（电力系统及其自动化专业论文）配电网络分析与重构拓扑优化应用研究.pdf

浙扛大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t p o w e rd i s t r i b u t i o nn e t w o r ki sa o i m p o r t a n tc o m p o n e n ti np o w e rs y s t e mw h i c hd i r e c t l y d i s t r i b u t ep o w e re n e r g yt ot h eu s e r s i t so p e r a t i o n a ls t a b i l i t ya n d r e l i a b i l i t ys e r i o u s l yi n f l u e n c et h e u s e r s p r o d u c t i o na n dl i f e w i t ht h e s o c i a l d e v e l o p m e n ta n di m p r o v e m e n ti np e o p l e sl i v i n g s t a n d a r d , p e o p l em a k e sg r e a t e rd e m a n d s o ne n e r g yq u a l i t ya n d r e l i a b i l i t y i t sv e r yu r g e n tt op u t 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 mi np r a c t i c ea n dr e a l i z ed i s t r i b u t i o nf e e d e ra u t o m a t i o nf o rt h es a k e o f h i g h e r o p e r a t i o n a la n d $ 1 a u a g i n g l e v e l t h i st h e s i sm a k e sas y s t e m a t i cr e s e a r c ha n da n a l y s i sa b o u td i s t r i b u t i o nn e t w o r k , c o m b i n e d w i t ht h ec h a r a c t e r so fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k , a n a l y z e sa l lc o m p o n e n t si nd i s t r i b u t i o nn e t w o r ks u c h a sd i s t r i b u t i o nl i n e ，t r a n s f o r m e r , g e n e r a t o ra n dl o a d , a n ds oe l li nd e t a i l ，e s t a b f i s h sm a t h e m a t i c a l m o d e lo fa l lt h e s ec o m p o n e n t st h a ta d a p tt oa n a l y s i sa n dc o n t r o lo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k a tt h e s a m et i m ei te x p o u n d st h ep r o b l e m sa b o u tt r a n s f o r m e rm o d e li nn e t w o r k p o w e rf l o wc a l c u l a t i o n a n d s u p p l y sc o r r e s p o n d i n g s o l u t i o n s d i s t r i b u t i o np o w e rf l o wc a l c u l a t i o ni st h eb a o fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k a n a l y s i s i ti su s e dt o d i s t r i b u t i o nd i s p a t c h i n g o p e r a t i o na n a l y s i s ，o p e r a t i o ns i m u l a t i o n , p l a n n i n ga n dd e s i g n , a l s oi st h e f u n c t i o nt h a td i s t r l b u t i o nr e c o n f i g u r a t i o na n dr e a c t i v eo p t i m i z a t i o nm u s tc a l l t h i st h e s i sd i s c u s s e s s o m ee f f e c t i