配电自动化系统-chapter12资料课件

中国矿业大学电气工程系2010.8配电自动化系统刘建华李国欣liujh9@163.comlee_guoxin@126.com教材：配电自动化系统刘健等编著中国水利水电出版社关于本课程的教学全部多媒体教学课堂讲解、提问、讨论，思考题、作业相结合目标：熟悉配电自动化系统的组成、基本结构、实现手段、特点及其相关知识，巩固和拓展已学电力系统知识。关于本课程的学习方法重在基础，拓宽视野探索学习，勤于思考刘健等编著，配电自动化系统，中国水利水电出版社，1999刘健等编著，配电自动化系统（第二版），中国水利水电出版社，2003王士政编著，电网调度自动化与配网自动化技术，中国水利水电出版社，2003王明俊等编著，配电系统自动化及其发展，中国电力出版社，1998方富淇主编，配电网自动化，中国电力出版社，2000范明天等译，配电网络规划与设计，中国电力出版社，1999主要参考主要参考（续1）陈德树，计算机继电保护原理与技术，水利电力出版社，1992黄益庄编著，变电站综合自动化技术，中国电力出版社，2000段传宗编著，无人值班变电所及农网综合自动化，中国电力出版社，1999孙成宝等主编，配电网实用技术，中国水利水电出版社，1998中国电力企业家协会供电分会编，电力载波通信，中国电力出版社，1999年6月主要参考书目（续2）电力系统自动化时代网站

中国电力通信网

企业国电南瑞东方电子思达高科珠海优特北京四方许继本课程主要内容（Outline）概述配电自动化的通信系统开闭所和配电变电所内自动化（变电站综合自动化）馈线自动化配电SCADA系统的组织远方抄表与电能计费系统负荷控制和管理系统配电自动化地理信息系统配电自动化的计算机系统第1章概述配电系统自动化(DistributionSystemAutomation,DSA)或配电网自动化：运用计算机技术、自动控制技术、电子技术、通信技术及高性能配电设备等手段，对配网进行离线与在线智能监控管理，使配网始终处于安全、可靠、优质、经济、高效的最优运行状态。配电系统自动化是继调度自动化、变电站自动化后发展起来的电力系统自动化新领域，覆盖面大。目的：提高供电可靠性和供电质量，减少停电时间、面积，使调度员根据监视情况，在控制中心通过遥控、遥调实现明智、必要的操作，降低运行费用，实现配电管理现代化。供电可靠性、供电质量要求供电可靠性、供电质量是电力系统的两大考核指标。国家电力公司提出的考核指标：供电可靠性：城市电网可靠率达到99.9％，大城市市中心区达到99.99％；供电质量：电压合格率≥98％（严格的供电质量包括：频率合格：49.8Hz<f<50.2Hz，电压：合格：Vmin<V<Vmax；谐波含量低；电压波动与闪变幅度小）。为达到上述指标，要求采用提高供电自动化水平，实现配电系统自动化。电力系统图解火力发电厂水力发电厂变配电所电力线路1.1配电网及其特点配电网（DistributionNetwork)：电力系统中二次降压所低压侧直接或降压后向用户供电的网络。或：电力系统发电、输电和配电中直接面向电力系统用户的系统。或：110kV及以下电压的线路和设备构成的电力网。电力系统各环节示意图配电网组成组成：馈线（架空线或电缆）、降压变、断路器、各种开关（也包括继保、自动装置、测量、计量仪表、通信、控制设备）。电压：≥1kV称高压（35kV、6~10kV、3kV）；≤1kV称低压（一般指220V、380V）。本课程重点：主要讨论10kV电压级的设备和线路构成的电力网。配电网特点配电网的特点一般有：①负荷集中，深入城市中心和居民密集点；②传输功率较小、距离较短；③采用辐射型运行方式；④供电容量、用户性质、供电质量和可靠性要求千差万别，各不相同。我国配电网还有一个显著特征，就是中性点不接地，在发生单相接地时，仍允许供电一段时间。这一特点使得我国的配电自动化系统不能直接引进国外设备，而必须结合我国配电网的实际情况，逐步加以改进。配电网的体系结构环状网（手拉手）网格式接线辐射网树状网1.2配电自动化的概念配电自动化是90年代首先由美国而后到其它工业发达国家逐步发展起来的，其内容也在不断变化，目前还无一个严格的定义。

