（电力系统及其自动化专业论文）配电自动化系统若干问题的研究.pdf

东南大学硕士学位论文 a go g 自动化系统若干问题的研究 a b s t r a c t t oi m p r o v et h es e c u r i t y , r e l i a b i l i t ya n de c o n o m yo ft h ep o w e rs y s t e m ，a l o n gw i t ht oe n h a n c e t h ew h o l em a n a g e m e n tl e v e lo ne l e c t r i cd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，t h et h e s i sa n a l y z e st h es t r u c t u r ea n d f u n c t i o no ft h ed i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e ma n dg o e sd e e pi n t ot h er e s e a r c ho f t h es e c u r i t yo f 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 ，t h ed a t as o u r c em a n a g e m e n ta sw e l la st h el i n e l o s sa n a l y s i s t h e m a i nw o r k so f t h i st h e s i sa r ea sf o i l o w s ： 1 i ta n a l y z e sa l m o s ta l lt h ef u n c t i o n so ft h ed 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 ，s u c ha ss c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ) ，f a ( f e e d e ra u t o m a t i o n ) ，d p a s ( d i s t r i b u t i o n p o w e ra p p l i c a t i o ns o f t w a r e ) ，d m ( d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n t ) ，l c m ( l o a dc o n t r o la n d m a n a g e m e n t ) ，r d s m ( r e a l t i m e d a t as o u r c em a n a g e m e n t ) ，a n ds oo n 2 i td i s c u s s e st h es e c u r i t y - p r o t e c ts c h e m eo fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e mu p o nt h eb a s eo f i n t r o d u c i n g t h e s e c u r i t y p r o t e c ts t r a t e g y o fe l e c t r i ca u t o m a t i c s y s t e m ，a n dp u t s f o r w a r da s e c u r i t y p r o t e c ts c h e m e ，t h a ti s ，s e p a r a t i n gt h ec o n t r o la r e a ，m a n a g e m e n ta r e aa n di n f o r m a t i o n s e r v i c ea r e ab yu s i n gt h ee l e c t r i c s e c u r i t ys e p a r a t ee q u i p m e n t s m o r e o v e r , i ti n t r o d u c e s s o m e s e c u r i t ys e p a r a t ee q u i p m e n t sp r o d u c e di nc h i n a 3 i t a n a l y z e s a n dd i s c u s s e st h ed a t as o u r c e m a n a g e m e n tp r o b l e m o ft h ed 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 ，a n d p u t s f o r w a r dt h ed a t a - s h a r ep r o j e c to fd 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 