v ea l g o r i t h m st h a ta p p e a rr e c e n t l yi nd i s t r i b u t i o np o w e rf l o wc a l c u l a t i o na tl e n g t h , f o r i n s t a n c e ，b a c k f o r w a r ds w e e pm e t h e d ，z b u sm o t h e 正n e w t o nz b u sm e t h o dw i t hm o d i f l e d m e t h o d , l o o p - i m p e n d e n c ee q u a t i o n m e t h o da n ds oo n i t g i v e sb a s i cc a l c u l a t i o nt h e o r i e s ， c a l c u l a t i o ns t e p sa n ds o m ep a r t i c u l a rr e g a r d i n gi s s u e so fe v e r ya l g o r i t h m , a c c o r d i n gt o m a n y e x a m p l e sv a l i d a t et h e e f f e c to f a l g o r i t h m sa n d f i n a l l y o b t a i nt h e c h a r a c t e r s ，r a n go f u s e ，v i r t u ea n d s h o r t c o m i n g o f e v e r ya l g o r i t h m t h i st h e s i sf u r t h e rm o d i f i e ds o m ea l g o r i t h m s , u n i f i e dh a n d l i i n go f w e a k l ym e s h e d d i s t r i b u t i o nn e t w o r ka n dp vn o d e si nb a c k f o r w a r d s w e e pm e t h o d , t h eh a n d l i n g o f w e a k l yi n e s h e dd i s t r i b u t i o nn e t w o r ki nz b u sm e t h o dt h eh a n d l i n go fp vn o d e si nm o d i f i e d n e w t o nz b u sm e t h o d t h e s ei m p r o v e m e n t sm a k et h i sa l g o r i t h ma p p l i c a b i l i t yi m p r o v e dg r e a t l y a n da c c o r dw i t h p r a c t i c a ld e m a n d i nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k a n a l y s i s d i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e c o n f i g o r a t i o ni sai m p o r t a n tm e a n so fd i s t r i b u t i o nn e t w o r ka n a l y s i s a n dc o n t r o l ，b e n e f i t e n h a n c i n ge c o n o m ya n dr e l i a b i l i t yo fd i s t r i b u t i o ns y s t e ma n da l s o i sa i m p o r t a n te l e m e n to fd 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 t h i st h e s i ss t u d y ss e v e r a ld i s t r i b u t i o n n e t w o r k r e c o n f i g u r a t i o na l g o r i t h m sd e t a i l e d l y , m o s t l yc o n c l u d i n gb r a n c h - e x c h a n g em e t h o d , o p t i m a lf l o wp a t t e r nm e t h o dr e c u r s i v ef i c t i t i o u sf l o wm e t h o da n dh y b r i df l o wp a t t e r nm e t h e di t a n a l y z e st h e o r e t i c a lb a s i so fa l la l g o r i t h m s ，m o d