（工商管理专业论文）配网自动化通讯中中压PLC技术的应用研究.pdf

华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 摘要 为了提高城市配电网安全运行水平，缩短配电线路设施的故障修复时间，变被 动服务为主动服务，供电企业正在积极探索和开展配电网自动化技术的实际应用。 在配网自动化的建设中，通讯方式是实旖配网自动化的基础，是非常重要的一个环 节。随着通讯技术的发展，如何解决好通讯通道的是一个非常重要的问题。本文通 过对中压p l c 技术在配网自动化通讯中的应用研究，进一步验证中压p l c 技术在配网 自动化中应用的可行性，旨在通过该项目将中压p l c 技术应用达到为配网自动化提 供有效通讯通道的实用化，为电网企业提供具有典型代表意义和实际推广价值的应 用模式。 关键词：项目论证，可行性研究，配网自动化，配网自动化通讯 a b s i r a c i i no r d e rt os a t i s f yt h ed e m a n do fi m p r o v i n gt h es e c u r i t yo fp o w e rd i s t r i b u t i o n n e t w o r ki nac i t y , s h o r t e n i n gt h et i m eo fr e p a i r i n gt h ed e v i c e si naf a u l tc i r c u i t ，o f f e r i n g a c t i v es e r v i c ei n s t e a do fp a s s i v es e r v i c e p o w e rf a c t o r i e sa r et r y i n gt h e i rb e s tt od e v e l o p t h ep r a c t i c a lo p e r a t i o no ft h ea u t o m a t i ct e c h n o l o g yo ft h ep o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m i n t h ec o n s t r u c t i o no ft h e p o w e r d i s t r i b u t i o na u t o m a t i cs y s t e m ，t h em e t h o do f c o m m u n i c a t i o ni st h eb a s e m e n to fp r o c e s s i n gt h et e c h n o l o g y w i t ht h ed e v e l o p m e n to f t h ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , s oh o wt oc h o s et h ep r o p e rc o m m u n i c a t i o nc h a n n e lc o m e t ot h ef i r s tp l a c e t h i sp a p e rv e r i f i e st h ef e a s i b i l i t yo fu s i n gt h em i d d l e - v o l t a g ep o w e r l i n ec o m m u n i c a t i o n ( p l c ) t e c h n o l o g yi nt h ep o w e rd i s t r i b u t i o na u t o m a t i cs y s t e m t h r o u g ht h i sp a p e r , u s i n gt h em i d d l e - v o l t a g ep l ct e c h n o l o g yc a np r o v i d eam o r e u s e f u lm o d eo fa c h i e v i n ga ne f f e c t i v ec o m m u n i c a t i o nc h a n n e l l i um u j i a ( m a s t e ro fb u s i n e s sa d m i n i s t r a t i o n ) d i r e c t e db y p r o lw uy u n n a k e y w o r d s ：p r o j e c td e m o n s t r a t i o n ，t h es t u d yo ff e a s i b i l i t y ，p o w e rd i s t r i b u t i o n n e t w o r ka u t o m a t i o n ，c o m m u n i c a t i o na u t o m a t i o ni nt h en e t w o r k so fe l e c t f i ep o w e r d i s t r i b u t i o n i 声明 本人郑重声明：此处所提交的工商管理硕士学位论文配网自动化通讯中中压 p l c 