配电网管理系统

第6章配电管理系统（DMS）回顾：电力系统自动化的分类（按运行管理区域分类）调度自动化发电厂自动化火电厂自动化水电厂自动化配电网自动化变电站自动化电力系统自动化本章主要内容第一节配电管理系统（DMS）概述第二节馈线自动化第三节负荷控制技术及需用方管理（DSM）第四节配电图资地理信息系统（AM/FM/GIS）第五节远程自动抄表计费系统第一节配电管理系统（DMS）概述我国规定：输(送)电电压为110kV及以下为配电网。我国配电电网按电压等级分为三类：高压配电电网(35kV～110kV)；中压配电电网(10kV)；低压配电电网(380/220V)。一、配电网的构成配电网的构成由配电变电站和配电线路组成。对于不具备变电功能而只具有配电功能的配电装置称为开关站。开关站高压配电变电站低压配电变电站配电网的特点配电网输电电压等级环节网络结线方式配电设备分布远方终端设备操作较低（≤110kV）配电-用户辐射网沿线分散配置终端数量多每个终端采集量少野外设备-人工较高≥220kV）发电-输电环网集中在变电所终端数量少；每个终端采集量多远程二、配电自动化的概念1、配电管理系统的概念（DMS）（DistributionManagementSystem）通常把从变电、配电到用电过程的监视、控制和管理的综合自动化系统，称为配电管理系统。杆变杆变杆变变电所变电所箱变开闭所调度中心中心站中心站2、配电管理系统的组成（1）配电自动化系统(DAS)（DistributionAutomationSystem）①配电网数据采集和监控（SCADA)配电SCADA系统是配电网管理系统DMS基本功能的组成，同时又是DMS的基本应用平台。配电SCADA系统在DMS中的地位和作用与输电SCADA系统在输电能力管理系统（EMS）中的地位和作用是等同的。由于配电网的特点，配电SCADA要比输电SCADA复杂的多。配电SCADA的特点•（1）基本监控对象为变电站10kV出线开关及以下配电网的环网开关、分段开关、开闭所、公用配电变压器和电力用户，数据量通常要比输电系统多一个数量级。•（2）系统要求比输电SCADA系统对数据实时性的要求更高。•（3）系统对远动通信规约具有特殊的要求。•（4）配电网为三相不平衡网络。•（5）配电网直接面向用户，对可维护性的要求也更高。•（6）集成了管理信息系统（MIS）的许多功能，对系统互连性的要求更高，配电SCADA系统必须具有更好的开放性。•（7）必须和配电地理信息系统（AM/FM/GIS）紧密集成。配电SCADA的基本组织模式配电网的SCADA系统是通过监测装置来收集配电网的实时数据，进行数据处理以及对配电网进行监视和控制等功能。②需方管理（DSM）DemondSideManagement电力的供需双方共同对用电市场进行管理，以达到供电可靠性，减少能源消耗及供需双方的费用支出的目的。③配电地理信息系统（GIS）GeographicInformationSystem因为配电网节点多，设备分散，其运行管理工作常与地理位置有关，将GIS与一些属性数据库结合，可以更加直观的进行运行管理。（1）配电自动化系统(DAS)（DistributionAutomationSystem）三、配电自动化的现状1.国内配电自动化的现状我国配电自动化起步较晚，目前已步入了配电网自动化的发展时期。2.国外配电自动化的现状（1）现状在一些工业发达国家中，配电自动化系统受到了广泛的重视，国外的配电自动化系统已经形成了集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统(DMS)，其功能已多达140余种。（2）发展方向：目前，国外正致力于研究配电自动化专家系统和配电网仿真培训系统等。四、配电管理系统（DMS）的通信方案配电自动化系统采用的通信方式有配电线载波通信、电话线、调幅（AM）调频（FM）广播、甚高频通信、特高频通信、微波通信、卫星通信、光纤通信等多种形式。这里只讨论配电自动化系统的一种典型的通信方案。