i f i e dp r o c e s sa n db a s i cs t e p sa tl e n g t h b e s i d e si t s i m p l yi n t r o d u c eo t h e rd i s t r i b u t i o nr e c o n f i g u r a t i o na l g o r i t h m sa n d i t sd e v e l o p m e n t ，c o m p a r e st h e c h a r a c t e r so fa l la l g o r i t h m sa n dp u t sf o t l ) v a r das i m p l i e dr e c u r s i v ef i c t i t i o u sf l o wm e t h e dt h e n a c c o r d i n g t o ae x a m p l e p r o v e st h ee f f e c to f s o m ea l g o r i t h m s k e y w o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m d i s t r i b u t i o ns y s t e ma u t o m a t i o nd i s t r i b u t i o nn e t w o r km o d e l d i s t r i b u t i o n p o w e r f l o wc a l c u l a t i o nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k r e c o n f l g o r a t i o n 一一 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 配电系统自动化 第一章绪论 1 1 1 配电系统自动化的概念及基本内容 电力系统是发电、输变电、供配电、用电等设备和技术组成的一个将一次 能源转换为电能并传输给用户的使用的统一系统。配电系统是电力系统的一部 分，电力系统通过配电网络直接向用户供电。从广义上讲1 1 0k v 及以下电压的 线路和设备构成的电力网均可称为配电网络。国外一般将低于1 k v 的电压称为低 压( l v ) ，将l 3 6 k v 的电压称为中压( m v ) ，将3 6 k v 以上的电压成为高压( h v ) ， 将3 0 0 k v 以上的电压成为超高压，在国内在配电系统中低压是指低于1 k v 的电压， 具体指3 8 0 v 和2 2 0 v ，中压是指3 5 k v 及以下电压，具体指i o k v 和3 5 k v 电压， 1 i o k v 及以上称为高压“1 。本文的配电网络主要是指i o k v 或3 5 k v 的线路和设备 构成的电力网络。 由于整个电力系统在电磁上是互相关联的，在网络结构上也是相互连通的， 因此电力系统中任一点故障均可影响和波及整个系统，甚至造成大面积的停电， 给社会经济和人民生活造成重大的损失和后果，同时电力部门还因向用户提供优 质高效的电能以满足用户的需要。因此供电可靠性和电能质量是电力系统的两大 考核指标。在1 9 9 8 年国家电力公司提出的目标是：提高供电可靠性，城市供电 可靠率达到9 9 9 ，大城市中心去达到9 9 9 9 ；提高供电质量，使电压合格率 t 9 8 。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，具体在配 电网络中即实施配电系统自动化。 由于配电系统是电力系统面向广大用户的一个环节，因此实施配电系统自动 化目的既要符合供电方( 供电部门) 的要求，又要满足需方( 用户) 的利益，其目标 可以归纳为： ( 1 ) 提高供电的可靠性，使城市电网供电可靠率达到9 9 9 ，大中城市中心 区的供电可靠率达到9 9 9 9 ； ( 2 ) 提高电能质量，降低线损，使城市电力网电压合格率9 8 ，电网频率 合格率9 9 9 ； ( 3 ) 提高供电的经济性； ( 4 ) 提高为用户服务水平和用户的满意程度； ( 5 ) 提高供电企业的管理水平和劳动生产率。 浙江大学硕士学位论文笫f 章绪论 配电系统自动化和配网自动化，目前国内外无论学术界或电力管理机构尚没 有明确的、被普遍接受的定义。由中国电机工程学会城市供电专业委员会在配 电系统自动化规划设计导则提出的关于配电系统自动化的定义为：“配电系统 自动化是利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，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，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制、 用电和配电管理的现代化。”这一定义包含的内容相当广泛。它指出了配电系统 自动化是一个信息集成系统，包括了和配电网有关的所有管理和控制功能。而国 家电力公司在( i o k v 配网自动化发展规划要点中关于配电系统自动化的定义 为：“利用现代通信和计算机技术，对电网在线运行的设备进行远方监视和控制 的网络系统。