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电力工程基础第8章配电网自动化22020/5/20第8章配电网自动化8.1配电网自动化概述8.2配电网自动化的通信8.3配电网的馈线自动化8.4配电及用电管理自动化32020/5/208.1配电网自动化概述一、配电网自动化的产生我国电网现状：前些年加大了发电厂及输电网的建设，实现了输电网自动化，当前的主要矛盾出现在配电环节。我国配电网现状：配电网结构不合理，供电可靠性差、设备落后、自动化水平低。国家电力公司从1998年起对全国城乡电网开始进行大规模的建设与改造，并从总体上提出了明确目标：提高供电的可靠性，使我国城市供电可靠性达到99.99%；提高供电质量，使电压合格率≥98%。要达到上述指标，必须实施配电系统自动化。42020/5/20二、配电网自动化的定义配电网自动化是利用计算机技术、现代电子技术和通信技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制以及用电和配电管理的自动化，使配电网始终处于安全、可靠、优质、经济、高效的最优运行状态。52020/5/20三、配电网自动化的内容远方抄表与计费自动化（AMR）负荷监控与管理（LCM）需方管理（DSM）配电自动化系统（DAS）地理信息系统（GIS）变压器巡检与无功补偿配电SCADA系统进线监控馈线自动化（FA）10kV开闭所、变电站自动化配电自动化系统（DAS）是配电管理系统（DMS）中最主要的内容，它是一种可以使配电企业在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系统，包括以下内容：62020/5/201.配电SCADA系统（配电网数据采集与监控系统）SCADA包括配电网进线监控、变配电站自动化、馈线自动化和配电变压器巡检及无功补偿四个部分：配电网进线监控：对配电网进线变电所开关位置、保护动作信号、母线电压、线路电流、有功和无功功率以及电度量的监视。配电SCADA系统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，它一般包括数据库管理、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。72020/5/20馈线自动化（FA）：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；在故障时获取故障记录，并自动判别和隔离馈线故障区段以及恢复对非故障区域供电。闭所和配电变电站自动化（SA）：对配电网中10kV开闭所和小区变的开关位置、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度量的远方监视、开关远方控制、变压器远方有载调压等。变压器巡检与无功补偿：变压器巡检是指对配电网中变压器、箱变的参数进行远方监视，无功补偿是指对补偿电容器进行自动投切和远方投切等。82020/5/202.地理信息系统（GIS）配电自动化中的GIS主要包括设备管理、用户信息系统、SCADA功能及故障信息显示等。设备管理（FM）：将变电站、馈线、变压器、开关、电杆等设备的技术数据反映在地理背景图上，便于进行设备及其静态信息的查询。地理信息系统是将配电网设备的地理位置与一些属性数据库（如用户信息、需方管理上报的实时数据等）结合，以便操作和管理人员更加直观地进行配电网的动态分析和运行管理。92020/5/20用户信息系统（CIS）：指借助GIS对大量用户信息，如用户名称、地址、账号、电话、用电量和负荷、供电优先级、停电记录等进行处理，以便于迅速判断故障的影响范围，而用电量和负荷的统计信息还可作为网络潮流分析的依据。SCADA功能及故障信息显示：指GIS通过调用CIS和SCADA功能，迅速查明故障地点和影响范围，选择合理的操作顺序和路径，并自动显示故障处理过程的进展信息。