技术的应用研究，是本人在华北电力大学攻读工商管理硕士学位期间，在导师 指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和 致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名日期：超z3 ：! r 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；通译学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名导师签名： 日期：塑丑；! ! y日期： 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 1 1 选题背景及其意义 第一章引言 近年来针对我国经济建设稳步发展，人民生活质量不断提升的良好局面，供电 企业都在积极采取措施加强大用户管理和满足用户需求，提高供电质量和服务水 平，树立电力企业的良好社会形象，增加企业的经济效益为了提高城市配电网安 全运行水平，缩短配电线路设施的故障修复时间，变被动服务为主动服务，供电企 业正在积极探索和开展配电网自动化技术的实际应用。配电网自动化是应用现代计 算机技术，远动技术，自动控制，通讯技术，新型配电设备等先进技术手段，实现 配网在线和离线远方监控与配电管理自动化，达到配电网安全，可靠，经济，优质， 高效运行的目的。由于配网自动化系统的涉及面广、投资规模大，现阶段供电企业 的主要投资是放在对大用户的负荷监控管理和故障主动发现、快速处理方面。配电 系统自动化虽然开展了许多年，但是由于传输通道问题没有得到有效的解决，制约 了配网自动化的发展。当前配网自动化通讯的通道主要是通过光纤，g p r s 、 c d m a l x 、微波等方式解决的，但在实施过程中面临许多问题： 在配电网通讯中采用光纤通道面临：配电网点多面广、光缆投资大、市政保护、 全面铺设困难等问题。 采用g p r s 、c d m a i x 等公网无线传输方式面临：讯息易拥塞、讯息安全、需 要向电讯运营商支付大笔的运行费用等问题。 基于目前的情况，寻找一种合理、实用的解决配网自动化通讯通道的技术，是 改善、提高电力系统配电网自动化水平的关键。 电力线通讯( 简称p l c 或f l t ) ，是指利用电力线作为媒质实现高速数据传输的 种通讯技术。电力系统具有丰富的中压电力线路资源，让国家电网的网络资源( 杆 塔、导线、沟道、路由、通道、路权及其它金属材料等) 能够进行充分的开发和利 用，毫无疑问它将成为一个优良的传输网络。利用四通八达的中压电力线传输高速 数据，以其不用布线、覆盖范围广、传输距离远、连接方便等显著特点，是解决配 电网自动化传输通道以及宽带接入“最后一公里”问题最具竞争力的技术之一。利用 中压线路作为讯息传输的骨干链路，以其较低的网络实现成本、快速的网络开通速 度，将对电力系统加强自身生产运行具有重要意义。农村和城市配电网在结构上存 在着一定的差异，农村中压配电线路距离长、用户分散、讯息量不多。中压p l c 在 农村的实际应用，将大大扩展p l c 技术的应用范围。p l c 技术在农村中压线路上的 长距离通讯的实现，将成为解决农村配网自动化通道的优选方案，而且可解决偏远 农村通电话难的问题。 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 配电自动化系统是个非常复杂的系统，配电网设备数量庞大、种类繁多，配网 自动化投入产出一直是普遍议论的一个问题。在配网自动化的建设中，通讯方式是 非常重要的一个环节。要实现数据和命令的及时、快速的传递，通讯又是实施配网 自动化的基础，因此实施配网自动化必须解决好通讯通道的问题，做好总体规划的 设计工作，才能准确地将配电终端设备与配电自动化系统主站进行数据通讯和数据 交换。随着通讯技术的发展，可供选择的通讯手段很多，由于配网自动化远方终 端数据非常庞大，因此在满足可靠性的基础上如何降低造价，形成最合理的配置， 便于推广，也是非常重要的问题。为了进一步验证中压p l c 技术在配网自动化中应 用的可行性，x x 公司在国电通讯中心的指示下立项基于中压宽、窄带p l c 技术实 现配电网自动化通讯通道的示范工程，旨在通过该项目将中压p l c 技术应用达到 为配网自动化提供有效通讯通道的实用化的目的，为电网企业提供具有典型代表意 义和实际推广价值的应用模式。n 1 1 2 国内外研究动态 国外配电自动化发展和现状 在一些工业发达国家中，配电自动化系统受到了广泛的重视，国外的配电自动 化系统已经形成了集变电站自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户 负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统( d m s ) ，其功能多达1 4 0 余 种。日本是配电自动化发展得比较快的国家，到1 9 8 6 年全国9 个电力公司的4 1 6 1 0 条配电线( 8 6 5 ) 实现了故障后的按时限自动顺序送电，其中2 7 8 8 条( 6 7 ) 实现 了配电线开关( 指柱上开关) 的远方监控( 包括一般和计算机监控) 。日本从2 0 世纪 5 0 年代开始在配电线上采用自动隔离故障区，并向健全区( 无故障区) 恢复送电的按 时限顺序送电装置。