配网自动化终端功能及应用.ppt

配网自动化终端功能及应用,2011.7.22,纲要,概述 配电自动化系统架构 配电终端功能及性能指标 几种主要的通信方式介绍 实际应用方案 新的技术,什么是配网自动化,利用现代电子、计算机、通信及网络技术将配电网在线数据及离线数据、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的监测、保护、控制、用电负荷配电管理的现代化。,配网自动化的实践意义,提高供电可靠性 改善电能质量 节能降损，优化运行，提高系统经济运行水平 提高配网现代化管理水平 提高服务水平，改善用户形象合理规划，科学决策,配电自动化系统的体系结构,三层结构模式 主站层 子站层 终端层 这种模式适用于配电网络较大，信息相对集中的情况，其总体成本较高 两层结构模式 主站 终端 这种模式适用于配电网络较小，信息分散的情况，其总体成本较低,配网自动化结构,主站层,子站层,终端层,主站系统,一个平台 实时信息系统平台 四个应用系统 EMS DMS 广域测量系统 公共信息平台,主站系统（组件）,告警服务,SCADA,新应用,PAS,DTS,DMS,AGC,集 成 总 线,报表工具,图形工具,历史数据服务,平台为应用提供的服务,系统管理 历史(商用)数据服务 告警服务 权限及责任区服务 实时数据库服务 图形工具包 数据库界面 报表工具包 公式计算服务 ,配电主站的业务范围,深圳EMS系统配置图,子站设备,通信子站 配电子站： 区域DA； 区域性SCADA； 通信； 站内当地功能； 远程诊断维护； 参数设置； 远方读表； 数据管理；,终端设备,一次设备 二次设备,一次设备,电气一次设备是指直接用于生产、输送、疏导、分配和消耗电能的电气设备。它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机、接地、避雷器、滤波器等。,二次设备,二次设备是指对一次设备的工作进行控制、保护、监察和测量的设备。如测量仪表、继电器、操作开关、按钮、自动控制设备、计算机、信号设备、控制电缆以及提供这些设备能源的一些供电装置(如蓄电池、硅整流器等)。,什么是配电终端,DTU FTU RTU TTU,馈线终端设备（FTU）,FTU 是装设在馈线开关旁的开关监控装置。这些馈线开关指的是户外的柱上开关，例如10kV线路上的断路器、负荷开关、分段开关等。一般来说，1台FTU要求能监控1台柱上开关，主要原因是柱上开关大多分散安装，若遇同杆架设情况，这时可以1台FTU监控两台柱上开关。,开闭所终端设备（DTU）,DTU一般安装在常规的开闭所（站）、户外小型开闭所、环网柜、小型变电站、箱式变电站等处，完成对开关设备的位置信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等数据的采集与计算，对开关进行分合闸操作，实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电。部分DTU还具备保护和备用电源自动投入的功能。,配变终端设备（TTU）,TTU监测并记录配电变压器运行工况，根据低压侧三相电压、电流采样值，每隔12分钟计算一次电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能等运行参数，记录并保存一段时间（一周或一个月）和典型日上述数组的整点值，电压、电流的最大值、最小值及其出现时间，供电中断时间及恢复时间，记录数据保存在装置的不挥发内存中，在装置断电时记录内容不丢失。配网主站通过通信系统定时读取TTU测量值及历史记录，及时发现变压器过负荷及停电等运行问题，根据记录数据，统计分析电压合格率、供电可靠性以及负荷特性，并为负荷预测、配电网规划及事故分析提供基础数据。如不具备通信条件，使用掌上电脑每隔一周或一个月到现场读取记录，事后转存到配网主站或其它分析系统。 TTU构成与FTU类似，由于只有数据采集、记录与通信功能，而无控制功能，结构要简单得多。为简化设计及减少成本，TTU由配变低压侧直接变压整流供电，不配备蓄电池。在就地有无功补偿电容器组时，为避免重复投资，TTU要增加电容器投切控制功能。,远程终端设备（RTU）,远程终端设备（RTU）是安装在远程现场的电子设备，用来监视和测量安装在远程现场的传感器和设备。