配電網(wǎng)自動化

1、配電網(wǎng)自動化配電自動化系統(tǒng)（DAS）是一種可以使配電企業(yè)在遠方以實時方式監(jiān)視、協(xié)調和操作配電設備的自動化系統(tǒng)；其內容包括配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視（SCADA系統(tǒng)）、配電地理信息系統(tǒng)（GIS）和需求側管理(DSM）幾個部分。一、配電網(wǎng)自動化的功能：（1）配電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)采集與控制（SCADA）。通過終端設備和通信系統(tǒng)將配電網(wǎng)的實時狀態(tài)傳送到主站，在主站對配電網(wǎng)絡進行遠方監(jiān)視和控制，與調度自動化類似，包括配電開關的狀態(tài)、保護動作信息、運行數(shù)據(jù)等。（2）提供主站控制方式下的饋線自動化功能。用于完成線路故障的快速定位、隔離和非故障區(qū)段的供電恢復，要求適用于各種復雜的網(wǎng)絡。（3）配電地理信息管理（AM/FM/

2、GIS）。以地理圖為背景對配電設備、配電網(wǎng)絡進行分層次管理，包括查詢、統(tǒng)計等。（4）配電網(wǎng)應用分析(PAS)。對系統(tǒng)采集的運行數(shù)據(jù)進行分析計算，為調度員提供輔助決策，包括網(wǎng)絡拓撲、狀態(tài)估計、潮流計算、無功優(yōu)化、仿真培訓等。配電網(wǎng)具有輸電網(wǎng)不同的特點，因此配電網(wǎng)應用分析的算法與能量管理系統(tǒng)（EMS）有所不同。（5）與其它應用系統(tǒng)（如MIS）接口。根據(jù)生產(chǎn)和管理的要求，配電主站系統(tǒng)需要與其它應用系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，給供電企業(yè)內部其它部門提供配電網(wǎng)信息。配網(wǎng)主站的建設應遵循統(tǒng)籌規(guī)劃分步實施的原則，在規(guī)劃時要考慮系統(tǒng)的安全可靠、實用和擴展性。配電自動化的意義：在正常運行情況下，通過監(jiān)視配網(wǎng)運行工況，優(yōu)化配網(wǎng)

3、的運行方式；當配網(wǎng)發(fā)生故障或異常運行時，迅速查處故障區(qū)段及異常情況，快速隔離故障區(qū)段，及時恢復非故障區(qū)段用戶的供電，縮短對用戶的停電時間，減少停電面積；根據(jù)配網(wǎng)電壓合理控制無功負荷和電壓水平，改善供電質量，達到經(jīng)濟運行目的；合理控制用電負荷，從而提高設備利用率；自動抄表計費，保證抄表計費的及時和準確，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益和工作效率，并可為用戶提供自動化的用電信息服務等。二、配電網(wǎng)自動化的結構配電自動化系統(tǒng)，亦稱配電管理系統(tǒng)(DMS)或配電自動化/需求方管理系統(tǒng)(DA/DSM)，是包括110/10kV變電所的10kV饋線，開閉所、二次配電站和用戶在內的配電系統(tǒng)的整體數(shù)字自動化與能源管理系統(tǒng)。（1

4、） 配電管理系統(tǒng)通常把從變電、配電到用電過程的監(jiān)視、控制和管理的綜合自動化系統(tǒng)，稱為配電管理系統(tǒng)（DMS）。配電管理系統(tǒng)是一個涉及供電企業(yè)運行管理、設備管理、用戶服務等各個方面的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)。以配電自動化實時環(huán)境、地理信息系統(tǒng)、綜合性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等為基礎，組成多個相對獨立的應用功能子系統(tǒng)，包括配網(wǎng)自動化（DA）、配電工作管理（DWM）、故障投訴管理（TCM）、自動作圖(AM)和設備管理(FM)、負荷管理（LM）、配網(wǎng)分析系統(tǒng)（DAS）等。以實現(xiàn)配電網(wǎng)的管理自動化，優(yōu)化配網(wǎng)運行、提高供電可靠性、為用戶提供優(yōu)質服務。主要功能：1.配電自動化DA實現(xiàn)配網(wǎng)的運行、監(jiān)控、故障診斷、故障隔離與網(wǎng)絡重構決策

