(本科)配电自动化(第一讲)

配电自动化系统主讲人：黄伟教授Email:[e-mail]:010-80790940参考书目王明俊，配电系统自动化及其发展，电科院，中国电力出版社1998年方富淇，配电网自动化,华南理工大学。中国电力出版社2000年陈堂等，配电系统及其自动化技术，中国电力出版社，2002年刘健等，配电自动化系统中国电力出版社，1998年徐腊元，配电王自动化设备优选指南，中国机械出版社，1998年谷水清，配电系统自动化，中国电力出版社，2004年刘健等，复杂配电网简化分析与优化，中国电力出版社，2002年陈文高，配电系统可靠性实用基础，中国电力出版社，1998年苑瞬等，配电网无功优化及无功补偿装置，中国电力出版社，2003年倪建立，电力地理信息系统，中国电力出版社，2004年黄伟等，配电自动化技术，教材配电自动化系统一、配电自动化的问题的提出二、配电网的概念和特点三、配电网的评价和相关问题四、配电自动化的基本概念五、配电自动化的发展现状六、配电自动化包含的内容七、配电自动化注意的难点一、配电自动化问题的提出发、输、配、供、用国内、国外投资比例00.10.20.30.40.50.60.70.80.91中国日本美国发电输电配电二、配电自动化的基本概念2、配电网的基本概念在现代电力系统中，大型的发电厂往往远离负荷中心，发电厂发出的电能，一般要通过高压或超高压输电网络送到负荷中心，然后在负荷中心由电压等级较低的网络把电能分配到不同电压等级的用户，这种以各级电压的电力线路及其联系的变电站组成的统一体称为配电网络(DistributionNetwork)，配电区域内的配电线及其配电设施的总称叫配电系统。按电压等级分：高压输电网（220kV,500kV,750kV,1000kV)高压配电网（66kV,110kV)中压配电网（10kV,35kV)低压配电网（220～380V)按地域分：城市配电网和农村配电网起分配电能作用的网络称为配电网城市配电网和农村配电网的特点1.城市配电网的主要特点（1）深入城市中心地区和居民密集点，负载相对集中，发展速度快，因此在规划时应留有发展余地。（2）用户对供电质量要求高。（3）配电网的设计标准较高，在安全与经济合理平衡下，要求供电有较高的可靠性。（4）配电网的接线较复杂，要保证调度上的灵活性、运行上的供电连续性和经济性。（5）随着配电网自动化水平的提高，对供电管理水平的要求越来越高。（6）对配电设施要求较高。因为城市配电网的线路和变电站要考虑占地面积小、容量大、安全可靠、维护量小及城市景观等诸多因素。2.农村配电网的主要特点（1）供电线路长，分布面积广，负载小而分散；用电季节性强，设备利用率低。（2）发展速度快，存在建设无规划，布局不合理，施工无设计，设备质量差等先天不足。（3）农电队伍不稳定，专业水平不理想。（4）农电用户多数是乡镇企业、农业排灌和农民生活用电，用户安全用电知识贫乏，严重影响安全供用电。电网结构的布局形式1）城网基本接线方式放射型（Radial)：只从一端供电的电路树枝状：环型(loop)：构成一个完整的单电源的环形电路网孔型(Meshed)：多数是多电源供电单电源供电的网络运行方式多电源供电的网络运行方式2DL负荷6负荷1负荷2负荷3负荷4负荷51DL环式网辐射网配电网的构成变电站1变电站4变电站3环网柜1环网柜2环网柜3环网柜4变电站2典型多电源电缆系统示意图常开开关常闭开关正常情况下环网柜1由变电站1供电,环网柜2由变电站2供电,环网柜3由变电站3供电,环网柜4由变电站4供电.下面以环网柜4为例介绍故障的隔离与转供电。