（电力系统及其自动化专业论文）某县供电局配电网自动化系统方案的研究.pdf

声明尸明 f f 舢 y1w 7 ” 1 w 8 w lilfl5l i j l l f 17iij i 9 i i f l ! 。0 j r i l l 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文某县供电局配电网自动化系 统方案的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，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：鍪圭塑i t期：型丝坚! 圣 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；同意学校可以用 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： 日 铷签名走! 丝导师签名 羞! 丝二 期：型! ：堕! ! 三日 期： - 华北电力火学硕士学位论文摘要 摘要 配电自动化系统是保证配电网供电可靠性、高效能与高电能质量的重要环节， 可以实现配电网的安全、稳定、经济运行。本文首先介绍了配电自动化的内容和国 内外配电自动化的发展现状，以及某县配电自动化系统设计的重要性及其必要性； 然后详细分析了配电自动化系统中馈线自动化、通信系统及主站系统的应用技术。 在此基础上，结合该县配电网的结构特点与实际情况，确定所采用的配电自动化系 统模式，馈线自动化方案及f t u 所需的各项功能、通信系统所采用的通信方案以及 配电s c a d a 系统所需的各项功能等。该配电自动化系统方案的实施，可以提高该 县的供电的质量和可靠性，提高了电力系统的经济效益。 关键词：配电自动化，馈线自动化，s c a d a ，f t u a b s t r a c t 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 mi sv i t a lt oe n s u r ed i s t r i b u t i o ns y s t e mr e l i a b i l i t y , h i g t ip e r f o r m a n c ea n dh i g l lp o w e rq u a l i t y , a n dr e a l i z e st h ep o w e rs y s t e mr u n n i n gs a f e r , s t e a d y a n de c o n o m i cp e r f o r m a n c e t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec o n t e n ta n dt h e d e v e l o p m e n to fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o na th o m ea n da b r o a d ，a sw e l la st h es i g n i f i c a n c e t oi m p l e m e n td i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e mi nac e r t a i nc o u n t y t h e nt h e r ei sad e t a i l e d a n a l y s i so ft h et e c h n o l o g yo ff e e d e ra u t o m a t i o n ，c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，s c a d as y s t e m ， a n ds oo n o nt h i sb a s i s ，c o m b i n i n gw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ea c t u a ls i t u a t i o no f t h ec o u n t yd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，t h ep a p e rd e t e r m i n e st h ea d o p t e dm o d eo fd i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o ns y s t e m ，t h es o l u t i o n sf e e d e ra u t o m a t i o na n da l