配电自动化系统课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,中国矿业大学信电学院,电气安全与智能电器研究所,刘 建 华,Email,：,liujh9,电 话：,配电自动化系统,教材：,配电自动化系统（第二版）,，刘健等编著，中国水利水电出版社，2003,电网调度自动化与配网自动化技术（第二版）,，王士政主编，中国水利水电出版社，,2006,年,4,月,实用配电网技术,，李景禄编著，中国水利水电出版社，,2006,年,3,月,配电网自动化系统试验,，刘东编著，中国水利水电出版社，,2004,年,12,月,主要参考书目,关于本课程的教学,全部多媒体教学,课堂讲解、提问，思考题、作业相结合,目标：熟悉配电自动化系统的基本结构和组成，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。,本课程主要内容（Outline）,概述,配电自动化的通信系统,开闭所和配电变电所内自动化（变电站综合自动化）,馈线自动化,配电,SCADA,系统的组织,远方抄表与电能计费系统,负荷控制和管理系统,配电自动化地理信息系统,配电自动化的计算机系统,第1章 概述,配电系统自动化(,Distribution System Automation, DSA),或配电网自动化,：,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。,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。,目的：,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、遥调实现明智、必要的操作，,降低运行费用，实现配电管理现代化。,供电可靠性、供电质量要求,供电可靠性、供电质量是电力系统的两大考核指标。均有相关标准及规范。,1998年国家电力公司提出的考核指标：,供电可靠性：,城市电网可靠率达到99.9，大城市市中心区达到99.99；,供电质量：,电压合格率,98（严格的供电质量包括：,频率合格：,49.8Hz ,f 50.2Hz,，,电压：合格：,V,min,VV,max,；,谐波含量低；电压波动与闪变幅度小,）。,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。,电能主要来源,截至,2007,年底，中国电力装机容量达到,7.13,亿千瓦 。,火电：,5.54,亿千瓦,，占,77.70%,水电：,1.45,亿千瓦,，占,20.34%,核电：,885,万千瓦,，占,1.24%,（,11,台,）,风电：,403,万千瓦,，占,0.57%,中国是全球第一大煤炭生产国、世界第五大石油生产国。中国志在发展新能源与可再生能源，具体目标是：到,2020,年预计为,9,亿千瓦时，水电装机容量,2.9,亿千瓦，核电计划建成,30,个反应堆，总容量达,4000,万千瓦，风电,30000,万千瓦，生物质发电,2000,万千瓦，太阳能发电,200,万千瓦。,火电,我国首座装备,4,台国产,100,万千瓦超超临界机组的浙江华能玉环电厂。,水电,三峡水电站总装机容量达,1820,万千瓦,将于,2009,年全部投产,风电,新疆达坂城,2,号风电场装有,157,台风机,总容量达,8.28,万千瓦,是中国最早开发和规模最大的风电场之一,。,核电,江苏连云港田湾核电站,2,台,106,万千瓦的机组于,2007,年投入商业运行。俄罗斯设计。,1.1 配电网及其特点,配电网（,Distribution Network)：,电力系统中二次降压所低压侧直接或降压后向用户供电的网络。,或：,电力系统发电、输电和配电中直接面向电力系统用户的系统。,或：,110,kV,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,配电网组成及特点,组成：,馈线（架空线或电缆）、降压变、断路器、各种开关（也包括继保、自动装置、测量、计量仪表、通信、控制设备）。,电压：,1,kV,称高压（35,kV、6,10kV、3kV）；1kV,称低压（一般指220,V、380V）。,配电网特点：,1）负荷集中,(,深入城市、居民点)、传输功率较小、距离较短、用户类型要求变化大；2）中性点不直接接地。,本课程重点：,主要讨论10,kV,电压级的设备和线路构成的电力网。,配电网的体系结构,环状网（手拉手） 网格式接线,辐,射,网,树,状,网,1.2 配电自动化的概念,配电自动化是90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，目前还无一个严格的定义。,配电管理系统(,Distribution Management System, DMS)：,从发电、配电到用电过程的监视、控制和管理的综合自动化系统。,配电自动化系统(,Distribution Automation System, DAS)：,使配电企业在远方实时监测、协调和操作配电设备的自动化系统。