a l o n gw i t ho t h e rs y s t e m s ，t h a ti sc o n s t r u c t i n gar e a l - t i m ed a t ac e n t e ro u t s i d et h ee l e c t r i cs e c u r i t y s e p a r a t ee q u i p m e n t s f u r t h e r m o r e ，i ta l s od i s c u s s e st h ep r o b a b l ea p p l i c a t i o na n dr e a l i z a t i o no f t h e r e a l - t i m ed a t ac e n t e r 4 i ta n a l y z e so n eo ft h ef u n c t i o n so ft h ed 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 ，l i n e l o s se v a l u a t i o n ， a n dd i s c u s s e st h er e a l i z a t i o n s c h e m eo ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k sl i n e 1 0 s s e v a l u a t i o n i ta l s o s t u d i e st h r e em a j o rf u n c t i o n so fl i n e - l o s sa n a l y s i s ：t h e o r e t i cc a l c u l a t i o no ft h el i n e 1 0 s s ，o n l i n e l i n e - l o s sa n a l y s i s ，a n dc o m p a r a t i v ea n a l y s i so ft h el i n e - l o s s t h ef l o wc h a r to ft h el i n e l o s sa sw e l l a si t sc a l c u l a t i o np r i n c i p l e sa n dr e q u e s t sa r ea l l g i v e ni n t h ed i s s e r t a t i o n i na d d i t i o n ，i t p u t s f o r w a r ds o m ev i e w so nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k sl i n e l o s s e v a l u a t i o n ，a n dm a k e sa na v a i l a b i l i t y e x p l o r eo nt h er e a l i z a t i o no f d i s t r i b u t i o nn e t w o r k sl i n e l o s sa n a l y s i s k e y w o r d s ：d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，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 ， e l e c t r i c s e c u r i t ys e p a r a t ee q u i p m e n t ，r e a l - t i m e d a t a c e n t e r , l i n e - l o s s e v a l u a t i o n 第1 1 页 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它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。 研究生签名日期垄鲤、 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电于文档 的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借 阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东 南大学研究生院办理。 一签名午铈签名盟日期一 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着我国人民生活水平的不断提高和国民经济的持续发展，对电能的需求量 越来越大。电力用户对供电质量和供电可靠性的要求也越来越高。“电力调度自动 化”、“能量管理系统”、“配电自动化”、“配电管理系统”、“电力市场”等概念正 是顺应这种要求，成为2 l 世纪电力工业发展的主流。 由于历史的原因，在我国电力事业的发展与建设中，对配电网的投资严重不 足。