配电管理系统(DistributionManagementSystem,DMS)：从变电、配电到用电过程的监视、控制和管理的综合自动化系统。配电自动化系统(DistributionAutomationSystem,DAS)：使配电企业在远方实时监测、协调和操作配电设备的自动化系统。DSA与DMS、DAS关系：DSA包含了DMS和DAS，DAS是窄义的配电系统自动化(DSA)；DMS是广义的DSA，是实现DSA所有功能的总称。DMS与DAS的涵盖关系DSA与DMS、DAS的关系1.DMS与输电网EMS的关系DMS与EMS区别：DMS与输电网自动化的能量管理系统EMS(EnergyManagementSystem)处同一层次，但目标不同，EMS管理输、发电，DMS管理负荷。EMS与DMS软件关系调度自动化我国电网采用五级调度管理：国家电力调度中心(国调)、大区电网调度中心(网调)、省电网调度中心(省调)、地市电网调度中心(地调或市调)、县级电网调度机构(县调)。目前，我国国调下有网调6个，省调31个，地调或市调280个，县调2400个。调度自动化的基本内容：输电SCADA系统：现场数据的实时采集，采集各种部件（变压器、线路等）的电压、电流、功率等和各断路器的分、合状态，在此基础上实现系统监视和控制。EMS：根据实时采集数据，进行各种模拟和计算，决定安全和经济运行方式。配合各种高级软件，实现状态估计、潮流计算、经济运行计算、静态安全运行分析、动态安全运行分析。分区分级调度调度中心调度中心职能：1）电力生产的指挥控制中心；2）根据国务院颁布的电力调度管理条例行使准军事化的管理职权。2.配电管理系统的内容配电SCADA系统（Supervisorycontrolanddataacquisition,SCADA）地理信息系统（GeographicInformationSystem,GIS）需方管理系统（DemandSideManagement,DSM）网络分析和优化（NetworkAnalysis,NA）工作管理系统（WorkManagementSystem，WMS）调度员培训模拟系统（DispatcherTrainingSystem,DTS）配电SCADA系统进线监视：对配网进线变电所开关位置、母线电压、线路电流、有功、无功、电度量监视。馈线自动化(FeederAutomation,FA)：正常时远方实时监视馈线分段开关与联络开关状态、电流、电压，实现远方合闸、分闸；故障时，实现故障寻址、自动隔离故障区段，恢复对非故障区段的供电。FA是DAS的一个主要功能，是技术难度大，表征DAS成败的关键。开闭所与变电站自动化(SA)：开闭所、小区变开关位置、继保、接地选线、电压电流、有功无功、电度量的远方监视,开关远控，变压器远方有载调压。变压器巡检：箱式变、各种变压器参数的远方监视，补偿电容器的自动投切和远方投切。地理信息系统（GIS）设备管理(FacilitiesManagement,FM)：将变电站、馈线、开关、电杆等设备的技术数据反映在地理背景图上；用户信息系统(CIS)：将用户名称、地址、帐户、电话、用电量和负荷、供电优先级、停电记录进行处理,以尽快判断故障影响的范围。SCADA功能：SCADA、DSM上报的实时数据信息与GIS相结合，便于操作、管理人员动态分析配网运行情况。停电管理系统(OutageManagementSystem,OMS)：接到停电投诉后，GIS通过CIS和SCADA，快速查明故障地点，选择合理操作顺序和路径，自动将处理信息转给投诉电话应答系统。需方管理系统（DSM）DAS系统的另一组成部分，使电力供需双方共同管理，提高可靠性，节省费用，包括：负荷监控和管理(LoadControl&Management,LCM)：综合分析用户用电量，分时电价，天气预报，供暖特性等，确定最优运行和负荷控制计划，引导用户转移负荷，平坦负荷曲线。远方抄表与计费自动化(AutomaticMeterReading,AMR)：通过通信手段将远方用户电表数据，传到控制中心，自动生成电费报表、曲线。网络分析和优化（NA）包括潮流分析，网络拓扑优化，减少线损，改善电压质量，降低运行成本。具体包括：网络接线分析，配电网潮流分析，短路电流计算（配网故障下支路电流与母校电压计算），负荷模型的建立与校核，配电网状态估计（主配网电量估计、沿馈线电量估计），配电网负荷预测，安全分析，网络结构优化和重构，配电网电压调整及无功优化。工作管理系统（WMS）监测运行设备，分析采集的数据，判断设备磨损状态，实现预防性检修。具体包括：网络分析，提出最佳停电方案；运行管理；设备检修管理；配电工程设计，接受完成用户申请报装接电的设计任务；施工管理，根据设计和工作任务，制定施工计划并实施事故管理；配电规划设计系统。调度员培训模拟系统（DTS）根据软件模拟仿真的配电网，对调度员进行培训；数据来自实时采集时，帮助调度员在操作前了解操作结果，提高调度的安全性。主要功能：正常情况下的培训：开关操作、倒闸操作、变压器分接头调节、发动机投切与出力调节、负荷投切增减、系统并列解列等紧急状态下的事故处理培训事故后电网的恢复操作培训预防性操作及操作后的分析培训进行继电保护和自动装置研究3.配电管理系统主站配置4.配电系统