lt h en e c e s s a r yf u n c t i o no f f t u ，c o m m u n i c a t i o ns y s t e m sw i t hc o m m u n i c a t i o n sp r o g r a m s ，a n ds c a d as y s t e mw i t h t h ev a r i o u sf u n c t i o n sr e q u i r e d t h ed i s t r i b u t i o nq u a l i t ya n dr e l i a b i l i t yw i n r a p i d l yf o rt h e d i s t r i b u t i o nn e t w o r ka u t o m a t e ds y s t e m ，a n dt h ee c o n o m i cb e n e f i to ft h ee l e c t r i c i t y s u p p l yc o m p a n i e si sr a i s e d s u x i nz h a n g ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f h o n g s h a nz h a o k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n ，f e e d e ra u t o m a t i o n ，s c a d a ，f t u ， 华北电力人学硕十学位论文目录 目录 摘要 a b s t r a c t 第一章引言l 1 1配电自动化系统概述l 1 2课题的提出和意义一2 1 3国内外配电自动化发展现状2 1 3 1 国外配电自动化发展现状2 1 3 2 国内配电自动化现状3 1 3 3 国内配电自动化实施存在的主要问题4 1 4 论文的主要工作4 第二章配电网自动化管理系统6 2 1馈线自动化6 2 1 1 基于主站的馈线自动化方案6 2 1 2 无主站的馈线自动化方案7 2 1 2 1 用重合器实现的故障隔离与网络重构模式7 2 1 2 2 用分段器实现的故障隔离与网络重构模式8 2 1 2 3基于f t u 的馈线自动化模式9 2 1 3 配电网故障诊断方法9 2 1 4 馈线自动化终端1 0 2 2配电自动化通信技术l l 2 2 1 配电通信设计思路1 l 2 2 2 配电通信方式及体系结构1 2 2 3配电自动化主站系统1 3 2 3 1 主站系统设计实施应遵循的原则1 3 2 3 2 主站系统的功能要求1 4 2 3 3 主站系统与g i s 系统的集成方式1 5 2 4 本章小结1 6 第三章安平县配电自动化系统的规划设计1 7 3 1 安平县配电网现状1 7 3 2配网自动化系统实现目标1 8 3 3配电自动化系统总体结构1 9 3 4网络改造2 0 i 华北电力大学硕士学位论文目录 3 5 馈线自动化方案2 2 3 5 1f t u 装设地点2 3 3 5 2 自动化终端的外接配置及安装2 5 3 5 3d a 策略分析2 6 3 6 配网自动化通信系统方案2 7 3 7 配网主站系统方案2 9 3 7 1 主站配置2 9 3 7 2 s c a d a 应用方案3l 3 7 3 配电地理信息( g i s ) 应用方案3 3 3 7 4 配电管理应用方案3 4 3 7 5w e b 功能3 5 3 8 本章小结3 5 第四章结论3 6 参考文献3 7 致j 射4 0 在学期间发表的学术论文和参加科研情况4 1 华北电力大学硕士学位论文 1 1配电自动化系统概述 第一章引言 配电网自动化( d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n ，简称d a ) 这一术语，是9 0 年代由美 国提出来的。配电自动化系统【1 ，2 】是指：利用现代电子、计算机、通信及网络技术， 将配电网在线数据和离线数据、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 监测、保护、控制、用电和配电管理的现代化。它是配电自动化与配电管理集成为 一体的系统。 根据以上定义，配电自动化是一种技术应用趋势，其结果是实现配电设备运行 的自动化与配电管理的现代化，配电自动化系统则是为实现此目的而需建立的具体 体系系统，配电自动化技术是实现该系统所涉及的特有技术。 按照i e e e 对配电自动化系统的定义，界定了配电自动化系统应是实时监视、 控制配电设备的系统，即配电设备的s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o l a n dd a t a a c q u i s i t i o ns y s t e m ，数据监控及采集系统) 【3 1 。