5、。2.負荷管理LM提供大用戶負荷采集、控制功能。3.故障投訴管理TCM投訴電話處理、故障定位與恢復供電。4.配網(wǎng)分析系統(tǒng)DAS網(wǎng)絡建模與網(wǎng)絡拓樸、狀態(tài)估計、配網(wǎng)潮流、網(wǎng)損與壓降分析、短路電流、電壓/無功控制、負荷預測等；5.配電工作管理DWM6.配網(wǎng)運行工作、統(tǒng)計報表管理；配電設計、施工、檢修管理。7、圖紙管理AM / FM / GIS配電圖紙管理系統(tǒng)是基于地理信息系統(tǒng)(GIS)的自動作圖(AM)和設備管理(FM)系統(tǒng)。它把標明有各種電力設備和線路的街道地理位置作為配電網(wǎng)管理和維修電力設備以及尋找和排除設備故障的有力工具。配電網(wǎng)控制中心信道控制分中心信道站控終端監(jiān)控終端：出線開關終端分段開關終

6、端開閉所開關終端聯(lián)絡開關終端小區(qū)變電站開關終端信道監(jiān)測終端：配電變壓器監(jiān)測終端配電所監(jiān)測終端其他終端至上級調度配電網(wǎng)管理系統(tǒng)構成示意框圖（2） 饋線自動化饋線自動化是指變電站出線到用戶用電設備之間的饋電線路自動化，其內容可以歸納為兩大方面：一是正常情況下的用戶檢測、資料測量和運行優(yōu)化；二是事故狀態(tài)下的故障檢測、故障隔離、轉移和恢復供電控制。區(qū)域工作站區(qū)域工作站區(qū)域工作站配電網(wǎng)自動化控制中心RTURTU基于FTU的遠方控制方式饋線自動化系統(tǒng)示意圖饋線自動化是配電網(wǎng)自動化的重要組成部分。要實現(xiàn)饋線自動化，需要合理的配電網(wǎng)結構，具備環(huán)網(wǎng)供電的條件；各環(huán)網(wǎng)開關、負荷開關和街道配電站內開關的操作機構必須

7、具有遠方操作功能；環(huán)網(wǎng)開關柜內必須具備可靠的開關操作電源和供FTU、通信設備用的工作電源；具備可靠的、不受外界環(huán)境影響的通信系統(tǒng)。饋線自動化在正常狀態(tài)下，實時監(jiān)視饋線分段開關與聯(lián)絡開關的狀態(tài)和饋線電流、電壓情況，實現(xiàn)線路開關的遠方或就地合閘和分閘操作。在故障時獲得故障記錄，并能自動判別和隔離饋線故障區(qū)段，迅速對非故障區(qū)域恢復供電。其中故障定位、隔離和自動恢復對提高供電的可靠性和縮短非故障區(qū)的停電時間有重要意義，這也是饋電自動化的一項主要功能。1.饋線運行狀態(tài)監(jiān)測：分為正常狀態(tài)和事故狀態(tài)監(jiān)測。正常狀態(tài)監(jiān)測的量主要有電壓幅值、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等以及開關設備的運行狀態(tài)。監(jiān)測量是實時