目前，我国配电网络的结构比较薄弱，绝大多数为树状结构，且多为架空线 路，送电距离长、损耗严重、电压质量也较差，在农村尤其突出。另外，配电网 络设备陈旧，技术性能落后，大多不可遥控，自动化水平较低；配电网运行状态 检测设备少，事故发生较频繁；事故发生后，对事故处理时间长，恢复供电慢。 这些都严重影响了电网的供电质量，影响了人民的日常生活和国民经济建设。因 此，研究配电网并加强配电网的建设，保证其经济、安全、可靠和优质供电是非 常必要的。配电自动化系统正是为了实现这一目标而产生的。 配电自动化系统是对配电网的设备进行远方实时监视、协调及控制的一个集 成系统。它是近些年来发展起来的一门新兴技术，是现代计算机技术和通信技术 在配电网监视与控制上的应用。目前，欧美和日本等发达工业国家正大力推广该 技术，我国部分电力企业也对其产生了较大的兴趣，其中部分功能已得到推广应 用。从我国最近几年的实践效果来看，配电自动化系统的投入一一产出比还不是 很理想。因此，配电自动化在我国的发展不是很快。但是，我们已经充分认识到 配电自动化系统可以有效提高配电网的运行可靠性和效率，提高电能的质量，降 低劳动强度，充分利用现有设备的能力，为用户和电力公司带来可观的效益。因 此，随着配电自动化及其相关技术的发展和进步，随着配电自动化设备成本的降 低，配电自动化必然成为电力系统现代化的发展趋势，必然成为安全、经济、可 靠和优质供电的保证。 1 2 配电自动化系统在电力系统中的地位 电力系统由发电、输电、变电、配电和用电五个基本环节组成。电力系统的 第1 页 东南大学硕士学位论文 配电自动化系统若干问题的研究 自动化管理系统可分为能量管理系统e m s ( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) 和配电 管理系统d m s ( d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) 两部分。其中，能量管理系统 e m s 主要用于对发电、输电部分的管理；配电管理系统d m s 主要用于对配电、 用电部分的管理。e m s 与d m s 在电力系统中的关系如图1 - 1 所示。 图1 1e m s 与d m s 在电力系统中的关系 能量管理系统e m s 是发电、输电和变电过程的综合自动化系统，已有几十年 的发展历史。由于电力系统高压部分的运行情况直接影响到系统的全局，因此， 高压网络的监控与分析得到了高度重视，e m s 技术因而得到了较好的发展，已日 趋成熟。目前，能量管理系统e m s 已发展到具有包括输电网数据采集与监视控制 s c a d a ( s u p e r v i s o r y c o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o n ) 、自动发电控制a g c ( a u t o m a t i c g e n e r a t i o nc o n t r 0 1 ) 、经济调度运行e d c ( e c o n o m yd i s p a t c hc o n t r 0 1 ) 、电网安全 分析s a ( s e c u r i t ya n a l y s i s ) 以及调度员培训仿真d t s ( d i s p a t c h e rt r a i n i n g s i m u l a t o r ) 等在内的监视、控制功能。我国绝大多数网调、省调已经实现了基本 的e m s 功能。 当然，对电网的管理不能仅仅依靠高压网络的管理。低压网络管理水平的提 高为高压网络的安全运行提供了更加可靠的保障。随着高压网络管理技术的日趋 完善，低压网络自动化管理的要求也越来越强烈。因此，配电管理系统d m s 应运 而生。 配电管理系统d m s 是实现从变电、配电到用户这一过程的监视、控制和管理 的综合自动化系统。其内容包括配电网数据采集与监控s c a d a 、配电变电站自动 化s a ( s u b s t a t i o n a u t o m a r l o n ) 、馈线自动化f a ( f e e d e r a u t o m a t i o n ) 、地理信息系 统g i s ( 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 ) 、自动作图a m ( a u t om a p p i n g ) 、设备管 理f m ( f a c i l i t i e sm a n a g e m e n t ) 、配网高级应用d p a s ( d i s t r i b u t i o n p o w e r a p p l i c a t i o n s o f t w a r e ) 、需方管理d s m ( d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ) 、网络优化和运行分析n a ( n e t w o r ka n a l y s e s ) 、工程管理系统e m s ( e n g i n e e r i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ) 、故 第2 页 第一章绪论 障管理系统f m s ( f a u l tm a n a g e m e n t s y s t e m ) 和计划管理系统p m s ( p r o j e c t m a n a g e m e n ts y s t e m ) 等功能。