配电自动化的对象是整个配电网设 备，包括中低压电网及深入到其中的高压电网设备，所实现的对象主要包括：变电 站、配电馈线、开闭所、配电变压器、用户等。其中对变电站配电室设备的s c a d a 已列入调度自动化中的变电站自动化，对用户的s c a d a 一般由负荷控制管理系统 实现，配电自动化通常只包括馈线自动化、开闭所自动化、配电台区自动化等。 其中，对配电馈线的自动化，主要表现为故障处理，亦称为馈线自动化( f e e d e r a u t o m a t i o n ，简称为f a ) ，是配电系统提高供电可靠性的有效手段，包括对故障的 检测、判断定位、隔离与网络重构。在有通信通道时，还可进行对线路节点的遥测 与遥控。因此配电自动化过程中首先进行的往往都是配电网馈线自动化，这是配电 自动化的基础功能。 另外，还存在对采集的数据的二次处理与再利用，即在配电s c a d a 系统的基 础上，实现更深层次的自动处理，包括运行管理、配电网分析等。但这些功能均应 是在线的，不是离线的。 基于地理相对位置的配电设备的地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ， 简称g i s ) 反映了配电设备的基础信息以及相互拓扑关系，对管辖区的配电网设备、 线路等进行管理，为配电自动化中地理查询、网络分析、辅助决策等管理功能提供 了实现的基础。 华北电力大学硕士学位论文 1 2课题的提出和意义 随着电力市场的迅速发展，用户对供电的可靠性和电能质量提出了更高的要 求。2 0 0 5 年4 月国家电网公司供电服务“十项承诺”明确城市地区供电可靠率不低 于9 9 9 0 ，居民客户端电压合格率不低于9 6 。要达到上述目标，必须采用现代化 手段提高供电自动化水平，即实施配电系统自动化。 实现配电网自动化的意义在于【1 ，4 】：( 1 ) 有利于在配电网正常运行时，通过监视 配网运行工况，优化配网运行方式；( 2 ) 有利于在保证供电可靠性的前提下，确保 电力用户用电的时效性，满足电力用户的供电需求；( 3 ) 有利于满足和确保供电的 质量，符合高新技术装备和居民家用电器的要求，避免高峰低谷，电压幅值和频率 以及谐波对用户所产生的不良影响；有利于降低电网的损耗，提高网络的供电能力， 减少用户的停电机率；( 4 ) 当配电网发生故障或异常运行时，能快速隔离故障区段， 及时恢复非故障区域用户的供电，缩短对用户的停电时间，减小停电的范围，提高 设备的故障判断能力；( 5 ) 有利于提高配电网设备的自身可靠性运行能力，大大地 减轻运行人员的劳动强度和维护费用；( 6 ) 可以合理控制用电负荷，从而提高设备 的利用率；( 7 ) 采用自动抄表计费，以保证抄表记费的及时和准确，提高企业的经 济效益和工作效率，并可为用户提供自动化的用电信息服。 安平县配电网原网架结构薄弱，城网设备较旧，很容易造成大面积停电，县城 供电可靠率低于9 9 。随着社会发展，电力用户对供电质量及其可靠性提出了更迫 切的要求，对配电网的再改造及在该区域实施配电网自动化系统，可以提高该地区 配电网络的供电能力及可靠性，并减少用户的停电几率，具有重大的工程实用价值 及经济价值。 1 3国内外配电自动化发展现状 1 3 1 国外配电自动化发展现状 国外配电自动化开始于2 0 世纪7 0 年代【5 6 】，欧美等发达国家开展配电自动化的 早期目标是缩短馈线停电时间。如美国，在开展配电自动化工作的初期，采用配电 线路上装设多组重合器、分段器方式，使线路故障不影响变电站馈线供电。在纽约 曼哈顿地区，2 7 k v 任一线路故障时真空重合器和变电站内的断路器配合，经过小于 3 次的开合操作，自动隔离故障使非故障区段恢复供电。1 9 9 7 年全纽约的用户平均 停电时问( 含检修、故障等各种因素停电时间) 为1 0 4 m i n ，而曼哈顿地区仅为9 m i n 。 1 9 9 4 年，美国长岛电力公司配电自动化系统采用8 5 0 台f t u 和无线数字电台组成 了故障快速隔离和负荷转移的馈线自动化，在4 年内避免了5 9 万个用户的停电故 障( 根据美国事故统计标准，对用户停电达到或超过5 m i n 就是停电事故) ，并因此 2 一一一一一一_ 华北电力大学硕十学位论文 获得i e e ed a d s m 大奖。整个系统的形成大致经历了三个阶段：第一步使线路运 行达到能自动分段；第二步建立通信通道实现s c a d a 功能；第三步实施非故障段 的自动恢复供电。 日本配电网自动化【7 】的发展途径和美、英等国不同，它首先是在配电线路上安 装具有判别故障及按时限顺序合闸的柱上开关，并与安装在线路上的重合器、分段 器及变电站馈线开关的保护相配合。当线路发生故障经过二次合闸，重合器、分段 器能自动判别故障，自动隔离线路故障段，使线路非故障段恢复供电。