它包括i o k v 馈线自动化、开闭所和小区配电所自动化、配电变压 器和电容器组等的检测自动化。”显然，这一定义所包含的内容要少得多。一般 认为，配电系统自动化规划设计导则提出的是配电系统自动化或配电管理系 统( d m s ) 的定义，而i o k v 配网自动化发展规划要点提出的是配网自动化( d a ) 的定义。 配电系统自动化的功能，从国外资料来看有上百项之多，目前国内开发实施 的单项功能大体如下： ( 1 ) 配电s c a d a 功能； ( 2 ) 变电站自动化s a ( s u b s t a t i o na u t o m a t i o n ) ： ( 3 ) 馈线自动化f a ( f e e d e ra u t o m a t i o n ) ： ( 4 ) 自动绘图设备管理地理信息系统a m f m g i s ； ( 5 ) 配电系统高级应用软件( d p a s ) ，包括网络拓扑n t 、状态估计s e 、潮流计 算p f c 、负荷预报l f 、短路电流计算s c c 、网络重构n r 、电压无功v q 、培训仿 真d t s 等； ( 6 ) 配电工作管理d w m ( d i s t r i b u t i o nw o r km a n a g e m e n t ) ； ( 7 ) 故障投诉t c ( t r o u b l ec a l l i n 一： ( 8 ) 用户信息系统c i s ( c o n s u m e ri n f o r m a t i o ns y s t e m ) ； ( 9 ) 负荷管理( l m ) ； ( 1 0 ) 远方抄表系统a m r ( a u t o m a t i o nm e s s a g er e c o r d i n g ) 。 对上述单项功能，我们习惯上将其中变电站自动化s a 和馈线自动化f a 两项 功能合称为配网自动化( d a ) ，实际上亦是配电系统自动化的基本功能、或可称为 配电系统自动化的基础。而负荷管理瑚和远方抄表系统a m r 等统称为配电需求 侧管理( d s m ，d i s t r i b u t i o ns i d em a n a g e m e n t ) 。d a 和d s m ，再以s c a d a 系统为 基础，加上d p a s 以及以a m f m g i s 为平台的其它管理功能，便组成了集成管理 和控制功能于一体的综合系统，这就是广义的配电系统自动化或称配电管理系统 一2 一 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 2 配电系统自动化发展现状 国外配电网自动化主要开始于2 0 世纪7 0 年代，欧美等发达国家开展配电网 自动化的早期目标是缩短馈线故障的停电时间，在日本，配电自动化的研究和实 施更早，如日本从5 0 年代开始在配电线上采用自动故障隔离、并向健全区域( 无 故障区域) 恢复供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 制方式和配电线柱上开关的远方监视装置；7 0 、8 0 年代形成了计算机自动控制 系统，后来由于电子技术、计算机技术及信息传送技术的发展，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，在美国 1 9 9 4 年长岛电力公司配电自动化系统采用8 5 0 台f t u 和无线数字平台组成故障 快速隔离和负荷转移的馈线自动化系统。 近年来国外配电自动化的发展呈现出一种趋势，即由各种单项自动化林立， 或称“多岛自动化”的配电自动化向开放式、一体化和集成化的综合配电自动化 发展。在发达国家配电自动化系统已经形成了集变电所自动化、馈线分段开关测 控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电管理系统， 其功能多达1 4 0 余种。目前发达国家配电自动化已经形成了具有相当规模，从提 高配电网运行的可靠行和效率，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和社会效 益。 国内配电自动化起步与2 0 世纪9 0 年代，开始主要开展了两方面的工作：( 1 ) 建立配电系统的实时监控系统，即在配电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，通过通信信道联系，从而达到实时监控的功 能。( 2 ) 实时馈线自动化，以缩短线路故障后的停电时间，加快恢复供电，提高 供电可靠率。今年来配电自动化技术除了开展以上两项工作外，对以下功能也进 行了不同程度的开发和研制，其中有的项目已投入实际应用，主要有负荷管理， 自动绘图设备管理地理信息系统a m 瑚g i s 、变电站自动化s a 、远方抄表系统 a m 等。 1 1 3 配网自动化与其它自动化的关系 配电系统自动化是一个统一的整体，现对配网自动化与其它自动化系统的关 系作一说明。 ( 1 ) 与配网地理信息系统的关系。配电g i s 主要是为配网运行部门服务的， 主要用于运行管理和设备管理和运行管理，它必须以此为基础开发系统、配置功 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 能。