自动化结构1.3配电自动化的意义配电自动化是电力系统自动化发展必然趋势，在人力尽量少介入的情况下完成大量的重要性的工作。意义：正常时，监视配网运行工况，优化配网运行方式；故障时，快速发现故障和异常，快速隔离故障区段，恢复非故障区域供电，减少停电时间，减小停电面积；根据配网电压合理控制无功负荷、电压水平，改善电压质量；合理控制负荷，提高设备利用率，使配电网的潜力得以最大限度地利用；自动抄表计费，保证抄表计费及时准确，提高效率；减少人力，避免大量重复性工作。

主要目的：减少停电时间、面积，使调度员能根据监视情况，在控制中心通过遥控、遥调实现明智的、必要的操作。1.4配电自动化的基本功能三个基本功能要求：配电网安全监视、控制、保护。配电网安全监视功能：通过采集配电网上状态量、模拟量、电度量，实现对配网运行状况监视。控制功能：远方控制开关的合闸、跳闸、有载调压设备调节。保护功能：检测、判断故障区段，隔离故障区段，恢复正常区域供电。信息管理子过程：是配电自动化的一个基本功能，包括：信息管理。可靠性管理、经济性管理、电压管理、负荷管理五部分。（具体见表1－3）1.5配电自动化的难点分析配电自动化较输电自动化负复杂，规模大，投资大，但重视程度不够。要监测、控制的站点多，后台计算机要求高，设备的可靠性和可维护性要求高；环境要求（温度、湿度等）要求高，还要考虑防雷、防雨、散热等；通信系统复杂(站端设备多，通信规约不一致)；控制电源与工作电源难以获取，用蓄电池的方法时间、容量难以满足，充放电难以控制；开关需改造（加互感器、开关操作机构改造满足防跳跃机构），以满足跳闸、控制要求。每个配网都有其特殊性，比如地理环境、范围和规模、管理模式、用户性质等，这往往决定了该公司的配电自动化最佳模式。1.6国内外配电自动化的发展和现状国外配电自动化系统已形成集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的DMS，功能达140多种。配电自动化系统发展大致分三个阶段：第一阶段第二阶段第三阶段主要特征基于自动化开关设备相互配合基于FTU和通信网络高级应用(SCADA,GIS,DSM,DTS,TC等)主要功能故障隔离和健全区域恢复供电远方监控配电管理系统和人工智能主要设备重合器、分段器FTU、通信网络、计算机系统FTU、通信网络、计算机系统、高级应用软件1.国外配电自动化的发展现状国外配电自动化从单项自动化（多岛自动化），发展为开发式、一体化、集成化的综合自动化系统。从70年代开始，国外各电力公司相继建成调度自动化系统，日本在80年代初期已有90%以上变电站实现了自动化控制。美、德、意、法等，90%以上变电站实现无人值班。美国在1980年推广配电自动化/负荷管理系统，并已遍及加拿大、澳大利亚、挪威、西班牙、韩国等10余个国家的180余个电力系统。80年代后期，国外开始发展配电自动化系统，目前已达相当高水平，如美、日、加、法、芬兰、葡萄牙、意大利、新加坡、澳大利亚、英、德等。

2.国内配电自动化的发展现状我国电力系统自动化起步较晚，58～60年起，我国开始搞调度自动化，由于当时技术、设备上的问题无法解决，停顿下来。80年代又开始搞调度自动化，目前市级调度自动化已完成，县级调度自动化实现一半左右，90年代初开始搞无人值班变电站，实际是调度自动化的完善与发展。目前实现无人值班变电站不到10％。配电自动化系统，近几年开始起步，大多只是某条线路或部分的试点，至今尚无一个供电局真正实现了DMS。与国外差距较大，但进行了大量工作，并进行了试点。第2章配电自动化的通信系统