8、的，監(jiān)測設備一般稱為饋線終端單元（FTU)。在有通訊設備時，這些量可以送到某一級配電SCADA系統(tǒng)；在沒有通信設備時，可以選擇某些可以保存或指示的量加以監(jiān)測。配電網(wǎng)中的監(jiān)測點很多，應選擇確有必要的監(jiān)測點加以監(jiān)測，以節(jié)省投資。裝有FTU的配電網(wǎng)，同樣可以完成事故狀態(tài)下的監(jiān)測。沒有裝設FTU的地點可裝設故障指示器，通常將其裝在分支線路和大用戶入口處，具有一定的抗干擾能力和定時復位功能。如果故障指示器有觸點，也可以經(jīng)過通信設備把故障信息送到某一級配電SCADA系統(tǒng)。2.饋線控制：利用配電網(wǎng)中可控設備（主要是開關設備）對饋線實行事故狀態(tài)下和正常運行時的控制。3.饋線的故障定位、隔離和自動恢復供電：這是

9、饋線自動化的一個獨特功能，由斷路器、分段器所組成的系統(tǒng)，能在饋線發(fā)生永久性故障時，自動對故障進行定位，通過開關設備的順序動作實現(xiàn)故障隔離；在環(huán)網(wǎng)運行或環(huán)網(wǎng)結構但開環(huán)運行的配電網(wǎng)中實現(xiàn)負荷轉供，恢復供電。在發(fā)生瞬時性故障時，通常因切斷故障電流后，故障自動消失，可以由斷路器自動重合而恢復對負荷的供電。（3） 配電網(wǎng)圖資地理信息系統(tǒng)1、編輯維護功能 ：該功能可分為圖層編輯和數(shù)據(jù)編輯兩部分，所謂圖層編輯，即可以在相應地圖層上增加、刪除、修改基本地理信息單元。如增加一條道路，一座建筑物等；所謂數(shù)據(jù)編輯功能，即在GIS上增加、刪除、修改電力設施的屬性數(shù)據(jù)，如改變桿塔位置、增加或刪除一條線路等，我公司的線路

10、數(shù)據(jù)檔案就是在該功能的基礎上進行維護。 2、查詢分析功能：可以在地圖上查到高低壓線路、配變、開關箱、電表箱等各種電力設施的位置，以及該電力設施的各種技術參數(shù)；可以按選定的要求，查詢如配變型號、供電半徑、導線規(guī)格而列出相應的線路或和配變的數(shù)據(jù)等。 3、調度SCADA信息查詢 ：通過接口，將調度SCADA數(shù)據(jù)存入GIS數(shù)據(jù)庫，在GIS平臺上就可以看到類似于調度SCADA系統(tǒng)畫面，顯示各條10KV線路的所有實時遙測、遙信量，使調度SCADA的該項功能，擴展到所有GIS10KV線路上去。同時，在GIS上可以查看某一線路的任意時段內的負荷曲線。另外，還具有負荷報警功能，即根據(jù)導線規(guī)格及定值確定的最大負荷

11、電流，當線路電流大于設定值時，會出現(xiàn)紅字報警。 4、電網(wǎng)故障定位功能：當電力用戶出現(xiàn)故障或停電時，只要報出用戶名，就可在GIS上查出該用戶的配變名稱，以及配變在地圖上的位置。同時列出控制該配變所在線路的隔離開關及斷路器，為快速找到故障點，及時隔離故障創(chuàng)造條件。5、停電范圍顯示 ：在GIS上拉開斷路器時，地圖上由該斷路器及單刀控制的線路的顏色由紅色轉為綠色，并列出所有停電的用戶。配電GIS的基本結構框圖報表庫分析報表各類圖形數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)各類表格、文檔、數(shù)字等文本信息GIS軟件包地理、地質、地貌等基本圖形/圖像信息信息存儲和管理信息分析和應用（4） 需求側管理需求側管理(DSM)是指在政府法規(guī)和