,DMS、DAS,关系：,DAS,是窄义的配电系统自动化；,DMS,是广义的配电系统自动化，是实现所有功能的总称。,DMS与DAS的涵盖关系,1.,配电网,DMS,与输电网,EMS,的关系,DMS,与,EMS,区别：,DMS,与输电网自动化的能量管理系统,EMS,(,Energy Management System),处同一层次，但目标不同，,EMS,管理发电、输电，,DMS,管理配电、负荷,EMS与DMS软件关系,调度自动化1,我国电网采用五级调度管理：,国家调度中心(国调)、网局调度中心(网调)、省级调度中心(省调)、地区调度中心(地调或市调)、县级调度中心(县调)。,国调：,是我国电网调度的最高级（现在的国家电网公司，南方电网不属于国家电网管辖），在该中心，通过计算机数据通信与各大区调度中心相连接，协调确定各大区之间的联络线潮流和运行方式，监视、统计和分析全国电网的运行情况。,网调：,（国家电网公司下属东北、华北、华中、华东、西北,5,大电网公司），按统一调度、分级管理原则，负责超高压网的安全运行并按规定的发电计划及监控原则进行管理，提高电能质量和经济运行水平。,调度自动化2,省调：,（各省、自治区、直辖市电网公司），按统一调度、分级管理原则，负责省内电网的安全运行并按规定的发电计划及监控原则进行管理，提高电能质量和经济运行水平。,地调：,（各省地级市电力局、电业局、供电局），采集当地网的各种信息，进行安全检测，进行有关站点开关的远方操作，变压器分接头的调节，电力电容器的投切等。,县调：,（各县级市供电局），为我国电网调度的最低级，主要监控,10KV,及以下农村电网的运行。,调度自动化3,调度自动化的基本内容：,输电,SCADA,系统：,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、功率等和各断路器的分、合状态，在此基础上实现系统监视和控制。,EMS：,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、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。,调度中心,调度中心职能：1）电力生产的指挥控制中心；2）根据国务院颁布的电力调度管理条例行使准军事化的管理职权。,2. 配电管理系统的内容,配电,SCADA,系统,（,Supervisory control and data acquisition,SCADA,）,地理信息系统,（,Geographic Information System,GIS）,需方管理系统,（,Demand Side Management,DSM）,网络分析和优化,（,Network Analysis, NA）,工作管理系统,（,Work Management System，WMS）,调度员培训模拟系统,（,Dispatcher Training System, DTS）,配电,SCADA,系统,电源进线监控：,对配网进线变电所开关位置、母线电压、线路电流、有功、无功、电度量监视与控制。,开闭所与变电站自动化(,SA)：,开闭所、小区变开关位置、继保、接地选线、电压电流、有功无功、电度量的远方监视,开关远控，变压器远方有载调压。,馈线自动化(,Feeder Automation,FA)：,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。,FA,是,DAS,的一个主要功能，是技术难度大，表征,DAS,成败的关键。,变压器巡检及无功补偿：,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。,地理信息系统（,GIS）,设备管理(,Facilities Management,FM)：,将变电站、馈线、开关、电杆等设备的技术数据反映在地理背景图上。,用户信息系统(,CIS)：,将用户名称、地址、帐户、电话、用电量和负荷、供电优先级、停电记录进行处理,以尽快判断故障影响的范围。,SCADA,功能：,SCADA,上报的实时数据信息与,GIS,相结合，便于操作、管理人员动态分析配网运行情况。,停电管理系统(,Outage Management System,OMS)：,接到停电投诉后，,GIS,通过,CIS,和,SCADA，,快速查明故障地点，选择合理操作顺序和路径，自动将处理信息转给投诉电话应答系统。,需方管理系统（,DSM）,使电力供需双方共同管理，提高可靠性，节省费用，包括：,负荷监控与管理(,Load Control & Management,LCM)：,综合分析用户用电量，分时电价，天气预报，供暖特性等，确定最优运行和负荷控制计划，引导用户转移负荷，平坦负荷曲线。,远方抄表与计费自动化(,Automatic Meter Reading,AMR)：,通过通信手段将远方用户电表数据，传到控制中心，自动生成电费报表、曲线。