其中需方管理d s m 包括负荷监控和管理l c m ( l o a d c o n t r o la n dm a n a g e m e n t ) 和远方抄表与计费自动化a m r ( a u t o m a t i o nm e t e r r e a d i n g ) 等功能。 配电自动化系统d a s ( d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n s y s t e m ) 是实现远方实时监视、 协调和控制配电设备的自动化系统，是配电管理系统的主要内容之。其内容包 括网络优化和运行分析、配网统计分析、变电站自动化s a 、馈线自动化f a 等几部 分。 配电自动化系统d a s 和配电管理系统d m s 的涵盖关系如图1 2 所示。 配电管理系统d m s 配电自动化系统d a s a m f m g i s 配电工程管理系统 配电故障管理系统 配电计划管理系统 需方管理 馈线自动化f a 变电站自动化s a 网络优化和运行分析 = = ：= = = = = = = = = = = = = = 统计分析 竺塑些塑兰筻堡 远方抄表与计费自动化 图i - 2 d a s 和d m s 的涵盖关系 配电自动化是从生产实践过程中，随着科学技术的进步，特别是计算机技术 的应用而逐步发展起来的。配电自动化大大减轻了人的劳动量，减少了人工操作 的失误，提高了电网运行的经济性和可靠性。 1 3 配电自动化系统的发展概况及研究现状 二十世纪八十年代初，配电自动化系统首先在欧、美、日等国家得到较大的 发展。八十年代后期，兴起了配电自动化系统的发展热潮，其中美国、日本发展 较快。到了九十年代，这些国家在配电自动化的设备配置、网络结构、自动化通 道、计算机网络、操作电源和操作机构等方面都取得了较大突破，其中供电可靠 性、供电质量、供电量及节能等方面得到了较大的提高。 第3 页 东南大学硕士学位论文 配电自动化系统若干问题的研究 总的来说，国外配电自动化系统的发展大致经历了三个阶段： 第一阶段为七十年代中后期，主要是基于自动化开关设备相互配合的阶段。 其主要设备为重合器和分段器，主要功能是对重要线路实现了分段隔离，在故障 时通过自动化开关设备相互配合实现故障隔离和健全区域恢复供电，提高了供电 可靠性；另外，对自动抄表进行了试点工作，进行了配网改造及配网自动化的试 点工作。这一阶段的配电自动化系统，以日本东芝公司的重合器与电压时间型分 段器配合模式和美国c o o p e r 公司的重合器与重合器配合模式为代表。这类系统的 自动化程度较低，仅在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用，因而不能优 化运行方式；调整运行方式后，需要到现场修改设定值；恢复健全区域供电时， 无法采取安全和最佳措施；隔离故障时需要经过多次重合，对设备的冲击较大。 第二阶段为八十年代，主要是基于通信网络、馈线终端单元f t u ( f e e d e r t e r m i n a lu n i t ) 和后台计算机网络的配电自动化系统。它在配电网正常运行的，也 能起到监视配电网运行状况和遥控改变运行方式的作用：在故障时，它能及时察 觉，并由调度员通过遥控隔离故障区域和恢复健全区供电。同时，配电自动化系 统大量使用了配电线自动化、营业自动化和负荷控制自动化。但由于当时计算机 发展水平较低，未能形成系统，故未能使配电自动化形成一个完整的计算机系统。 第三阶段为八十年代后期以后，微机和光纤技术的发展和进步，为形成综合 配电自动化系统提供了可能，使配电自动化系统基本形成了先进的通信技术和微 机技术相结合的综合自动化系统。它的主要特点是在第二阶段的配电自动化系统 的基础上，增加了闭环自动控制功能、由计算机自动完成故障处理等功能。 可见，国外配电自动化系统的发展经历了从各种单项自动化林立，号称为“多 岛自动化”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。目前已经具有相当的规模，而且从提高配电网运行的可靠性和效率，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。 我国的配电自动化开始于八十年代初期，但由于受各种因素的影响进展较慢。 随着供电部门逐渐进入市场环境，人们已经认识到配电自动化可以提高供电可靠 性、保证电能质量，提高效益。许多供电部门都在进行配电自动化( 或配电自动 化的某一方面) 的探索，但多数还处于初步发展阶段，功能比较集中，涉及面虽 比较宽，但基本处于各系统孤立发展的状态。功能主要是配电系统的数据采集和 监控( s c a d a ) 功能、故障处理方面。另外围绕配电网优化运行提出了运行优化 分析和统计分析、操作票管理等功能。 第4 页 第一章绪论 在配电自动化发展的过程中，相应的研究工作伴随着实践的深入而深入。