国内外配电网及自动化系统存在的问题及发展趋势.doc

国内外配电网及自动化系统存在的问题及发展趋势暨 南 大 学本科生课程论文论文题目： 国内外配电网及自动化系统存在的 问题及发展趋势 学 院： 电气信息学院 学 系： 专 业： 自动化 课程名称： 配电自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 李伟华 2013年 10 月 22 日国内外配电网及自动化系统存在的问题与发展趋势摘 要：随着配电网规模的日益扩大，配电网的安全性、可靠性等问题也越来越受到关注，电网发生大规模停电的可能性也显著增大。当今电网结构复杂，规模庞大，运行工况愈加复杂。本文介绍了国内外配电自动化系统存在的问题，以及配电自动化的发展趋势。关键词 ：配电网；自动化系统；发展趋势 The problems existing in the system of Domestic and international distribution network andits development tendencyAbstract：With the growing scale of distribution network, distribution network security, reliability and other issues have been more and more followed with interest, the possibility of large-scale blackouts occurred grid was also significantly increased. Today grid structure is complex, large-scale,and its operating conditions is more complex. This paper introduces the domestic and international distribution automation system problems, as well as distribution automation trends.Keywords: distribution network；automation system； the development trend0 引言随着我国市场经济建设的迅猛发展和人民生话水平的日益提高，生产、生话对电能质量和供电可靠性的要求不断提升。然而我国有些地区的配电网还存在设备陈旧、技术含量低、布局不合理等问题，影响了配电线路的安全、可靠、经济运行。因此，必须加快配电网自动化建设，提高供电可靠性，适应经济发展和人民生活的需要。对于一些突发情况或自然灾害，国内外的配电自动化系统依然无法做到安全、可靠地持续供电，而同时用户对于电能质量的要求也越来越高，停电允许的时间间隔越来越小；这都要求在电网发生故障后高效快捷的故障恢复，特别是在智能电网中，自愈作为基本特征意味着电网故障恢复的实用化已成为当今电网运行必须解决的问题。随着电力系统的发展和电力市场的建设，大规模的配电网已步入正轨，以此带来的是设备使用量的大幅度增加，供电设备的可靠性也有了明显的提升。随着城市电网改造的不断深入和配电网自动化试点的不断投运，全国目前有近百个城市的供电企业实施了格局特色的配电网自动化系统，取得了初步成绩，同时也还有许多问题有待解决。本文首先介绍了国内外配电网的发展概况及目前存在的几个问题，根据目前的配电网自动化系统研究成果针对这些问题提出相应的解决措施，接着进一步论述配电网自动化系统的发展趋势。1 国内外配电自动化发展概况以英、美为代表的工业发达国家配电网自动化起步较早，也已形成集变电所自动化、馈线分段开关测控电容器组调节控制、用户负荷控制盒远程抄表等系统于一体的配电网管理系统（DMS）。他们大多采用在变电站以断路器作主保护，在线路上装设多组重合器、分段器的方式，使线路故障不反应到变电站内。采用的设备大多为油浸式真空重合器和电子控制重合器。日本配电网自动化发展较快，由于其地域小实施方案与英、美等国家有较大区别。日本配电网自动化的发展可分为三个阶段，第一阶段是一次设备在柱上的应用，称为柱上配电开关，配电开关具有自我判断故障及延时合闸功能，但必须与变电站的主保护断路器相配合，当线路发生故障后经过二次分闸鉴别，重合分段器能自动判断故障并隔离，使非故障线路正常恢复运行。