6 0 7 0 年代研究开发了各种就地控制方式和配电线开关的远方 监视控制装置，7 0 年代后半期开始利用计算机构成自动控制系统，其后由于电子技 术、计算机技术及讯息传送技术的发展，配电自动化计算机系统及配电线远方监视 控制系统在实际应用中得到了很大的发展。新加坡公用电力局( p u b ) 在2 0 世纪8 0 年代中期投运，并在9 0 年代加以发展和完善的大型配电网的s c a d a 系统，其规 模最初覆盏其2 2k v 配电网的1 3 3 0 个配电站，目前已将网络管理功能扩展到6 6 k v 配电网，进而覆盖约4 0 0 0 个配电站。从国外配电自动化系统采用的通讯方式看， 尚没有一种通讯技术可以很好地满足于配电系统自动化的所有层次的需要。在一个 配电自动化系统中，往往由多种通讯技术组合成综合的通讯系统，各个层次按实际 需求采用合适的通讯方式。目前，国外正致力于配电自动化专家系统和配电网仿真 培训系统等的研究。并且在研究通过负荷分配的优化来减少网损，对变压器负荷进 行管理，以最大限度地利用变压器容量并降低系统有功损耗，以及按即时电价对用 2 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 户负荷进行管理等。 国内配电自动化的发展和现状 自2 0 世纪9 0 年代以来，国内电力系统3 5 k v 变电站逐步实现了四遥功能，但规模 覆盖变电站自动化、馈线的故障定位与隔离，以及自动恢复供电、负荷控制、远方 自动读表、最低网损、电压无功优化、配电投资系统、变电配电和用电管理讯息系 统的配电网综合管理系统，则是近年来才起步的。上海市供电局在蒲东金桥金藤开 发区实施了配电自动化工程，第一期工程采用法国施耐德集团生产的p r 环网开关柜 9 台，基本达到了遥控、遥讯和遥测的目的，但规模较小，且设备依赖进口，造价 高，不便推广普及。另外，北京供电局、沈阳电业局等采用进口设备进行了一定规 模的尝试。银川城区配电自动化系统全部采用自行研制的国产设备实现了配电网中 3 0 余条迸线、几十条馈线、7 个开闭所和小区变压器的全面监控，取得了大量经验， 该系统于1 9 9 8 年8 月2 0 日通过国家电力公司组织的技术鉴定，达到国内领先水平这 是我国第一套通过技术鉴定的配电自动化系统。由于我国配网自动化技术的发展和 应用尚处于起步阶段，配网设备配置水平参差不齐。因此，目前我国配电网自动化 水平与国外先进水平相比仍存在较大的差距。下面是国内外配网自动化水平对照 表： 表i - i 国内外配网自动化水平对照表 配网与自动化国内水平国外先进水平 日本9 9 9 9 、5 2 美国9 9 9 8 5 ，7 9 供电可靠率、 9 9 7 4 l纽约9 9 9 9 8 3 、9 全年停电时间 2 2 7 小时 法国9 9 9 8 2 、9 4 英国9 9 9 8 6 、7 7 2 配电线路架空为主 电缆为主 3网络结构 幅射多，环路少 环路为主( n - i ) ，网络式( n 一2 ) 4配电设备少油，真空，少量s f 6 开无油化，真空，s f 6 ，长寿命、免维护 关 5 自动化程度手动自动，远动，d a ，网络重构 6故障停电时间数小时小于6 0 ” 7 维护管理人为编制计划a m i f m i g i s 配电自动管理 8 投资比( 发输配) 1 ：o 2 1 ：0 1 2 1 ：0 4 5 ：0 7 5 p l c 技术国内外研究水平的现状和发展趋势 3 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 电力线通讯在2 0 世纪2 0 年代就有许多电力公司开始利用高压电力线实现远距 离、低速率的数据传输，2 0 世纪9 0 年代初，一些国家开始进行高速的电力线通讯技 术的研究：进入2 1 世纪以来，技术研发方面取得了一些突破，p i c 传输速率不断提 高，影响逐渐扩大，成为当今世界上引起普遍关注的一个热点。电力线载波在1 0 k v 线路上的应用国外自5 0 年代开始，主要应用在中压电网的负荷控制领域，大多为单 向数据传输、速率低( 有时小于1 0 b i t s 甚至更低) ，并没有形成大规模的电力线 载波通讯服务产业。国内在八十年代后期多数是直接使用小型化的集成电路农电载 波机实现点对点通讯，也有个别采用窄带调频载波机的，使用范围很受限制。随着 1 0 k v 线路通讯需求的增长。到了九十年代末，出现了多种载波通讯设备( 这些设备 可采用不同的线路耦合方式如；电容耦合、变压器耦合、低压耦合、陶瓷电真空耦 合及天线耦合等) ，调制方式也在原来的f s k 调制、p s k 调制、音频注入、工频调 制、过零点检测等方式的基础上开发了先进的扩频调制方式，( 如d s s 直接序列扩 频，f h 跳频，t h 跳时、交叉混合扩频、c h i r p 宽带线性调频，o f d m 正交频分多路 复用等) 。目前在国内使用的1 0 k v 电力线数据传输设备中，使用最多的还是窄带调 制设备( 主要是多讯道p s k 及f s k 调制) ，采用扩频方式的设备也已开始崭露头角， 随着市场的发展和技术的成熟，扩频载波设备必将在电力线载波中压应用方面占有 越来越重要的地位。随着对p l c 研究的进一步深入，该技术正向更加成熟、稳定的 方向发展。