配电自动化系统-chapter12资料课件

中国矿业大学电气工程系中国矿业大学电气工程系2010.82010.8刘建华刘建华 李国欣李国欣 lee_ lee_教材：教材：配电自动化系统配电自动化系统 刘健等编著刘健等编著 中国水利水电出版社中国水利水电出版社关于本课程的教学关于本课程的教学l全部多媒体教学全部多媒体教学l课堂讲解、提问、讨论，思考题、作业课堂讲解、提问、讨论，思考题、作业相结合相结合l目标：熟悉配电自动化系统的组成、基目标：熟悉配电自动化系统的组成、基本结构、实现手段、特点及其相关知识，本结构、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。巩固和拓展已学电力系统知识。关于本课程的学习方法关于本课程的学习方法l重在基础，拓宽视野重在基础，拓宽视野l探索学习，勤于思考探索学习，勤于思考l刘刘健健等等编编著著，配配电电自自动动化化系系统统，中中国国水水利利水水电电出版社，出版社，1999l刘刘健健等等编编著著，配配电电自自动动化化系系统统（第第二二版版），中中国水利水电出版社，国水利水电出版社，2003l王王士士政政编编著著，电电网网调调度度自自动动化化与与配配网网自自动动化化技技术，中国水利水电出版社，术，中国水利水电出版社，2003l王王明明俊俊等等编编著著，配配电电系系统统自自动动化化及及其其发发展展，中中国电力出版社，国电力出版社，1998 l方方富富淇淇主主编编，配配电电网网自自动动化化，中中国国电电力力出出版版社社，2000l范范明明天天等等译译，配配电电网网络络规规划划与与设设计计，中中国国电电力力出版社，出版社，1999主要参考主要参考主要参考（续主要参考（续1）l陈陈德德树树，计计算算机机继继电电保保护护原原理理与与技技术术，水水利利电电力出版社，力出版社，1992l黄黄益益庄庄编编著著，变变电电站站综综合合自自动动化化技技术术，中中国国电电力出版社，力出版社，2000l段段传传宗宗编编著著，无无人人值值班班变变电电所所及及农农网网综综合合自自动动化，中国电力出版社，化，中国电力出版社，1999l孙孙成成宝宝等等主主编编，配配电电网网实实用用技技术术，中中国国水水利利水水电出版社，电出版社，1998l中中国国电电力力企企业业家家协协会会供供电电分分会会编编，电电力力载载波波通通信，中国电力出版社，信，中国电力出版社，1999年年6月月主要参考书目（续主要参考书目（续2）l电力系统自动化时代网站电力系统自动化时代网站l l中国电力通信网中国电力通信网 l http:/l企业企业l 国电南瑞国电南瑞 东方电子东方电子 思达高科思达高科 珠海优特珠海优特l 北京四方北京四方 许继许继本课程主要内容（本课程主要内容（Outline）l概述概述l配电自动化的通信系统配电自动化的通信系统l开开闭闭所所和和配配电电变变电电所所内内自自动动化化（变变电电站站综综合合自自动化）动化）l馈线自动化馈线自动化l配电配电SCADA系统的组织系统的组织l远方抄表与电能计费系统远方抄表与电能计费系统l负荷控制和管理系统负荷控制和管理系统l配电自动化地理信息系统配电自动化地理信息系统l配电自动化的计算机系统配电自动化的计算机系统第第1 1章章 概述概述l配电系统自动化配电系统自动化(Distribution System Automation,DSA)或配电网自动化或配电网自动化：运用计算机技术、自动控制技运用计算机技术、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。全、可靠、优质、经济、高效的最优运行状态。l配电系统自动化是继调度自动化、变电站自动化后发展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。起来的电力系统自动化新领域，覆盖面大。l目的：目的：提高供电可靠性和供电质量，减少停电时间、面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，调实现明智、必要的操作，降低运行降低运行费用，用，实现配配电管管理理现代化。代化。供电可靠性、供电质量要求供电可靠性、供电质量要求l供电可靠性、供电质量是电力系统的两大考核指标。供电可靠性、供电质量是电力系统的两大考核指标。l国家电力公司提出的考核指标：国家电力公司提出的考核指标：l供电可靠性供电可靠性：城市电网可靠率达到：城市电网可靠率达到99.9，大城市，大城市市中心区达到市中心区达到99.99；l供电质量供电质量：电压合格率：电压合格率98（严格的供电质量包（严格的供电质量包括：括：频率合格：频率合格：49.8Hz f 50.2Hz，电压：合格：电压：合格：VminVVmax；谐波含量低；电压波动与闪变幅度谐波含量低；电压波动与闪变幅度小小）。）。l为达到上述指标，要求采用提高供电自动化水平，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。实现配电系统自动化。电力系统图解电力系统图解火力发电厂火力发电厂水力发电厂水力发电厂变配电所变配电所电力线路电力线路1.1 配电网及其特点配电网及其特点l配配电电网网（Distribution Network)：电电力力系系统统中中二二次次降降压所低压侧直接或降压后向用户供电的网络。压所低压侧直接或降压后向用户供电的网络。l或或：电电力力系系统统发发电电、输输电电和和配配电电中中直直接接面面向向电电力力系系统用户的系统。统用户的系统。l或：或：110kV及以下电压的线路和设备构成的电力网。及以下电压的线路和设备构成的电力网。