12、政策的支持下，采取有效的激勵和引導措施以及適宜的運作方式，通過發(fā)電公司、電網(wǎng)公司、能源服務公司、社會中介組織、產(chǎn)品供應商、電力用戶等共同協(xié)力，提高終端用電效率和改變用電方式，在滿足同樣用電功能的同時減少電量消耗和電力需求，達到節(jié)約資源和保護環(huán)境，實現(xiàn)社會效益最好、各方受益、最低成本能源服務所進行的管理活動。 DSM的目標主要集中在電力和電量的改變上，一方面采取措施降低電網(wǎng)的峰荷時段的電力需求或增加電網(wǎng)的低谷時段的電力需求，以較少的新增裝機容量達到系統(tǒng)的電力供需平衡；另一方面，采取措施節(jié)省或增加電力系統(tǒng)的發(fā)電量，在滿足同樣的能源服務的同時節(jié)約了社會總資源的耗費。從經(jīng)濟學的角度看，DSM的目標就是

13、將有限的電力資源最有效地加以利用，使社會效益最大化。在DSM的規(guī)劃實施過程中，不同地區(qū)的電網(wǎng)公司還有一些具體目標。如供電總成本最小、購電費用最小等目標。 DSM的對象主要指電力用戶的終端用能設備，以及與用電環(huán)境條件有關的設施。包括以下6方面：1用戶終端的主要用電設備，如照明系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、電動機系統(tǒng)、電熱、電化學、冷藏、熱水器等；2可與電能相互替代的用能設備，如以燃氣、燃油、燃煤、太陽能、沼氣等作為動力的替代設備；3與電能利用有關的余熱回收，如熱泵、熱管、余熱和余壓發(fā)電等；4與用電有關的蓄能設備，如蒸汽蓄熱器、熱水蓄熱器、電動汽車蓄電瓶等；5自備發(fā)電廠，如自備背壓式、抽汽式熱電廠，以及燃氣輪機

14、電廠、柴油機電廠等；6與用電有關的環(huán)境設施，如建筑物的保溫、自然采光和自然采暖及遮陰等。（5） 遠程自動抄表系統(tǒng)自動抄表（AutomaticMeterReading-AMR）是指利用微電子和計算機網(wǎng)絡、傳感等技術自動讀取和處理表計數(shù)據(jù)，將城市居民的用水、電、氣信息加以綜合處理的系統(tǒng)。自動抄表技術使各水、電、氣公司及物業(yè)管理部門從根本上解決了入戶抄表收費給用戶和抄表人員帶來的麻煩，避免了許多不必要的糾紛。準確而便捷的收費系統(tǒng)，不但能提高管理部門的工作效率，也適應現(xiàn)代用戶對用水、用電、用氣繳費的需求?，F(xiàn)在最常見的遠程自動抄表系統(tǒng)是采用分線制集中抄表方式，即由采集器定時順序采集來自多路分線連接的水、

15、電、氣表信號并進行數(shù)據(jù)處理、存儲，各采集器之間采用總線制連接，最后連接至計算機。其典型特點是各戶表通過分戶線連接至采集器位置。系統(tǒng)一般分為四層次結構；現(xiàn)場采集器、服務器（區(qū)域管理器）、通信控制器、管理器中心，部分產(chǎn)品還會附帶一個掌抄器。系統(tǒng)結構如下圖所示：分層遠程自動抄表系統(tǒng)示意框圖RS-485遠程抄表計算機系統(tǒng)公用電話網(wǎng)集中器/交換機集中器/交換機集中器/交換機配電線載波三、配電網(wǎng)自動化的實現(xiàn)案例一個成功的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)典范美國長島電力公司(LILCO)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)。該公司從1994年開始在GE-Harris公司的支持下開始用850個DART RTU和無線數(shù)字電臺組成了以配電網(wǎng)故障快速隔離