国际上许多研究机构也纷纷开始致力于中压p l c 技术的研究和推广，其 中包括德国p p c 公司、西班牙的d s 2 公司以及美国的a m p c r i o n 公司。西班牙d s 2 公司 作为p l c 芯片的开发商，继推出4 5 m b p sp l c 芯片后，目前正在研制更高传输速率的 2 0 0 m b p s 芯片，新制式的芯片不但在处理能力方面有了更好的改善，而且大幅度降 低了工艺成本。目前，德国p p c 公司已经将中压p l c 技术投入了商用化应用，该公 司的中压系统可以实现5 0 0 米距离的可靠传输，并通过增加中继设备的方式增大讯 号的功率，来实现更长距离的高速传输，通过使用i t r a n 的芯片，p p c 的产品可以达 n 2 5 m b p s 的传输速率，并通过与a b b 公司的合作，使得耦合技术得到了突破性进展， 保障了数据的传输速率和传输质量。美国i n t e l l o n 公司也计划于2 0 0 4 年推出速率高达 5 4 m b p s 的芯片。 在我国澳门电力公司于2 0 0 3 年为大用户侧已安装了9 8 0 套中压p i c 窄带设备，并 计划在今后两年再安装2 0 0 套，基本完成澳门大用户侧配电自动化通讯网络的建设。 通过对比2 0 0 2 年( 未安装) 和2 0 0 3 年( 已安装) 的配电数据表明： 报障时间明显缩小：由原来的2 0 3 0 分钟，缩短为5 - - , 8 分钟；作业量大幅度降 低：约减少了2 5 ；供电可靠率提高：2 0 0 2 供电可靠率为9 9 9 9 8 2 2 0 0 3 年的供电可靠率提高n 9 9 9 9 9 3 。在国内，自从高速p l c 技术诞生以来， 我国的研究机构也进行了相应的研究，取得了一定的成果。1 9 9 9 年5 月，国家电网 公司正式立项，由中国电力科学研究院和国家电网公司电力自动化研究院承担p l c 4 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 科技项目的研究和开发，国电通讯中心于2 0 0 1 年成立了p l c 推进工作领导小组和办 公室，在国家电网公司科技讯息部的统一布署下，承担组织、协调和推进该技术的 现场试验工作。目前已经部分通过有关部门测试，但在实际环境上应用需要进一步 探索和研究。然而，和国外同类产品一样，现有中压p l c 产品受线路传输衰耗大的 影响和e m c 的约束，无中继传输距离一般都比较短，大约在5 0 0 米到7 0 0 米，在国内 中压电网上目前没有应用。为了能够为我国电力系统配网自动化的通讯通道问题寻 求一条切实可行的方法，由国家电网公司组织，通过北京某公司与北京市电力公司 合作实施，利用中压电力线通讯( 简称“p l c ”) 通道实现具有一定规摸和实用化 的配网自动化系统的试点工程。本示范工程项目旨在对中压p l c 技术的实用化方面 进行研究探索，实现规模化的p l c 实用化应用。为配合国内供电企业实现对变电站。 开闭站及需求侧设施运行管理自动化，探索完善已运行变电站、开闭站和需求侧设 施配网自动化系统的通讯模式。u ， 1 3 研究方案 本文是中压p i x 3 技术在实际项目中的应用研究。 首先，项目技术方案分析，针对该项所采用的技术与其他技术方案进行对比分 析，从技术角度来论证该项目的可行性。 其次，项目投资与财务分析，通过建立财务模型与其他通讯方式的方案进行投 资对比分析；根据中压线路特性和配电自动化及通讯需求分析对未来经济效益进行 评估分析。 最后，结合项目技术可行性与财务分析结论，论证项目的可行性。1 5 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 第二章配网自动化系统及其配网通讯系统 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，是电力系统自动化的重要组成部分。过去，中国电力工业长期存在“重发”( 电) 、 “轻供”( 电) 、“不管用”( 电) 的情况，导致城市电网设备陈旧、网架结构薄弱、 供电可靠性低、供电容量不足、电压质量不稳定等诸多问题。其中线损长期在8 左 右，居高不下，供电可靠率小于9 9 6 。农村电网与城市电网相比，情况更差。近 年来，由于我国电力建设的重点逐步向调整电网结构、提高电网运行水平方向转移， 促使国内各供电部门正在兴起配电自动化的研究热潮。同时，配电自动化的兴起与 发展也是用户对供电质量和供电可靠性要求越来越高，传统的技术和管理手段无法 适应新形势的必然结果。 2 1 配电自动化系统简介 2 1 1 配电自动化系统概念 配电自动化系统( d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ，简称d a s ) 是美国2 0 世纪9 0 年代提出。但迄今为止，对配电自动化及其相关的一系列技术，国际上尚无统一的 定义和规范。配电区域内的配电线及配电设施的总称叫配电系统，它由变电所、配 电所、配电变压器及以下各级线路、发电厂直配线路和进户线及用电设备等组。我 国习惯将配电系统统称为配电网，配电网按所在的地域或服务对象分，有城市配电 网和农村配电网。向一个城市及其郊区分配和供应电能的电力网叫城市配电网，城 市配电网连同为其提供电源的输电线路及变电所，统称为城市电力网，简称城网； 供应县( 县级市) 范围内的农村、乡镇、县城用电的电力网，叫做农村配电网，简称 农网。