电力系统各环节示意图电力系统各环节示意图配电网组成配电网组成l组组成成：馈馈线线（架架空空线线或或电电缆缆）、降降压压变变、断断路路器器、各各种种开开关关（也也包包括括继继保保、自自动动装装置置、测量、计量仪表、通信、控制设备）。测量、计量仪表、通信、控制设备）。l电电 压压：1kV称称 高高 压压（35kV、610kV、3kV）；1kV称称 低低 压压（一一 般般 指指 220V、380V）。）。l本本课课程程重重点点：主主要要讨讨论论10kV电电压压级级的的设设备备和和线路构成的电力网。线路构成的电力网。配电网特点配电网特点l配电网的特点一般有配电网的特点一般有：负荷集中，负荷集中，深入城市中心和居民密集点；深入城市中心和居民密集点；传输功率较小、距离较短传输功率较小、距离较短；采用辐射型运行方式；采用辐射型运行方式；供电容量、用户性质、供电质量和可靠性要供电容量、用户性质、供电质量和可靠性要求千差万别，各不相同。求千差万别，各不相同。l我国配电网还有一个显著特征，就是我国配电网还有一个显著特征，就是中性点不接中性点不接地地，在发生单相接地时，仍允许供电一段时间。，在发生单相接地时，仍允许供电一段时间。这一特点使得我国的配电自动化系统不能直接引这一特点使得我国的配电自动化系统不能直接引进国外设备，而必须结合我国配电网的实际情况，进国外设备，而必须结合我国配电网的实际情况，逐步加以改进。逐步加以改进。配电网的体系结构配电网的体系结构环状网（手拉手）环状网（手拉手）网格式接线网格式接线辐辐射射网网树树状状网网1.2 配电自动化的概念配电自动化的概念l配电自动化是配电自动化是9090年代首先由美国而后到其它工业发达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。无一个严格的定义。l配电管理系统配电管理系统(Distribution Management System,DMS)：从变电、配电到用电过程的监视、控制和管从变电、配电到用电过程的监视、控制和管理的综合自动化系统。理的综合自动化系统。l配电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。和操作配电设备的自动化系统。lDSA与与DMS、DAS关系关系：DSA包含了包含了DMS和和DAS，DAS是窄义的配电系统自动化是窄义的配电系统自动化(DSA)；DMS是广义的是广义的DSA，是实现，是实现DSA所有功能的总称。所有功能的总称。DMS与与DAS的涵盖关系的涵盖关系DSA与与DMS、DAS的关系的关系1.DMS1.DMS与输电网与输电网EMSEMS的关系的关系DMSDMS与与EMSEMS区别区别：DMS与输电网自动化的能量管理系统与输电网自动化的能量管理系统EMS(Energy Management System)处同一层次，但处同一层次，但目标不同，目标不同，EMSEMS管理输、发电，管理输、发电，DMSDMS管理负荷。管理负荷。EMS与与DMS软件关系软件关系调度自动化调度自动化l我国电网采用五级调度管理我国电网采用五级调度管理：国家电力调度中心：国家电力调度中心(国调国调)、大区电网调度中心大区电网调度中心(网调网调)、省电网调度中心、省电网调度中心(省调省调)、地、地市电网调度中心市电网调度中心(地调或市调地调或市调)、县级电网调度机构、县级电网调度机构(县调县调)。l目前，我国国调下有网调目前，我国国调下有网调6个，省调个，省调31个，地调或市调个，地调或市调280个，县调个，县调2400个。个。l调度自动化的基本内容调度自动化的基本内容：l输电输电SCADASCADA系统系统：现场数据的实时采集，采集各种部件：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（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。的分、合状态，在此基础上实现系统监视和控制。lEMSEMS：根据实时采集数据，进行各种模拟和计算，决定安根据实时采集数据，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、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。全运行分析。分区分级调度分区分级调度调度中心调度中心调度中心职能：调度中心职能：1）电力生产的）电力生产的指挥控制中心；指挥控制中心；2）根据国务院）根据国务院颁布的电力调度颁布的电力调度管理条例行使准管理条例行使准军事化的管理职军事化的管理职权。权。2.2.配电管理系统的内容配电管理系统的内容l配电配电SCADASCADA系统系统（Supervisory control and data acquisition,SCADASCADA）l地理信息系统地理信息系统（Geographic Information Geographic Information System,GISSystem,GIS）l需方管理系统需方管理系统（Demand Side Management,DSMDemand Side Management,DSM）l网络分析和优化网络分析和优化（Network Analysis,NA）l工作管理系统工作管理系统（Work Management System，WMS）l调度度员培培训模模拟系系统（Dispatcher Training System,DTS）配电配电SCADASCADA系统系统l进线监视进线监视：对配网进线变电所开关位置、母线电压、线路：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。