智能配电自动化介绍.ppt

1、名词术语,术语及解释,配电网：是电力系统向用户供电的最后一个环节。它由配电网（其中包括馈线、配电变压器、断路器、各种开关等配电设备）、继电保护、自动装置、测量和计量仪表以及通信和控制设备构成一个配电系统。从广义上讲，城市配电网应包括110kv电压等级及以下的电网。通常把110KV、35KV级称为高压，10KV级称为中压，0.4KV级称为低压。因此，完整地说配电是包括电力用户在内的整个配电网。,术语及解释,配电自动化系统distribution automation system 实现配电网运行监视和控制的自动化系统，具备配电SCADA(supervisory control and data acquisition)、故障处理、分析应用及与相关应用系统互连等功能，主要由配电自动化系统主站、配电自动化系统子站（可选）、配电自动化终端和通信网络等部分组成。,配电自动化distribution automation 以一次网架和设备为基础，综合利用计算机、信息及通信等技术，并通过与相关应用系统的信息集成，实现对配电网的监测、控制和快速故障隔离,术语及解释,配电自动化系统子站 slave station of distribution automation system 配电自动化系统子站（简称子站），是配电主站与配电终端之间的中间层，实现所辖范围内的信息汇集、处理、通信监视等功能。,配电自动化系统主站master station of distribution automation system 配电自动化系统主站（简称主站）主要实现配电网数据采集与监控等基本功能和分析应用等扩展功能，为配网调度和配电生产服务。,术语及解释,配电管理系统 Distribution Management Systems 运用计算机、通信等信息技术，以信息交互为基础，通过实时监控、运行管理、维修管理、设备管理、规划设计、用电服务等应用，实现配网全过程管理的综合应用系统。,“一遥”遥信“二遥”遥信、遥测“三遥”遥信、遥测、遥控,术语及解释,DMS Distribution Management Systems配电管理系统DASDistribution Automation System 配电自动化系统SCADA Supervisory Control And Data Acquisition 数据采集与监控GIS Geographic Information System 地理信息系统PMS Production Management System 生产管理系统FA Feeder Automation 馈线自动化DTU Distribution Terminal Unit 站所终端FTU Feeder Terminal Unit 馈线终端,供电可靠性区域差异,区域特征：负荷密集（30MW/km2以上），主要为直辖市与东部重点城市的市中心区、对可靠性有特殊要求的国家级高新技术开发区，供电可靠性目标为国际领先水平（停电时间5分钟）。网架结构：高压网采用链式结构，中压网采用三双、双环结构；设备配置：变压器采用大容量或中容量，中压线路采用电缆；自动化配置：采用集中式、智能分布式模式，具备网络重构和自愈能力；通信配置：光纤通信方式；用电信息采集系统：实现“全覆盖、全采集”；分布式电源接纳能力：完全消纳。,A+类供电区域,供电可靠性区域差异,区域特征：负荷较为密集（1530MW/km2），主要为直辖市的市区、中西部重点城市的市中心区、国家级高新技术开发区，供电可靠性目标为国际先进水平（停电时间52分钟）。