（1）主站与子站之间，使用单模光纤。调度中心与变电所之间已经建立了单模光纤通信网络，配网自动化系统的主站与子站之间的通信可以借用这个通道，以节省再次铺设通信线路的投资。（2）子站与FTU之间，使用多模光纤。•因为子站与FTU之间形成的通信网络之间，各个通信节点的距离较短，很少超过3km，多模光纤已经能够满足要求，不需要使用单模光纤。因此子站与刚之间可使用多模光纤，构成自愈式双环网。1）单环光纤通信四、配电管理系统（DMS）的通信方案•光收发器既有光收发功能，又有转发功能。在环网中每个FTU配一个这样的光收发器，并用一根单芯的光纤与相邻的FTU或主站相连。在单环通信结构中，一旦光纤或光收发器发生故障，则整个环就失去了通信。2)自愈式双环光纤通信。自愈式环网光纤通信可大大提高通信的可靠性。四、配电管理系统（DMS）的通信方案四、配电管理系统（DMS）的通信方案（3）TTU与电量集抄系统的数据的转发。可以利用有线（屏蔽双绞线）方式采用现场总线（如RS-485，CAN总线、Lon-Works总线等）通信。四、配电管理系统（DMS）的通信方案•配电自动化系统通信方案网络结构图：第二节馈线自动化（FA--FeederAutomation）馈线自动化指配电线路的自动化。馈线自动化的主要任务：(1)正常情况下，馈线自动化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，实现线路开关的远方或就地合闸和分闸操作；(2)故障时，获得故障记录，并能自动判别和隔离馈线故障区段，迅速对非故障区域恢复供电。二、馈线自动化的实现方式馈线自动化方案可分为就地控制和远方控制两种类型。•就地控制依靠馈线上安装的重合器和分段器自身的功能来消除瞬时性故障和隔离永久性故障，不需要和控制中心通信即可完成故障隔离和恢复供电；•远方控制是由FTU采集到故障前后的各种信息并传送至控制中心，由分析软件分析后确定故障区域和最佳供电恢复方案，最后以遥控方式隔离故障区域，恢复正常区域供电。三、馈线自动化常用设备（一）自动重合器重合器(reclose)是一种自具控制及保护功能的开关设备，它能按预定的开断和重合顺序自动进行开断和重合操作，并在其后自动复位或闭锁。所谓自具（SelfContained），即本身具有故障电流检测和操作顺序控制与执行的能力，无需附加继电保护装置和另外的操作电源，也不需要与外界通信。1、重合器的功能当事故发生后，如果重合器经历了超过设定值的故障电流，则重合器跳闸，并按预先整定的动作顺序作若干次合、分的循环操作，若重合成功则自动终止后续动作，并经一段延时后恢复到预先的整定状态，为下一次故障作好准备。若重合失败则闭锁在分闸状态，只有通过手动复位才能解除闭锁。2、重合器与断路器的区别：（1）重合器的作用强调开断、重合操作顺序、复位和闭锁，以识别故障所在地，而断路器的作用仅强调开断、关合；（2）重合器是自我控制设备，本身具有过电流检测、操作顺序选择、开断和重合特性的调整等功能，其操作电源直接取自高压线路，无需附加装置，这些功能在设计上是统一考虑的，而断路器与其控制系统在设计上是分别考虑的，其操作电源也另外提供；（3）二者开断特性也不同。一般重合器的动作特性可以分为瞬动特性和延时动作特性两种。通常重合器的动作特性可整定为“一快二慢”、“二快二慢”和“一快三慢”等。3、在配电网中应用重合器具有下述优点：(1)节省变电站的综合投资。重合器装设在变电所的构架和线路杆塔上，无需附加控制和操纵装置，故操作电源、继电保护屏、配电间皆可省去，因此，基建面积可大大缩小，土建费用可大幅度降低。(2)提高重合闸的成功率。(3)缩小停电范围。重合器与分段器、熔断器配合使用，可以有效地隔离发生故障的线路，缩小停电范围。(4)提高操作自动化程度。重合器可按预先整定的程序自动操作，而且配有远动附件，可接收遥控信号，适于变电所集中控制和远方控制，提高了变电所自动化程度。(5)维修工作量小。重合器多采用SF6和真空作介质，在其使用期间，一般不需保养和检修。