电流、有功、无功、电度量监视。l馈线自动化馈线自动化(Feeder Automation,FA)Feeder Automation,FA)：正常时远方实时监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，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。恢复对非故障区段的供电。FAFA是是DASDAS的一个主要功能，是的一个主要功能，是技术难度大，表征技术难度大，表征DASDAS成败的关键。成败的关键。l开闭所与变电站自动化开闭所与变电站自动化(SA)SA)：开闭所、小区变开关位置、开闭所、小区变开关位置、继保、接地选线、电压电流、有功无功、电度量的远方监继保、接地选线、电压电流、有功无功、电度量的远方监视视,开关远控，变压器远方有载调压。开关远控，变压器远方有载调压。l变压器巡检变压器巡检：箱式变、各种变压器参数的远方监视，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。电容器的自动投切和远方投切。地理信息系统（地理信息系统（GISGIS）l设设备备管管理理(Facilities Facilities Management,FM)Management,FM)：将将变变电电站站、馈馈线线、开开关关、电电杆杆等等设设备备的的技技术术数数据据反反映映在在地地理理背背景景图上；图上；l用用户户信信息息系系统统(CIS)CIS)：将将用用户户名名称称、地地址址、帐帐户户、电电话话、用用电电量量和和负负荷荷、供供电电优优先先级级、停停电电记记录录进进行行处处理理,以尽快判断故障影响的范围。以尽快判断故障影响的范围。lSCADASCADA功功能能：SCADASCADA、DSMDSM上上报报的的实实时时数数据据信信息息与与GISGIS相相结合，便于操作、管理人员动态分析配网运行情况。结合，便于操作、管理人员动态分析配网运行情况。l停停电电管管理理系系统统(Outage Outage Management Management System,OMS)System,OMS)：接接到到停停电电投投诉诉后后，GISGIS通通过过CISCIS和和SCADASCADA，快快速速查查明明故故障障地地点点，选选择择合合理理操操作作顺顺序序和和路路径径，自自动动将将处处理理信信息息转转给投诉电话应答系统。给投诉电话应答系统。需方管理系统（需方管理系统（DSMDSM）lDASDAS系系统统的的另另一一组组成成部部分分，使使电电力力供供需需双双方方共共同同管管理理，提高可靠性，节省费用，包括：提高可靠性，节省费用，包括：l负负荷荷监监控控和和管管理理(Load Load Control Control&Management,LCM)Management,LCM)：综综合合分分析析用用户户用用电电量量，分分时时电电价价，天天气气预预报报，供供暖暖特特性性等等，确确定定最最优优运运行行和和负负荷荷控控制制计计划划，引引导导用用户户转转移移负荷，平坦负荷曲线。负荷，平坦负荷曲线。l远远 方方 抄抄 表表 与与 计计 费费 自自 动动 化化(Automatic Automatic Meter Meter Reading,AMR)Reading,AMR)：通通过过通通信信手手段段将将远远方方用用户户电电表表数数据据，传到控制中心，自动生成电费报表、曲线。传到控制中心，自动生成电费报表、曲线。网络分析和优化（网络分析和优化（NA）l包括潮流分析，网络拓扑优化，减少线损，改善电包括潮流分析，网络拓扑优化，减少线损，改善电压质量，降低运行成本。压质量，降低运行成本。l具体包括具体包括：网络接线分析，配电网潮流分析，短路：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），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，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。及无功优化。工作管理系统（工作管理系统（WMS）l监测运行设备，分析采集的数据，判断设备磨损监测运行设备，分析采集的数据，判断设备磨损状态，实现预防性检修。状态，实现预防性检修。具体包括具体包括：l网络分析，提出最佳停电方案；网络分析，提出最佳停电方案；l运行管理；运行管理；l设备检修管理；设备检修管理；l配电工程设计，接受完成用户申请报装接电的设配电工程设计，接受完成用户申请报装接电的设计任务；计任务；l施工管理，根据设计和工作任务，制定施工计划施工管理，根据设计和工作任务，制定施工计划并实施事故管理；并实施事故管理；l配电规划设计系统。配电规划设计系统。调度度员培培训模模拟系系统（DTS）l根据软件模拟仿真的配电网，对调度员进行培训；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。作结果，提高调度的安全性。主要功能主要功能：l正常情况下的培训：开关操作、倒闸操作、变压器正常情况下的培训：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、系统并列解列等减、系统并列解列等l紧急状态下的事故处理培训紧急状态下的事故处理培训l事故后电网的恢复操作培训事故后电网的恢复操作培训l预防性操作及操作后的分析培训预防性操作及操作后的分析培训l进行继电保护和自动装置研究进行继电保护和自动装置研究3.