网架结构：高压网主要采用链式结构，中压网采用双环、单环结构；设备配置：变压器采用大容量或中容量，中压线路采用电缆型式；自动化配置：采用集中式、智能分布式建设模式，具备网络重构和自愈能力；通信配置：光纤通信方式；用电信息采集系统：实现“全覆盖、全采集”；分布式电源接纳能力：完全消纳。,A类供电区域,供电可靠性区域差异,区域特征：负荷集中（615MW/km2），主要为地级市的市中心区、重点城市的市区、省级高新技术开发区，供电可靠性目标为国际平均水平（停电时间3小时）。网架结构：高压网主要采用链式、环网结构，中压网采用单环结构；设备配置：变压器采用大容量或中容量，中压线路采用架空型式；自动化配置：采用集中式、智能分布式建设模式；通信配置：光纤与无线公网相结合的通信方式；用电信息采集系统：实现“全覆盖、全采集”；分布式电源接纳能力：完全消纳。,B类供电区域,区域特征：负荷较为集中（16MW/km2），主要为地级市的市区、较为发达的城镇，电网建设目标主要为满足城镇化发展需求，采用小城镇典型供电模式。网架结构：高压网主要采用链式、环网结构，中压网采用单环结构；设备配置：变压器采用中容量或小容量，中压线路采用架空型式；自动化配置：采用集中式、就地型重合器建设模式；通信配置：光纤与无线公网相结合的通信方式；用电信息采集系统：实现“全覆盖、全采集”；分布式电源接纳能力：基本消纳。,C类供电区域,供电可靠性区域差异,2、配电自动化的发展,提高供电可靠性,减少计划停电时间网络运行优化分析，提高转供能力；开展带电作业；优化停电计划管理，减少重复停电；优化抢修资源配置，提高工作效率。,配电自动化系统建设目的,减少故障停电时间通过故障自动定位，减少故障查找时间；通过遥控操作，减少故障隔离操作时间；通过标准化抢修，减少故障修复时间。,配电自动化系统建设目的,提高供电可靠性：城区 99.9%市中心：99.99%提高电能质量：城市电压合格率大于98经济化运行提高为用户服务水平和用户的满意程度提高供电企业管理水平和劳动生产率,通过自动化开关设备相互配合实现故障隔离和健全区域恢复供电,不需要建设通信网络和主站计算机系统。,第一阶段：馈线自动化系统（FA）,基于通信网络、馈线终端单元和后台计算机网络的实时应用系统,兼备正常情况下的运行状况监视及故障时的故障处理功能。,第二阶段：配电自动化系统（DAS）,结合配电GIS、OMS、TCM、WMS，并与需求侧负荷管理（DSM）相结合，覆盖配网调度、运行、生产的全过程，支持客户服务，实现配用电综合应用。,第三阶段：配电管理系统（DMS）,配电自动化发展历程,国外配电自动化发展历程,配电自动化是提高供电可靠性的必要手段。配电自动化对于提高成熟电网供电可靠性具有投资少、见效快等显著优势，供电可靠性从99.9%至99.99%的提升主要依靠网架改造，从99.99%至99.999%的提升则必须依靠配电自动化建设。,国外配电自动化系统建设经验,3、建设原则,1.实用性，针对不同区域供电可靠性需求，采取差异化技术策略，不一味追求高标准建设,充分考虑街区成熟度，避免因配网频繁改造而造成重复建设，杜绝浪费体现投资效益。2.可靠性，进一步提高终端及通信设备运行可靠性；优化、简化主站功能，广泛采用分布式部署方式，有效降低网络结构频繁变化、通信不稳定等因素对系统主要功能的影响。3.先进性，准确定位配电自动化与配网管理系统之间关系。4.安全性，严格按公司信息系统安全防护要求，加强生产控制大区和管理信息大区之间信息安全管理；落实公司中低压配网安全防护规定，规范接入配电终端等设备，确保系统运行控制和数据采集信息安全。,配电自动化建设应遵循的原则,配电自动化建设改造原则,网架中的关键性节点，如架空线路联络开关,进出线较多的开关站、配电室和环网单元,采用“三遥”配置,网架中的一般性节点，如分支开关、无联络的末端站室,采用“两遥”配置,避免盲目追求配电自动化“三遥”率。,24,馈线自动化方式。