16、和負荷轉移為主的配網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)，在4年內避免了595675個用戶的停電事故(根據(jù)美國事故統(tǒng)計標準，用戶停電時間在5min及以上時即為停電事故)，并因此獲得了IEEE DA/DSM大獎。美國紐約長島電力公司為100萬人口提供服務，共有750條饋線，其中絕大部分為架空線路，這些線路經(jīng)常遭受雷擊、冰雹颶風等影響而引起短路故障。通過對客戶停電分析，一條主要線路的故障大約會引起2000個客戶停電。為了減少這些故障和提高供電可靠性，該公司除采取常規(guī)方法外，還實現(xiàn)了以配電網(wǎng)故障快速隔離和負荷轉移為主的配網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)。整個系統(tǒng)大致經(jīng)歷了3個階段：自動分段、引入通信和SCADA系統(tǒng)、非故障段自動恢復供電

17、。圖1是該公司配網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)示意框圖。圖1配網(wǎng)饋線自動化示意框圖1自動分段算法實現(xiàn)1.1故障檢測算法 早在1980年，長島電力公司安裝了400多個帶無線電控制的柱上開關，主要包括中壓真空開關和電流互感器等設備。安裝了這些設備之后，減少了故障時間，但故障發(fā)生頻率沒有發(fā)生多大變化。為了進一步提高配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的性能，需要有智能的遠端饋線監(jiān)控單元(FTU)，能夠檢測負荷側永久性故障和在變電站斷路器閉鎖之前斷開負荷開關，以便實現(xiàn)自動分段的功能。長島電力公司選擇了GE-Harris公司的配網(wǎng)饋線自動化專用設備DART RTU(FTU)，它可以從開關的電流互感器、電壓互感器交流二次側直接接入，并控制執(zhí)

18、行相應程序規(guī)定的跳閘和重合命令。DART有一個故障檢測算法，可以分別檢測和區(qū)分出永久性故障、瞬時性故障、負荷過流這三個級別的故障。具體內容如下：第1級：當出現(xiàn)永久性故障時，離故障點電源側最近的DART RTU檢測到故障并按預置程序控制DART所在斷路器(重合器)跳閘，斷路器一次或多次重合失敗后，斷路器(重合器)跳閘閉鎖切除故障，并由DART發(fā)出跳閘閉鎖告警信號，要求組織檢修以恢復對故障線路的供電。第2級：當線路出現(xiàn)瞬時短路或接地故障時，離故障點電源側最近的DART檢測出故障，并按預置程序控制DART所在斷路器(重合器)跳閘，斷路器一次或多次重合成功后，切除故障恢復供電。同時DART發(fā)出跳閘、重

19、合閘成功信號。被小動物或樹枝引起接地或瞬間短路故障已清除，不影響供電，但仍需巡線查看現(xiàn)場是否有危險遺留物需清除。第3級：當線路過負荷，但尚不大影響線路安全運行的情況下,DART檢測到電流超過預置值，發(fā)出過負荷告警信號，以引起運行人員注意。1.2自動分段算法在故障檢測算法的基礎上，開發(fā)了一套FTU自動分段算法，沒有通信網(wǎng)絡也可以應用。當線路發(fā)生故障時產(chǎn)生短路電流，使出線保護動作，變電站斷路器跳閘，重合閘。如果為永久性故障，保護再次動作。FTU因檢測到過流、失壓的條件利用自動分段算法使流過故障電流的開關跳閘,自動切斷故障區(qū)域。然后變電站斷路器再次重合閘，變電站和第一個分段開關之間的非故障段線路恢復

20、供電，減少停電區(qū)域，實現(xiàn)故障線路的自動分段隔離(圖2)。T1保護動作，斷路器(重合器)跳閘時間；T2重合閘時間；T3重合閘失?。籘4故障切除，斷路器(重合器)再次重合閘恢復供電圖2電源側斷路器(重合器)兩次重合閘成功時序圖1.3應用效果長島電力公司安裝了850個帶有自動分段算法FTU 的開關之后，使受主要線路停電影響的客戶數(shù)量減少了25%，即在1995年1月到1996年6月的18個月內使240000客戶避免遭受停電事故的影響。2SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)為了進一步發(fā)揮FTU的功能，并對FTU 進行遙控，實時監(jiān)控配網(wǎng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中安裝了基于PC機的SCADA系統(tǒng)。這個系統(tǒng)是在基于和自動分段開關通信的基礎上