3.需方管理（DSM）需方管理是指电力的供需双方对用电市场进行管理，以达到提高供电可靠性，减少能源消耗及供需双方的费用支出的目的。102020/5/20负荷监控与管理（LCM）：根据用户情况进行综合分析，确定最优运行和负荷控制计划，对集中负荷及部分工厂用电负荷继续监视、控制和管理，通过合理的电价结构引导用户转移负荷，平坦负荷曲线，降低运行成本，实现负荷均衡化。远方抄表与计费自动化（AMR）：通过各种通信手段读取远方用户电表数据，并将其传至控制中心，自动生成电费报表或曲线等。它包括负荷监控与管理和远方抄表与计费自动化两个方面内容。112020/5/20四、实施配电网自动化的目的和意义当配电网发生故障或异常运行时，迅速查出故障区段及异常情况，快速隔离故障区段，及时恢复非故障区域用户的供电，缩短对用户的停电时间，减少停电面积。在正常运行情况下，通过监视配电网运行工况，优化配电网运行方式；根据配电网电压合理控制无功功率和电压水平，改善供电质量，达到经济运行目的；合理控制用电负荷，提高设备利用率；自动抄表计费，保证抄表计费的及时和准确，提高企业的经济效益和工作效率，降低劳动强度，达到减人增效的目的；提高管理现代化水平和服务质量，并可为用户提供自动化的用电信息服务等。122020/5/208.2配电网自动化的通信一、配电自动化通信系统的层次配电自动化通信系统一般可分为用户级通信、主站级通信和现场设备级通信三个层次。用户级通信：指配电控制中心或配电子站的各计算机之间的相互通信，一般通过局域网相连，本书不作讨论。主站级通信：指配电自动化主站和子站间的通信、子站和现场监控单元间的通信。现场设备级通信：指各种远方监控单元相互之间的通信，包括馈线远方终端FTU相互间的通信，配电变压器远方终端TTU相互间的通信，以及FTU和TTU之间的通信。132020/5/20二、配电自动化对通信系统的要求配电自动化对通信系统的要求，取决于配电网的规模和要求实现的具体希望水平。选择配电自动化系统的通信方式应综合考虑以下几点：通信的可靠性；双向通信的要求；通信速率的要求；通信不受停电的影响；通信系统建设费用；使用和维护的方便性；可扩充性。142020/5/20三、配电自动化的通信方式1.主站级通信方式有线通信：包括架空明线或电缆、配电线载波、邮电本地网、租用电话线、光纤、有线电视网（CATV）、专线等。配电线载波通信（DLC）：是在6～10kV配电线路上的载波通信，其载波频率为5～40kHz。配电载波通信所用到的主要设备有：在主变电站安装的多路载波机（称主站设备）、在线路各测控对象处安放的配电线载波机（称从站设备）和高频通道。高频通道主要由10kV配电线路、高频阻波器（简称阻波器）、耦合电容器和结合滤波器组成。152020/5/20高频阻波器的作用：防止高频信号向不需要的方向传输；耦合电容器的作用：将载波设备与馈线上的高电压、操作过电压及雷电过电压等隔开，以防止高电压进入通信设备，同时使高频载波信号能顺利地耦合到馈线上；结合滤波器的作用：与耦合电容器配合将载波信号耦合到馈线上，并抑制干扰进入载波机。结合滤波器由接地刀闸QS、避雷器F、排流线圈L1、调谐网络C1、L2和匹配变压器T组成，如图8-1所示。图8-1结合滤波器的组成162020/5/20光纤通信：是以光波作为信息载体，以光导纤维为传输媒介的一种崭新的通信方式。优点：传输频带宽、通信容量大、传输速率高、传输损耗小、误码率低、可靠性高、不受电磁干扰、组网灵活方便。优点：配电载波机的传输率可达到150～300bit/s，可满足双向通信的要求，在配电网监控、远方抄表和负荷控制等领域得到广泛的应用。光纤通信系统由电端机、光端机、中继器和光缆组成，如图8-2所示。图8-2光纤通信系统的组成172020/5/20电话线通信：分为租用电话专线和公用电话拨号两种方式。