在上述基础 上又进一步增设通信功能，将柱上自动配电开关的信息送至中央控制室，由配电自 动化系统对配电网进行监控。其功能包括s c a d a 、a m f m g i s 、负荷控g q ( l c ) 等。 r 本在5 0 年代送配电损耗约为2 5 ，到8 0 年代已降到5 。日本九州电力每户平 均停电时间从6 r a i n 下降到l m i n ，是依靠配电自动化实现的。 综上所述，可以看出国外的配电自动化的实现，大致是先实施馈线自动化，然 后建立通信通道和配电自动化主站系统，再完善各项功能。然而，在这过程中留有 大量的有待开发的自动化功能和一些已开发的功能之间的重叠。配电自动化的发展 经历了各种单项自动化林立，号称“多岛自动化一的配电系统，向开放式、一体化 和集成化的综合自动化方向发展的过程，目前已具有相当的规模，并从提高配电网 运行可靠性和效率，提高供电质量，降低劳动强度，充分利用现有设备的能力，缩 短停电时间和减少停电面积等方面，均带来了可观的经济效益和社会效益( 8 。i o l 。 1 3 2 国内配电自动化现状 ， 我国的配电网自动化工作起步于2 0 世纪8 0 年代末【4 】，其标志是当时石家庄和 南通各引进了一套日本户上制作所赠送的配电网自动化环路设备，该设备每一开关 单元由s f 6 开关、d m 控制器和电源变压器构成，可完成就地故障隔离功能，相当 于同本7 0 年代装备水平。我国真正开展配电网自动化工作是在9 0 年代，当时进行 了一些有代表性的试验项目。根据国家电网公司2 0 0 1 年底对1 6 省( 市、自治区) 6 2 个城市配网自动化工作的调查显示，我国真正开始系统性试点是在1 9 9 6 年以后。 自1 9 9 6 年起，为数有限的部分城市开始了配电网自动化系统试点工作。1 9 9 9 年底 原国家电力公司发布了“l0 k v 配网自动化发展规划要点 和“配网自动化终端设备 通用技术条件”，使该项工作逐步走向正轨。从1 9 9 8 年起，全国每年新建配电网自 动化系统的城市在l o 个以上。尤其是近几年增长幅度明显加大，最明显的增长地 区是实施全省统一管理的山东、江苏两省。到目前为止，国内已有超过百个城市进 行了配电网自动化系统的试点，有的试点已具有相当的规模。 我国配电自动化的发展大致可以分为三个阶段【l 】。第一阶段，引进国外的自动 化丌关设备，通过智能丌关设备之间的配合实现故障定位、隔离和自动恢复供电， 华北电力大学硕士学位论文 这被称之为就地控制的馈线自动化模式，这种方案仅在故障处理时才起作用，且不 能检测出中性点小电流接地系统的单相接地故障。在我国绝大多数城市中，故障停 电占用户的停电时间比例很小，而引入的自动重合器、分段器和负荷开关价格昂贵， 投入很大，收效甚微。第二阶段，实现配电层次的s c a d a 功能，通过建立配电系 统的实时监控系统( s c a d a 系统) ，即在配电网调度中心建立主站系统，在各变电 站、开闭所设置r t u 、f t u 等远方终端，通过通信通道联系，从而实现对配电网的 监控功能。这种模式的故障处理时间大大缩短，而且在配电网正常运行时可以对配 电网进行监控和运行管理，实现系统的优化运行，这也是近年来国内所采用的主要 配电自动化的模式，但是这种模式需要借助于通信系统，而且故障的处理依赖主站 进行。第三阶段，通过多年的配电网的改造和各单项自动化( 如负荷控制、远程抄 表系统、配网系统管理系统等) 的发展，借助现代计算机技术、网络技术和通信技 术实现各子系统之间资源共享，达到配电管理层次。 1 3 3 国内配电自动化实施存在的主要问题 由于我国配电系统自动化还刚刚起步，试点工程规模较小，即线路条数仅占试 点单位线路总数的3 左右，规范和标准还不够完善，国外一些典型的工程又很难 与我国配电网相一致。同时早期的工程又受到当时的认识水平、计算机网络、通信 技术及其价格的制约，成功的案例较少。目前存在的主要问题有： 1 ) 系统功能单一、实用性差。多以馈线自动化为主，以重合器、分段器实现的 就地控制模式的馈线自动化，仅能进行故障处理，并且不能监测出中性点不接地系 统中的单相接地故障，其提高供电可靠性很小。 2 ) 系统集成，缺乏统一规划，单项“孤岛一林立。由于各地对配电自动化的认 识不同，投入的各种单项功能也未进行统一综合考虑，它们之间标准不统一，软硬 件不兼容，致使信息不能公用，资源不能共享。 3 ) 在应用层次上，停留在初级应用阶段，缺乏高级应用。如网络重构、自动无 功电压调整尚处在理论分析阶段。 1 4论文的主要工作 本文在深入研究分析国内外配网自动化技术发展的基础上，结合安平县配电网 结构特点，对其配电自动化系统进行了规划设计。