明确配电自化系统要根据实际网架结构、设备状况和应用需求合理选用“三遥”自动化终端。,配电自动化建设改造原则,具备遥控功能的区域宜优先采用专网通信方式依赖通信实现故障自动隔离的区域宜采用光纤专网通信方式不具备电力光纤通信条件的配电终端可采用无线通信方式,配电通信,光纤专网,电力载波,无线公网,25,配电自动化建设改造原则,4、配电自动化系统的五种建设模式,建设模式,简易型1）系统简介 简易型配电自动化系统是基于就地检测和控制技术的一种系统。它采用故障指示器获取配电线路上的故障信息，由人工现场巡视故障指示器翻牌信号获得故障定位，也可利用GSM等无线通信方式将故障指示信号上传到相关的主站，由主站来判断故障区段；在一次设备具备条件的情况下，采用重合器或配电自动开关，通过开关之间的时序配合就地实现故障的隔离和恢复供电。2）主要特点 可不需要通信系统和主站而独立工作，结构简单，成本低、易于实施。3）适用范围 适用于农村单辐射配电线路和城市中无专门通信条件区域的配电线路。,建设模式,实用型1）系统简介 实用型配电自动化系统是利用多种通信手段（如光纤、载波、无线公网/专网等），以两遥（遥信、遥测）为主，并具备简单遥控功能的实时监测系统。它的主站具备基本的SCADA功能，对配电线路、开闭所、环网柜等的开关、断路器以及重要的配变等实现数据采集和监测，对部分具备条件的一次设备可实行遥控。根据配电终端数量或通信方式的需要，该系统可以增加配电子站（或通信汇接站）。在一些没有条件或没有必要实时监测的线路，依然可以采用简易型的配电自动化模式。该系统既可以是独立的配电监控系统，在有配调机构情况下也可做成调度和配电监控一体化的系统。2）主要特点 结构比较简单、以监测为主、具备简单的控制功能，对通信系统要求不高，投资比较节约、实用性强。它主要为配电运行管理部门和配网调度服务。3）适用范围 适用于中等规模配电网且已设立或准备设立配网调度机构的供电企业。,建设模式,标准型1）系统简介 标准型配电自动化系统是在实用型的基础上增加基于主站控制的馈线自动化功能（即FA：故障定位、隔离、恢复非故障区供电），有条件区域还可实现网络重构。它对通信系统要求较高，一般需要采用光纤通信，它还需要比较完善的配电一次网架且相关的配电设备具备电动操作机构和受控功能。该类型系统的主站具备完整的SCADA功能和FA功能，当配电线路发生故障时，通过主站和终端的配合实现故障区段的快速切除与自动恢复供电。它与上级调度自动化系统和配电GIS应用系统的实现互连，具备完整的配网模型和丰富的配电数据，因此可以支持基于全网拓扑的配电应用功能。它主要为配网调度服务，同时兼顾配电生产和运行管理部门的应用。2）主要特点 系统结构完整、自动化程度较高，成本较高。3）适用范围 适用于多电源、多分段的城市配网自动化建设，其中馈线自动化建议在新区或电缆化程度较高的区域里实施。,建设模式,集成型1）系统简介 集成型是在标准型的基础上扩展配电管理功能和综合应用功能，通过基于IEC61968标准的信息集成总线实现与各类相关实时系统和管理系统（如：生产管理系统、营销管理系统以及ERP系统）的接口，并具有配电网的高级应用分析软件功能。2）主要特点 系统结构完整、自动化程度高、管理功能完善、运行方式灵活，投资较大。3）适用范围 适用于大中型城市较大规模、结构复杂的配网自动化建设；供电企业内部各类相关系统已经建立且应用比较成熟。,建设模式,智能型1）系统简介 智能型是在集成型配电自动化系统基础上扩展对于分布式电源、微网以及储能装置等设备的接入功能，实现智能自愈的馈线自动化功能以及与智能用电系统的互动功能，并具有与输电网的协同调度功能，以及多能源互补的智能能量管理网分析软件功能。2）主要特点 系统结构完整、功能完善、智能化程度高、运行方式灵活，管理相对复杂、投资大，建成后综合效益好。