配电自动化系统-chapter5

2019/8/1中国矿业大学信电学院第5章配电SCADA系统的组织调度员培训模拟系统工作管理系统网络分析和优化远方抄表与计费自动化负荷监控与管理需方管理）地理信息系统（变压器巡检与无功补偿馈线自动化开闭所、变电站自动化进线监视系统配电配电自动化系统GISkVSCADADASDMS10)(2019/8/1中国矿业大学信电学院概述电力系统的复杂性和重要性使得其离不开监视和控制。传统的监控任务使用模拟屏（Mimicboard）实现，屏上有一个系统接线图，展现了系统的概貌。上面是仪表指示灯等，从现场采集的各种信号被送到接线图对应的部件上，从模拟屏上可以直接查看系统的实时情况。这种方法简单直观，但是成本太高，维护不方便，功能有限，当系统增大时需要很大的空间来增建模拟屏。同时随着模拟屏的增大，其直观性也逐渐消失。2019/8/1中国矿业大学信电学院2019/8/1中国矿业大学信电学院2019/8/1中国矿业大学信电学院2019/8/1中国矿业大学信电学院随着计算机技术的发展，用计算机屏幕来显示系统的接线图、实时状况变得切实可行。SCADA系统就是在这样一个发展过程中的产物。SCADA——“SupervisoryControlAndDataAcquisition”，监视控制和数据采集。SCADA采集安装在各个配电设备处的终端单元上报的实时数据，并使调度员能够在控制中心遥控现场设备。包括数据库管理、数据采集、数据处理、远方监控、报警处理、历史数据管理以及报表生成等功能。2019/8/1中国矿业大学信电学院SCADA一般由中央监控系统、通信系统、现场执行设备等三部分组成。SCADA系统简单示意图2019/8/1中国矿业大学信电学院电力系统的SCADA技术是从电网调度自动化技术发展而来的。1965年美国东北发生了一次大的停电事故，这使许多电力公司意识到，仅仅依靠远动装置在模拟盘上显示信息已经无法满足复杂电网的安全运行的要求。因此在电力系统中开始把计算机运用到安全分析评价方面，从而导致了电网监控系统——SCADA的出现，这是电网调度自动化的一个平台。2019/8/1中国矿业大学信电学院利用SCADA系统，调度员可以掌握电网当前的运行工况以及发展趋势，给电网调度带来很大的方便。另外利用SCADA系统采集的实时信息可以对电力系统的扰动进行快速的分析计算，从而预测跳闸的后果；可以开发在线潮流计算、系统仿真、校正控制等高级功能软件。电力系统电能的生产包括发电、变电、输电、配电等几个环节，各环节的电能设备（发电机、变压器、输电线、电网馈线以及各种开关、刀闸和隔离设备、用户用电设备等）共同构成了电力网。2019/8/1中国矿业大学信电学院电力网又可以分为输电网和配电网。与之相对应的SCADA系统也可以分为输电SCADA系统（TSCADA）和配电SCADA系统（DSCADA）。电力系统的SCADA系统最初只是在输电系统进行开发。随着配电自动化的实施，SCADA系统逐步被引用到配电网的监控中，虽然配电SCADA起步较晚，而且功能和输电基本相同，但是并不意味着可以照搬输电的SCADA。相反，配电的SCADA系统比输电的SCADA系统更为复杂，具有其独特性：2019/8/1中国矿业大学信电学院配电SCADA的特点1、配电网一般是树状结构，不仅有集中在变电所的设备，还有大量分布于馈线沿线的设备（如柱上变压器、开关等），数据分散、点多、每一点信息量较少，采集信息比输电网困难；2、配电网设备较多，数据量一般要比输电网多出一个数量级；3、配电网的操作频度及故障频度远比输电网多，因此采集的信息应该能反应配电网的故障，例如短路故障前后的电压和电流；2019/8/1中国矿业大学信电学院4、配电网是三相不平衡网络，而输电网是三相平衡网络，因而无论在计算上还是在SCADA图形监视上，都不尽相同；5、对于配电网而言，需要有建立在SCADA系统之上的具有故障隔离能力及恢复供电能力的自动操作软件；6、配电网因其点多面广，配电网SCADA系统对通信系统提出了比输电网更高的要求；7、配电网直接连接用户，由于用户的增容、拆迁、改动等原因，使得配电网SCADA系统的创建、维护、扩展工作量非常大。