主要包括以下几个方面的内容： ( 1 ) 对当前馈线自动化的各种实现模式进行了分析与比较，提出了各种实现模 式的适用范围： ( 2 ) 对当前常用的通信方式进行分析比较，结合配电自动化系统对通信的要求， 给出主站集中处理的馈线自动化模式所应采用的通信网络结构； 4 华北电力人学硕士学位论文 ( 3 ) 对配电自动化系统的主站系统的功能要求、配置及其实现方法进行了分析： ( 4 ) 对安平县城区配电自动化系统进行了详细设计，包括线路的简单改造、馈 线终端设备的安装、通信系统的建立以及配电主站的构成等具体实施方案等内容。 华北电力大学硕+ 学位论文 2 1馈线自动化 第二章配电网自动化管理系统 馈线自动化系统【4 ，l 主要目的就是实现配电系统的故障自动隔离和自动网络重 构，提高供电可靠性。一般有“基于主站的馈线自动化系统 和“无主站馈线自动 化系统 两种。 对于辐射型和环网型的配电网架空线路或电缆线路，实现故障自动隔离可以采 取多种方法，这取决于自动化装置的技术和整体方案。从设备选择和故障判别方式 来看，环网就地控制方式分为“重合器 和“电压一时间型分段器”方案；辐射型 就地控制采用变电所出线开关与重合器、分段器或者熔断器相互配合实现故障区段 隔离和故障点上游区段恢复供电。 2 1 1 基于主站的馈线自动化方案 基于主站的( 集中式) 馈线自动化，即故障处理和网络重构的“智能 实现是 由主站来完成的，依赖于s c a d a 系统提供的实时数据。现场的f t u 将故障信息通 过相应的通信信道送到主站，主站根据开关的状态、故障检测信息、网络拓扑分析， 判断出故障区段，并下达遥控命令，跳开故障区段两侧的开关，重合变电站出线开 关和闭合联络开关，恢复非故障线路的供电。 故障分析和处理软件可以安装在较大的变电站( 子站) ，也可以在控制中心的 主站综合自动化功能中增加相应的故障分析、定位及网络重构程序，对故障进行处 理。基于主站的( 集中式) 馈线自动化结构如图2 1 所示。 图2 1 基于主站的馈线自动化方案 6 f 扣 白 f 1 1 j 聊 m ， _ - 一 一 基_ 刚 ，i 一 一 一 一 一。 一。 站 站 电 电 变 变 华北电力火学硕士学位论文 当配电系统在多个子站所管辖供电区域内同时发生故障或者变电站发生故障 时，负荷的转移和供电恢复需要考虑整个配电网结构和运行情况，这时，需要启动 主站上的故障处理和网络重构软件来协调多个子站的故障处理。 该方案具有以下优点：通过一次重合即可完成故障处理；可以进行全网优化分 析计算；在通信速率9 6 0 0 b i t s 下，从故障发生到故障隔离及恢复供电整个过程在1 分钟左右即可完成；由于主站的故障处理算法是在配电网络的实时拓扑结构基础上 完成的，因此，即使对是多电源复杂的网络，同样适用，方案比较灵活，并且时间 基本相同。 该方案的缺点：该方案故障处理任务上移，必须要建设有效而又可靠的通信网 络，对配电网通信系统的依赖性强，当通信系统发生故障或控制中心故障时，将不 可避免地导致整个控制系统瘫痪，失去故障隔离、恢复供电的功能。另外，电源必 须配备储能电池。 本方案适用于城网、负荷密度大的地区、重要工业园区、供电途径多的网格状 配电网及对供电可靠性要求高的区域。 2 1 2 无主站的馈线自动化方案 无主站馈线自动化系统不需要主站，通过自动化开关相互配合或采用网络保护 等措施，在配电线路发生故障时，实现故障区域自动判断和隔离，并自动恢复受故 障影响的健全区域供电。 常采用的无主站馈线自动化方案有两种典型方式【1 1 , 1 2 1 ：基于自动化开关设备相 互配合的馈线自动化方式和基于馈线终端设备( f t u ) 的馈线自动化方式，前者又 包括重合器模式与分段器两种模式。 2 1 2 1 用重合器实现的故障隔离与网络重构模式 重合器【4 】是一种自具控制及保护功能的开关设备，它能按预定的开断和重合顺 序自动开断和重合操作，并在其后自动复位或闭锁，可以避免瞬时性故障对电网的 影响，可代替变电站的出线断路器。 重合器用于馈线坏网方案在国外已有几十年的历史，对提高供电可靠性，缩短 停电时间作用显著；随着用户对供电可靠性的进一步提高，重合器在原有的自动功 能基础上增加了环网控制功能，更加充分地利用环网，加强了自动网络重构功能。 图2 2 为一个由5 个重合器构成的环网。 华北电力大学硕士学位论文 一 变电站a 变电站b 1 图2 - 2 五重合闸环网 对于电网架空配电线路，故障的8 0 是瞬间故障，采用重合器隔离瞬间故障， 能大幅度提高供电可靠性；由于强电的危险性，线路发生故障时，希望现场问题就 地解决，不宜扩大，减少人为复杂化；重合器的智能化程度高，使供电网络能独立 运行，不依赖于通信系统、主站系统，同时可以统一规划，分步实施：由于故障多 发生在分支线低压区，支线可以用智能分段器与干线重合器保护配合，重合闸是在 发生瞬间故障后迅速排除故障并恢复供电的有效手段。 缺点：仅在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用，不能优化网络运行方 式；无法采取安全和最佳措施，多次重合，对设备冲击大。 