,网络分析和优化（,NA）,功能：,减少线损，改善电压质量，降低运行成本。,包括：,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），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，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。,工作管理系统（,WMS）,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。,具体包括：,网络分析，提出最佳停电方案；,运行管理；,设备检修管理；,配电工程设计，接受完成用户申请报装接电的设计任务；,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；,配电规划设计系统。,调度员培训模拟系统,（,DTS,）,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作结果，提高调度的安全性。,主要功能：,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、负荷投切增减、系统并列解列等,紧急状态下的事故处理培训,事故后电网的恢复操作培训,预防性操作及操作后的分析培训,进行继电保护和自动装置研究,配电管理系统主站配置,配电系统自动化结构,1.3 配电自动化的意义,配电自动化是电力系统自动化发展必然趋势,意义：,正常时，监视配网运行工况，优化配网运行方式；,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；,根据配网电压合理控制无功负荷、电压水平，改善电压质量；,合理控制负荷，提高设备利用率；,自动抄表计费，保证抄表计费及时准确，提高效率；,减少人力，避免大量重复性工作。,主要目的：,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。,1.4 配电自动化的基本功能,三个基本功能：,配电网安全监视、控制、保护。,安全监视功能：,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。,控制功能：,远方控制开关的合闸、跳闸、有载调压设备调节。,保护功能：,检测、判断故障区段，隔离故障区段，恢复正常区域供电。,信息管理子过程：,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,配电自动化较输电自动化复杂，规模大，投资大，同时引起重视程度不够。,要监测、控制的站点多，,DSM,主机计算机要求高，设备的可靠性和可维护性要求高；,环境（温度、湿度等）恶劣，要考虑防雷、防雨、散热等问题；,通信系统复杂，站端设备多，通信规约不一致；,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；,许多开关需改造（加装互感器、开关操作机构改造），以满足跳闸、控制要求。,1.6 国内外配电自动化的发展和现状,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、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的,DMS，,功能达140多种。,配电自动化系统发展大致分三个阶段：,第一阶段,第二阶段,第三阶段,主要特征,基于自动化开关设备相互配合,基于,FTU,和通信网络,高级应用,主要功能,故障隔离和健全区域恢复供电,远方监控,配电管理系统,人工智能,主要设备,重合器、分段器,FTU、,通信网络计算机系统,FTU、,通信网络、计算机系统、高级应用软件,国外配电自动化的发展现状,国外配电自动化从单项自动化（多岛自动化），发展为开放式、一体化、集成化的综合自动化系统。,从70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80年代初期已有90%以上变电站实现了自动化控制。,美、德、意、法等，90%以上变电站实现无人值班。,美国在1980年推广配电自动化/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10余个国家的180余个电力系统。,80年代后期，国外开始发展配电自动化系统，目前已达相当高水平，如美、日、加、法、芬兰、葡萄牙、意大利、新加坡、澳大利亚、英、德等。,国内配电自动化的发展现状,我国电力系统自动化起步较晚，58,60年起，我国开始搞调度自动化，由于当时技术、设备上的问题无法解决，停顿下来。,80年代又开始搞调度自动化，目前调度自动化已初步完成，90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。,配电自动化系统在,90,年代后期开始起步，目前基本完成了,DAS,但,DSM,高级应用与国外差距较大。,