通信系统是建设配电自动化系统的关键技术，通信系统的好坏很大程度决定了自动化系统的优劣。配电自动化系统需借助可靠、有效的通信手段，将控制中心命令准确传送到各远方终端（FTU、DTU、RTU、TTU等），并将远方设备采集的运行数据信息上传到控制中心。2.1配电自动化的多种通信方式输电网通信特点：输电网中终端节点数量有限，通信距离较长，对通信速率和可靠性要求较高。对微波或电力线路载波通信，都使用专用通道点对点或共线(partyline)通信，很少使用广播通信方式。配电网通信特点配电网终端节点数量极大，寻址达百万级，但通道距离相对较短，速率要求较低。沿空间广播的无线电通信方式和沿配电线路广播的载波通信方式得到了广泛的采用。配电自动化系统涉及功能多（自动读表、负荷控制、馈线开合变电站综合自动化)，对通信要求不同。终端数量大，应考虑在通信系统和电力公司之间采用低廉的接口设备或远方终端。1.典型数据通信系统的组成配电自动化系统通信网络是一典型的数据通信系统。数据终端设备：配电SCADA系统、RTU、FTU、TTU，集中抄表器、抄表终端等。数据传输设备：Modem、复接分接器、数传电台、载波机、光端机。数据传输通道：有线与无线信道（按传输媒体），模拟与数字信道（按传输形式）。现场设备级通信方式主从连接方式a)级连方式b)总线方式TTU连接方式a)有专用通信单元b)FTU兼通信单元2.配电自动化中可用的通信方式可能用到的通信方式包括：配电线载波：高压配电线，50~300bps，<10km低压配电线载波：低压配电线,50~300bps,台区内工频控制：配电线，10~300bps，较短脉动控制：配电线，50~60bps，较短电话专线：公用电话网，300~4800bps，较长拨号电话：公用电话网，300~4800bps，较长CATV通道：有线电视网,300~9600bps,电视网内现场总线：双绞线，几十千bps，<2kmRS-485：双绞线，9600bps，<2km多模光缆：多模光缆，<2Mbps，<5km单模光缆：单模光缆，<2Mbps，<50km无线扩频：自由空间，<128Kbps，<50kmVHF电台：自由空间，<128Kbps，<50kmUHF电台：自由空间，<128Kbps，<50km多址微波：自由空间，<128Kbps，<50km调幅广播：自由空间，<1200bps，<50km调频广播：自由空间，<1200bps，<50km卫星：自由空间，<1200bps，全球任何一种单一的通信手段都无法全面满足各种规模的配电自动化需要，一般采用多种通信方式混合使用。2.2调制解调器和复接分接器调制解调器(Modem)1）定义：发送时，数字信号模拟信号；接收时，模拟信号数字信号。－二进制信息通过调制加到交流高频信号上再传输；

－接收端将含有信息的交流信号解调，还原信息。2）Modem作用：实现电力数据信息的发送、接收。3）Modem分类按传输方向：全双工Modem、半双工Modem。

－单工：单方向传输；

－半双工：可不同时上下行双向传输；

－双工：可同时上下行双向传输。按工作频率：低速Modem(<600bps)、中速Modem(600-9600bps)、高速Modem(>9600bps)。按调制方式：移频键控(FSK)、移相键控(PSK)、相对移相键控(DPSK)、移幅键控(ASK)。配电自动化数据通信中，FSK方式应用最多。2.复接分接器发送时，将2个及以上的数字信号合并为一个信号；接收时，将一个数字信号分解为若干个数字信号。复接器分类：同步复接器（各路信号采用同一时钟信号时序）、异步复接器。复接器作用：将高速数据传输信道转换为多个较低速数据传输信道。2.3配电自动化对通信系统要求通信可靠性：能抵抗恶劣的气候条件、强电磁干扰，保证停电及电网故障时的通信能力。通信系统费用：选择费用、功能及技术先进性的最佳组合，实现最佳效能费用比。通信速率的要求：通信系统带宽越窄则通信速率越低(一般>300bps)