2 1 2 2 用分段器实现的故障隔离与网络重构模式 分段器【4 】具有切断负荷电流和关闭短路电流、负荷电流的能力，但不具有开断 短路电流的能力，是能与电源侧前级开关配合，在失压或无电流情况下自动分闸的 开关设备。因其与重合器相比价格较低，又不存在保护配合问题，故而广泛地应用 于配电线路，与重合器配合或自成环网，实现馈线自动化。 当发生永久性故障时，分段器可在预定次数的分合闸操作后闭锁于分闸状态， 从而达到隔离故障线路区段的目的，再由重合器或断路器恢复对电网其它部分供 电。从动作原理上一般分为“电压一时间型 和“过流脉冲计数型两种。 ， 用分段器实现的网络重构模式的特点：分段器无时间一电流特性，故无前后级 保护t - i 特性曲线选择和配合不当之处，尤其是可以方便地用于两个t i 特性曲线非 常接近的开关设备之间，解决短线路上开关不易配合的问题；用分段器实现的网络 重构方案，开关的整定容易，实现起来比较方便，隔离故障和网络重构的过程稳定 而准确；由压时型分段器组成的环网对线路所分割的段数没有限制。 这两种分段器由于设备自身的局限性，存在以下问题：压时型分段器在故障后 按时限顺序依次送电，因而非故障段恢复供电的时间较长，- n 线路故障将引起另 一侧线路上所有的开关分闸，即另一侧线路也要承受无谓的短时停电，同时因分段 器需要一个上电延时合闸并判断的过程，若合闸到故障上就会对线路产生短路冲 8 华北电力大学硕士学位论文 击。另外，当前级开关为重合器时，也不能充分发挥重合器多次重合的优势；过流 计数型分段器对串联安装的台数有限制，因下一级的分段器预整定次数需要比上一 级少一次，所以下一级线路段少了一次对瞬时性故障的重合次数，降低了供电可靠 性，而上一级线路则比下一级多一次短路电流冲击。 2 1 2 3 基于f t u 的馈线自动化模式 基于f t u 构成的馈线自动化方案【l ”，分段开关处的f t u 具有速断保护功能。 当速断保护启动后，f t u 立刻向其上游相邻f t u 发送分闸闭锁报文，向其下游相邻 的f t u 发送分闸报文。若速断保护启动且延时时间已到，或收到分闸报文，并且没 有收到分闸闭锁报文，则f t u 控制相应的开关分闸，若收到分闸闭锁报文，则f t u 无论什么情况下也不使开关分闸。联络开关处的f t u 在开关一侧失压并且收到分闸 报文的情况下，经过一段时间延时后合闸；若收到分闸报文，则即使一侧失压后延 时时间到也不合闸。 该模式对f t u 的要求较高，对其进行扩展，建设与主站的通信通道，便形成了 “基于主站的配电自动化”方案。 2 1 3 配电网故障诊断方法 高性能的在线配电网故障定位系统是馈线自动化的另一主要方面，故障定位系 统的性能与所选择的故障定位方法密切相关。 我们研究的对象是配电网，就要考虑其实际情况。首先，由于配电网故障定位 所用的信息源大多来自于户外的终端单元，配电网信息受干扰或丢失的可能性较 高。为此，在配电网故障定位原理的实现上必须考虑对故障定位所用信息的容错能 力，该问题可以视为配电网准确故障定位的关键。其次，配电网网络结构复杂多样， 运行工况也是变化多样，比如最常见的城市“手拉手一环状网，平时开环运行，但 也有短时间闭环运行的情况出现。这样，对实现通用性不利。再次，快速的判断故 障区段并进行隔离，恢复正常区段的供电，也必须而且应该优先考虑。 通常来讲，一方面性能的提高总是以牺牲其它方面性能为代价的。实际上，根 据具体研究对象的不同，对上述三个方面的要求是有所侧重的。所以，我们可以根 据具体的情况来选择合适的故障定位方法。 目前，配电网故障定位、隔离与恢复供电的算法较多【1 4 卫3 1 ，常用的有矩阵算法、 专家系统、神经网络算法、蚁群算法、遗传算法、粗糙集理论法、p e t r in e t 法以及 运用覆盖集理论与t a b u 搜索的停电呼叫算法等。 各种配电网故障诊断方法都有优缺点，存在自己的适用范围，为弥补单一的人 工智能技术存在的缺陷，可以使用多种方法整合的故障诊断策略。如将模糊集和模 9 华北电力大学硕十学位论文 糊推理方法结合专家系统进行故障诊断的方案、融合人工神经网络和专家系统的故 障诊断方法、基于粗糙集理论和遗传算法的数据挖掘模型来处理实时输入信息的畸 变、基于p e t r in e t 和概率信息的故障诊断方法以及基于p e t r in e t 和粗糙集理论的故 障诊断方法等。这种整合的故障诊断方法将是以后配电网故障诊断方法的主要研究 方向。 2 1 4 馈线自动化终端 馈线自动化终端【2 4 , 2 5 1 是配电自动化系统的核心单元，在系统中主要实现的功能 是采集就地的交流测量量( 如电压、电流、功率等) 和状态量( 如开关位置、储能 情况等) 以及执行遥控命令( 如跳合开关) ，它可以对配电线路的负荷开关、分段 器、环网联络开关、无功补偿电容器进行监控，它应用多种新技术进一步提高硬件 可靠性，整个装置具有功耗低、占地省、安装方便、匹配方式灵活多样、适宜多种 运行及环境场所等特点。 