智能配电网技术与实用的配电自动化系统

1、智能配电网技术与实用的配电自动化系统袁钦成中国电力科学研究院北京科锐配电自动化股份有限公司主要内容一、智能配电网技术与高级配电自动化概述二、已有的配电自动化系统存在的一些主要问题三、建设新的配电自动化系统应该考虑的原则四、几种配电自动化系统的方案介绍3智能配电网与配电自动化概述智能电网的内容和目标 涵盖发电、输电、变电、配电、用电各个环节，要求实现：安全、自愈、高效、清洁、优质、互动智能配电网（SDG，Smart Distribution Grid）是智能电网的重要组成部分智能配电网的内容 满足自愈、互动、兼容和即插即用。除实现更高水平的配电自动化功能外、要支持分布式电源的接入、智能电表和用户

2、双向互动、更高的电能质量等内容。其中配电自动化是其最基本的的内容智能电网与传统电网的区别在配电网上表现的更为明显4智能配电网的特征(1)更高的供电可靠性实时检测故障设备并进行纠正性操作，最大程度地减少电网故障对用户的影响。自愈功能包括故障预警、网络式保护、重合闸、配网故障隔离、转移和恢复供电等在主网停电时，应用分布式电源微网（Micro Grid）保障重要用户的供电。更高的电能质量实现电压、无功的优化控制，保证电压合格率。实现敏感用电设备的不间断连续供电应用动态电压补偿器（DVR）保证线路故障与重合闸期间的供电 应用固态断路器实现双路供电电源的“0”秒无缝切换5智能配电网的特征(2)支持DER

3、的大量接入将DER与配电网有效集成，优化DER的利用，提高电网运行安全可靠性与运行效率。DER能够即插即用（Plug and Play)支持与用户的互动实现用电信息在供电企业与用户间即时交换，创新用户服务。支持实时（动态）电价，让用户选择用电时间，更好地削峰填谷，适应分布式发电的间歇性特点。支持用户自备DER并网支持电动车的接入选择低电价时段充电可在电价高时向电网送电。6智能配电网的特征(3)提高电网资产利用率合理控制潮流，减少线损。提高负荷率，减少系统容载比，充分利用系统容量。减少投资，减少设备折旧，使用户获得更廉价的电力。能够对配电网及其设备进行可视化管理实时采集电网及其设备运行数据提供潮

4、流、负荷、设备状态监测、电能质量、故障位置、停电范围等实时信息解决配电网“盲管”问题实现配网设备管理、生产管理的自动化、信息化自动化系统高度集成、深度融合7智能配电网的主要技术内容(1)调度自动化（EMS)、智能调度变电站自动化：数字化变电站、智能变电站、智能模块化站（中低压电网）自动化运行自动化：配电SCADA馈线自动化（ FA，故障定位/隔离/自动恢复供电）电压无功控制、虚拟发电厂（VPP，Virtual Power Plant）：DER调度管理生产管理信息化 （自动化）配电GIS（：自动绘图/设备管理/地理信息系统(AM/FM/GIS)、台帐管理检修管理停电管理（OM, Outage M

5、anagement）作业（工作票）管理8智能配电网的主要技术内容(2)用电（侧）自动化高级量测体系（AMI，Advanced Metering Infrastructure)：支持双向通信、智能读表、用户能源管理（需求侧管理DSM）、家庭自动化客户信息系统（CIS）：营销管理电话呼叫管理（TCM, Trouble Call Management）分布式电源并网技术有源网络（Active Network）：分布式电源深度渗透、潮流双向流动的网络。微网技术（Micro Grid）：接有分布式电源的配电子系统，可在主网停电后独立运行。9智能配电网的主要技术内容(3)柔性交流配电技术（DFACTS）定

6、制电力（Custom power)：应用电子电力设备实现电能质量的改善与控制，为用户提供电能质量满足其特定需求的电力。定制电力设备：静止无功发生装置（SVC）、静止同步补偿器（STATCOM）、有源滤波器（APF）、动态电压恢复器（DVR）、固态断路器（SSCB）。统一潮流控制（UPFC）故障电流限制技术超导故障电流限制器基于电力电子器件的故障电流限制器10高级配电自动化（ADA）ADA是智能配电网环境下的配电自动化在智能配电网中，用户自动化内容更为丰富、完善，宜作为一个相对独立的技术领域对待ADA包含传统DA的配电网运行与管理自动化的功能与作用。ADA的新发展主要体现在：支持分布式电源的调度

7、管理，虚拟发电厂技术（VPP）分布式智能控制、网络式保护系统功能、接口、数据模型与通信服务高度标准化终端设备即插即用自动化系统无缝集成传统的配电自动化功能：配电SCADA、基于GIS的DMS、高级应用、多自动化系统集成馈线自动化：正常检测、故障定位、故障隔离和转供二、过去的配电自动化系统建设存在的一些主要问题1、贪大求全、投资回报不平衡2、结构复杂，标准化程度不够3、故障处理模式单一，对通讯通道依赖性强。集中处理和分布智能的关系4、通信瓶颈5、DA系统“头”重、“脚”轻 三、建设新的配电自动化系统应该考虑的原则 总原则：稳定可靠、实用、经济与先进性相结合1、稳定可靠 结构简单、容错性好、模块化