，必须满足实时性要求。双向通信能力：保证数据上传、控制命令下发，要具有半双工或全双工能力。不受停电影响：保证通过通信系统对停电区开关的操作，停电区FTU等要有备用电源(电池等)。使用和维护的方便性：选择通用性、标准化程度高的通信设备。2.4配电自动化采用的通信方式1.配电线载波通信(DistributionLineCarrier,DLC)电力线载波通信：输电线载波TLC、配电线载波DLC、低压配电线载波通信。配电线载波通信设备：安装在主变电站的多路载波机、线路测控对象处的配电线载波机、高频通道（阻波器、耦合滤波器、结合滤波器）。特点：由电力公司控制，便于管理，可以对任何测控点通信；数据传输速率较低，易受干扰、非线性失真和信道间交叉调制影响。典型配电线载波通信系统组成较长馈线载波通信系统组成通信距离较长时无法满足时(如环网)，可在适当位置加设阻波器，并将两侧线路上设备信息分布上报给两侧相应的主变电所。原理：将高频信号注入到电力线，通过脉动信号的有无来实现通信。分类：高频电压脉动控制、高频电流脉动控制。特点：主要适用于单向通信场合，如负荷控制；不受无线电管理委员会制约；通信速率较低；停电时通信将中断。2.脉动控制技术3.工频控制技术原理：以电力线作信号传输通道，利用电压过零的时刻（250左右）进行信号调制。特点：可以实现双向通信，主要用于零散负荷控制；停电时通信将中断。4.电话线可达到较高波特率，易实现双向通信，很适合于配电自动化系统中。电话专线租用费用较高，电力公司无法完全掌握电话线通信的维护。电话线不能覆盖所有的地区，为此额外架设的专线费用较高。利用电话线传输数据分租用电话专线和公用电话网拨号电话两种方式。缺点：传输误码率高、传输距离受限制。5.光纤通信特点：通信容量大，衰减小，不怕雷击，不受外界电磁干扰，抗腐蚀，保密性好，敷设方便。但投资高，强度不如金属线，连接较困难。光纤通信系统组成电端机：完成对信息的处理(多路复用、复接分接)。光端机：接收时将电信号转换为光信号，并输入光纤远传；发送时将光信号转换为电信号。中继器：放大、整形被衰减与畸变的光信号。光纤通信系统分类及网络形式按传输光波长分：短波长、长波长、超长波长光纤通信系统。（影响传输距离）按传输信号形式分：光纤数字通信系统、光纤模拟通信系统。（影响抗干扰能力）按光纤种类分：多模光纤通信系统、单模光纤通信系统。（影响传输容量）按网络形式分：点对点光纤通信系统、T形光纤通信系统、环形光纤通信系统、星形光纤通信系统。应用场合：配电自动化系统中，光纤通信主要应用于主干层及馈线终端层的通信。用光Modem实现馈线终端与区域工作站的通信根据传输信息种类及接口形式的不同，可选择不同的光端机、电端机，或光电合一设备，以满足配电自动化系统信息传输要求。接收时将电信号6.有线电视(CATV)通道CATV系统的带宽很宽，配电自动化只需利用其中很窄的一段。CATV系统为单向通信，且许多用户并不使用CATV系统，给配电自动化带来困难。电力公司无法控制CATV电缆的维护，且租金较高。

通信距离远时，需加中继放大环节。7.现场总线和RS-485现场总线(FieldBus)种类：CANBUS、LONWORKS、PROFIBUS、FOUNDATIONFIELDBUS等。现场总线适于满足FTU和附近区域工作站间通信、变电站内智能模块间通信。现场总线为开发式系统，便于设备间互联。RS-485为标准串行通信接口，最多可支持64～256个发送、接收器对。对实时性要求不高的场合（如远方抄表等），可以采用RS-485通信，较为简单。

8.无线通信系统种类：调幅（AM）广播，调频（FM）广播，无线寻呼，甚高频通信（VHF，30-300MHz），特高频通信（UHF，300-1000MHz），微波通信（>1GHz），卫星通信。

AM、FM、无线寻呼为单向通信方式。根据我国无线电管理委员会规定的无线通信频段，800MHz的无线数传系统是配电自动化系统的合适选择之一。采用800MHz无线电台实现馈线自动化示意图采用中继站的800MHz无线数传系统

实现馈线自动化系统卫星通信利用通信卫星作中继站来转发或反射无线电信号，不受地形、距离影响，通信可靠、容量大。传输延迟大，不适合要求快速响应场合。利用GPS全球定位系统实现系统时钟的统一，提高SOE站间分辨率。9.无线扩频通信用高速率扩频码扩展待传输数字信息带宽，其带宽比常规通信大几百至几千倍。抗噪声干扰能力强。用于配电自动化的无线扩频系统一般采用2.4～2.483GHz工作频段。原用于军事通信中，不需无线电管理委员会许可；适合作通信主干线。工作方式：点对点方式、点对多点方式。对分散测控点，成本高，应用不多。COMLINK的点对点无线扩频通信系统COMLINK的点对多点无线扩频通信系统10.混合通信单一通信不能满足配电自动化系统的所有功能。须在通信性能和造价间折衷。根据配电网具体情况，在不同层次上采用不同的通信方式，构成混合通信系统。选择混合通信方式时，应考虑原有通信基础设施，减少投资