RTU将测得的状态或信号转换成可在通信媒体上发送的数据格式。它还将从中央计算机发送来得数据转换成命令，实现对设备的功能控制。,FTU&DTU功能及性能,高性能的软、硬件平台 全面高效通信管理功能 极强的的抗干扰性能 智能电源功能 先进的馈线自动化功能（FA） 配电自动化功能（DA) 基础功能测控,硬件原理图,VxWorks操作系统,VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS），是嵌入式开发环境的关键组成部分。良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等。在美国的 F-16、FA-18 战斗机、B-2 隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连1997年4月在火星表面登陆的火星探测器上也使用到了VxWorks。,通信接口及通信规约,通信接口： 10/100M以太网接口； GPRS无线接口（选配） 433M无线维护接口（选配） RS232维护接口 通信规约-通信双方约定的数据、控制命令等的表示及传输规则，相当于语言 常用前置规约简介（CDT、DISA、XT9702、IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、DNP、 SC1801 、S5、4F),抗干扰的能力,绝缘性能 绝缘电阻:装置所有电路与外壳之间绝缘电阻在标准实验条件下，不小于100M。 介质强度:装置所有电路与外壳的介质强度能耐受交流50Hz，电压2kV（有效值），历时1min试验，而无绝缘击穿或闪络现象。当复查介质强度时，试验电压值为规定值的75%。 冲击电压 装置的导电部分对外露的非导电金属部分及外壳之间，在规定的试验大气条件下，能耐受幅值为5kV的标准雷电波短时冲击检验。 抗干扰能力 装置能承受GB/T14598.131998规定的严酷等级为级的振荡波干扰试验； 装置能承受GB/T14598.141998规定的严酷等级为IV级的静电放电干扰试验； 装置能承受GB/T14598.92002规定的严酷等级为级的射频电磁场辐射干扰试验； 装置能承受GB/ T14598.101996规定的严酷等级为IV级的电快速瞬变脉冲群干扰试验； 装置能承受GB/T17626.51999规定的严酷等级为IV级的浪涌干扰试验； 装置能承受GB/T17626.61998规定的严酷等级为级的射频传导干扰试验； 装置能承受IEC 60255-22-7:2003规定的严酷等级为A级的工频干扰试验； 装置能承受GB/T17626.81998规定的严酷等级为级的工频磁场干扰试验； 装置能承受GB/T17626.91998规定的严酷等级为级的脉冲磁场干扰试验； 装置能承受GB/T17626.101998规定的严酷等级为级的阻尼振荡磁场干扰试验； 装置能满足GB/T14598.162002规定的传导发射限值要求； 装置能满足GB/T14598.162002规定的辐射发射限值要求。 机械性能 工作条件：装置能承受严酷等级为1级的振动响应、冲击响应检验； 运输条件：装置能承受严酷等级为1级的振动耐久、冲击耐久及碰撞检验。,智能电源模块,主电源模块支持双路电源输入，支持交、直流供电方式。正常情况下，应为交流供电方式，一旦交流电源中断，装置在无扰动情况下自动切换到直流供电方式；当交流电源恢复供电时，装置自动切回交流供电方式。主电源模块能实现对供电电源的状态监视，并能将电源供电状况以遥信方式上报到上级系统。 主电源模块使用蓄电池作为直流电源时，根据用户的不同需求可以配置不同容量的蓄电池，主电源模块具备对蓄电池智能充放电功能，电池欠压等状态以遥信方式上报到上级系统。,FA馈线自动化功能,先进的馈线自动化（FA）算法与处理流程，支持故障在线仿真。终端馈线自动化功能包括故障检测和故障在线仿真。故障检测以回线为单位，实现三段式过流检测、零流检测、故障跳闸、一次重回闸（可选）、过负荷告警（可选）、PT断线/失压告警（可选）等功能，支持故障录波，故障信息通过传统虚拟遥信方式和专用故障信息通道上送。,配电自动化（DA）,DTU对所辖区域进行配网故障诊断、隔离和恢复供电 部分代替子站的功能,FTU&DTU主要功能-测控,基于高速ARM作为核心，支持双以太网技术，功耗低，可靠性高，具有完善周密的电路设计和强大的技术支持。 