但同时它又必须兼顾其它部门的需求，做到信息共享，相互支持。配电g i s 实时化后，可支持供电企业内部的其它管理过程，如配电网规划、无功电压管理、 可靠性管理、负荷管理、旌工管理、停电预安排管理等。配网自动化采集的实时 信息可支持配电g i s 的实时化，扩大了配电g i s 的应用范围，他们的关系十分密 切。 ( 2 ) 与营业管理系统的关系。配网自动化为营业管理系统提供有关配网资料， 支持用电业务查询，以促进管理水平和对用户的服务水平。 ( 3 ) 与电力负荷控制系统的关系。大多数电力企业在实施配电自动化以前已 经建成了负荷控制系统，要充分发挥负荷控制系统的作用。目前，配网自动化可 与之进行采集信息、用户信息、地理信息的相互补充。从长远来看，负荷控制系 统应发展为负荷管理系统同属于配电管理系统。 ( 4 ) 与低压抄表系统的关系。低压抄表系统实时性要求低，但涉及经济结算， 应成单独系统。配网自动化应提供集中抄表的通信通道，实现系统通信资源的共 享，以便进行电费自动结算，防止窃电，提高效率。 ( 5 ) 与调度自动化的关系。从广义自动化系统来说，配电自动化和调度自动 化应该是一体化的系统。 ( 6 ) 与变电站综合自动化的关系。采集站内i o k v 开关的信息，从合理的角度 来看，站内的馈线自动化其遥控功能应转交配网自动化。 ( 7 ) 与管理信息系统的关系。配网自动化向管理系统提供本系统的有关信息， 并保证信息源的一致性和唯一性。 、 1 1 4 配电系统自动化与配电管理系统 配电系统自动化( d s a ) 和配电管理系统( d m s ) 是两个既有联系又有区别的概 念。d s a 是功能意义上的概念，它除了包括实现配电自动化功能的计算机信息系 统和控制系统外，还包括一次设备。而d m s 是d s a 功能的实现，侧重于计算机信 息系统和控制系统，它是配电控制中心的一个计算机平台或作为开放式的支撑环 境，是基于配电控制中心的关于配电系统的全局的管理及自动化。早期关于s a 和f a 的概念，主要指变电站和馈电线路的现场自动化功能，引入d m s 概念，s a 和f a 本身的含义也扩展了，相应的配网自动化的概念扩展为配电自动化系统。 一般，配电自动化系统( d a s ) 被作为一个狭义的配电系统自动化功能实现，而d m s 是广义的配电系统自动化，是实现配电系统自动化的所有功能的总称。 一4 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 配电管理系统 1 2 1 配电管理系统的构成与体系结构设计 通常把执行配电系统的监视、控制和管理的综合自动化系统称为配电管理系 统，其内容包括配电自动化系统( d 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 - - d a s ) 以及配 电网络分析和优化( n e t w o r k a n a l y s i s - - n a ) 、工作管理系统( w o r km a n a g e m e n t s y s t e m - - w m s ) 和调度员培训模拟系统( d i s p a t c h e rt r a i n i n gs i m u l a t o r - - d t s ) 等高级应用功能。 配电管理系统的详细功能描述如下表l l 所示【2 】。 表i 一1 配电管理系统的主要功能 t a b l t1 1t h tm a - hf u n e t l o 雎o f d m s 配电管理系统( d m s ) 配电自动化( d a s 、 r 进线监控 釉一统 氍酾蔷螂锄化 【变压器巡检与无功补偿 地理信息系统( d g i s ) f 负荷监控与管理( l c l v 0 需方管理 l 远方抄袭与计费自动t ( a m r ) 网络分析和优化( n 工作管理系统 ， 俗) 调度员培训模拟系统( f i s ) 其软件系统结构如下图1 一i 所示。 is c i , d a 卜电堕堡型 网络建硎叫e m sl 占n 彭 - - - 一一一一一一_ 殳各管捌ll m i s i ； ： illilli 网络分析 i 配电两if 投诉电if 负荷控i 甩户管理 接线分析 障作管理 故障检测 l 规划li 话管理1 1 制管理i 电量计费 网络监柳 辑离和协 实时电们 朝流计舞质量记景 显路计算 嘬作模捌 复系统 g i s 平台 用户合瓦 网络重耘 图卜- 1 嘣s 的软件系统结构 f i g u r e l - - i t h ea 洲t e c t t w e so fd m ss o f t w a r es y s t e m s 由上可见，配电管理系统是一个功能强大，实现复杂的系统，要在现存的配 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 电系统基础上一次实现其全部功能，难度及成本都是很高的。所以一般要根据具 体情况，分步地、有选择地实现其功能。最初阶段，一般要实现变电站综合自动 化，使得配电电源可靠性和灵活性得到保证，然后通过实现馈线自动化，完成馈 线的故障定位、隔离和自动恢复供电，在此基础上构建整个配电系统的s c a d a 系统，采集全系统的实时数据，对全系统进行监视和控制。