2019/8/1中国矿业大学信电学院配电网SCADA系统的任务配电网SCADA系统是配电网自动化的基础。作为电力系统自动化系统的一个底层模块，配电SCADA肩负着几项重要的任务：1.向配电网的调度、管理人员提供配电网的实时数据、信息，方便他们了解配电网的实时情况和负荷变化的趋势；2.为各种电力系统自动化高级功能软件提供准确、及时的信息，从而实现对配电网乃至整个电网的优化控制、调度、故障预测和排除，提高供电质量、供电的可靠性和安全性；3.用远方遥控代替手工操作，提高工作效率，减轻运行、操作、维护人员的劳动强度。2019/8/1中国矿业大学信电学院配电SCADA系统的功能从功能上看，配电网的SCADA系统和其他系统的SCADA系统大致相同，主要实现“四遥”功能，即：遥信：采集配电网的各种开关设备的实时状态，通过配电网的信道送到监控计算机。遥测：采集配电网的各种电能（如电流、电压、用户负荷、电度等）的实时数值，通过配电网的信道送到监控计算机。遥控：操作人员通过监控计算机发送开关开合命令，通过配电网信道传达到现场，使现场的执行机构操作开关的开合，达到给用户送电、停电等目的。遥调：操作人员通过监控计算机或者高级监控程序自动发送参数调节命令，通过配电信道传送到现场，使现场的调节机构对特定的参数进行调节，达到负荷大小、电压、功率因数调节等目的。2019/8/1中国矿业大学信电学院此外，配电网SCADA系统也同样要给监控、操作人员提供画面，要给电力系统其它高级管理软件提供数据共享的接口。2019/8/1中国矿业大学信电学院配电SCADA系统组织的基本内容SCADA包括配网进线监控、配电变电站自动化、馈线自动化、配变巡检及低压无功补偿四个组成部分。1、配电网进线监控进线监控一般完成对来自主变电站的向该配电网供电的线路的开关位置、保护动作信号、母线电压、线路电流、有功和无功功率以及电能量的监控。2019/8/1中国矿业大学信电学院2、馈线自动化(FeederAutomation，FA)是指在正常情况下，远方实时监控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；在单相接地等异常情况下，对单相接地区段的查找提供辅助手段。2019/8/1中国矿业大学信电学院3、开闭所和配电变电站自动化开闭所和配电变电站白动化(SubstationAutomation，简称SA)。完成对配网中配电开闭所、小区变的开关位置、保护动作信号、小电流接地选线情况、母线电压、线路电流、有功和无功功率以及电能量的远方监控、开关远方控制、变压器远方有载调压等。4、配变巡检及低压无功补偿对配电网中箱式变电站、变台等的参数进行远方监控和低压补偿电容器的自动投切利远方投切等。2019/8/1中国矿业大学信电学院配电网进线监控的内容一个区域的中压配电网不是孤立的，该地区的主变电站(如110kV变电站等)的中压出线为配电网提供电源．因此必须对这些主变电站的相应出线进行监控，此外为了准确把握主变的剩余容量，三绕组变压器的三侧电气参数均应采集。对于一个由若干座110kV变电站供电的配电网，具体地有：2019/8/1中国矿业大学信电学院配电网进线监控的内容1．遥测①主变电站中供给该配电网的所有l0kV线路的电流、有功功率和无功功率；②主变10kV侧的电流、有功功率和无功功率；③对于三绕组变：主变35kV侧两相电流、有功功率和无功功率；④中压母线电压。2．