可 以将相关研究的发展概括为四个阶段： 第一阶段是在配电自动化系统实施早期，研究工作主要集中在研究探讨配电 自动化系统d a s 、能量管理系统e m s 、配电管理系统d m s 的概念以及相互之间 的关系上。同时，对配电自动化的实现模式也进行了一些探索i l q ”。 第二阶段，随着配电自动化系统试点工作的开展，研究重点转移到配电自动 化系统的平台和相应的数学模型的研究上【1 引。 第三阶段，对配电自动化系统中的重要功能一一故障处理算法进行了研究 【1 9 _ 2 5 1 。 第四阶段，对配电系统的优化运行进行了研究，包括配电网可靠性分析、配 电网潮流计算、配电网状态估计、配电网合环潮流分析、配电网电压无功优化策 略、配电网线损计算分析、配电网电压合格率统计等2 6 。4 引。 1 4 研究配电自动化系统需要注意的问题 应该说，从设备制造水平的角度看，我国不少企业已成功地研制出许多能够 满足配电自动化要求的产品，比如可靠的柱上真空开关、重合器、馈线终端单元 ( f t u ) 、变压器测控单元t t u ( t r a n s f o r m e rt e r m i n a lu n i t ) 、配电网地理信息系统 ( g i s ) 、负荷监控系统、智能式电能表及远方抄表计算机系统，以及各种数据传 输设备等。因此，从技术上讲，实现配电自动化已没有太大的困难。但是，配电 自动化是一个庞大、功能繁多的系统。要使配电自动化在我国得到更大的发展， 必须注意许多问题。 从总体上看，研究配电自动化需要注意以下两个问题： 1 用电企业应根据实际情况，恰当地选用各种功能，寻求一种“陛能价格比” 较高，符合当代技术发展方向，能够“统一规划、分步实施”，不致因系统发展或 技术进步而“推倒重来”的系统。 2 研究配电自动化虽然可以借鉴输电网自动化的许多成熟技术，但配电自动 化存在本身的特点，如容量大、设备多、定值远传、远方抄表等，传统的通信规 约不能够很好地满足使用要求，因此要尽早提出满足配电网要求的标准化的通信 规约，以免造成各制造厂家自行设置的混乱局面。 从技术发展的角度看，配电自动化在发展过程中，会出现许多新的、需要解 决的问题。目前，我国的配电自动化系统需要注意以下几个技术问题： 第5 页 东南大学硕士学位论文 配电自动化系统若干问题的研究 1 配电自动化系统的安全问题。随着计算机技术、网络技术和配电自动化技 术的发展，对电力控制系统、数据网络和电力一次设备的安全性、可靠性提出了 新的严峻挑战。 2 配电自动化系统的数据资源共享问题。配电自动化系统的生产运行数据是 电力企业管理最重要的数据资源之一，可以为电力运行和管理人员提供决策支持， 需要实现与其他系统的数据资源共享。 3 配电自动化系统的应用功能扩展问题。配电自动化系统的应用功能包括网 络拓扑、潮流计算、线损计算、负荷预测等。随着技术的不断发展，配电自动化 系统的应用功能也需要得到扩展。 4 其他问题。配电自动化系统中其他需要注意的技术问题。 1 5 本文的目的和主要工作 随着配电自动化在我国的发展，已经带来了良好的社会效益和经济效益，配 电自动化在电力系统中的地位日趋上升。但是，由于配电自动化系统是一个庞大 的、功能繁多的系统，我国在短期内实现配电自动化系统的全部功能不是一件容 易的事情。 通过对配电自动化系统各项功能和要求的较全面的了解，考虑到我国配电自 动化系统发展的实际情况，本文在对配电自动化系统结构和功能进行分析的基础 上，对配电自动化系统的安全问题、数据资源共享问题和应用功能扩展问题进行 较为深入的探讨。本文的具体工作包括以下几个方面： 1 对配电自动化系统的功能进行较全面的分析，包括数据采集和监控、馈线 自动化、配电网高级应用软件( 网络拓扑、潮流计算、状态估计、网损计算、负 荷预测) 、配电管理、负荷管理、实时数据资源管理等。 2 对配电自动化系统的安全问题进行探讨。根据国家电网公司全国二次系 统安全防护总体方案【4 4 的精神，在分析电力二次系统安全防护策略的基础上， 对配电自动化系统的安全防护方案进行讨论，提出利用电力专用安全隔离装置对 配电控制、生产区和配电管理、生产区进行隔离的安全防护方案。同时对我国电 力专用安全隔离装置的研制情况进行介绍。 3 对配电自动化系统的数据资源共享问题进行分析讨论。对配电自动化系统 与其他系统进行数据资源共享的实现方案进行探讨，提出在电力专用安全隔离装 置之外建立实时数据中心【4 5 】的数据资源共享方案。在此基础上，对基于实时数据 第6 页 第一章绪论 中心的可能应用和实现途径进行探讨。 4 对配电自动化系统的应用功能之线损计算问题进行分析。对配电网 线损计算分析实现方案进行一些探讨。对线损分析的三大功能，即线损理论计算、 在线线损统计、线损比较分析进行研究分析，给出它们的流程图、计算原理和功 能要求，并对配电网线损分析的实现进行一些探索。 1 6 本章小结 本章介绍了配电自动化系统的概念、配电自动化系统在电力系统中的地位及 发展概况。分析了配电自动化系统的研究现状及研究中需要注意的问题。最后， 对本文的目的和主要工作进行了介绍。 第7 页 东南大学硕士学位论文 配电自动化系统若干问题的研究 第二章配电自动化系统分析 2 1 实旋配电自动化的意义 配电自动化是电力系统现代化的必然趋势，其实施的主要意义在于： 1 在正常运行情况下，通过监视配电网的运行工况，优化配电网运行方式， 最大限度地利用配电网的潜能。 