配电管理系统主站配置配电管理系统主站配置4.配电系统配电系统自动化结构自动化结构1.3 配电自动化的意义配电自动化的意义l配电自动化是电力系统自动化发展必然趋势，在人力尽量少介配电自动化是电力系统自动化发展必然趋势，在人力尽量少介入的情况下完成大量的重要性的工作。入的情况下完成大量的重要性的工作。意义：意义：l正常时，监视配网运行工况，优化配网运行方式；正常时，监视配网运行工况，优化配网运行方式；l故障时，快速发现故障和异常，快速隔离故障区段，恢复非故故障时，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；障区域供电，减少停电时间，减小停电面积；l根据配网电压合理控制无功负荷、电压水平，改善电压质量；根据配网电压合理控制无功负荷、电压水平，改善电压质量；l合理控制负荷，提高设备利用率，使配电网的潜力得以最大限合理控制负荷，提高设备利用率，使配电网的潜力得以最大限度地利用；度地利用；l自动抄表计费，保证抄表计费及时准确，提高效率；自动抄表计费，保证抄表计费及时准确，提高效率；l减少人力，避免大量重复性工作。减少人力，避免大量重复性工作。l主要目的主要目的：减少停电时间、面积，使调度员能根据监视情况，：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。在控制中心通过遥控、遥调实现明智的、必要的操作。1.4 配电自动化的基本功能配电自动化的基本功能l三个基本功能要求三个基本功能要求：配电网安全监视、控制、保护。：配电网安全监视、控制、保护。l配电网安全监视功能配电网安全监视功能：通过采集配电网上状态量、：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。模拟量、电度量，实现对配网运行状况监视。l控制功能控制功能：远方控制开关的合闸、跳闸、有载调压：远方控制开关的合闸、跳闸、有载调压设备调节。设备调节。l保护功能保护功能：检测、判断故障区段，隔离故障区段，：检测、判断故障区段，隔离故障区段，恢复正常区域供电。恢复正常区域供电。l信息管理子过程信息管理子过程：是配电自动化的一个基本功能，：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。（具体见表管理、负荷管理五部分。（具体见表13）1.5 配电自动化的难点分析配电自动化的难点分析1.1.配电自动化较输电自动化负复杂，规模大，投资大，但重配电自动化较输电自动化负复杂，规模大，投资大，但重视程度不够。视程度不够。2.2.要监测、控制的站点多，后台计算机要求高，设备的可靠要监测、控制的站点多，后台计算机要求高，设备的可靠性和可维护性要求高；性和可维护性要求高；3.3.环境要求（温度、湿度等）要求高，还要考虑防雷、防雨、环境要求（温度、湿度等）要求高，还要考虑防雷、防雨、散热等；散热等；4.4.通信系统复杂通信系统复杂(站端设备多，通信规约不一致站端设备多，通信规约不一致)；5.5.控制电源与工作电源难以获取，用蓄电池的方法时间、容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；量难以满足，充放电难以控制；6.6.开关需改造（加互感器、开关操作机构改造满足防跳跃机开关需改造（加互感器、开关操作机构改造满足防跳跃机构），以满足跳闸、控制要求。构），以满足跳闸、控制要求。7.7.每个配网都有其特殊性，比如地理环境、范围和规模、管每个配网都有其特殊性，比如地理环境、范围和规模、管理模式、用户性质等，这往往决定了该公司的配电自动化理模式、用户性质等，这往往决定了该公司的配电自动化最佳模式。最佳模式。1.6 国内外配电自动化的发展和现状国内外配电自动化的发展和现状l国外配电自动化系统已形成集变电所自动化、馈线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远方抄表等系统于一体的DMSDMS，功能达功能达140140多种。多种。l配电自动化系统发展大致分三个阶段：配电自动化系统发展大致分三个阶段：第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段主要主要特征特征基于自动化开关基于自动化开关设备相互配合设备相互配合基于基于FTU和通信和通信网络网络高级应用高级应用(SCADA,GIS,DSM,DTS,TC等等)主要主要功能功能故障隔离和健全故障隔离和健全区域恢复供电区域恢复供电远方监控远方监控配电管理系统和人工智配电管理系统和人工智能能主要主要设备设备重合器、分段器重合器、分段器 FTU、通信网络、通信网络、计算机系统计算机系统FTU、通信网络、计算通信网络、计算机系统、高级应用软件机系统、高级应用软件1.国外配电自动化的发展现状国外配电自动化的发展现状l国外配电自动化从单项自动化（多岛自动化），发展国外配电自动化从单项自动化（多岛自动化），发展为开发式、一体化、集成化的综合自动化系统。为开发式、一体化、集成化的综合自动化系统。l从从7070年代开始，国外各电力公司相继建成调度自动化年代开始，国外各电力公司相继建成调度自动化系统，日本在系统，日本在8080年代初期已有年代初期已有90%90%以上变电站实现了自以上变电站实现了自动化控制。动化控制。l美、德、意、法等，美、德、意、法等，90%90%以上变电站实现无人值班。以上变电站实现无人值班。l美国在美国在19801980年推广配电自动化年推广配电自动化/负荷管理系统，并已遍负荷管理系统，并已遍及加拿大、澳大利亚、挪威、西班牙、韩国等及加拿大、澳大利亚、挪威、西班牙、韩国等1010余个余个国家的国家的180180余个电力系统。