在第一阶段的基础上，第二阶段增加了通讯功能，通过无线、载波将线路中柱上自动配电开关的信息经远动装置送到中央控制室，并通过中央控制室对柱上自动开关进行监控，同时对区段的负荷进行控制。第三阶段采用了计算机技术，对整个配电网系统进行多功能监控，信息查寻及用户信息显示等全部由计算机完成。对城区配电网还将配电网络、地理信息及设备主要参数等图样显示在计算机屏幕上。使调度控制人员一目了然，便于掌握全部运行过程。这种方案不仅能清楚了解运行情况，而且能对历史数据进行分析，对配电网发展具有良好的辅助作用。国内的配电自动化发展相对较晚，主要是配合城乡配网改造工作同步实施。通过若干配电自动化工程的建设，目前国内在配电自动化产品和系统的开发研制上已积累了成熟的经验，并有国电南瑞科技股份公司、北京四方华能控制系统有限公司、保定华电电力设计研究院有限公司等企业提供全面的配电自动化解决方案。在电力市场环境下，对配电自动化系统的经济性要求将会提高，配电自动化各种功能之间的协调性要求增强，对信息的需求加大，从而对配电自动化功能的集成及综合提出了更为严格的要求。因此，电力系统环境下配电系统的自动化，将是集成以往各自独立的孤岛自动化，形成通道、信息、功能、效益综合。供电方与用户联动的“配电系统综合自动化（DCA）”，其内容将是涉及调度运行自动化、管理自动化及用户自动化。2 国内外配电网及自动化系统的现状存在的问题2.1 我国配电网的现状及存在的问题 配电网的发展是随城市建设规模及用电负荷迅速增长和供电可靠性要求而提出的, 由于城市规划与电力的条块分割, 形成了不相适应配电网结构, 使配电网规划及发展不适应城市的需求, 突出反映在如下几点：1 配电网络电源点落后于城市建设的发展, 由于城市规模和商业的建立, 电源点容量及电能输出受到限制, 尤其是配电电线的传输通道。2 改革开放以来, 城市建设速度迅速, 负荷增长率高, 但电力配套建设不及时, 输电线半径小, 线路长, 瓶颈效应比较突出,电能输不出去, 往往因此而引起停电事故。3 出线通道影响与城市规划不相适应, 有的地方改用地下电缆, 施工及投资不允许, 采用架空导线环境条件受限, 有的采用绝缘导线, 网络复杂较为普遍。4 早期建设的线路导线细、年久失修, 高能耗设备多, 线损率高, 由于导线半径小及无功缺额较大, 合线损损耗大, 个别地区配电网损耗达到30%, 一般地区在l5%20%, 造成能源大量浪费和环境污染。5 供电不可靠因素增大, 由于配电网投资不足, 设备老化和技术性能低劣, 供电事故频繁, 往往是一点故障引发全线甚至大面积停电事故。城市繁华地段, 重要场所的用户停电, 影响社会治安及经济市场。6 电网结构复杂, 环网联络接点较多。2.2 我国配电自动化存在的问题1. 功能设计的单一问题。应用配电自动化系统，提高供电可靠率，似乎成了功能设计的传统思路。但据电力可靠性中心简报数据表明，现阶段影响供电可靠性的主要因素不是配电网的故障停电，75%以上的问题出于按照固有传统周期例检方式导致的人为预安排停电。只有在提高管理水平，当故障停电时间等于或大于预安排停电时，才会体现出这一功能的作用。2. 配电自动化由单纯的配电监控与数据采集(SCADA)系统加配电自动化(DA)转向具有DA、配电管理系统(DMS)、地理信息系统(GJS)等较完整的配电自动化实时及供电企业管理系统，配电主站系统也由借用调度主站系统逐步转向选择面向配电自动化应用的配电自动化主站系统。3. 设备选择中的盲目求新。缺乏通盘考虑，忽视自身基础，盲目在局部设备上求新求好，结果新设备上马、老设备犯卡，无法取得整体优化的效果。4. 系统结构设计中的顾此失彼。在功能设计中缺乏统筹兼顾，出现控制端与主站功能不匹配、通信通道容量不足、一次网架设备不适应，把先进的配电自动化系统装在陈旧的配电网架上，其效果难以实现。5. 管理体制与管理机制中的传统弊端。配电自动化系统主要覆盖生产、营销两大专业，如果还强调垂直职能专业管理，没有条块结合分工协作的保证措施，再好的系统也举步维艰。同时，在系统功能设计中，还存在传统管理机制中的重系统、轻客户;重技术、轻管理;重形式、轻实效的思维定式。6. GIS还是孤立的静态设备管理系统而不是动态的实时GIS，将SCADA和地理信息统一起来。7. 配电自动化系统功能规范行业标准虽然已经颁布，但要解决各地配电自动化的不规范问题，仍需要一个过程。2.3 国外配电网的现状 国外自上世纪七十年代起就进行配电自动化技术的研究和应用，近四十年的发展经历了三个阶段：基于自动化开关设备相互配合的馈线自动化系统（FA）、配电自动化系统（DAS）、配电管理系统（DMS）。