3）适用范围 适用于配电一次网架结构完善、已完成集成型配电自动化系统建设的供电企业，且已开展分布式电源或微电网及储能建设、智能化用电营销系统建设等。,5、配电自动化系统下的配电终端,2023/2/17,第39页,配电终端,配电终端FTU实现对环网柜、开关站及柱上开关的监视控制，包含对配电故障的检测功能。包含对10kV电压、电流及开关状态监测对配电故障进行检测（包含短路、小电流接地等故障）基于交流采样 计算功能因数、有功、无功等计算量TTU主要实现对配电变压器的监控功能包含对配变的电压、电流进行采样。对配电变压器进行无功补偿,2023/2/17,第40页,配电终端,开关站和公用及用户配电所的监控终端，即DTU，站所终端。,2023/2/17,第42页,2023/2/17,第44页,6、配电网下馈线自动化系统,2023/2/17,第46页,一、概述基于FTU的馈线自动化系统:是通过在变电所出口断路器及户外馈线分段开关处安装柱上FTU。以及在配电变压器处安装TTU，并建设可靠的通信网络将它们和配电网控制中心的SCADA系统连接再配合相关的处理软件所构成的高性能系统。作用：该系统在正常情况下，远方实时监视馈线分段开关与联络开关的状态和馈线电流、电压情况，并实现线路开关的远方合闸和分闸操作以优化配网的运行方式，从而达到充分发挥现有设备容量和降低线损的目的；在故障时获取故障信息，并自动判别和隔离馈线故障区段以及恢复对非故障区域的供电，从而达到减小停电面积和缩短停电时间的目的。,1.电压型就地控制,馈线自动化的实现方式,故障隔离和自动恢复送电由开关自身完成，不需要主站控制，因此在故障处理时对通信系统没有要求，所以投资省见效快；,馈线自动化采用就地、集中两种方式实现。其中，支线、幅射供电线路采用就地控制方式，局部范围内实现快速控制。配电主干环路采用集中控制的方式，通过主站系统协调，借助通信信息传输来实现控制；,馈线自动化实现方式（续）,3.光纤快速差动型(智能分布式&广域保护式),系统具备专用的保护信息通道，通过比较相连开关间流过的故障电流来快速隔离故障，可以通过主站，也可以通过局部范围内的通信共享来获取相关的信息来做出判断。,2.电流型集中控制,采用配电自动化主站系统，加配电测控终端的方式实现。由终端设备检测电流以判别故障类型，故障信息传送到主站，由主站确定故障区段，然后由主站系统发遥控命令控制开关动作，完成故障隔离并恢复非故障区供电。,馈线自动化实现方式,典型基于FTU的馈线自动化的组成,断路器,联络开关,分段开关,控制线,通信线,第一层：一次设备（负荷开关、分段器等）,第二层：FTU控制箱主要由开关操作控制电路、不间断供电电源、控制箱体等部件组成。各FTU分别采集相应柱上开关的运行情况，如负荷、电压、功率和开关当前位置、贮能完成情况等，并将上述信息由通信网络发向远方配电网自动化控制中心。各FTU还可以接受配网自动化控制中心下达的命令进行相应的远方倒闸操作。,第三层：通信子系统,第四层：FA控制主站FA控制主站的功能主要是提供人机接口，自动处理来自线路的FTU的数据，对故障点进行定位，并遥控线路开关，实现故障点的自动隔离及恢复供电。,FTU应满足的基本要求是：数据传输的完整性；时间响应的快速性；不同的数据传输的优先级和不同响应时间。,第五层：SCADADMS主站 SCADADMS主站与馈线自动化控制主站相连，可完成配电线路的SCADA监控以及更高级的配电管理功能。,2023/2/17,50,二、对FTU（现场终端装置）的性能要求,2023/2/17,第51页,FTU是整个馈线自动化系统的基础控制单元，起到联接开关与数据采集、控制系统(SCADA)的桥梁作用，用于实现配电网监控，对配电负荷开关(架空线)或环网柜(地下电缆)进行监控的自动化设备。