余个电力系统。l8080年代后期，国外开始年代后期，国外开始发展配展配电自自动化系化系统，目前已，目前已达相当高水平，如美、日、加、法、芬达相当高水平，如美、日、加、法、芬兰、葡萄牙、葡萄牙、意大利、新加坡、澳大利意大利、新加坡、澳大利亚、英、德等。、英、德等。2.国内配电自动化的发展现状国内配电自动化的发展现状l我国电力系统自动化起步较晚，我国电力系统自动化起步较晚，58586060年起，我国开年起，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。解决，停顿下来。l8080年代又开始搞调度自动化，目前市级调度自动化已年代又开始搞调度自动化，目前市级调度自动化已完成，县级调度自动化实现一半左右，完成，县级调度自动化实现一半左右，9090年代初开始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。搞无人值班变电站，实际是调度自动化的完善与发展。目前实现无人值班变电站不到目前实现无人值班变电站不到1010。l配电自动化系统，近几年开始起步，大多只是某条线配电自动化系统，近几年开始起步，大多只是某条线路或部分的试点，至今尚无一个供电局真正实现了路或部分的试点，至今尚无一个供电局真正实现了DMSDMS。与国外差距较大，但进行了大量工作，并进行与国外差距较大，但进行了大量工作，并进行了试点。了试点。第第2章章 配电自动化的通信系统配电自动化的通信系统 l通信系统是建设配电自动化系统的关键技通信系统是建设配电自动化系统的关键技术，通信系统的好坏很大程度决定了自动术，通信系统的好坏很大程度决定了自动化系统的优劣。化系统的优劣。l配电自动化系统需借助可靠、有效的通信配电自动化系统需借助可靠、有效的通信手段，将控制中心命令准确传送到各远方手段，将控制中心命令准确传送到各远方终端（终端（FTUFTU、DTUDTU、RTURTU、TTUTTU等），并将远等），并将远方设备采集的运行数据信息上传到控制中方设备采集的运行数据信息上传到控制中心。心。2.1 配电自动化的多种通信方式配电自动化的多种通信方式l输电网通信特点：输电网通信特点：l输电网中终端节点数量有限，通信距离较输电网中终端节点数量有限，通信距离较长，对通信速率和可靠性要求较高。对微长，对通信速率和可靠性要求较高。对微波或电力线路载波通信，都使用专用通道波或电力线路载波通信，都使用专用通道点对点或共线点对点或共线(party line)party line)通信，很少使通信，很少使用广播通信方式。用广播通信方式。配电网通信特点配电网通信特点l配配电网网终端端节点数量极大，点数量极大，寻址达百万址达百万级，但通道，但通道距离相距离相对较短，速率要求短，速率要求较低。低。l沿空沿空间广播的无广播的无线电通信方式和沿配通信方式和沿配电线路广播的路广播的载波通信方式得到了广泛的采用。波通信方式得到了广泛的采用。l配电自动化系统涉及功能多（自动读表、负荷控制、配电自动化系统涉及功能多（自动读表、负荷控制、馈线开合变电站综合自动化馈线开合变电站综合自动化)，对通信要求不同。，对通信要求不同。l终端数量大，应考虑在通信系统和电力公司之间采终端数量大，应考虑在通信系统和电力公司之间采用低廉的接口设备或远方终端。用低廉的接口设备或远方终端。1.典型数据通信系统的组成典型数据通信系统的组成配电自动化系统通信网络是一典型的数据通信系统。配电自动化系统通信网络是一典型的数据通信系统。数据终端设备数据终端设备：配电：配电SCADASCADA系统、系统、RTURTU、FTUFTU、TTUTTU，集集中抄表器、抄表终端等。中抄表器、抄表终端等。数据传输设备数据传输设备：ModemModem、复接分接器、数传电台、载复接分接器、数传电台、载波机、光端机。波机、光端机。数据传输通道数据传输通道：有线与无线信道（按传输媒体），模：有线与无线信道（按传输媒体），模拟与数字信道（按传输形式）。拟与数字信道（按传输形式）。现场设备级通信方式现场设备级通信方式主从连接方式主从连接方式a)级连方式级连方式 b)总线方式总线方式TTU连接方式连接方式a)有专用通信单元有专用通信单元 b)FTU兼通信单元兼通信单元2.配电自动化中可用的通信方式配电自动化中可用的通信方式l可能用到的通信方式包括：可能用到的通信方式包括：l配电线载波配电线载波：高压配电线，：高压配电线，50300bps，10kml低压配电线载波低压配电线载波：低压配电线：低压配电线,50300bps,台区内台区内l工频控制工频控制：配电线，：配电线，10300bps，较短较短l脉动控制脉动控制：配电线，：配电线，5060bps，较短较短l电话专线电话专线：公用电话网，：公用电话网，3004800bps，较长较长l拨号电话拨号电话：公用电话网，：公用电话网，3004800bps，较长较长lCATV通道通道：有线电视网：有线电视网,3009600bps,电视网内电视网内l现场总线现场总线：双绞线，几十千：双绞线，几十千bps，2kmlRS-485：双绞线，双绞线，9600bps，2kml多模光缆多模光缆：多模光缆，：多模光缆，2Mbps，5kml单模光缆单模光缆：单模光缆，：单模光缆，2Mbps，50kml无线扩频无线扩频：自由空间，：自由空间，128Kbps，50kmlVHF电台电台：自由空间，：自由空间，128Kbps，50kmlUHF电台电台：自由空间，：自由空间，128Kbps，50kml多址微波多址微波：自由空间，：自由空间，128Kbps，50kml调幅广播调幅广播：自由空间，：自由空间，1200bps，50kml调频广播调频广播：自由空间，：自由空间，1200bps，50kml卫星卫星：自由空间，：自由空间，1200bps，全球全球l任何一种单一的通信手段都无法全面满足各种规任何一种单一的通信手段都无法全面满足各种规模的配电自动化需要，一般采用多种通信方式混模的配电自动化需要，一般采用多种通信方式混合使用。