配电网按电压等级分，有高压配电网、中压配电网和低压配电网。城网由2 2 0 k v 的送电网，1 1 0k v 、3 5k v 的高压配电网，1 0k v 的中压配电网和3 8 0 2 2 0 v 低压配 电网组成( 城市电力网规划设计原则，能源 1 9 9 3 2 2 8 号) 。通常，1 l o k v 及以下 电力网络属于配电网络，其中3 5 k v 及以上属于高压配电网：i k v 及以上属于中压配 电网；3 8 0 2 2 0 v 属于低压配电网。本文要讨论的配电自动化特指l o k v 中压配电网的 自动化。下图是配电网自动化系统的逻辑结构图： 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 自 l 峪抽 出线开关捧 动 由 广一茹 分段开关终簟 化 信 心 信 l 开闭所终墙 联络开关终靖 中+ 道 h _ 分 道 肛 小区变蜂靖 心站 主 - j 监测 公用变压嚣监涮终嗣 站 - i i l i l l 电容器监测终靖 i 配电所监测终靖 图2 - 1 配电网自动化系统的逻辑结构图 2 1 2 配电自动化的内容 配电自动化是一个庞大复杂、综合性很高的系统性工程，包含电力企业中与 电系统有关的全部功能数据流和控制。从保证对用户的供电质量，提高服务水平， 减少运行费用的观点来看，配电自动化是一个统一的整体。配电自动化包含以下4 个方面： 馈线自动化 馈线自动化完成馈电线路的监测、控制、故障诊断、故障隔离、网络重构其 主要功能有：运行状态监测、远方控制和就地自主控制、故障区隔离，负荷转移及 恢复供电、无功补偿和调压等。 变电站自动化 变电站自动化指应用自动控制技术和讯息处理与传输技术，通过计算机软硬件 系统或自动装置代替人工对变电站进行监控、测量、运行操作的一种自动化系统。 特别是变电站综合自动化以讯号数字化和计算机通讯技术为标志，进入传统的变电 站二次设备领域，使变电站运行和监控发生了很大的变化，取得巨大的经济效益。 变电站自动化技术是配电自动化的重点之一，基本功能有：数据采集、数据计算和 处理、越限和状态监视、开关操作控制和闭锁、与继电保护交换讯息、自动控制的 协调和配合、与变电站其他自动化装置交换讯息、与调度控制中心或集控中心通讯 等项功能。 配电管理系统 配电管理系统d m s 是指用现代计算机、讯息处理、通讯等技术和相关设备对配 电网的运行进行监视、管理和控制，它是配电自动化系统的神经中枢，整个配电自 动化系统的监视、控制和管理中心。主要功能有：数据采集和监控( s c a d a ) 、提供 配电管理系统的基本监视控制功能、配电网运行管理、用户管理和控制、自动绘图 设备管理地理讯息系统( a m f m ig i s ) 等。 需求侧管理 通过一系列经济政策和技术措施，由供需双方共同参与的供用电管理。包含负 7 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 荷管理、用电管理、需方发电管理等。需求侧管理的几个内容涉及电力供需双方， 甚至与电力管理体制有关。必须通过立法和制订相应的规则，并最终由电力市场 来调节。可以看到，电力的供需双方不仅仅是一种电力买卖关系，也是以双方利益 为纽带的合作伙伴关系。在电力市场环境下，需求侧管理必将被重视。 上述4 个方面的内容可以相互独立运行，它们之间的联系十分密切，特别是讯 息的采集、传递、存储、利用以及这些讯息经过处理作出的决策和控制相互影响。 因而，在配网自动化系统中对通讯的要求十分重要。 配网自动化是提高供电可靠性的重要技术手段，实现配网自动化系统的基本 要素包括：配网s c a d a 监控系统、l o k v 馈线自动化( d a ) 开闭所、小区配电所自 动化、配变监测，电容器组控制自动化、配电运行管理自动化。h 1 2 1 3 配网自动化实现的功能 系统的运行监视 运行状态的监视： 包括配电变压器，l o k v 馈线上各个开关状态，故障指示讯息，配电网络结构、 状态和线路运行参数的显示。 潮流的监视： 包括配电变压器及馈线的负荷讯息，监视馈线可能的过负荷讯息，并提供给网 络重构软件。 电压质量的监视： 对网络中电压监视点的电压进行监视，提供电压合格率的统计记录。 远程操作 正常远程操作： 正常线路切换操作，负荷转移操作，计划停电操作，检修停电操作等，由人工 执行。 紧急操作： 人工隔离和恢复供电操作，过负荷时的转移操作，以及紧急停电操作等。 既可远程人工操作，也可自动顺序实施。 故障的自动诊断、隔离和恢复系统 故障定位：判别故障线段和地点。 故障隔离：隔离故障段或区域。 供电恢复：对完好的线段恢复供电。 电压无功控制，供电质量监视及管理 对配电系统的电容器组及调压变压器分接头的自动调节控制或提供计算结果 8 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 指导调度员做手动调整，最终实现总体分级电压无功优化控制，提高供电电压质 量和降低线损率。 负荷的控制与管理功能 负荷的控制与管理功能包括负荷的设定、超限分级报警、负荷分级切除( 削峰) 、 移峰填谷、负荷特性研究、负荷预测与配网规划研究等。