这三个阶段的配电自动化系统目前在国外依然同时存在。其中日本、韩国侧重全面的馈线自动化；而欧美的配电自动化更加侧重于建设功能强大的 DMS 系统。国外配电自动化的建设非常注重实用性和经济效益，并不是并且不盲目追求设备的豪华、功能的齐全和指标的先进，而是根据地区和负荷的差异，选择不同档次和配置的配电自动化技术分阶段逐步实施。 以上三个阶段的配电自动化系统目前在国外依然同时存在。其中日本、韩国侧重全面的馈线自动化；而欧美的配电自动化除了在一些重点区域实现馈线自动化之外，更加侧重于建设功能强大的DMS系统，在主站端具备较多的高级应用和管理功能；最近几年东南亚国家（如新加坡、泰国、马来西亚等国）以及我国香港、台湾地区新建的配电自动化系统，基本上也是走的欧美模式。在工业发达国家，城市配电网络都已经成型且网架结构比较完善，所以给配电自动化创造了良好的基础。即使这样，许多国家也没有大面积搞馈线自动化，而是在一些负荷密集区和敏感区实施馈线自动化。特别值得注意的是，他们很重视配电基础资料的管理，很重视故障抢修管理，通过先进的工具和手段来提高配电运行管理的工作效率和工作质量，最终体现在对客户的优质服务上。在大部分国外的配电自动化系统中，除了配电SCADA 之外，停电管理系统（OMS）都是无一例外的必然配置。在配电通信方面，光纤通信是最理想的配电自动化通信方式；其次，配电线路载波通信和利用无线公网通信也是比较广泛采用的通信手段。欧美比较偏重光纤和无线通信；而日本曾偏重采用载波通信方式；韩国曾偏重租赁公共通信资源，但后来它们都改为电力通信专网与各种通信方式的综合使用。从目前的技术条件看，没有一种单一的通信方式能够全面满足各种规模的配电自动化的需要。因此，多种通信方式的混合使用是国外配电自动化系统中的普遍做法。国外配电自动化的建设非常注重实用性和经济效益，一般需要经历规划、建设和完善三个阶段，是一个分步实施，逐渐完善的过程。在一个地区或城市，并不是并且不盲目追求设备的豪华、功能的齐全和指标的先进，而是根据地区和负荷的差异，选择不同档次和配置的配电自动化技术分阶段逐步实施。另外，国外的电力公司还特别注重配电自动化使用培训和设备维护管理，备有相当严格的制度，明确规定了对配电自动化系统进行日常检修、定期检修、临时检修、巡视和数据检查的工作内容、实施人员和实施频率。这些经验很值得借鉴。2.4 配电网自动化问题的解决措施配电网自动化的发展是电力发展到一定阶段的必然产物, 随着电力市场及用电水平的提高,配电网面临着一场新的改革和发展, 配电网自动化将进一步得到完善。但是配电网自动化在中国仍然是一种因发展而新出的事物, 必须采取科学的态度, 实事求是的原则, 加强我国配电网自动化的研究, 因地制宜地进行配电网的改造。1 分析地区配电网的实际应用情况, 找出本地区配电网存在的技术方案问题, 本着实事求是立足国情和网情的原则。2 配电网自动化是一项综合性工程, 涉及的专业多, 规划性强的系统, 应根据电网、城市配网的规化进行, 避免盲目。3 配网自动化方案是自动化的核心, 在引进国外技术的同时结合国内配电网的实际情况进行分析，国外配电网与国内在很大程度上不尽相同, 应有所区别, 吸取精华, 适合国情、地情、网情。4 配电设备的使用面广、量大、运行环境较为严酷, 设备选择应符合当前配电网形势要求, 具有高度可靠性和优越的技术性能。并以真空开关为主, 免维护周期长, 二次保护和控制设备具有可靠牲, 抗干扰能力及适合户外高温和低温等较为严酷的运行环境, 应具有远方通讯的接口。自动化程度高, 一次开关设备与二次保护装置能良好地配合, 能自动实现配电网自动隔离故障,恢复正常供电的能力, 具有就地和遥控功能。5 远方通讯是自动化的关键技术, RTU要符合配电网使用, 分布(散)式, 单点的特点：通讯方式应选择合理, 通讯功能强, 误码率小, 速度快, 符合远方实时监控的功能。6 计算机应用软件的开发, 首先选择具有开放、兼容的操作平台, 对各种标准的数据库应具有联接功能，地理信息应实时地反应配电系统的潮流及负荷情况, 对事故记录及信息反馈, 可实现负荷控制、远方抄表、设备数据库统计及规划、无功优化的理论计算等。计算机软件功能是配电系统自动化的核心，好的软件可充分体现出技术和自动化的水平, 应充分比较。7 配电网的工程设施应有计划地分期、分批实施。应确定配电网络的基本条件, 导线截面、输送容量、线路走向及用户的基本条件。