4、重合器的分类（1）按绝缘介质和灭弧介质分油重合器、真空重合器和SF6重合器；（2）按控制装置分电子控制(分立元件控制电路、集成电路控制电路、微处理机控制电路)、液压控制和电子液压混合控制三种；（3）按相数分：单相、三相；（4）按安装方式分：柱上、地面和地下。（二）分段器1、分段器的功能分段器(sectionalizer)是配电网中用来隔离线路区段的自动开关设备。分段器与电源侧前级开关（例重合器或断路器或熔断器）相配合，在失压或无电流的情况下自动分闸的开关设备。分段器可开断负荷电流、关合短路电流，但不能开断短路电流，因此不能单独作为主保护开关使用。2、分段器的类型（1）电压-时间型分段器电压-时间型分段器是凭借加压、失压的时间长短来控制其动作的，失压后分闸，加压后合闸或闭锁。两种功能：•第一种是在正常运行时闭合的分段开关；•第二种是正常运行时断开的分段开关。电压-时间型分段器有两个重要参数需要整定：•其一为X时限，它是指从分段器电源侧加压至该分段器合闸的时延；•另一个参数为Y时限，它又称为故障检测时间。Y时限作用：如果在Y时间内一直可检测到电压，则Y时间之后发生失压，分段器不闭锁，当重新来电时还会合闸（经X时限）；如果在Y时间内检测不到电压，则分段器将发生分闸闭锁，即断开后来电也不再闭合。四、就地控制的馈线自动化（一）辐射状网的故障隔离A采用重合器，整定为一慢一快，即第一次重合时间为15s，第二次重合时间为5s。•B、D采用电压-时间型分段器，其X时限均整定为7s；•C和E亦采用电压-时间型分段器，其X时限整定为14s，•所有分段器的Y时限整定为5s。•分段器都是常闭开关，均设置在第一套功能。在c区段发生永久性故障后，重合器A跳闸，导致线路失压，造成分段器B、C、D和E均分闸；事故跳闸15s后，重合器A第一次重合；又经过7s的X时限后，分段器B自动合闸，将电供至b区段；又经过7s的X时限后，分段器D自动合闸，将电供至d区段；分段器B合闸后，经过14s的X时限后，分段器C自动合闸，由于c段存在永久性故障，再次导致重合器A跳闸，从而线路失压，造成分段器B、C、D和E均分闸，由于分段器C合闸后未达到Y时限(5s)就又失压，该分段器将被闭锁；重合器A再次跳闸后，又经过5s进行第二次重合，分段器B、D和E依次自动合闸，而分段器C因闭锁保持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段供电。图8.7中各开关的动作时序图（二）环状网开环运行时的故障隔离采用重合器与电压-时间型分段器配合:A代表重合器，整定为一慢一快，即第一次重合时间为15s，第二次重合时间为5s。B、C和D代表电压-时间型分段器并且设置在第一套功能中，它们的X时限均整定为7s，Y时限均整定为5s；E亦代表电压-时间型分段器，但设置在第二套功能中，其XL时限整定为45s，Y时限整定为5s。该开环运行的环状网正常工作的情形如下：（a）在c区段发生永久性故障后，重合器A跳闸，导致联络开关左侧线路失压，造成分段器B、C和D均分闸，并起动分段器E的XL计数器；事故跳闸15s后，重合器A第一次重合；又经过7s的X时限后，分段器B自动合闸，将电供至b区段；（b）（c）（d）•又经过7s的X时限后，分段器C自动合闸，此时由于c段存在永久性故障，再次导致重合器A跳闸，从而线路失压，造成分段器B和C均分闸，由于分段器C合闸后未达到Y时限(5s)就又失压，该分段器将被闭锁；重合器A再次跳闸后，又经过5s进行第二次重合，随后分段器B自动合闸，而分段器C因闭锁保持分闸状态；（f）（e）•重合器A第一次跳闸后，经过45s的XL时限后，分段器E自动合闸，将电供至d区段；又经过7s的X时限后，分段器D自动合闸，此时由于c段存在永久性故障，导致联络开关右侧的线路的重合器跳闸，从而右侧线路失压，造成其上所有分段器均分闸，由于分段器D合闸后未达到Y时限(5s)就又失压，该分段器将被闭锁；（h）（g）•联络开关