叫 9 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 2 1 4 系统基本模式 图2 - 2 配网系统基本模式 l o 华北电力大学工裔管理硕士专业学位论文 2 2 我国配网自动的目前状况 2 2 1 我国配电网基本特点 配电网电压等级逐步统一为1 0 k v ；配电网监控范围广包括开闭所、配电所、出 线开关、分段开关、联络开关、重合器、环网柜、柱上开关、箱式变、小区变、公 用配变、故障指示器、补偿电容器等；设备多，测点多，覆盖面广，总讯息量大， 测点容量小，配电网受扩容，城建影响大，配电网网络接线变化频繁。“1 2 2 2 我国配电自动化发展趋势 规模逐步扩大，网络越来越复杂，双电源向多电源发展；d a 方案由自动分段 重合器向电流型集中控制发展；配电自动化基本模式分层控制得到确认；功能由 单一配电s c a d a 向s c a d a d a d m s 综合发展；a m f m g i s 配电管理向s c a d a d a 一体化发展；一次设备f 1 r u 由进口逐步国产化；一次- - 次系统逐步统一向智能化 开关发展；通讯系统多样化：光纤电力线载波无线。 2 3 配网自动化实施中应注意的问题 配网自动化的实施涉及的部门多、投资大是一项系统工程。因此，配网自动化 的规划是必不可少的，必须结合当地配电网的发展规划，制定详细的配网自动化的 实施计划，整体考虑，分期分批实施，同时要和供电企业内部讯息化建设相协调。 在实施配网自动化后，降低了运行人员的劳动强度，提高劳动效率，使运行人员对 配电网络的运行状况掌握得更全面更快捷，为供电企业创造更好的经济效益和社会 效益。配电网自动化的实施，改变了配电网传统的运行管理方式，但对运行人员提 出了较高的要求。 配网自动化不同于调度自动化和变电所自动化，配电终端设备均为户外运行， 这就要求所选择的设备具有抗高温、抗低温、防凝露、抗风沙和抗老化等能力，配 网自动化系统的测控对象多，设备数量巨大，因此要考虑设备的性价比。进行通讯 系统建设时，需要和调度自动化的通讯系统相结合，统筹考虑。有些地区已建成包 括调度主站和变电所的光纤通讯网，配网自动化系统就可以利用已有的通讯通道， 就近接入变电所以节省投资；有些地区的通讯系统不太完善，在进行配网通讯系统 的建设时，应为调度自动化、集中抄表等留有足够的余量。 配电终端设备中的电源用于控制和开关动作，正常情况下从线路中取得，线路 失电后的后备电源应具有较高的可靠性。在配网主站的建设中，应注意实用和可扩 展。配电地理讯息系统的建设应注意配电系统设备分布区域广，管理部门多的特点， 1 1 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 宜建立分部门分区域的管理，即建立分布式地理讯息系统。配网应用分析( p a s ) 的 实施相对要求比较高，需要有完整准确的配电网参数和历史运行数据，运行人员应 具有一定的水平，p a s 是一个实时系统，数据变化快，应经常维护，经常使用，才 能使系统免遭淘汰。m 2 4 配网通讯系统简介 2 4 1 配电网自动化对通讯系统的要求 通讯系统是主站系统与配电网终端设备联接的纽带，主站与终端设备间的讯息 交互都是通过通讯系统完成，因此必须有稳定可靠的通讯系统，才能实现配电自动 化的功能。作为配电网自动化系统的重要组成部分，其配套的通讯系统可分为用户 级通讯、主站级通讯和现场设备级通讯。配网自动化对通讯系统的主要要求是：通 讯的可靠性高、通讯系统网络安全性好、效能费用比优、数据传输的实时性强、使 用和维护方便、可扩展性强。 满足上述要求的配电网通讯系统在配电网运行发生故障时相应的故障讯息能 够及时准确地上传到上级站，并且上级站发送的控制讯息也能迅速传送到具体的控 制单元r t u 、d t u 、f 1 u 、椰等，通过讯息的交换，配网自动化系统可以自 动进行故障定位，实施故障隔离和对非故障线路及早恢复供电，同时减小重合闸对 配电设备及系统的冲击，提高供电可靠性。由此可见，高质量的通讯系统在配电自 动化系统中起着至关重要的作用。 2 4 2 当前常用的几种配电网自动化通讯方式 配网自动化系统的通讯具有终端设各多，单台设备的数据量小，实时性要求不 同的特点，因此应因地制宜，根据当地环境和经济条件确定合理的通讯系统，同时 要考虑调度自动化通讯系统的建设。目前在配电网中使用的通讯技术主要有扩频通 讯、微波通讯、光纤通讯、市话通讯和载波通讯。 光纤通讯 近些年发展起来的比较先进的通讯技术。它的主要特点是传输速率高、可靠性 好、不受环境条件的影响、使用和维护方便等。但是，光纤通讯需要在中心站及各 可控设备间敷设光缆，而二次布线又受制于各种因素不利于施工，同时由于配电网 中需要控制的设备很多，且十分分散，所以在配网中全部采用光纤通讯技术势必投 资巨大、施行难度较高。 无线通讯 租用移动运营商提供的无线g p r s 通道作为配电网自动化的通讯方案目前也被 1 2 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 很多单位所采用，虽然此种方案具有避免基础设施建设、缩短开通时间等优点，但 它也存在着以下的诸多不足： 安全性差：由于是利用公网的数据传输通道，我们的电力生产数据与其他用户 的语音和数据业务共用一个通道，所以无法保证数据传输的安全可靠。而且由于分 组交换比电路交换在可靠性方面也要差一些，因此使用g p r s 还可能发生一些丢包现 象。 