线路负荷供电规划示意图北干线022041122002S7-500KVA1西区电话站S7-250KVA1032312201012220072539151S9-M-200KVAS7-50KVA交警队3137路灯51522008622006812200961872022005S7-500KVA257S9-500KVA让二楼区22003161四楼区12200123器材站4S9-400KVA3220041100m路灯YJLV22-6/63*70金属二厂S7-800*2KVA四连杆三、配电网供电几个基本概念电压偏差网损率负载率负荷矩容载比用户平均停电时间AIHC1供电可靠率RS1(1)评价指标—电压偏差电压偏差我国《35-110KV变电所设计规范》GB50059-92第一章《总则》第一条规定：35-110KV电压允许变化范围为额定电压的±5%10KV电压允许变化范围为额定电压的±5%400V电压允许变化范围为额定电压的+3%～-7%(2)评价指标—网损率网损率我国国家标准《评价企业合理用电技术导则》（GB3485-83）中规定：降低企业受电端至用电设备间的线损，线损率应达到下列指标：一次变压：3.5%以下；二次变压：5.5%以下；三次变压：7%以下。(3)评价指标—负载率负载率负载率越大，越接近线路的热稳定极限和动稳定极限，线路承受负载的能力越低，安全性能越差；负载率越小，经济性能越差。(4)评价指标—负荷矩负荷矩《电力工程电气设计手册》规定：35kV输电线路的供电半径为20-50km；110kV为50-150km；220kV为100-300km。并给出了电压损耗为10%时各电压等级线路在使用不同型号导线时，对应不同功率因数的负荷矩。(下表功率因数为0.95)导线型号35kV架空线路负荷矩110kV架空线路负荷矩LGJ-1203062980LGJ-1503623510LGJ-1854154010LGJ-240/4630(5)评价指标—容载比容载比我国《城市电力网规划设计导则》规定：各地区城市电网规划设计中应根据现有统计资料和电网结构形式确定合理的容载比，并推荐220kV变电所可取1.8～2.35；35～110kV变电所可取1.6～1.9。(6）评价指标—用户平均停电时间AIHC1用户平均停电时间供电用户在统计期间的平均停电小时数。（7）评价指标—供电可靠率RS1供电可靠性供电可靠率反映了一个供电企业的电网状况，供电水平和管理水平的高低。目前，国内供电企业宣布的供电可靠性一般能达到99.9%，即每年中对用户停电时间不超过9小时。供电电能质量1电压幅值2频率3波形4波动和闪变5三相系统不平衡_++_pcosUIPtui1）供电可靠性RS1=有效供电时间/统计时间（8760小时）*100%(计算计划检修时间)RS3=有效供电时间/统计时间（8760小时）*100%中国RS3=99.96%日本RS3=99.998%日本每户年停电时间为：6min；法国每户年停电时间为：69min；英国每户年停电时间为：80min；美国每户年停电时间为：98min；2)电力负荷密度负荷（KW)/平方公里（KM2）北京10000～12000KW/KM2上海14000～15000KW/KM2伦敦18000～20000KW/KM2东京19000～21000KW/KM2四、配电自动化的概念配电自动化：是对配电网上的设备进行远方实时监视、协调及控制的一个集成系统。手段：利用通信技术和计算机技术对配电网进行智能化监控管理。目的：提高供电可靠性和供电电能质量，始终处于安全、经济的最优运行状态1、简单电力系统结构图配电网可分为：辐射网、树状网和环状网EMS和DMS在电力系统中的关系发电厂输电线高压变电站配电网用户AGC调度自动化SCADA需方管理能量管理系统配电管理系统电网调度自动化配电自动化系统配电系统自动化配电系统自动化配电管理系统配电自动化系统配网高级应用软件配电SCADA地理信息系统配电工作管理故障投诉用户信息系统变电站自动化系统馈线自动化系统负荷控制远方抄表系统需求侧管理系统1）搞好配电自动化的意义好处（1）扩大系统监控范围，保证有效管理（2）提高配电网运行管理水平（3）减少事故和操作引起的停电时间，提高供电可靠性（4）改善电能质量，提高用户服务水平（5）提高劳动生产率（6）达到电网经济运行的目的（7）合理推迟电网建设，有效里弄有限的资金（8）树立良好的供电企业形象采用高质量、大容量的设备１．