8、、标准化、分布智能2、经济实用容易实施、马上见效、少维护或免维护因地制宜、因网制宜、集中力量解决最迫切的问题一遥、二遥、三遥组合实施，不要一刀切4、理念先进、统筹规划、分步实施 四、几种实用的配电自动化方案以故障定位为目标的一遥方案满足配网运行监测基本需求的二遥方案具备就地智能馈线自愈功能的三遥方案高速精确的电网自愈方案差异化的综合实用方案方案一：以故障指示器为基础的故障定位系统（一遥配电自动化系统）目的：实现故障的快速定位，减少故障巡查和故障处理时间设备：故障指示器通信终端特点：不需要改造一次设备、投资省、见效快、容易实施、容易推广故障指示器定位故障的系统原理故障指示器的一些基本功能1、自动

9、识别短路故障电流特征，指示短路故障2、自动识别单相接地故障信号电流，指示接地故障3、自动延时复位4、全户外运行环境，免维护。5、可带电装卸6、可提供动作触点或带通信接口或内置通信模块，用于故障远程指示故障时在变电站中性点（或接地变的中性点，无中性点时可接在母线上）的动态阻性负载信号源自动短时投入, 在变电站和现场接地点之间产生特殊的小的信号电流（最大不大于40A），通过对电阻的编码控制，产生叠加在负载电流上的编码信号电流。变电站出线和线路分支点处安装的接地故障指示器，检测这个电流信号，可自动动作指示，达到指示故障的目的系统组成：信号源装置+故障检测装置主要原理：单相接地的故障检测方案变电站中阻

10、智能接地法接地信号源消弧线圈接地变变电站接线示意图（接在中性点）北京科锐Jan 2007 故障发生后：（1）电阻信号源延时投入；（2）变电站出线的故障指示器指示出故障出线（k号指示器动作）；（3）选线装置自动显示和记录故障出线（4）线路上故障通路上的的故障指示器k1-k3自动翻牌，给出红色指示。故障指示器单单相接地故障的检测方案 接地故障翻牌显示模拟 GSM通信网 接地故障信息处理过程 GSM通信网故障定位系统构成探头-故障指示器接地故障探测信号源通信终端中心站主站架空系统故障指示器安装示意图正常状态动作状态架空通信终端架空系统通信终端站安装示意图3、FI-3P1O /3P2O2、EFI-CT

11、-1 EFI-CT-21、SFI-2C1O 电缆系统故障指示器电缆通信终端电缆型指示器和通信终端安装示意图通信终端指示器故障定位系统中心站主站 集GIS（地理信息系统）和MIS（管理信息系统）于一体，它既可用来实时监测配电网络状态和故障，并自动确定故障位置，便于电路的维护和事故抢修，又可用来对配电网设施进行管理，便于设施信息的录入、查询和统计 主站实时搜集故障指示器动作信息和网络拓扑数据 故障指示器的动作信息和网络拓扑数据的一致性原则 故障通路和故障点的查找 纠错和补漏GIS支撑平台 故障点短信通知配电网图形编辑 创建和修改配电网网络图,包括电力线路、杆塔、开关、变电站、开闭所和故障指示器基于

12、GIS的故障定位基于主接线图的故障定位方案二：在故障定位系统基础上升级的二遥系统目的：实现实现故障的快速定位，减少故障巡查和故障处理时间；实时监测电流和开关状态，实现对电网的基本监测设备：故障指示器监测终端特点： 不需要改造现有一次设备、投资省、见效快、容易实施、容易推广在故障定位系统基础上升级的二遥系统在故障自动定位系统的基础上增加线路电流的测量和监测，在很多情况下可以更进一步的满足我们对配网的基本监测要求。利用故障指示器本身作为电流测量探头，正常情况下监测负荷电流并定时上送，故障情况下检测故障电流并给出故障指示。不需要对现有任何一次设备进行改造，即可实现对配网的两遥监测（遥测、遥信）。故障

13、指示器与配电自动化系统的无缝集成3P3OODU通信终端主模块探头GPRS模块二遥指示器面板指示器故障指示器与配电自动化系统的无缝集成3P3OODU通信终端主模块探头GPRS模块I/O开关位置状态检测二遥故障定位系统取电CT方案三：分布式智能控制方案目的：实现故障自动隔离和自动转供电设备：电动开关智能控制器特点： 投资省、见效快、可靠性高、不依赖通讯分布式智能控制方案这是在原来的电压分断器、电流分断器、重合器技术基础之上发展出来了的一种技术。综合了电压分段器、电流分段器和重合器的优点综合检测电流电压可以利用通道提高效率，但不依赖通信。与各种开关集成构成智能开关适合在主环路或分支回路在故障情况下可