实际速率比理论值低：g p r s 数据传输速率要达到理论上的最大值1 7 2 2 k b p s ， 就必须只有一个用户占用所有的8 个时隙，而运营商将所有的8 个时隙都给一个用户 使用显然是不太可能的。另外，目前大多数的g p r s 终端基本都只能支持不超过3 个 时隙的带宽，所以，理论上的g p r s 最大速率将会受到网络和终端现实条件的制约。 存在转按时延：g p r s 分组通过不同的方向发送数据，最终达到相同的目的地， 因此，数据在通过无线链路传输的过程中就不可避免地存在着较大且不确定的时 延，无法保证我们的生产数据对传输系统实时性的要求。 扩频通讯 优点是抗干扰能力强，传输速率较高。缺点是要求通道两端无阻挡，这一点对 位于高楼林立中的城市配电网来说很难满足要求，所以扩频通讯一般用于通讯点不 多、环境比较开阔、传输距离比较远的场合。 微波通讯 微波通讯是点对点的无线传输方式，它主要是应用于调度自动化和变电站综合 自动化数据的传输，对于在配网自动化系统中的应用存在着与扩频通讯一样的问 题，并且造价较高。 上述介绍的几种通讯方式，均存在工程投资大，且维护工作量大等问题。当前， 已形成电力公司不断追求利润最大化，不断降低运营成本，不断讲求投资效益的大 环境。叫 下表给出了中压配电自动化常用的几种通讯方式的经济技术指标的比较： 表2 - 1 配电自动化常用的几种通讯方式的经济技术指标的比较： 传输技术施工难度 施工周期传输成本维护成本可靠性 光纤 较难长较高较高 高 微波通讯 难 长低 高较高 扩频通讯 难 较长 低 较高 较高 g p r s易短较高 低较差 中压p l c易短低 低高 通过上述比较分析可以得出，中压p l c 技术相对于其他技术来说具有现场施工 1 3 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 难度低，施工周期短，不需重新布线，投资比较低，安装后运维成本低，安全性能 好等优点，所以中压p l c 技术用于配网自动化的通道具有很强的性价比优势。 1 4 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 第三章中压p l c 技术应用于配网自动化通讯中方案论证 电力线通讯技术( p o w e rl i n ec o m m u n i c a t i o n 简称p l c ) 是利用配电网低压线路 传输高速数据、话音、图像等多媒体业务讯号的一种通讯方式。用电力线通讯，所 需成本极低，不需另外铺设电话线、光缆等，直接使用现有的电力网就可以实现通 讯，系统中所有设备都可以就近接入电力线。电力线通讯技术由来己久，从上世纪 2 0 年代开始，人们就开始了对模拟电力线载波通讯的研究。近几年来，对配电网 中的电力线通讯技术研究方兴未艾。其中，民网中的电力线通讯已有近十年的研究 历史，主要用于进行i n t e r n e t 的高速接以及“智能化家庭”等领域。目前在国内和国 外已有大量应用，并开始了商业化探索；另外，在配网自动化系统中，可以利用电 力线通讯技术作为讯息的传输通道，来对各种监控数据进行稳定、可靠的传输。 3 1p l c 技术用于配网自动化通讯的探讨 3 1 1p l c 技在配网自动化中的应用 在配网自动化系统中，控制中心需要与系统中的f 1 u ( 馈电终端单元) ，1 1 哪( 变 压器终端单元) 等远端监控设备进行通讯，来获取配网中的各种讯息，并对一次设 备( 变压器、分段开关、环网联络开关、断路器等) 进行监控。对通讯系统的要求取 决于配电网自动化的规模、复杂程度以及预期达到的自动化水平。总体来说，有如 下要求：具有较高的可靠性和抗干扰能力，并且网络扩展方便；双向通讯( 个别情 况下不需要) 、容易操作、维护方便；此外，建设成本要低，并且通讯要不受停电 的影响。由于配网自动化系统功能的复杂性，单一的通讯方式一般无法满足所有要 求。可供选择使用的通讯方式主要有：有线通讯方式，包括光纤通讯，公用电话网， i s d n 等；无线通讯方式，包括微波通讯，g s m 通讯，卫星通讯等。其中，光纤通讯 由于其可传输距离远，抗干扰、抗辐射能力，保密性高，以及传输容量高等优点， 获得了广泛的使用，尤其是在主干通讯网中。但光纤通讯也有诸如成本高、技术要 求高、维护和扩展不方便等不足之处。若使用g s m 网中g p r s 作为传输通道，则由 于是公用网络，所以保密性较差；另外，它不是专用的数据通讯网，在网络中语音 优先，在通话多的情况下，不能保证数据的及时传输。近几年，随着通讯技术以及 相应数字讯号处理技术的发展，使得直接在配网上实现可靠的数据传输成为可能， 直接利用电力线本身无疑具有最大的吸引力。它组网方便，不用布线，能最大限度 地减少投资，并且覆盖范围广，可扩展性好，可以容易地覆盖整个配电网。由于电 力线通讯先天具有的这些优势，使得电力线通讯技术可以成为配网自动化系统通讯 技术的重要选择之一。在配网中实现可靠的通讯，需要解决一些关键难点：一是解 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 决噪声的干扰问题，以及长距离情况下的讯号衰减问题。第二，就是如何跨越变压 器以及各种开关等问题。针对第一类问题，可以通过使用如0 f i ) m ，扩频通讯等合 适的调制技术，自适应均衡技术，以及纠错编码技术等来解决；对于第二类问题， 目前常用的解决方法为通讯讯号另辟一条通路，直接跨越变压器和各种开关进行传 输。