遥信主变电站中供给该配电网的所有10kV线路开关的位置；10kV母线分段开关和主变10kV侧开关的位置；保护动作信号；异常信号。3．遥控主变电站中供给该配电网的所有10kV线路开关合闸／分闸。4．电能主变电站中供给该配电网的所有l0kV线路的有功电能和无功电能。2019/8/1中国矿业大学信电学院配电网进线监控的两个方式为了减少设备重复投资，配电自动化系统应充分利用地区电网调度自动化系统的通道和设备，一般可以来取以下两种方式方式1方式2主要特征通过地调SCADA系统转发获得所需信息通过主变电站的一发两收RTU获得所需信息所需资源地调SCADA系统须：具有转发功能；和配电自动化控制中心有通道主变电站的RTU应具有一发两收功能，并且为配电自动化控制中心留有专门的通道主要优点对主变电站的RTU没有特殊要求，也不需要在主变电站为配电自动化控制中心留有专门的通道可以对主变电站中为该配电网供电的进线开关进行遥控主要缺点不便对主变电站中为该配电网供电的进线开关进行遥控，地调SCADA系统须留有向配电自动化控制中心有的转发工作站和通道对主变电站的RTU有特殊要求，且必须在主变电站为配电自动化控制中心留有专门的通道2019/8/1中国矿业大学信电学院配电变压器监控柱上配电变压器、箱式变和用户变电所的自动化监控是类似的，一般应具有如下功能：以重要箱式变监控为例(一般采用专用通道)1.遥测：①箱式变低压出线三相总电流、有功功率、无功功率和功率因数；②箱式变各低压出线三相电流、有功功率、无功功率和功率因数；③箱式变低压出线三相电压。2.遥信：①箱式变高压进线负荷开关的位置；②箱式变低压出线开关的位置；③故障指示器功作信号；④异常信号；⑤补偿电容器的投切情况。3.遥控：①箱式变高压进线负荷开关合闸/分闸；⑦箱式变低压出线开关合闸／分闸；③无功电压综合控制启动/停役；④重合闸启动/停役。4.电能：箱式变低压出线有功电能和无功电能。2019/8/1中国矿业大学信电学院5.故障处理：故障跳闸后根据故障指示器动作信号判断故障区域、恢复健全区域正常供电。6.负荷管理：根据配电网的负荷均衡程度合理选择箱式变的电源。7.报警功能：电压过高或过低、过电流或故障报警功能。8.电压无功综合控制：根据网上电压和无功参数，通过实时地对一组电容器的自动投切来实现。9.抄表集中转发功能。10.对时功能。11.事件顺序记录(SOE)功能。12.停电后仍维持工作功能。2019/8/1中国矿业大学信电学院构造配电SCADA系统应进行的工作1）10kV线路的分段、联络开关能具备电动分合闸，并分别装设FTU单元；2）10kV配变应装设TTU单元；3）开闭所与配电变电站内应装设RTU，或微机综合保护测控装置；4）10kV进线监控由地调或区调转发；5）市区供电局设置基于计算机网络的配电SCADA系统；6）合理选择通信方式，满足实时性数据传输的要求；7）对分散的测控点，可设置区域工作站。2019/8/1中国矿业大学信电学院配电SCADA系统的体系结构图形站A通道切换服务器前置机2前置机1数据处理机图形站BBBBCBBB配电SCADALAN主干通道次主干通道一般通道DDDDA－二次集结区域站B－一次集结区域站D－柱上开关FTUC－开闭所RTU2019/8/1中国矿业大学信电学院配电自动化的混合通信方式2019/8/1中国矿业大学信电学院配电SCADA系统的功能与特点DMS的SCADA系统特点：1）系统采用开放式平台组成，具有方便灵活的图形界面，使用多窗口技术显示各种图形；2）可接收GIS的地理图形数据，组成SCADA地理接线图；3）具有网络拓扑分析能力，采用不同颜色和图标以区分线路是否带电、是否接地；4）支持变电站综合自动化系统，实现保护投切和监视、保护定值选择及故障录波、测距数据的收集等功能。2019/8/1中国矿业大学信电学院配电SCADA功能（1）数据采集：遥测、遥信，根据RTU等采集信息，在屏幕上以图形