線路參數檢測裝置等。凡與這些設備有關，旨在保證饋電線路安全優(yōu)質供電的自動裝置或系統(tǒng)，都屬于饋電線自動化。 比較重要而典型的功能有：故障定位、隔離與自動恢復供電，饋電線運行數據檢測、饋電線無功控制和電壓調整及

12、負荷控制等?，F按其主要功能介紹各種饋線自動化系統(tǒng)方案原理及其應用。在此之前有必要介紹幾種種配電網自動化終端以及自動開關電器的原理和特性饋線遠方終端FTU：其主要功能：遙信、遙測 、遙控 、微機保護、統(tǒng)計、事件順序記錄、事故記錄、定值遠方修改、自檢和自恢復、遠方控制閉鎖與手動控制、對時功能、通信、裝置均有工作與備用電源、抗惡劣環(huán)境、電能采集、環(huán)網重構配電變壓器遠方終端TTU 工作原理、基本功能與FTU相同 諧波檢測、遙控應能滿足電壓無功調控的要求重合器（變電站饋線出線斷路器CB、主干線分段斷路器FB、分支線分界斷路器ZB）重合器是具有多次重合閘功能和自具功能的斷路器。具有故障電流檢測和操作順序控

13、制以及執(zhí)行功能，即它能按預定的開斷和重合順序自動進行開斷與重合操作，在達到預先整定的重合次數后，則進行閉鎖，不再重合。 分段器是可以按照預定程序自動分斷的負荷開關，是可以多次儲能操作、帶隔離斷口的智能化負荷開關。故不能用來開斷故障電流，只能開斷負荷電流。 分段器在使用時以整定記錄開斷次數來實現與電源側的前級開關配合。自動配電開關(電壓型分段器)由開關本體(設由PVS構成)、電源變壓器(T1,T2)及整流回路、故障檢測繼電器(FDR部分)輔助電路組成開關接入配電線時。根據實際的饋電情況，接人T1或T2供電。各種饋線自動化子系統(tǒng)方案及應用一、故障定位、隔離與自動恢復系統(tǒng)應用故障定位、隔離故障和自動

14、恢復供電系統(tǒng)，能使受到故障影響而停電的非故障區(qū)域迅速白動恢復供電，為實現這一功能。沿饋電線路將配置各種自動開關。1、最早的組成方式為重合器與分段器(包括電壓一時間型分段器)的組成形式 2、全部由重合器、全部由帶保護及重合閘的斷路器組成的形式 現今，利用通信系統(tǒng)實現遠方控制方式，是在每個分段開關處裝設FTU并引入變電站主站及通信網來實現饋線自動化 l 重合器與分段器構成的系統(tǒng)以下是配合案例分析（具體請參考書本63、64頁）1、重合器與電流型分段器組成的系統(tǒng)配合分析說明2、重合器與電壓時間型分段器構成的系統(tǒng)配合說明特點：1)重合器與電流型分段器配合方式是配網自動化早期采用的方式、簡單易行、投資少。

15、但分段器要記錄一定次數后才能分閘，重合器有多次跳合閘過程，不利于開關本體，且對系統(tǒng)用戶沖擊大，可靠性低。同時，最終切斷故障的時間過長，尤其是串聯(lián)型網絡遠方故障時更嚴重。 2)重合器與電壓型分段器配合時。對于永久性故障，重合器固定為兩次跳合閘，可靠性比與電流型分段配合時高，但故障最終隔離時間很長，尤其串聯(lián)級數較多時，末級開關完成合閘時間將會長達幾十秒，影響供電連續(xù)性。 共同：非故障區(qū)短時停電，運方固定，簡單網絡l 帶重合閘的斷路器構成的系統(tǒng)開環(huán)運行手拉手網絡中永久性故障處理過程如下：（具體見書65頁）l 基于FTU的故障處理系統(tǒng)（略，參考書本66頁）配電網采用基于FTU的故障處理系統(tǒng)時，其出線開