配电自动化终端系统的设计与选择f 2 6 】应考虑以下几个方面： ( 1 ) 运行可靠稳定 配网终端设备一般安装在户外，运行环境恶劣，自动化终端必须能满足严苛的 户外环境要求，保证长期无故障运行。在设计的过程中充分考虑了装置恶劣的运行 条件，装置具有良好的电磁兼容性能，功耗低，工作温度范围宽，防震、防潮、防 雷，具有很好的可靠性和稳定性。 ( 2 ) 功能丰富实用 配网自动化所要实现的目标和功能是多方面的，因此，配网终端必须具备相当 全面的功能，并可以灵活的配置。配网终端的功能包括集成测量、控制、保护功能、 集成通信管理装置的功能、集成光纤以太环网功能、集成电能表抄表和监测功能、 集成电压无功控制( v q c ) 功能、集成历史数据、统计数据管理功能等。 ( 3 ) 系统开放易扩展 随着配网的发展，配网自动化的需求也是不断发展和变化的，为避免配网终端 的使用寿命短，终端设备重复投资，终端软硬平台设计应具备开放的接口和扩展裕 度，便于将来的扩展和技术升级，从而保证终端有效使用的长寿命周期。配网终端 采用网络化的硬件平台，各个模块之间通过c a n 网连接，功能重组及扩展灵活方 便；装置插件采用统一的接口，兼容能力强，新的功能插件接入方便；各功能软件 采用元件模式组接，功能元件的独立性好，为将来的功能升级和扩充提供了良好的 软件接口；终端集成的通信管理功能，采用组态工具配置，规约采用模块方式丌发， 根据现场需求扩充，对再接入的智能装置可灵活接入。 l o 华北电力人学硕士学位论文 ( 4 ) 方案全面且可行 根据不同的网架结构特点和配网自动化需求，提供多种故障定位以及馈线自动 化方案；优化的通信方案，通信组网方式多样，可综合权衡，灵活组合，因地制宜， 投资成本与使用效能、短期使用与长期规划综合考虑；终端可同时支持多种对上、 对下规约，可同时接入不同的智能装置，为现场其他智能装置的接入提供了极大的 方便；终端电源方案科学合理。 ( 5 ) 维护方便又安全 终端具有自诊断、自恢复能力；大容量的存储器，在终端可保存大量的历史数 据、统计数据，方便查询；调试维护软件具有统一的操作界面，功能强大，安装简 易，使用方便；调试维护可当地连接，也可远程登录；接口可以是网口、串口等有 线方式、也支持无线g p r s 、蓝牙等无线方式；对参数设置、查询、终端初始化、 终端重要数据抄读等，提供终端登录权限、密码管理，防止对终端的非法操作，保 证信息安全。 2 2配电自动化通信技术 2 2 1 配电通信设计思路 配电自动化系统【2 7 。3 0 】需要借助于有效的通信手段，将控制中心控制命令准确的 传送到数目较多的远方终端，并且将反映远方设备运行情况的数据信息收集到控制 中心。通信系统是整个配电自动化系统的传导神经，通信部分将直接影响整个配网 自动化系统的性能发挥。配电自动化的通信系统应具备高稳定性、高可靠性、高速 大容量、远距离传输等特性，在一定故障条件下具有自恢复能力。 通信的通信方式及网络结构选择的思路： 夺网络结构层次清晰。 通信性能尽量做到更优。配电自动化的大多数功能要求双向通信，设计时 必须选择满足其要求的方式。 利于将来规划的扩展。通信系统既要适应当前应用，还要考虑将来配网发 展、自动化技术发展。 投资成本符合预算，充分考虑配电网一次网架的地理结构。在配电自动化 的通信系统进行预算时，既要恰当的选取合适的通信方式，节省设备的造价，还要 估算通信系统长期使用和维护的费用。 通信网络高可靠。配电自动化的通信系统是在户外安装的，因此，配电自 动化的通信系统必须设计成能够在恶劣状况( 不利的气候条件和较强的电磁干扰) 华北电力大学硕士学位论文 下工作的系统；配电网的调度自动化功能和故障区段隔离，及恢复正常区域供电的 功能要求，即使在停电的区域，通信仍能正常进行。 令便于通信网络施工。 2 2 2 配电通信方式及体系结构 配电自动化通信的特点是点多面广，节点数量巨大，但单个点通信量却比较少。 配电自动化通信系统采用网络分层结构进行设计，根据不同的应用环境，综合考虑 各主要因素，采取不同的通信介质和通信方式，提供优化的配网通信服务。 各种主要通信方式【2 , 3 1 】的对比情况如表2 1 ： 表2 - i 不同通信方式的性能比较 通信方式抗干扰可靠带宽容量传输距离投资施工 速率很高 系统实时性好多( 集中 光纤以太环网很好很高远较复杂 容量大 投资) 支持多对多 速率高 终端数量增多后 整个系统实时性多( 集中 光纤串口环网很好很高 远 较复杂 下降很多投资) 容量适中 只支持一对多 速率一般 取决于 通信运营很低( 有简单， 容量适大 g p r s ，c d m a无线信较高商网络覆运营费即装即 有多种方式供选 号强度盖范围用)用 择 速率很高 1 5 0 米 电以太网 好高 容量大 低简单 左右 支持多对多 速率与距离相关 r s 4 8 5 在 速率低 电串口一般较高 低速率下，低 简单 容量小 l 公里以内 只支持一对多 ， 华北电力人学硕士学位论文 配电自动化系统的体系结构1 4 】是一个分层信息系统，信息采用逐级传输，从变 电站、开闭所到配电管理。