2 当配电网发生故障或出现异常运行情况时，迅速查出故障区段及异常情况， 快速隔离故障区段，及时恢复非故障区用户的供电，缩短用户的停电时间，减少 停电面积。 3 根据配电网电压，合理控制无功负荷和电压水平，改善供电质量，降低线 路损耗，达到经济运行的目的。 4 合理控制用电负荷，提高配电网设备的利用率。 5 实现与电能计费系统的接口，自动抄表计费，保证抄表计费的及时性和准 确性，提高企业的经济效益和工作效率，降低劳动强度，达到减人增效的目的。 6 提高配电网自动化运行的整体管理水平和服务质量，并可为用户提供自动 化的用电信息服务等。 2 2 配电自动化系统的结构 配电自动化系统采用了电子技术、计算机网络技术、地理信息系统和光纤通 信等先进技术，通过微机服务器和工作站实现各项功能。 配电自动化系统的硬件配置示意图如图2 1 所示。系统各结点的功能分配如 下： 1 数据库服务器 数据库服务器用于实现系统数据的存贮和管理。为了防止数据丢失，提高系 统的可靠性，数据库服务器一般采用双机热备份的方式。 2 调度工作站 调度工作站用于实现对配电网的实时调度。为了提高系统的可靠性，调度工 作站也采用双机热备份方式。 第8 页 第二章 配电自动他系统分析 图2 1 配电自动化系统硬件配置图 3 d p a s 工作站 d p a s ( d i s t r i b u t i o np o w e ra p p l i c a t i o ns o f t w a r e ) 工作站，即配电高级应用软 件工作站，用于对配电网进行分析，以保障配电网的安全经济运行。d p a s 工作站 安装并运行配电网络建模、网络拓扑、状态估计、潮流计算、负荷预测、线损计 算等应用软件。 4 配电管理工作站 配电管理工作站用于实现配电管理系统的各项功能。如自动作图a m ( a u t o m a p p i n g ) 功能、设备管理f m ( f a c i l i t i e sm a n a g e m e n t ) 功能、地理信息系统g i s ( 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 ) 功能等。 5 前置机工作站 前置机工作站用于实现实时数据的采集。两台前置机工作站互为热备份，以 提高系统的可靠性。 6 数据中心及w e b 服务器 w e b 服务器用于实现系统的远程浏览。w e b 服务器必须安装防火墙，确保系 统不受病毒的侵犯，保证安全。数据中心与配电自动化系统之间设置电力专用安 全隔离装置，以保证网络的安全性。 7 电力专用安全隔离装置 第9 荑 东南大学硕士学位论文 配电自动化系统若干问题的研究 电力专用安全隔离装置用于实现配电自动化系统与外部系统的物理隔离，提 高系统的安全性。 8 d a 工作子站 d a ( d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n ) 工作予站，即配电自动化工作子站，用于实现 配电自动化的各项功能，如s c a d a 功能、负荷管理功能、馈线自动化f a 功能、 变电站自动化s a 功能等。 2 3 配电自动化系统功能分析 2 3 1s c a d a 功能 s c a d a ( s u p e r v i s o r y c o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o n ) 功能，即数据采集和监视 控制功能，是配电自动化系统的基本功能，是配电网实施自动化的基础，支持配 电自动化的其它各项功能。 s c a d a 功能主要体现在以下几个方面： 1 数据采集和处理：通过远方终端装置r t u ( r e m o t et e r m i n a lu n i t ) 实时搜 集配电系统的各个测量值和状态值，并进行数据的合理性检查，删除不合理的数 据。然后，与人机会话软件相结合，在屏幕上以图形、列表等形式，显示电力系 统的实时运行工况，实现遥测( 远方监测) 和遥信( 远方通信) 功能。 2 事件及事故报警：当电力系统中的某一设备( 如变压器、线路、母线等) 的运行状态发生改变或某一设备发生过负荷、越限或开关事故跳闸等事故时发出 警报。报警一般分为两级：预警和告警。 3 事件顺序记录：电力系统发生故障时，往往是多个继电保护和开关先后动 作( 时间通常是毫秒级的) ，准确记录动作的先后顺序和次数，对故障的分析与判 断极为有用。把这些遥信动作顺序记录下来的功能称为事件顺序记录。 4 扰动后追忆：事件顺序记录功能仅记录事故开始及其以后的开关动作顺序， 而扰动后追忆功能则记录开关动作、遥测变化、控制操作等在内的全部历史信息。 5 远方控制( 遥控) ：遥控即对设备进行远方控制、操作，有反送校核和直 接执行两种方式。反送校核方式用于对重要遥控开关的控制，发出控制命令后， 先检查r t u 返回的待控对象信息与命令是否一致，确认一致后发出执行命令。直 接执行方式则不需校核，直接执行控制命令。 6 远方调整( 遥调) ：遥调是通过模拟量来进行远方控制的又一种手段。