合使用。2.2 调制解调器和复接分接器调制解调器和复接分接器1.调制解调器调制解调器(Modem)1）定义：）定义：发送时，数字信号发送时，数字信号模拟信号；接收时，模拟信号；接收时，模拟信号模拟信号数字信号。数字信号。二进制信息通过调制加到交流高频信号上再二进制信息通过调制加到交流高频信号上再 传输；传输；接收端将含有信息的交流信号解调，还原信接收端将含有信息的交流信号解调，还原信 息。息。2）Modem作用：作用：实现电力数据信息的发送、接收。实现电力数据信息的发送、接收。3）Modem分类分类按传输方向按传输方向：全双工：全双工Modem、半双工半双工Modem。单工：单工：单方向传输；单方向传输；半双工半双工：可不同时上下行双向传输；：可不同时上下行双向传输；双工双工：可同时上下行双向传输。：可同时上下行双向传输。按工作频率按工作频率：低速：低速Modem(9600bps)。按调制方式按调制方式：移频键控：移频键控(FSK)、移相键控移相键控(PSK)、相相对移相键控对移相键控(DPSK)、移幅键控移幅键控(ASK)。配电自动化数据通信中，配电自动化数据通信中，FSK方式应用最多。方式应用最多。2.复接分接器复接分接器发送时，将发送时，将2个及以上的数字信号合并为一个个及以上的数字信号合并为一个信号；接收时，将一个数字信号分解为若干信号；接收时，将一个数字信号分解为若干个数字信号。个数字信号。复接器分类复接器分类：同步复接器（各路信号采用同：同步复接器（各路信号采用同一时钟信号时序）、异步复接器。一时钟信号时序）、异步复接器。复接器作用复接器作用：将高速数据传输信道转换为多：将高速数据传输信道转换为多个较低速数据传输信道。个较低速数据传输信道。2.3 配电自动化对通信系统要求配电自动化对通信系统要求1.通信可靠性通信可靠性：能抵抗恶劣的气候条件、强电磁干：能抵抗恶劣的气候条件、强电磁干扰，保证停电及电网故障时的通信能力。扰，保证停电及电网故障时的通信能力。2.通信系统费用通信系统费用：选择费用、功能及技术先进性的：选择费用、功能及技术先进性的最佳组合，实现最佳效能费用比。最佳组合，实现最佳效能费用比。3.通信速率的要求通信速率的要求：通信系统带宽越窄则通信速率：通信系统带宽越窄则通信速率越低越低(一般一般300bps)，必须满足实时性要求，必须满足实时性要求。4.双向通信能力双向通信能力：保证数据上传、控制命令下发，：保证数据上传、控制命令下发，要具有半双工或全双工能力。要具有半双工或全双工能力。5.不受停电影响不受停电影响：保证通过通信系统对停电区开关：保证通过通信系统对停电区开关的操作，停电区的操作，停电区FTU等要有备用电源等要有备用电源(电池等电池等)。6.使用和维护的方便性使用和维护的方便性：选择通用性、标准化程度：选择通用性、标准化程度高的通信设备。高的通信设备。2.4 2.4 配电自动化采用的通信方式配电自动化采用的通信方式l1.1.配电线载波通信配电线载波通信(Distribution Line Carrier,DLCDistribution Line Carrier,DLC)l电力线载波通信：电力线载波通信：输电线载波输电线载波TLCTLC、配电线载波配电线载波DLCDLC、低压配电线载波通信。低压配电线载波通信。l配电线载波通信设备：配电线载波通信设备：安装在主变电站的多路载波机、线路测控对象处的安装在主变电站的多路载波机、线路测控对象处的配电线载波机、高频通道（阻波器、耦合滤波器、配电线载波机、高频通道（阻波器、耦合滤波器、结合滤波器）。结合滤波器）。l特点：特点：由电力公司控制，便于管理，可以对任何测由电力公司控制，便于管理，可以对任何测控点通信；数据传输速率较低，易受干扰、非线性控点通信；数据传输速率较低，易受干扰、非线性失真和信道间交叉调制影响。失真和信道间交叉调制影响。典型配电线载波通信系统组成典型配电线载波通信系统组成较长馈线载波通信系统组成较长馈线载波通信系统组成通信距离较长时无法满足时通信距离较长时无法满足时(如环网如环网)，可在适当位置，可在适当位置加设阻波器，并将两侧线路上设备信息分布上报给两加设阻波器，并将两侧线路上设备信息分布上报给两侧相应的主变电所。侧相应的主变电所。l原理：原理：将高频信将高频信号注入到电力线，号注入到电力线，通过脉动信号的通过脉动信号的有无来实现通信。有无来实现通信。l分类分类：高频电压：高频电压脉动控制、高频脉动控制、高频电流脉动控制。电流脉动控制。l特点特点：主要适用：主要适用于单向通信场合，于单向通信场合，如负荷控制；不如负荷控制；不受无线电管理委受无线电管理委员会制约；通信员会制约；通信速率较低；停电速率较低；停电时通信将中断。时通信将中断。2.脉动控制技术脉动控制技术3.工频控制技术工频控制技术l原理原理：以电力线：以电力线作信号传输通道，作信号传输通道，利用电压过零的利用电压过零的时刻（时刻（250左右）左右）进行信号调制。进行信号调制。l特点特点：可以实现：可以实现双向通信，主要双向通信，主要用于零散负荷控用于零散负荷控制；停电时通信制；停电时通信将中断。将中断。4.4.电话线电话线可达到较高波特率，易实现双向通信，可达到较高波特率，易实现双向通信，很适合于很适合于配配电自自动化系化系统中中。