主要由配电自动化主站、配电自动化子站、通讯网络、 馈线线路及其配电自动化远方终端( 线路f t u 、配变综合监控仪t t u 、自动抄表终 端m t u - - m a x i m u mt r a n s m i s s i o nu n i t ) 等多个层次组成，各个组成部分作如下说明： 第一层配电自动化主站 配电自动化主站是整个系统的最高层，负责本地区整个配网的监视和控制，协 调各个配电自动化子站的工作。 第二层配电自动化子站 根据配电自动化系统的长远发展需要以及馈线自动化在故障处理过程中的快 速要求，我们在每一个变电站设立一个分站。分站可以自主检测、隔离故障和恢复 正常区段的供电，这比通过主站来处理要快捷，同时这种分布式的处理模式比集中 到主站的模式还可以大大提高可靠性。另外，分站还能承担对本变电站与馈线上各 类终端的通信管理，减轻主站通信管理的信道负担。由于在变电站设置了分站，它 和变电站的调度终端r t u 将可以合并或联网，变电站到主站的信道也可合二为一， 这样配电自动化系统就与调度自动化系统集成在一起。 配电自动化子站是整个配电自动化系统的重要层次，它是将变电站r t u 和馈线 f t u 采集的各种现场信息中转或上传给配电自动化主站的通信处理机，同时也将开 关的遥控命令或一些参数送入配电终端f t u 、t t u 及d t u ，起着承上启下的作用。 第三层配电终端设备层 、 主要完成柱上开关、开闭所、配电变压器和用户现场信息的采集处理和数据监 控功能。 2 3配电自动化主站系统 2 3 1 主站系统设计实施应遵循的原则 随着配电网自动化系统技术的发展以及计算机技术的发展，配电网自动化的主 站系统在设计和实施时，应遵循以下几点原则【1 , 6 , 3 2 】： ( 1 ) 可靠性原则。配电网自动化系统主站系统实质上是一个实现配电网自动化 系统安全与经济运行的支持系统，因此，其系统的可靠性设计就处于极为重要的位 置。可靠性设计应体现在以下三个方面： 在主站系统的服务器选择上，应采用高性能的专用服务器，还应高于各个网 络工作站的性能指标。采用双服务器是目前配电网自动化系统主站建设的主流方 向。 华北电力大学硕士学位论文 在主站系统的网络结构上，应采用双网络体系结构，确保网络通信畅通。 夺一些主要网络工作站如配电调度工作站、前置服务器等，也应采用双机配置， 且运行模式为双机双工，互为备用。 ( 2 ) 性价比最优原则。性价比最优原则是所有系统设计与实施的根本原则之一。 由于计算机技术的发展及不同操作系统的应用开发成本，必须综合考虑多方面的因 素，使主站系统设计的性价比最优。 ( 3 ) 符合国际标准和工业设计标准原则。在主站系统平台设计中，必须遵循国 际标准和工业标准，利于系统功能的扩展及不同系统的集成。 ( 4 ) 安全性原则。安全性原则主要体现是： 主站系统的网络工作站进行系统设计应有层级密码。对于实现调度遥控功 能，实施数据库配置时，应设计有二级或多级密码确认及警示功能。 对于主站网络以外的计算机访问时，必须设置防火墙；对于和企业其他网络 互联时，应采用物理隔离的方式，确保满足 电网和电厂计算机监控系统及调节器 数据网络安全防护规定。 ( 5 ) 可扩展性与开放性原则。主站系统的可扩展性与开放性主要包括三个方面： 主站计算机网络设备的增加和减少； 应用功能的扩展和开放； 与其它系统的接口功能 2 3 2 主站系统的功能要求 配电主站系统是整个配电网自动化系统的监控管理中心应完成以下功能【4 】： ( 1 ) 配电网实时数据采集与控制。通过终端设备和通信系统将配电网的实时状态 传送到主站，在主站对配电网络进行远方监视和控制，与调度自动化类似，包括配 电开关的状态、保护动作信息、运行数据等。 ( 2 ) 提供主站控制方式下的馈线自动化功能。用于完成线路故障的快速定位、隔 离和非故障区段的供电恢复，要求适用于各种复杂的网络。 ( 3 ) 配电地理信息管理( a m f m g i s ) 。以地理图为背景对配电设备、配电网络 进行分层次管理，包括查询、统计等。 ( 4 ) 配电网应用分析( p a s ) 。对系统采集的运行数据进行分析计算，为调度员 提供辅助决策，包括网络拓扑、状态估计、潮流计算、无功优化、仿真培训等，配 电网具有与输电网不同的特点，因此配电网应用分析的算法与能量管理系统( e m s ) 有所不同。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 2 - 3 3 主站系统与g i s 系统的集成方式 配电主站系统在建设过程中，与g i s 接口主要有三种模式 3 3 , 3 4 】： 令实时监控的配电自动化和基于g i