14、以自主判断故障位置，自动跳开故障区段的两侧开关，自动合上联络开关，实现故障区段的自动隔离和非故障区域的恢复供电。在增加通信通道和主站系统后，控制器可以自动升级为标准的FTU，实现三遥（遥测、遥信、遥控）功能，比较适合手拉手供电的环网系统使用。综合型分布智能模式在架空网中的应用柱上开关可选负荷开关或断路器实现故障自动隔离、自动转移供电支持两电源或三电源、四电源系统没有通信时也可以实现故障隔离和电源转供及恢复有通信时可自动升级实现远程自动化功能故障就地处理：可靠性高、速度快适应不同阶段的自动化要求 F1F2CB1S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15CB2CB3C

15、B4CB5CB6开闭所2#变电站1#变电站自动隔离故障分支故障自动隔离和转供分布式智能模式在电缆网应用智能环网柜进出线开关可任选负荷开关或断路器出线故障只跳出线内部故障自己隔离主环自动隔离故障区段、自动转移供电不依赖通信实现自动化功能有通信时自动实现三遥的自动化系统 智能环网柜组成的电缆环网方案F1F2F3F4F5S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4方案四：网络式保护分布式智能控制方案目的：实现故障的就地清除，故障时变电站不跳闸；同时实

16、现故障自动隔离和自动转供电设备：电动开关智能控制器局部通信特点：停电范围最小、停电时间最短、效率高、投资省、见效快、可靠性高实现方式：在具备局部光纤通信通道的的环网系统上实施。在分布式智能方案的基础上，增加局部通信。一般只在特殊场合实用，解决线路上多断路器的保护配合困难问题。网络式保护的原理保护监测的范围由一个点扩大到相联开关甚至串联的一组开关，则上下级保护的配合可以理解为保护的内部协调。现代计算机技术和网络技术的发展，使得我们借助于网络通信实现保护之间的协调而成为可能。不同地点的模拟量在当地检测完成，只是将检测结果的数据信息、保护判别结果的状态信息、开关状态信息等通过网络由不同保护进行共享，

17、以达到不同地点保护之间协调和配合，网络式保护的核心目标：实现保护的快速性和选择性的统一。主要适合已具备光纤通道且希望故障在最小范围、最短时间内切除的场合。特别说明：是即使在网络通信失效的情况下，该环网中的设备也会自动转为方案三工作，从而保证故障处理的功能不会丧失。 CB1 S1 S2 S3S4 S5CB2 F传统保护问题：保护配合困难网络式保护：任一点故障均可以有选择性的速断跳闸 特点：解决了选择性和快速性的矛盾。已在黑龙江牡丹江、绥化工程中运行近十年网络式保护在架空线路的应用方案五：DA主站分布式智能控制故障指示器定位目的：实现目的1、2、3、4，同时可对关键位置和设备进行远程监控，实现三遥

18、 ，可实现DMS功能 设备：故障指示器电动开关智能控制器必要的通信通道主站计算机系统软硬件特点：故障可以定位到分支和区段但大多数场合不需要改造现有一次设备，经济性好故障处理以就地为主、主站为后备，可靠性高只在关键位置实施三遥，投资不大主站根据需要选择功能、决定规模。一般实现SCADADMS综合的配网自动化方案建设大、中型主站系统实现DMS（含AM/FM/GIS）实现SCADA（远程四遥功能）与其他自动化系统集成建设通信系统实现馈线自动化实现故障点自动定位 案例一 广东中山配网自动化项目介绍电缆系统以故障指示器为基础二遥架空线系统分布式智能馈线自动化主站模式区域性主站扩展大主站广东中山项目规模区

19、域主站：13套馈线自动化开关及终端（FTU）：728套（柱上安装）二遥通信终端：1166台二遥的故障指示器：9606只就地指示的指示器：电缆系统13300 只，架空系统5383只 二遥故障定位系统 二遥故障定位系统 分布式智能馈线自动化系统 区域主站 简易型馈线自动化（故障定位系统）分布式智能型馈线自动化一体化区域主站系统案例二 山东烟台福山配网自动化项目介绍项目累计应用：架空一遥故障指示器1245只、架空一遥通信终端231台电缆二遥故障指示器143组、电缆二遥通信终端50台智能柱上开关（含FTU）91台信号源装置20台一体化区域主站1套模块化设计理念积木原则方案设计将配网自动化系统中的几种实施方案和构成系统的子模块看成“积木”，通过合理的设计和组合搭建，使相对独立的“积木块”构成完整、坚固的系统。 设计方案介绍分布式智能馈线自动化实施规模累计更换和新增91台智能柱上开关（含FTU、PT），基本实现架空线路三分段运行模式，部分线路具备环网联络能力，全部实现了三遥自动化功能。现场实施架空一遥故障定位系统实施规模架空一遥故障指示器1245只架空一遥通信终端