16、關、分段開關，聯(lián)絡開關均為斷路器單相接地故障的處理（略）二、就地無功平衡與饋電線電壓調整根據無功就地平衡原則，若能在配電線路上進行無功就地補償，則配電網基本不送或只送很少無功。而且在饋電線上進行電容器的投切，投資少、見效快。目前，補償電容器已安裝到配電變，由TTU實現監(jiān)控。饋電線的無功平衡與電壓調整可相對獨立實施或配合運行。三、負荷控制系統(tǒng)負荷控制系統(tǒng)是指配電網借助通信方式，實現對用戶負荷控制的自動控制系統(tǒng)它是配電自動化的一個組成部分，是實現節(jié)約用電、安全用電的一項重要技術手段。 根據采用的通信方式的不同，當今的負荷控制系統(tǒng)可分為 1、工頻負荷控制系統(tǒng) 2、音頻負荷控制系統(tǒng) 3、配電網載波負荷

17、控制系統(tǒng) 4、無線電負荷控制系統(tǒng)。5.3、5.4、5.6（SSB、SVG、CPC原理） SSB（固態(tài)斷路器Solid State Breaker）原理結構圖如上所示：SSB是由大功率率門極可關斷晶閘管(GTO)或晶閘管(SCR) 構成的交流可控開關。 由數組GTO組成的單相交流可控開關電路，當應用于三相電路時，由三組相同電路組成。 SSB由兩只GTO反向并聯(lián)組成一個交流開關模塊。并在模塊兩端并上吸收保護裝置(SNBR) 當門極加負向觸發(fā)信號時，GTO能自行關斷。 GTO經過不大于2 s 的關斷時間可關斷回路，開通時間一般也只為12 s，因此，SSB是高速開關 由于跳閘時間極快，故可提高系統(tǒng)故障

18、切除時間或使停電時間縮短，并可選擇合適的跳閘時刻，例如，選擇在電流過零時動作，可降低過電壓。SSB與故障限制器配合，則可構成功能更完備的斷路器。SVG（靜止無功發(fā)生器Static Var Generator）由直流電容器C、可控電壓型三相變流器、與系統(tǒng)連接的變壓器T組成。以上為SVG及其控制系統(tǒng)框圖控制器作用： 保持電容C上的電壓Ud為恒定，這樣，變流器處于逆變工作時，視為接于一恒壓源； 控制各GTO的通斷，實現無功功率的補償及抑制電壓波動。 通過控制GTO的開斷，對工作于逆變狀態(tài)的變流器產生的有規(guī)律的可控脈沖波處理后，在交流側產生一個相位與幅值均可調的基波對稱的三相正弦電壓。 等值電路中，輸

19、出電壓ÚG，變壓器短路阻抗及逆變過程損耗等效阻抗之和為r+jx，系統(tǒng)母線電壓ÚS 將SVG視為等效阻抗，i為系統(tǒng)輸入裝置的電流 逆變工況下： 1、當|ÚG|高于系統(tǒng)電壓|ÚS|時，SVG等效為一電容器，發(fā)出滯后的無功功率給系統(tǒng)。 2、當|ÚG|低于系統(tǒng)電壓|ÚS|時，SVG等效為一電抗器，發(fā)出超前無功功率。設系統(tǒng)三相對稱，且無諧波，ÚS與ÚG的相位差角為s，且ÚS領先ÚG時， 為正，反之為負可見， >0, P<0, Q>0,SVG吸收有功，發(fā)無功 <0, P<0,Q

20、<0,SVG吸收有功，吸收無功 =0，裝置與系統(tǒng)無功率交換。 故改變大小、方向，就可以改變裝置輸出無功的大小及性質。同時，表明0時，P始終為負，說明裝置總要從系統(tǒng)吸取一定的有功功率來維持電容器電壓Ud及平衡裝置的損耗。CPC（用戶電力控制器 Customer Power Controller）用戶電力控制器可視為SVG和DVR的結合，故先介紹DVR（動態(tài)電壓恢復器 Dynamic Voltage Restorer ）DVR主電路結構示意圖如下所示：動態(tài)電壓恢復器DVR由三相變流器、直流儲能裝置、濾波器、串接入線路的變壓器、裝置控制器 組成。接入系統(tǒng)后等值電路如下：當電網電業(yè)不符合敏感負荷