预防事故发生提高供电可靠性的３个对策２．缩小事故区间３．迅速进行负荷转移小区間化１．预防事故发生２．缩小事故区间３．迅速进行负荷转移提高供电可靠性的3个对策通过区间分割来提高供电可靠性（区间分割的优点）（1）缩小故障停电范围区间分割后用户SWSW用户SWSW停电范围停电范围SWSW通过区间分割来提高供电可靠性（区间分割的优点）（2）搜索故障点的快速化（搜索范围的缩小）区间分割后搜索范围SWSW事故点搜索范围事故点提高供电可靠性的3个对策总结预防事故发生缩小停电范围分割区間中长期投资计划城市基础建设改进设备系统构成复杂化应用ＤＡＳ经济性设备利用率迅速恢复事故构筑多分割多连接网络配电设备投资与如何进一步提高可靠性投资费用可靠性投资与效果的界限100%用DAS进一步提高可靠性？五、配电自动化的发展国外自动化的发展分为三个阶段第一阶段：大约在70年代主要目标：在重要的线段实现故障自动隔离，自动抄表，试点工作。第二阶段：80年代初期主要目标：配电自动化设备投入，促进负荷控制的发展。第三阶段：80年代后期主要目标：微机和通讯技术的发展，分布式实时网络的出现。日本九大电力公司・北海道・东北・东京・北陆・中部・关西･中国・四国・九州・日本电力公司概要500600（亿Kwh）89979695949893年度700≈●●●●●●●≈510596643667690699720九州电力公司总销售电量变化≈・日本DAS开发的历史77年日本最早的配电自动化系统(九州电力)85年采用GIS、真正意义的大規模配电自动化系统完成(获产业技术大奖)86年北陆电力、关西电力引入ＤＡＳ87年四国电力、东北电力引入ＤＡＳ89年中部电力引入ＤＡＳ90年北海道电力引入ＤＡＳ94年九州电力实现100%开关的远动化96年开发功能分散型的DAS系统(UNIX服务器)97年多服务器型开放型系统01年在九州电力已有80个ＤＡＳ系统投运配电自动化系统（日本东京电力为例）银座支店管辖区域状况電力負荷密度：148,000kW／km2東京電力銀座支店配電自動化系統日本国内第一个配电自动化系统工程188742.11.81112.35.84.44443.33.30102019851988199119931994199519961997九州日本全国分/年.户(年)九州停电时间九州电力提高供电可靠性的历程开始建设配电主站实现开关100%遥控我国配电网自动化的发展工作起步于20世纪80年代末，其标志是石家庄和南通各引进了一套日本户上制作所赠送的配电网自动化环路设备，该设备相当于日本70年代装备水平，我国真正开展工作是在90年代1990年沈阳局开始制定配电线路自动化方案1993年邢台局和电科院制定自动化规划方案1994年广州和大连开始配电自动化试验1996年上海市东供电开始配电自动化工作国内配电自动化发展概况1998年推进城市建设和改造工作会议1999年10KV配网自动化发展规划要点2000年配电自动化终端设备通用技术条件特点：1）一期试点多为小规模2）控制方式绝大多数为集中式，部分采用就地式（电压型）3）架空线路为主4）通信方式的多样化国内配电自动化发展特点六、配电自动化的内容一、配电自动化系统的组织二、配电自动化设备三、开闭所和配电变电站内自动化四、馈线自动化五、配电自动化的通信系统六、系统高级应用软件七、远方抄表与计费系统八、负荷控制和管理系统九、配电自动化地理信息系统十、配电自动化及应用七、配电自动化的难点配电自动化的功能：信息管理、可靠性管理、经济性管理、电压管理和负荷管理五部分配电自动化的难点：一、测控对象多二、设备环境差三、通信建设复杂四、控制电源和工作电源难于提取五、配电网结构不合理存在三大问题（