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配电自动化系统第一章


中国矿业大学信电学院 电气安全与智能电器研究所

刘 建 华 Email:liujh9@163.com 电 话:13382679966

主要参考书目
教材:《配电自动化系统(第二版)》,刘健 等编著,中国水利水电出版社,2003 ? 《电网调度自动化与配网自动化技术 (第二 版)》,王士政主编,中国水利水电出版社, 2006年4月 ? 《实用配电网技术》,李景禄编著,中国水利 水电出版社, 2006年3月 ? 《配电网自动化系统试验》,刘东编著,中国 水利水电出版社, 2004年12月
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关于本课程的教学
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全部多媒体教学 课堂讲解、提问,思考题、作业相结合 目标:熟悉配电自动化系统的基本结构 和组成,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。

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本课程主要内容(Outline)
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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
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第1 章
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概述

配电系统自动化(Distribution System Automation, 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。

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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。
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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。 均有相关标准及规范。 1998年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。
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电能主要来源

截至2007年底,中国电力装机容量达到7.13亿千瓦 。 ? 火电:5.54亿千瓦 ,占77.70% ? 水电:1.45亿千瓦,占20.34% ? 核电:885万千瓦,占1.24% (11台) ? 风电:403万千瓦,占0.57% 中国是全球第一大煤炭生产国、世界第五大石油生 产国。中国志在发展新能源与可再生能源,具体目标是: 到2020年预计为9亿千瓦时,水电装机容量2.9亿千瓦, 核电计划建成30个反应堆,总容量达4000万千瓦,风电 30000万千瓦,生物质发电2000万千瓦,太阳能发电200 万千瓦。
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火电
我国首座 装备4台 国产100 万千瓦超 超临界机 组的浙江 华能玉环 电厂。

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水电

三峡水电站 总装机容量 达1820万千 瓦,将于2009 年全部投产

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风电
新疆达坂城 2号风电场 装有157台 风机,总容量 达8.28万千 瓦, 是中国 最早开发和 规模最大的 风电场之一 。
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核电
江苏连云 港田湾核 电站2台 106万千瓦 的机组于 2007年投 入商业运 行。俄罗 斯设计。

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1.1 配电网及其特点
配电网( Distribution Network):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。
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超高压 或高压 发电 升压变压 器或升压 变电站 输电 降压变 电站 高压或 中压 供电 配电 (用电) 10kV 10kV 0.4kV

配电 用电 10kV 用电 0.4kV

电力系统各环节示意图
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配电网组成及特点
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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 : ≥ 1 kV 称 高 压 ( 3 5 kV、6~10kV、3kV); ≤1kV称低压(一般指220V、380V)。 配电网特点: 1 )负荷集中 ( 深入城市、居民点 ) 、 传输功率较小、距离较短、用户类型要求变化大; 2)中性点不直接接地。 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。
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配电网的体系结构
树 状 网 辐 射 网

环状网(手拉手)

网格式接线
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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(Distribution Management System, DMS):从发电、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(Distribution Automation System, 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。 ? DMS、DAS关系: DAS是窄义的配电系统自动化; DMS是广义的配电系统自动化,是实现所有功能的总 称。
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DMS与DAS的涵盖关系
? ? ?电源进线监控 ? ? ? ? ?配电SCADA系统 ?开闭所与变电站自动化(SA) ? ? ? ?馈线自动化(FA) ? ? ?变压器巡检与无功补偿 ? 配电自动化系统 ? ? ? ? DAS ? ? ?地理信息系统(GIS) ? ? ? ?负荷监控与管理(LCM) ? ? 需方管理 ? ? ? 配电管理系统 ? ?远方抄表与计费自动化(AMR) ? ? DMS ? ? ?网络拓扑 ? ? ? ?网络分析(潮流计算) ?高级应用 ? ? ?网络优化(负荷均衡化、降低线损的网络重构、无功/电压优化) ? ?短路电流计算 ? ? ?调度员培训模拟系统(DTS) ? ?客户呼叫服务系统(TCS) ? ?工作管理系统(WMS)
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1. 配电网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(Energy Management System)处同一层次, 但目标不同, EMS管理发电、输电,DMS管理配电、负 荷
发电厂 输电线 高压变电站 配电网 用户

能量管理系统(EMS)

配电管理系统(DMS)