21、要求是，DVR通過檢測電網側電壓或負荷側電壓后，經控制策略運算產生控制信號對逆變器進行控制，DVR經串接變壓器向饋線電壓注入幅值、相位可調的電壓UD使負荷電壓質量得到保證。而CPC的結構示意圖如下：兩臺變流器共用直流電容C并聯(lián)變流器1及變壓器T1組成SVG變流器2與變壓器T2組成DVR由此可見CPC兼有SVG和DVR的功能可作配電站無功補償、調壓、諧波抑制、提高供電質量、改變T2線路潮流。6.1、6.3、6.5（EMS與DMS異同、重構及其算法） EMS(energy management system)和DMS(Distribution management system)的異同：DMS與E

22、MS都是調度自動化系統(tǒng)，由于所管理網絡范圍的特點，兩者有較多的異同點。 (1)DMS與EMS的相同點1)均是通過遠動通道從RTU收集電網中設備的狀態(tài)量與量測值，并可由調度端下達命令，從而實現SCADA功能； 2)均具有若干(遠方或就地)自動控制功能； 3)均具有多種應用軟件，如潮流計算、短路電流計算、狀態(tài)估計、網絡分析等； 4)均存儲有歷史數據，供檢索與分析使用;5)均能與其他相關計算機應用系統(tǒng)(如MSS系統(tǒng))相連，共享數據。(2)DMS與EMS的相異點 1)DMS沒有自動發(fā)電控制AGC，及與此關聯(lián)功能 2)DMS面對的配電網，地域雖不及輸電系統(tǒng)廣，但網絡復雜，多為輻射型結構 3)配電網的設備

23、類型多，數量大 4)基于2)、3)點，DMS的RTU數量大，此外DMS還有TTU收集信息 5)DMS中數據庫規(guī)模遠比所連輸電系統(tǒng)中的數據庫大;6)由于配電網網絡復雜，直到目前，配電網中仍有較多人工操作， 7)配電網內通信方式多，但通信速率要求不高 8)配電網運行方式變化比輸電系統(tǒng)多，檢修更新也頻繁 網絡重構及其算法：網絡重構，就是指，通過人工或自動方式，改變一些開關、刀閘的分、合狀態(tài)，使網絡的拓撲結構發(fā)生改變，形成新的結構。網絡重構的意義：1、通過網絡重構，是降低配電網線損的又一個重要而有效的途徑。 2、通過網絡重構還可以均衡負荷，消除過載，提高供電質量 3、饋線自動化的自動恢復供電操作就是應

24、用網絡重構方法隔離故障區(qū)域，向受故障影響而停電的區(qū)域恢復供電的實際應用。 4、一個實際的配電網，必須具有重構網絡拓撲的可能，這才能保證配電網運行的可靠性、靈活性、經濟性。因此，網絡重構是配電網調度控制中的一項重要功能。 算法：網絡重構是一個多目標非線性混合優(yōu)化問題，現有算法多以網損最小為優(yōu)化目標，在滿足電壓質量、線路不過載等各種運行約束條件。無論何種重構算法，其算法流程大致如下：以下簡介OFP和SEM:最優(yōu)潮流模式算法OFP(Optimal Flow-Pattern)OFP算法以網損最小為目標，算法步驟是:1)先將網絡中所有聯(lián)絡開關閉合，整個網絡形成一個多環(huán)網;2)將構成環(huán)網的支路的阻抗換成電

25、阻，在滿足約束條件下，由KCL和KVL定律求得環(huán)網支路的電流分布，此即最優(yōu)潮流模式(OFP);3)斷開OFP中流過電流最小的開關，環(huán)網變成輻射網，重復2)的計算，且網絡己是開環(huán)，認可這時的開環(huán)網絡是最優(yōu)重構。在重構過程中，若斷開電流最小的開關，計算上未滿足約束條件時，則取消上次操作，即重新合上已斷開的開關。開斷另一電流最小的開關，重復2)3)，直到得到合格結果。(2)優(yōu)缺點1)優(yōu)點:OFP算法是將開關組合問題轉化為優(yōu)化潮流計算問題。使復雜問題得到簡化。2)缺點:初始時，閉合所有開關，形成多環(huán)網，在求解OFP時，各環(huán)網潮流相互影響，斷開開關的先后順序對計算結果有較大影響;確定一個待開開關，有可能需要計算兩次環(huán)網潮流.計算量大。針對OFP算法，有若干改進方法。例如:每次只合一個聯(lián)絡開關;輻射狀網的分支仍用阻抗，從而使結果更符合實際等。開關交換算法SEM（Switch Exchange Me