16位AD采样，模拟量采集精度更高。 光电隔离输入 常开继电器控制开关,性能指标,电压测量范围：0300 V，测量准确度不超过0.5%； 电流测量范围：050 A，测量准确度不超过0.5%； 有功功率、无功功率、功率因数测量准确度不超过1.0%； 频率测量准确度不超过0.2%； 采集容量可扩展，最大支持48路模拟量； 状态量输入：单板20个无源接点，可扩展 SOE分辨率：不大于2ms 控制输出：接点容量：AC250V,5A；DC30V,5A；单板容量12路，可根据需要扩展。 故障电流最大为10IN（IN为额定输入电流） 装置采用符合IEC60297-3标准的高度为4U、宽度为19英寸的机箱，装置结构采用嵌入式安装方式，前插件形式，箱前接线；采用防水、防尘、抗振动设计，外壳封闭，适合安装于开关柜等环境条件较为恶劣的现场运行。,环境条件,环境温度:工作：-4085； 大气压力：86106kPa（相当于海拔高度2km及以下）； 相对湿度：不大于95%，无凝露； 其它条件：装置周围的空气中不应含有带酸、碱、腐蚀或爆炸性的物质。 外壳防护等级IP54，IP67，IPXX（防尘、防水）,配电领域的通信方式,光纤通信 无线公网GPRS通信 配电线载波通信 工业总线（RS485、CAN）,SDH数据网,光纤自愈环、光纤以太网、无源光网络,EPON,以太网无源光网络，是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网络，是一种光纤通信技术。,传统：点到点网络光纤直连或星型连接； EPON：点到多点 传统：分光需有电源； EPON：分光器（无需电源） 传统：通常需要两根光纤远距离传输； EPON：单纤传输,EPON媒质的性质是共享媒质和点到点网络的结合。在下行方向，拥有共享媒质的连接性，而在上行方向其行为特性就如同点到点网络。 下行方向：olt发出的以太网数据报经过一个1:n的无源光分路器或几级分路器传送到每一个ONU。N的典型取值在464之间（由可用的光功率预算所限制）。这种行为特征与共享媒质网络相同。在下行方向，因为以太网具有广播特性，与EPON结构和匹配：OLT广播数据包，目的ONU有选择的提取。 上行方向：由于无源光合路器的方向特性，任何一个ONU发出的数据包只能到达OLT，而不能到达其他的ONU。EPON在上行方向上的行为特点与点到点网络相同。但是，不同于一个真正的点到点网络，在EPON中，所有的ONU都属于同一个冲突域来自不同的ONU的数据包如果同时传输依然可能会冲突。因此在上行方向，EPON需要采用某种仲裁机制来避免数据冲突。,分光器,EPON组网常见拓扑形式,EPON配网接线图节选,EPON环形网络应用,EPON“手拉手”形网络应用,EPON链形网络应用,中压载波,混合线路的中压载波通信主备组网方案,GPRS,其他,无线专网 微波通信 卫星通信,终端设备近来的一些新技术,虚拟子站 超级电容 IEC61850的应用 ,新的技术-就地DA，虚拟子站,新的技术-超级电容（钒电池）代替蓄电池,目前传统的配电终端FTU的后备电源主要采用铅酸蓄电池和铁锂电池技术，该技术在使用温度环境范围及安全性上存在局限性，目前平均寿命一般在13年，而且需要对电池进行特殊的管理维护，整个后备电源达不到工业级产品的性能指标，无法实现免维护及长使用寿命的要求。 超级电容器具有以下显著特点： a.功率密度高于现有各类蓄电池（铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池及燃料电池）； b.能量密度是电解电容器的30100倍； c.充电时间仅需数十秒至数分钟； d.在100%深度充放电循环的条件下，使用寿命可达110万次； e.性能稳定、安全性高，可终身免维护； f.生产、使用、储存和拆解均不产生污染，是理想的绿色环保电源。,新的技术-IEC61850在配电自动化领域的应用,IEC61850是针对变电站定义的，目前的配电自动化领域已有利用GOOSE报文来实现装置间快速通讯，实现就地故障隔离的功能，这在技术上是可行的。 若采用61850的语义来给配电终端建模，并以61850标准上送遥测遥信值到配电主站，需要解决下面几个问题： 1）IEC61850的建模对象要从变电站