FTU主要由主控制器部分、开关量输入输出(IO)部分、调制解调器(MODEM)、电压电流形成等四部分组成。,来自线路的电压、电流,开关量输入/输出（I/O）部分,开关量引入,控制开关,MODEM,与主站通信,FTU内部结构,2023/2/17,52,二、对FTU的性能要求,2023/2/17,第53页,FTU一般应具有下列功能：(1)遥信功能。FTU应能对柱上开关的当前位置、通信是否正常、贮能完成情况等重要状态量进行采集。若FTU自身有继电保护功能的话，还应对保护动作情况进行遥信。(2)遥测功能。FTU最重要的遥测功能是采集正常运行时和故障瞬间开关经历的电流，此外还可增加采集电压、有功功率及无功功率等模拟量的功能。,2023/2/17,第54页,(3)遥控功能。FTU应能接受远方命令控制柱上开关合闸和跳闸。(4)统计功能。FTU还应能对开关遮断故障电流的次数和动作时间进行统计。(5)对时功能。FTU应能接受主系统的对时命令，以便和系统时钟保护一致。(6)事件顺序记录(SOE)。记录状态量发生变化的时刻和先后顺序。,2023/2/17,第55页,(7)事故记录：记录事故发生时的最大故障电流和事故前一段时间(一般是1分钟)的平均负荷，以便分析事故，确立故障区段，并为恢复健全区段供电时进行负荷重新分配提供依据。(8)定值远方修改和召唤定值。(9)自检和自恢复功能。FTU应具有自检测功能，并在设备自身故障时及时告警；FTU应具有可靠的自恢复功能，一旦受干扰造成死机，应能通过监视定时器(WDT)重新复位系统恢复正常运行。(10)远方控制闭锁与手动操作功能。(11)抗恶劣环境,2023/2/17,第56页,(12)具有良好的维修性。(13)可靠的电源。(14)电度采集。这是一项可选功能，对于实行分片管理的供电部门，安装在联络开关处的FTU一般应具有双向电度采集功能，这对于电能核算和线损估计有意义。,三、两种馈线自动化方案比较,2023/2/17,第57页,基于重合器的馈线自动化 优点：具有无需通信网络，无需远方控制中心进行干预，结构简单，有利于降低建设投资费用缺点：对开关断开能力要求高，为找到故障点而需要多次重合，对设备冲击大，随网络运行方式的变化，需要到现场修改定值，且不能对运行参数进行监控，故障信息不能及时上报配调中心等。,2023/2/17,第58页,基于FTU的馈线自动化优点：为全面实现配电自动化创造了最为基本的条件，自动化程度高。缺点：对通讯通道的依赖性很强结构复杂，建设费用高。适用范围：城网、负荷密度大的地区、重要工业园区、供电途径多的网格状配电网、其它对供电可靠性要求高的区域。,第四节 基于FTU模式下的故障区段的判断和隔离,2023/2/17,第59页,过电流,无过电流,过电流,过电流,过电流,图57一段辐射状网馈线的故障区段判断,对于辐射状网、根据馈线沿线各开关是否流过故障电流判断故障区段。假设馈线上出现单一的故障，显然故障区段应当位于从电源侧到末梢方向最后一个经历了故障电流的开关和第一个未经历故障电流的开关之间的区段。,图58 一段环网馈线闭环运行的故障区段判断,对于处于闭环运行的环状网，则必须根据流经馈线沿线各开关的故障功率方向才能判断出故障区段，此时必须同时采集电流和电压信号。当分段开关流经超过其整定值的故障电流时，表明有故障发生。当与该区段相连的各开关的故障功率方向均指向该区段时，判断此段为故障区段,2023/2/17,第60页,当线路发生故障时，各开关的信息由各自的FTU经配电系统通讯网络上传到上级控制中心（SCADA），由控制中心根据各开关的信息，判断出故障点所在段之后，下发命令至相应的FTU，由FTU跳开故障段两侧开关、闭合出线开关和联络开关。,2023/2/17,61,