先采用具有自动化功能的一次开关设备和二次保护监控设备完成自动送电、故障自动分闸和隔离故障功能, 能做到隔离和区分故障点。在条件具备时, 再投入通讯和计算机网络，避免走弯路，资金投入可以分批实施。3 配电自动化的发展趋势3.1 功能分层分布 配电网自动化与通信系统是密切相关的。为了贯彻功能下放、分级分层、提高事故响应速度的原则，配电网自动化系统一般分三层：主站、子站、馈线。依据配电网规模的大小，主站层还可再分为主站和区域站两层。目前在主站与子站之间一般采用光纤通信，分两种：光纤以太网、光纤环网，这两种光纤通信方式的造价相近，光纤环网更成熟一些，但光纤以太网是发展方向，光纤以太网目前技术实现及相关设备已得到实践检验，正在推广应用。子站与馈线之间目前一般采用光纤、双绞线、电力线载波和无线等多种通信手段混合的方式。常见的结构为：以光纤构建干线通信网络；通过双绞线，采用现场总线技术(如Lonworks,Can,Profibus)等方式，将干线TTU、支线的FTUTTU连接到干线FTU，由其通过高速光纤通道，将信息上传到子站、主站，干线应具有这种集中转发的能力。馈线通信采用光纤通信，也可分为两种：光纤以太网、光纤环网，这两种光纤通信方式的造价相近。有些问题是光纤环网难于解决而只能用光纤以太网的，例如子站管理的范围会发生变化，换言之，有些FTU本属于A子站管理，由A子站负责与之通信，运行方式发生变化之后，变为B子站管理，由B子站负责与之通信，这种情况光纤环网是处理不了的；再比为配电自动化搭建配电网络如馈线保护功能，要求FTU之间、与子站之间快速的交换信息（在100Mbps之内），也只有光纤以太网才能达到这种要求。电力线载波是一种很理想的通信方式。最初的电力线载波是为传输高频保护信号和话音信号设计的，它是基于线路两端阻波器的点对点的通信。配电网节点众多，这种点对点的通信方式不能满足配电自动化的要求，因此配电载波将不再使用阻波器。第二代的载波技术基于扩频原理，能够在很低的信噪比情况下工作，具有很强的通行能力。最新一代的载波技术基于数字信号处理芯片（DSP），由于DSP具有强大的实时解码功能，这种载波技术具有非常理想的通信能力。如今，基于DSP解码的载波技术已经可以利用配电线路作为计算机总线构成总线式网络，称为网络化配电载波（NDLC）。采用NDLC技术，在10KV配电网中的任一位置注入信号，可以在同一10KV网络中任意位置的节点正确接受。目前已有集成了这种载波技术的芯片问世，其发射功率=1W，典型的接收能力为-80dB。理论研究与试验表明：该技术是一项完全可行的，很有发展前途的新技术。3.2 集成化、多样化、智能化集成化、智能化和多样化是发展趋势配电自动化系统作为一个庞大复杂的、综合性很高的系统性工程，包含众多的设备和子系统，各功能、子系统之间存在着不同程度的关联，其本身及其所用技术又处于不断发展之中，这就要求配电自动化系统采用全面解决的方案，走系统集成之路，使得各种应用之间可共享投资和运行费用，最大限度保护用户原有的投资。配电自动化涉及面很广，它不但有自己实时信息采集的部分，还有相当多的实时、非实时和准实时信息需要从其它应用系统中去获取。比如，从地调自动化系统中获取主供电网和变电站信息；从 GIS 系统中获取配电线路拓扑模型和相关图形；从 PMS 系统中获取配电设备参数；从用电营销系统/负荷控制系统中获取用户信息等。因此，配电自动化的主站不再是单一的实时监控系统，而是将多个与配电有关的应用系统集成起来形成综合应用的系统。为了规范应用系统间集成和接口，国际电工委员会制订了IEC 61968 系列标准，提出运用信息交换总线，可将若干个相对独立的、相互平行的应用传统整合起来，在实现信息交换的同时，使每个系统继续发挥自己的特色，形成一个有效的应用整体。尽管配电自动化技术的发展经历了三个阶段，但是从日本等国家的应用情况看，各个阶段的技术都在使用，并且各有其适应范围：基于自动化开关设备相互配合的馈线自动化系统适合于农网等负荷密度低、供电半径长、故障较多而供电可靠性较差的区域；第二阶段的配电自动化系统（DAS）适合于中小城市和县城；基于人工智能具有丰富高级应用的第三阶段配电自动化系统适合于大城市和重要园区；甚至仅仅具有遥信和遥测功能而不具备遥控功能的配电网信息系统也有其应用前景，主要因为它可以直接采用公用通信资源（如 GPRS等），而不需要建设专用通信网（基于安全性考虑）。配电系统是智能电网的重要环节，配电系统智能化则是配电自动化的发展方向。因此，配电自动化与实现智能电网密切相关，主要表现在：自愈配电技术。这