现在国内外正在研究让讯号直接穿越变压器的方法。” 3 1 2 电力线通讯应用在配电自动化系统中网络结构 电力线通讯在配电自动化系统中的应用如图1 所示。 图3 一l 电力线通讯在配网自动化中的应用 图3 - - 1 中，每个p l c 局端设备负责与其辖内的各p l c m o d e m 通讯，相互之间利 用配电网作为传输介质，采用耦合的办法将通讯讯号注入配电线路。若在传输路径 中遇到变压器、断路器等设备时，则进行跨越式传输。处在同一配电线路中的p l c 局端设备之间，通过加阻波器的方式，来防止相互干扰。局端设备把从f 1 u ，刑 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 等远端监测设备传来的各种配网自动化数据，通过通讯网络( 可以是a t m ，s d h 等) 传送到控制中心去。同样，从控制中心发送的各种控制操作数据，也通过通讯网传 输至p l c 局端设备，再由局端设备向各p l c m o d e m 转发。p l c m o d e m 则通过向下提 供串口等业务接口将各种二次设备接入到系统中去。在图中，若其中某些设备处在 同一范围内，可以共用一个m o d e m 。n 棚 3 2p l c 技术用于配电网自动化通讯的意义 电力系统具有丰富的中压电力线路资源。利用四通八达的中压电力线传输高速 数据，以其不用布线、覆盖范围广、传输距离远、连接方便等显著特点，是解决配 电网自动化传输通道以及宽带接入“最后一公里”问题最具竞争力的技术之。利 用中压线路作为讯息传输的骨干链路，以其较低的网络实现成本、快速的网络开通 速度，将对电力系统加强自身生产运行以及竞争电讯行业都具有重要意义。国家电 网公司高度重视p l c 技术的发展，公司科技主管部门做了大量的工作，先后几次立 项研发p l c 产品，并于2 0 0 1 年组织国电通讯中心，完成低压p l c 的试验网建设、相 关技术研究以及探索商业化运营等工作对中压p l c 技术的实用化方面进行研究探 索。 利用p l c 技术组建的宽带接入网，以及通过p l c 技术为电力生产所提供的传输 通道，在网络服务水平和可靠性方面，存在着很高的要求，因此p l c 网络的管理系 统是非常重要的，它是确保p l c 网络顺利运行的主要支撵部分之一。优良的p l c 网 络管理系统，可以提高i l c 网络的服务质量和运行效率、管理和控制网络内资源的 合理利用，也可以定期或不定期的改变或提高网络技术和服务水平。p l c 网络管理 系统可以减少运行p l c 网络维护的费用，及由故障所造成的通讯中断次数和时间， 具有很大的经济效益。 农村和城市配电网在结构上存在着一定的差异，农村中压配电线路距离长、用 户分散、讯息量不多。中压p l c 在农村的实际应用，将大大扩展p l c 技术的应用范 围。p l c 技术在农村中压线路上的长距离通讯的实现，将成为解决农村配网自动化 通道的优选方案，而且可解决偏远农村通电话难的问题。“” 3 3 中压p l c 设备介绍 中压p l c 设备： 中压p l c 设备按照传输速率可分为中压宽带p l c 和中压窄带p l c 。中压宽带p l c 设备由主设备和藕合器构成，主设备根据所插板卡的不同可分为中压局端和中压用 户端。任何相邻2 个中压p l c 节点间的通讯都是在中压局端和中压用户端间完成的， 1 7 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 在中压宽带p l c 系统中，从局端到用户端是下行传输，从用户端到局端是上行传输， 在目前的系统中上，下行的传输速率是不平衡的，最大物理层理论传输带宽为 4 5 m b i t s 。中压宽带p l c 设备可提供与外网相连的w a n 接口，与通讯站内设备相连的 h 州接口、u s b 接口等。它还可以通过增加一个低压局端板卡来和低压p l c 设备相 连，利用低压设备来扩大p l c 通讯系统的覆盖能力，并为用户提供更加灵活的接人。 中压宽带p l c 设备采用o f d m ( 正交频分复用) 调制技术，此项技术能够很好 的抵抗电力线上的干扰并提供最高的频谱效率和性能。中压宽带p l c 设备可以用几 个频段进行通讯。目前缺省的配置有4 个频段： 频段1 ：2 4 6 一1 1 7 2 5 m h z ，通常用于中压设备之间长距离的通讯。 频段2 ：1 3 8 2 2 8 m h z ，通常用于中压设备之间的短距离的通讯。 频段3 ：2 6 7 3 8 m h z ，通常用于短距离通讯。 频段4 ：2 4 6 - i i 7 2 5 m h z ，通常用于中压设备之间的长距离传输，在这个频段中上 行和下行使用的频段与频段1 相反。 中压宽带p i x ：设备利用1 0 k v 中压电力线作为传输介质，将两台中压宽带p i _ e 设 备连接起来。本工程中设备采用电感耦合方式，不会对变电站、开闭站的电力一次 设备造成影响。 表3 - i 中压宽带p l c 设备技术数据： 设备特性指标描述备注 设备单元说明 运行温度一5 5 5 湿度3 0 9 5 r 8 ，无冷凝 输入 a c l 0 0 2 4 0 v5 0 6 0h z0 4 a 2 2 0 v 熔丝t 5 a 2 5 0 v 通讯接口 p l c 讯号