电话专线租用费用较高，电力公司无法完全掌握电话专线租用费用较高，电力公司无法完全掌握电话线通信的维护。电话线通信的维护。电话线不能覆盖所有的地区，不能覆盖所有的地区，为此此额外架外架设的的专线费用用较高。高。利用利用电话线传输数据分租用数据分租用电话专线和公用和公用电话网网拨号号电话两种方式。两种方式。缺点：传输误码率高、传输距离受限制。缺点：传输误码率高、传输距离受限制。5.5.光纤通信光纤通信l特特点点：通通信信容容量量大大，衰衰减减小小，不不怕怕雷雷击击，不不受受外外界界电电磁磁干干扰扰，抗抗腐腐蚀蚀，保保密密性性好好，敷敷设设方方便便。但但投投资资高高，强度不如金属线，连接较困难。强度不如金属线，连接较困难。光纤通信系统组成光纤通信系统组成电端机：电端机：完成对信息的处理完成对信息的处理(多路复用、复接分接多路复用、复接分接)。光端机：光端机：接收时将电信号转换为光信号，并输入光纤远接收时将电信号转换为光信号，并输入光纤远 传；发送时将光信号转换为电信号。传；发送时将光信号转换为电信号。中继器：中继器：放大、整形被衰减与畸变的光信号。放大、整形被衰减与畸变的光信号。光纤通信系统分类及网络形式光纤通信系统分类及网络形式l按传输光波长分：按传输光波长分：短波长、长波长、超长波长光纤短波长、长波长、超长波长光纤通信系统。（影响传输距离）通信系统。（影响传输距离）l按传输信号形式分：按传输信号形式分：光纤数字通信系统、光纤模拟光纤数字通信系统、光纤模拟通信系统。（影响抗干扰能力）通信系统。（影响抗干扰能力）l按光纤种类分：按光纤种类分：多模光纤通信系统、单模光纤通信多模光纤通信系统、单模光纤通信系统。（影响传输容量）系统。（影响传输容量）l按网络形式分：按网络形式分：点对点光纤通信系统、点对点光纤通信系统、T形光纤通信形光纤通信系统、环形光纤通信系统、星形光纤通信系统。系统、环形光纤通信系统、星形光纤通信系统。l应用场合：应用场合：配电自动化系统中，光纤通信主要应用配电自动化系统中，光纤通信主要应用于主干层及馈线终端层的通信。于主干层及馈线终端层的通信。用光用光ModemModem实现馈线终端与区域工作站的通信实现馈线终端与区域工作站的通信根据传输信息种类及接口形式的不同，可选择不同的光根据传输信息种类及接口形式的不同，可选择不同的光端机、电端机，或光电合一设备，以满足配电自动化系端机、电端机，或光电合一设备，以满足配电自动化系统信息传输要求。接收时将电信号统信息传输要求。接收时将电信号6.6.有线电视有线电视(CATV)CATV)通道通道lCATVCATV系系统统的的带带宽宽很很宽宽，配配电电自自动动化化只只需需利利用用其中很窄的一段。其中很窄的一段。lCATVCATV系统为单向通信，且许多用户并不使用系统为单向通信，且许多用户并不使用CATVCATV系统，给配电自动化带来困难。系统，给配电自动化带来困难。l电力公司无法控制电力公司无法控制CATVCATV电缆的维护，且租金电缆的维护，且租金较高。较高。l通信距离远时，需加中继放大环节。通信距离远时，需加中继放大环节。7.7.现场总线和现场总线和RS-485RS-485l现场总线现场总线(Field Bus)Field Bus)种类：种类：CAN BUSCAN BUS、LON WORKSLON WORKS、PROFI BUSPROFI BUS、FOUNDATION FIELD BUSFOUNDATION FIELD BUS等。等。l现场总线适于满足现场总线适于满足FTUFTU和附近区域工作站间通信、和附近区域工作站间通信、变电站内智能模块间通信。变电站内智能模块间通信。l现场总线为开发式系统，便于设备间互联。现场总线为开发式系统，便于设备间互联。lRS-485RS-485为标准串行通信接口，最多可支持为标准串行通信接口，最多可支持6464256256个发送、接收器对。个发送、接收器对。l对实时性要求不高的性要求不高的场合合（如如远方抄表等方抄表等），可以，可以采用采用RS-485RS-485通信，通信，较为简单。8.8.无线通信系统无线通信系统l种类：种类：调幅（调幅（AMAM）广播，调频（广播，调频（FMFM）广播，无线广播，无线寻呼，甚高频通信（寻呼，甚高频通信（VHFVHF，30-300MHz30-300MHz），），特高频特高频通信（通信（UHFUHF，300-1000MHz300-1000MHz），），微波通信微波通信（1GHz），），卫星通信。卫星通信。lAMAM、FMFM、无线寻呼为单向通信方式。无线寻呼为单向通信方式。l根据我国无线电管理委员会规定的无线通信频段，根据我国无线电管理委员会规定的无线通信频段，800MHz的无线数传系统是配电自动化系统的合适的无线数传系统是配电自动化系统的合适选择之一。选择之一。采用采用800800MHzMHz无线电台实现馈线自动化示意图无线电台实现馈线自动化示意图采用中继站的采用中继站的800800MHzMHz无线数传系统无线数传系统实现馈线自动化系统实现馈线自动化系统卫星通信卫星通信l利用通信卫星作中继站来利用通信卫星作中继站来转发或反射无线电信号，转发或反射无线电信号，不受地形、距离影响，通不受地形、距离影响，通信可靠、容量大。信可靠、容量大。l传输延迟大，不适合要求传输延迟大，不适合要求快速响应场合。快速响应场合。l利用利用GPS全球定位系统实全球定位系统实现系统时钟的统一，提高现系统时钟的统一，提高SOE站间分辨率。站间分辨率。9.9.无线扩频通信无线扩频通信l用高速率扩频码扩展待传输数字信息带宽，其带用高速率扩频码扩展待传输数字信息带宽，其带宽比常规通信大几百至几千倍。