AGC

调度自动化

配电SCADA

需方管理

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EMS与DMS软件关系
500KV 200KV 电网

110KV 电网

10KV 馈线

发输电系统 网省调SCADA/AGC/EMS 高压配电系统 地调SCADA/DMS 中压配电系统 配调SCADA/DMS
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调度自动化1
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我国电网采用五级调度管理:国家调度中心(国调)、 网局调度中心(网调)、省级调度中心(省调)、地区调 度中心(地调或市调)、县级调度中心(县调)。 ? 国调:是我国电网调度的最高级(现在的国家电网公 司,南方电网不属于国家电网管辖),在该中心,通 过计算机数据通信与各大区调度中心相连接,协调确 定各大区之间的联络线潮流和运行方式,监视、统计 和分析全国电网的运行情况。 ? 网调:(国家电网公司下属东北、华北、华中、华东、 西北5大电网公司),按统一调度、分级管理原则, 负责超高压网的安全运行并按规定的发电计划及监控 原则进行管理,提高电能质量和经济运行水平。
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调度自动化2
省调:(各省、自治区、直辖市电网公司),按统 一调度、分级管理原则,负责省内电网的安全运行并 按规定的发电计划及监控原则进行管理,提高电能质 量和经济运行水平。 ? 地调:(各省地级市电力局、电业局、供电局), 采集当地网的各种信息,进行安全检测,进行有关站 点开关的远方操作,变压器分接头的调节,电力电容 器的投切等。 ? 县调:(各县级市供电局),为我国电网调度的最 低级,主要监控10KV及以下农村电网的运行。
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调度自动化3
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。

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调度中心
发电厂 发电厂
通信线路

发电厂 发电厂

调度 中心 变电站 变电站
电力线路

变电站 变电站 馈线 馈线

馈线 馈线

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。

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2. 配电管理系统的内容
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配电SCADA系统(Supervisory control and data acquisition, SCADA) 地理信息系统(Geographic Information System,GIS) 需方管理系统(Demand Side Management,DSM) 网络分析和优化(Network Analysis, NA) 工作管理系统(Work Management System, WMS) 调度员培训模拟系统(Dispatcher Training System, DTS)
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配电SCADA系统
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电源进线监控:对配网进线变电所开关位置、母线电压、
线路电流、有功、无功、电度量监视与控制。
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。

开闭所与变电站自动化(SA):开闭所、小区变开关位置、

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馈线自动化(Feeder Automation,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。

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变压器巡检及无功补偿: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。
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地理信息系统(GIS)
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设备管理(Facilities Management,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 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 (Outage Management System,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。
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需方管理系统(DSM)
使电力供需双方共同管理,提高可靠性,节省费用, 包括:
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负荷监控与管理 (Load Control & 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。

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远 方 抄 表 与 计 费 自 动 化 ( Automatic Meter Reading,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。
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网络分析和优化(NA)
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功能:减少线损,改善电压质量,降低运行成本。 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。

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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:
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网络分析,提出最佳停电方案; 运行管理;

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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;

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配电规划设计系统。
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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:
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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

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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
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配电管理系统主站配置 2015-3-31

配电系统自 动化结构 2015-3-31

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 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; ? 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。
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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。
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1.4 配电自动化的基本功能
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三个基本功能:配电网安全监视、控制、保护。

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。
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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)
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1.5 配电自动化的难点分析
1. 配电自动化较输电自动化复杂,规模大,投资大, 2.

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同时引起重视程度不够。 要监测、控制的站点多,DSM主机计算机要求高, 设备的可靠性和可维护性要求高; 环境(温度、湿度等)恶劣,要考虑防雷、防雨、 散热等问题; 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; 许多开关需改造(加装互感器、开关操作机构改 造),以满足跳闸、控制要求。
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1.6 国内外配电自动化的发展和现状
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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

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主要 基于自动化开关 基于FTU和通信 特征 设备相互配合 网络 主要 故障隔离和健全 功能 区域恢复供电 远方监控

高级应用

配电管理系统 人工智能 主要 重合器、分段器 FTU、通信网络 FTU、通信网络、计算 设备 计算机系统 机系统、高级应用软件
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国外配电自动化的发展现状
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国外配电自动化从单项自动化(多岛自动化),发展 为开放式、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。
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国内配电自动化的发展现状
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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,目前调度自动化已初步 完成,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。 配电自动化系统在90年代后期开始起步,目前基本完 成了DAS,但DSM高级应用与国外差距较大。

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