根 第1 0 页 第二章配电自动化系统分析 一一 据被调对象要求的不同，遥调有三种方式：一是设定值遥调，r t u 输出的是毫秒 级的模拟量；二是脉冲遥调，r t u 通过继电器输出毫秒到秒级的脉冲宽度；三是 数字遥调，r t u 输出的是一定位长的数字量。 7 其他功能：如s c a d a 与a m f m 的实时连接功能；与地理信息系统g i s 连接， 实现配电网图形的动态显示功能；支持无人值班的变电站综合自动化等a 2 3 2 馈线自动化( f a ) 馈线自动化f a ( f e e d e ra u t o m a t i o n ) 是实现馈电线路的故障检测、定位、故 障隔离及正常线路的恢复供电等功能，包括架空线路、电缆线路的馈线自动化和 开闭所的故障处理。一般认为用来保证馈电线路安全优质供电的自动化装置或系 统( 如柱上开关、分段器、重合器、线路参数检测装置、可开断电容器等) 都属 于馈线自动化的范畴。馈线自动化的主要功能有： i 故障定位、隔离和自动恢复供电：这是馈电线路自动化的一个独特功能， 由分段器和重合器组成的柱上开关系统实现。它能自动对故障进行定位、隔离， 并自动恢复供电，从而显著提高供电的可靠性。一般能将停电时间由传统处理方 法的4 小时缩短为2 分钟左右。 2 馈电线运行数据检测：该功能用于采集馈电线路的电流、电压、有功、无 功、有功电度、无功电度以及停电时间等。负荷管理中表前控制的降压减载功能， 可通过该功能来监视线路的末端电压。 3 就地无功平衡：该功能由安装在馈电线路上的电容器组来实现。控制器根 据感性负荷的变化情况，按照事先整定好的启动值自动控制电容器的投入和切除， 以改善电嘲的功率因数，又叫功率因数调整。 4 馈电线电压调整：对某些负荷较重的馈电线路，可以通过在馈电线路中 间安装分步调整变压器来改善配电网的供电质量。分步调整变压器的控制器将根 据实时电压的高低对变压器电压进行升降控制。分步调整变压器定时对馈电线路 负荷电压波形和调整变压器输出电压波形进行采样比较，并据此调整馈电线路的 电压及调整变压器的抽头位置来调整变压器的输出电压。 2 3 3 配电网高级应用软件d p a s 随着配电s c a d a 系统的成功应用，供电企业不再满足于数据的采集和控制， 第“贾 东南大学硕士学位论文 配电自动化系统若干问题的研究 要求对基础数据进行分析，为配电运行方式等提供决策参考。因此，在输电高级 应用软件p a l s 大量应用的经验基础上，形成了配电高级应用软件d p a s 。 配电高级应用软件d p a s 是配电管理系统d m s 的重要组成部分，其主要功能 有：以配电网的网络结构及电网的实时、历史运行状态或假定的运行状态为基础， 通过理论计算分析配电网当前或未来运行状态的经济性、安全性和可靠性等指标， 为配电网安全、经济运行及其规划发展提供参考。目前，配电高级应用软件d p a s 主要包括配电网络拓扑、状态估计、潮流计算、线损计算、负荷预测等功能。 2 3 3 1 配电网网络拓扑 配电网网络拓扑用于确定配电网各设备的联接关系和带电状态，也可以用来 检测辐射网络是否出现合环现象，并进行报警。网络拓扑结果通过数据库送到g i s 系统进行显示。网络拓扑是各种应用软件的前提。 网络拓扑分析包括两个步骤：母线分析和电气岛分析。母线分析是将闭合开 关连接在一起的结点集合化为母线；电气岛分析是通过运行线路和变压器将母线 联接为“岛”，其中既有电源又有负荷的活“岛”才有计算意义。 网络拓扑的基本思路是根据实时开关状态和网络元件状态将物理节点模型简 化为计算模型，把有电气联系的线路集合化为“岛”，通过实时处理开关信息的变 化，自动划分变电站、配电变压器和馈线的计算用节点数，形成新的网络接线， 赋以测量和注入量数据，为其他的应用模块提供新的分析依据。网络拓扑可以被 状态估计、潮流计算、电压无功优化、安全分析等其他应用模块调用。 网络拓扑软件应具备可靠、方便和快速的特点。主要功能有：根据开关和刀 闸状态，确定电网的拓扑结构，如节点一支路的连接关系等；当系统解列时，按节 点规模从大到小的顺序，给出各个子系统的拓扑结果；对每个子系统内的节点进 行优化排号；对网络元件( 线路、变压器、电容器、负荷等) 设置切除和投运命 令；对不带电网络表示出是否接地；对环网运行的情况给出告警；为网络动态着 色提供数据等。 2 3 3 2 配电网潮流计算 潮流计算是电网分析应用软件中最基本的功能模块，提供了在给定条件下， 电力网络各节点的电压和各支路的流动功率等信息，为电力系统发展规划、运行 计划、实际运行和控制提供基本数据。 第1 2 页 第二章配电自动化系统分析 配电网潮流计算是提供给配电调度员和计划人员最重要的软件，用于分析网 络电气状态和检查越界范围。同时，它也是网络分析的基础软件，用于电压无功 优化调度、操作模拟和结线变化分析等。 由于配电网是辐射网，具有线路电阻电抗较大、没有指定电压母线( p v 母线) 等特点，因此配电网潮流接近病态，难以收敛。针对这一情况，研究人员提出了 许多模型和算法。从技术上一般把模型分为两种：潮流方程为母线型或回路型， 注入量为功率型或电流型。由此可以组合成四种算法：母线功率型：即一般的牛 顿法潮流；母线电流型：即一般的导纳矩阵( 或阻抗矩阵) 迭代法；回路功率型： 即将回路功率作为状态量，以回路方程为潮流方程进行迭代修正：电流功率型： 即将回路电流作为状态量，以回路方程为潮流方程进行迭代修正。 