21、開發(fā)的，主站系統(tǒng)能夠發(fā)遙控命令，并對開關進行控制。在這個系統(tǒng)中，計算機主站系統(tǒng)直接對FTU的信息采用DNP3.0規(guī)約通過無線電進行通信，采取集中控制方式。SCADA系統(tǒng)提供電壓、電流、功率因素、負荷值和其他為最優(yōu)化配電網(wǎng)絡系統(tǒng)使用的實時量。在配電通信系統(tǒng)自動化中，長島電力公司選用了無線數(shù)字電臺通信。整個系統(tǒng)中，9個月內共安裝了850個無線數(shù)字電臺和相配合的開關850個。3自動恢復算法實現(xiàn)3.1利用D200通信前置機實現(xiàn)自動恢復算法在經(jīng)過上述FTU本身具有的自動分段功能實現(xiàn)和SCADA功能實現(xiàn)后，當許多條線路同時出現(xiàn)故障時(比如在雷擊情況下)，就會產(chǎn)生處理速度慢，故障處理效率低的問題。為了實現(xiàn)完

22、整快速的配網(wǎng)自動化功能和對非故障區(qū)域進行自動恢復供電，新開發(fā)的自動恢復算法滿足了上述需要。為了進一步提高系統(tǒng)性能，在系統(tǒng)中引進了通信前置機D200，提高了系統(tǒng)的性能。具體為：(1)D200通過通信媒介和FTU通信(一般采用DNP3.0規(guī)約)，另一方面D200和主站SCADA進行通信，把FTU的數(shù)據(jù)傳送至主站。在與RTU通信和主站通信，可采用不同的通信規(guī)約，D200可進行自動轉換，為配網(wǎng)系統(tǒng)的通信時規(guī)約的兼容和系統(tǒng)的進一步擴充打下基礎。(2)自動恢復算法用梯形邏輯控制編程(PLC)在D200中運行，大大減少了自動恢復供電的時間，據(jù)統(tǒng)計，采用這種方法進行非故障段自動恢復的時間在1min以內。(3)

23、D200裝置中有一個可由用戶定義的實時數(shù)據(jù)庫，可實現(xiàn)對FTU數(shù)據(jù)進行采集處理和控制，對主站不需要的數(shù)據(jù)量進行處理，這樣減輕了主站的工作量，特別對FTU較多的配網(wǎng)系統(tǒng)，可大大提高系統(tǒng)的運行速度。3.2自動恢復供電算法D200接收自動分段開關FTU中的失壓和過流故障檢測信息，同時還接收變電站斷路器狀態(tài)信息和供電環(huán)路中與故障線路相連接的供電線路切換信息以及聯(lián)絡開關信息。在基于上述實時電壓、電流、負荷、斷路器狀態(tài)、開關位置的基礎上，自動恢復供電算法計算并報告自動恢復供電后的各種實時數(shù)據(jù)。 圖3中，當配網(wǎng)系統(tǒng)需要對非故障區(qū)域自動恢復供電時，通過分析各FTU送上來的1h和72h負荷最大值(這兩個參數(shù)由FTU提供)來判斷正常側線路是否有多余容量可帶動轉移過來的負荷。當永久性故障發(fā)生在 A 段時，F(xiàn)TU自動斷開SW1, 自動恢復系統(tǒng)在斷開SW2后,判斷饋線2的剩余容量是否大于SW2的1h最大負荷值，如果大于這個容量，合上聯(lián)絡開關SW4； 如果饋線2的剩余容量只大于SW3的1h最大負荷值，那么斷開SW3，再合上聯(lián)絡開關SW4；如果饋線2的剩余容量小于SW3的1h最