租用电话专线方式：传输速率高，但租金较贵，成本高，适用于对通信速率要求较高的场所，如配电子站与主站之间的通信；公用电话网拨号方式：费用较低，但拨号电话的连接时间长且有时接不通，因此只适用于对通信速率要求不高的场所，如远程抄表等。电话线通信的缺点：电力部门无法完全掌握电话线通信的维护以确保其可靠运行，而且还有许多电话线未能覆盖到的区域。182020/5/20无线通信：包括调幅（AM）广播、调频（FM）广播、无线寻呼网、高频通信（HF）、无线扩频通信、微波通信、卫星通信、数控电台等。高频通信：扩频通信的频率范围在150～800MHz。特点：通信速度不高，传输距离较短，但绕射能力较强，比较适合中小城市和大城市近郊及广大农村地区的配电自动化设备间的通信。扩频通信：扩频通信的频率范围为900～1000MHz。特点：传输速率高，发射功率小，抗干扰能力强，但要求通信两端无阻挡，因此对位于高楼林立之中的城市配电网应用效果不佳。用于通信点不多，通信速率要求较高的场合，例如子站与配电控制中心间的通信。微波通信（也称视距通信）：微波通信是采用1GHz以上的频率，外加特有的设备构成的通信方式。特点：传输容量大，传输距离长，稳定性能好，配置灵活。微波通信同光波一样是直线传播的，因而也称视距通信192020/5/20卫星通信：卫星通信是通过同步轨道上的通信卫星作为中继站来转发或发射无线电信号，在地面站间进行通信的。优点：不受地形和距离的限制，通信容量大，不受大气层骚动的影响，通信可靠。2.现场设备级通信方式现场总线：是连接智能现场设备与控制系统和控制室之间的一种数字式、双向、串行、多点通信的系统。其传输介质主要采用双绞线。优点：可靠性高，稳定性好，抗干扰能力强，通信速率高，造价低廉，维护成本低。在配电自动化系统中，LonWorks总线和CAN总线是较常用的两种现场总线通信方式。202020/5/20LonWorks总线：LonWorks技术是由美国Echelon公司开发，并与Motorola和东芝公司共同倡导的现场总线技术。它采用了ISO/OSI开放系统互联模型全部的七层协议结构，是唯一提供全部服务的现场总线。CAN总线：CAN最早由德国Bosch公司推出，是一种具有很高可靠性、支持分布式实时控制的串行通信网络。它是目前唯一被批准为国际标准的现场总线。LonWorks支持双绞线、电力线、同轴电缆和光纤等多种网络传输介质并支持多种拓扑结构，组网方式灵活，其通信速率为78kbit/s/2700m、1.25Mbit/s/130m，节点数32000个。CAN可以采用点对点、一点对多点及全局广播多种方式发送接收数据，可以多主方式工作。CAN总线采用双绞线或光纤串行通信方式，其通信速率为5kbit/s/10kM、1Mbit/s/40m，节点数110个。212020/5/20RS-485标准接口：RS-485是一种改进的串行接口标准，其接口环节简单且不含CPU。RS-485最多可支持64～256个发送/接收器对，最远传输距离为2.5km（≤9600bit/s），最高传输速率为2.4Mbit/s。用于一些对实时性要求不高的场合，比如远方自动抄表。四、配电自动化系统的通信方案配网自动化工程所使用的通信介质主要有光纤、屏蔽双绞线和配电线。配网自动化系统一般可分为主站层、子站层和馈线层三层，在不同的层次上应采用不同的通信介质。222020/5/20主站与子站之间：一般采用单模光纤通信。光纤通信的组网方式一般分为两种：光纤以太网和光纤环网。子站与馈线之间：一般采用光纤、双绞线、电力线载波、无线等多种通信手段混合的方式。低压抄表系统：采用低压配电线载波通信。图8-3为北京四方华能公司生产的CSDA2000配网自动化系统的总体结构图，各层之间采用的通信介质如图所示。232020/5/20图8-3配网自动化系统的总体结构242020/5/208.3配电网的馈线自动化一、概述馈线自动化的实现方式有以下两种：当地控制方式：依靠智能配电开关设备（重合器和分段器等）间的相互配合来实现故障区域自动隔离和健全区域自动恢复供电的功能；远方控制方式：通过通信网络及配电子站把户外分段开