潮流计算软件应具备的主要功能有：实时刷新数据；保存实时遥测、遥信数 据；模拟开关操作：取历史断面，进行实时数据计算：提供牛顿法等基本潮流算 法；计算告警和信息显示等。 2 3 3 3 配电网状态估计 配电网状态估计的主要目的是从不完整的s c a d a 数据和母线负荷预测数据 获得完整的实时网络状态。它是配电网络分析的数据之源。 配电网状态估计可分为两大部分：主配电网的估计和沿馈线的潮流分布。前 者用于有实时量测的部分，属一般状态估计模型；后者用于无实时量测的部分， 即在已知馈线始端功率和电压( 估计值) 的条件下，利用母线负荷预测模型将其 分配到各负荷点，属于潮流计算。 配电网状态估计有母线功率型算法和支路电流算法。 配电网状态估计的主要功能有：量测系统分析与量测配置优化；实时网络拓 扑；状态估计；检测与辨识不良数据：网络状态监视；维护母线负荷预测模型： 在线估计量测误差；变压器抽头估计；量测系统模拟等。 2 3 3 4 配电网网损计算 配电网网损( 或线损) 计算是在电网正常运行时，根据电网的实际负荷，计 算电网中各元件在一定时间内的电能损失。通过网损计算，可以鉴定电网结构及 其运行方式的合理性和经济性，查明电网中耗能过大的元件及耗能大的原因，以 采取适当的降损措施，减小电网网损，提高电网运行的经济性。 第1 3 页 东南大学硕十学位论文 配电自动化系统若干问题的研究 配电网网损计算主要包括以下内容：配变损耗的统计，线路损耗的统计，变 压器损耗的统计，线路线损率的计算，配电网网损率的计算等。 配电网网损计算软件的主要功能有：实时刷新数据：取历史和实时数据进行 计算；基于数据采集而进行的统计线损计算；基于理论分析而进行的理论线损计 算；选择计算某一时间段的线损；点击查询功能等。 2 3 3 5 配电网负荷预测 配电网负荷预测可分为地区负荷预测和母线负荷预测两类。地区负荷预测一 般是指每日至每周的逐小时的负荷预测。 根据配电网自动化的技术要求，负荷预测软件功能主要针对短期负荷预测。 短期负荷预测主要预测未来1 日2 4 d , 时负荷的变化。母线负荷预测采用分层模型， 即分为地区一变电站一馈线一母线四层。上下层之间有一随时间变化的分配系数。 其中地区一变电站馈线三层之间的分配系数由状态估计维护，馈线一母线之间 的分配系数由电度表或典型测试来确定。 负荷预测软件的主要功能有：预报未来一天内按5 15 分钟分布的用电负荷和 网供负荷，且采样步长可变；可以对计算出的负荷值进行调整修改；可以按季节、 正常工作日和节假日的模型分别预测负荷，预报数学模型事先考虑的其他人为因 素；模型参数可以根据实际负荷值进行修改；可以考虑气象因素，如气温、晴、 雨、云等：可以定时运行，也可以人工随机启动运行；负荷预报结果可以提供多 种方式输出；可按要求将预测结果发送出去或按一定格式形成数据文件，以作为 其他电网应用软件的数据源应用；可以对负荷预测结果的精度进行统计分析和评 估等。 2 3 4 配电管理( a m f m g i s ) 功能 自动作图设备管理地理信息系统a m f m g i s ( a u t om a p p i n g f a c i l i t i e s m a n a g e m e n t 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 ) 的主要功能有： 1 自动作图：由系统操作人员输入数据或根据指定数据自动形成馈线接线图、 配电网络图、电缆沿布图等配电管理中的图形资料以及网络中有关设备图形的信 息，并能反映一定的网络拓扑关系，且易于修改，显示清晰、明了。 2 设备管理：主要是对电气设备进行台帐、资产管理。在以地理图为背景所 绘制的单线图上，可分层显示变电站、线路、变压器、开关、用户的地理位置， 第1 4 页 第二章配电自动化系统分祈 并能以窗口的形式显示所需检索的厂站或设备的有关的信息，例如设备的生产厂 家、检修情况、运行数据等。 3 用电管理：使j 唾j a m f m g i s 进行业务扩充，可直接在地图上查询有关的 信息数据，有效地减少现场勘测工作量，加快新用户用电报装的速度。另外，可 使用a m f m g i s 按街道的门牌为序来建立用户档案，方便查询和数据统计。 4 规划设计：配电系统的规划和输电系统的规划有很大的不同。输电系统的 规划影响大、投资大、周期长，而配电系统正好相反。因此，配电系统的规戈0 内 容从变电站负荷的合理分割、馈电线路负荷的调整以及配电变电站、联络线和馈 电线路的增设，直至配电网的改造、发展规划等，设计任务比较繁琐。地图上所 提供的设备管理和用电管理信息及数据，与负荷预测的数据相结合，共同构成了 配电网规划设计的基础。 5 在s c a d a 中的应用：利用a m f m i g i s 提供的图形信息，s c a d a 可以在 地图上动态显示配电设备的运行状态，从而有效地管理系统的运行。 2 3 5 负荷管理 负荷管理的直观目标是通过削峰填谷使负荷曲线尽可能交得平坦，通过负荷 管理来达到合理使用资源和整体节能的目的。负荷控制有三种方式： 1 降压减载：由于电压与功率之间存在着平