宽比常规通信大几百至几千倍。l抗噪声干扰能力强。抗噪声干扰能力强。l用于配电自动化的无线扩频系统一般采用用于配电自动化的无线扩频系统一般采用2.42.42.4832.483GHzGHz工作频段。工作频段。l原用于军事通信中，不需无线电管理委员会许可；原用于军事通信中，不需无线电管理委员会许可；适合作通信主干线。适合作通信主干线。l工作方式：点对点方式、点对多点方式。工作方式：点对点方式、点对多点方式。l对分散测控点，成本高，应用不多。对分散测控点，成本高，应用不多。COMLINKCOMLINK的点对点无线扩频通信系统的点对点无线扩频通信系统COMLINKCOMLINK的点对多点无线扩频通信系统的点对多点无线扩频通信系统10.10.混合通信混合通信l单一通信一通信不能不能满足配足配电自自动化系化系统的的所有功能所有功能。l须在通信性能和造价在通信性能和造价间折衷折衷。l根据配电网具体情况，在不同层次上根据配电网具体情况，在不同层次上采用不同的通信方式，构成采用不同的通信方式，构成混合通信混合通信系统。系统。l选择混合通信方式时，应考虑原有通选择混合通信方式时，应考虑原有通信基础设施，减少投资。信基础设施，减少投资。配配电自自动化混合通信方式化混合通信方式1 1配电线载波通信配电线载波通信DLC分段断路器分段断路器DLCDLC馈线电容器组馈线电容器组配电控制中心配电控制中心无线电通信无线电通信农村变电站农村变电站市区变电站市区变电站至至EMS微波通信微波通信租用电话线租用电话线无线电负无线电负荷控制荷控制配电载波通信配电载波通信DLC用户表计用户表计馈线电容器组馈线电容器组线路重合器线路重合器DLCDLC无线电负无线电负荷控制荷控制用户表计用户表计配配电自自动化混合通信方式化混合通信方式2 2110kV主主变电站变电站DLC配电自动化配电自动化无线电通信无线电通信10kV开闭所开闭所市调度自动化市调度自动化230Hz电台电台光纤光纤光纤光纤用户表计用户表计FTUDLCFTU公用电话网公用电话网用户负荷用户负荷用户负荷用户负荷110kV主主变电站变电站10kV开闭所开闭所光纤光纤FTUFTU光纤光纤光纤光纤2.5 2.5 配电自动化通信系统的若干问题配电自动化通信系统的若干问题1.电磁波频带与传输行为的关系电磁波频带与传输行为的关系 提高电磁波频率、缩短波长，可以增大传输的信息提高电磁波频率、缩短波长，可以增大传输的信息量、增加复用多路通道，传输速率加快；但易引起量、增加复用多路通道，传输速率加快；但易引起遮挡和反射等问题。遮挡和反射等问题。2.有效性与可靠性的关系有效性与可靠性的关系 有效性：有效性：一定带宽与噪声时，传输速率高。一定带宽与噪声时，传输速率高。可靠性：可靠性：指传输的误码率。指传输的误码率。在一定的带宽与噪声条件下，有效性与可靠性是矛在一定的带宽与噪声条件下，有效性与可靠性是矛盾的；传输速率与传输距离也影响有效性与可靠性。盾的；传输速率与传输距离也影响有效性与可靠性。3.3.备用通信系统备用通信系统l主干通信线路信息量大，必须提高其可靠性。措施：主干通信线路信息量大，必须提高其可靠性。措施：1）对光纤通信主干通道，可采用同步数字光纤通信）对光纤通信主干通道，可采用同步数字光纤通信自愈网。自愈网。2）采用热备份双通道通信系统。）采用热备份双通道通信系统。双通双通道自道自动切动切换装换装置置4.4.配电自动化通信系统的防过电压和防雷配电自动化通信系统的防过电压和防雷l过电压、雷电严重影响配电自动化通信系统。过电压、雷电严重影响配电自动化通信系统。1)配电自动化控制中心的防雷：配电自动化控制中心的防雷：设避雷器、屏蔽、接地、滤设避雷器、屏蔽、接地、滤波电容、防雷保护装置。波电容、防雷保护装置。2)有线通信电缆的防雷：有线通信电缆的防雷：采用屏蔽双绞线（屏蔽层多点接地）采用屏蔽双绞线（屏蔽层多点接地）、非屏蔽线穿过铁管地埋。、非屏蔽线穿过铁管地埋。3)无线通信天馈系统的防雷：无线通信天馈系统的防雷：引下线多点接地，并配装管式引下线多点接地，并配装管式避雷器。避雷器。4)载波通信系统的防雷：载波通信系统的防雷：在高频引入架的入端加装间隙放电在高频引入架的入端加装间隙放电避雷器。避雷器。5)光纤通信系统的强电防护：光纤通信系统的强电防护：优先选用无金属结构光缆，有优先选用无金属结构光缆，有金属光缆考虑强电与雷电防护。金属光缆考虑强电与雷电防护。6)通信系统接口设备的防雷：通信系统接口设备的防雷：RS-232、RS-485、Modem等等通信设备采用瞬时过电压半导体保护器件。通信设备采用瞬时过电压半导体保护器件。2.6 2.6 配电自动化中通信系统规约配电自动化中通信系统规约l建设配电自动化通信系统时，必须认真考虑系统中通建设配电自动化通信系统时，必须认真考虑系统中通信规约的选择问题。信规约的选择问题。l通信规约种类：通信规约种类：应答式规约应答式规约(PollingPolling规约，如规约，如SC1801SC1801、4F4F、ModbusModbus等等)，循环式规约，循环式规约(CDTCDT规约，如部颁规约，如部颁CDTCDT、DXF5DXF5、C01C01等），对等方式规约（如等），对等方式规约（如DNP3.0DNP3.0等，在等，在IEC870-5IEC870-5基础上制定）等。基础上制定）等。l这些通信规约，已在电网调度自动化系统和变电站综这些通信规约，已在电网调度自动化系统和变电站综合自动化中得到成功运用。合自动化中得到成功运用。l以上规约并不完全适应配电自动化系统需要。以上规约并不完全适应配电自动化系统需要。l应制定一套满足配电自动化系统需要的通信规约。应制定一套满足配电自动化系统需要的通信规约。