通过将s c a d a 功能和 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 - - g i s ) 相结合，可以将数据直 观地反映在地图上，便于运行人员的分析和操作，并在此基础上实现设备管理 ( f a c i l i t i e sm a n a g e m e n t - - f m ) ，投诉电话处理( t r o u b l ec a l lp r o c e s s i n g - - t c p ) 等功能。最后，通过配电管理系统的高级应用软件，实现对系统运行状态 的全面掌握，从全系统的高度进行分析和优化，从两达到降低成本，提高可靠性 的目的。 1 2 2 配电自动化系统 配电自动化系统【1 0 4 j i d a s 是配电管理系统中最主要的内容。它是一种可以使 配电企业在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系统。其内容包 括配电网数据采集和监控( s c a d a ) 、地理信息系统( g i s ) 和需方管理( d s m ) 几 个部分。 1 2 2 1 配电s c a d a 系统 在配电自动化系统中，为配电网供电的1 1 0 k v ( 或3 5 k v ) 主变电站的l o k v 部分监视、l o k v 馈线自动化、l o k v 开闭所变电站自动化以及配变巡检和无功电 压综合控制这些部分被称为配电s c a d a 系统。 甾缓毖越一般完成对配网进线变电所的开关位置、母线电压、线路电流、 有功和无功功率以及电度量的监视，为了更好地进行配电网运行管理，往往还需 要遥控配网进线变电所的l o k v 出线开关进行合闸或分闸操作。 德缱自动佑( f e e d e ra u t o m a t f o n 一尉)在正常情况下，远方实时监视馈 线分段开关与联络开关的状态和馈线电流、电压情况，并实现线路开关的远方分 合闸操作以优化配网的运行方式，从而达到充分发挥现有设备容量和降低线损的 目的；在故障时获取故障信息，并自动判断和隔离馈线故障区域以及恢复对非故 障区域的正常供电，从而达到减少停电面积和缩短停电时间的目的。 开溺所和配电变电站a 动他( s u b s t a t i o na u t o m a t i o n - - s a )尧藏铽配 网中l o k v 开闭所、小区变的开关位置、保护动作信号、小电流接地选线情况、 母线电压、线路电流、有功和无功功率以及电度的远方监视，以及开关远方控制、 变压器远方有载调压和电容器组投切等，从而有助于进一步提高供电可靠性和改 善供电质量。 一6 - - 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 雯殛器趔拉指对配网中各类变压器的参数远方监视以及补偿电容器的 自动投切和远方投切等，从而达至提高供电质量和降低线损的目的。 1 2 2 2 需方用电管理d s m d s m 实际上是电力的供需双方共同对用电市场进行管理，以达到提高供电可 靠性、减少能源损耗及供需双方费用支出的目的。其内容包括负荷监控和管理和 远方抄表及计费自动化两方面。 配电霸负荷监控和管理( l o a dc o n t r o l 叠g a n a g e m e n t - - l 是校器 用户的用电量、分时电价、天气预报以及建筑物内的供暖特性等进行综合分析， 确定最优运行和负荷控制计划，对集中负荷及部分工厂用电负荷进行监视、管理 和控制，并通过合理的电价结构引导用户转移负荷，平坦负荷曲线，从而进一步 发挥和利用现有设备的容量。 远竞抄表s 计费自动纯( a u t o m a t i cm e t e rr e a d i n g - - a m r ) 畏_ 猿逸 过各种通信手段读取远方用户电表数据，并将其传至控制中心，自动生成电费报 表和曲线，并能实现复费率和各项统计功能，从而降低劳动强度，提高企业管理 现代化水平。 1 2 2 3 配电地理信息系统 配电地理信息系统( d i s t r i b u t i o ng e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m - - d g i s ) 的引入是配电自动化的主要特点之一，因为配电网节点多、设备分散、其运行管 理工作常与地理位置有关，将g i s 与一些属性数据库相结合，可以更加直观地进 行运行管理。d g i s 的内容主要包括设备管理、用户信息系统、s c a d a 功能、停电 管理系统及配电网发展辅助规划设计功能等。 教皤葶彦( f a c i l i t i e sm a n a g e m e n t 巩眇是指将变电站、馈线、变压器、 开关、电杆等设备的技术数据反映在地理背景图上。 角r 户蔗寓系够声( c u s t o m e ri n f o r m at i o ns y s t e m - - c i s ) 是指借助g i s ，对大 量用户信息，如用户名称、地址、帐号、电话、用电量和负荷、供电优先级、停 电记录等进行处理，便于迅速判断故障的影响范围；而用电量和负荷的统计信息 还可作为网络潮流分析的依据。 d g i s 乒的s c a d a 功磁是指将s c a d a 和d m s 上报的实时数据与g i s 相结合， 以便于操作和管理人员更方便地动态分析配电网的运行情况。 萨鬯瞥理蒹笏( o u r a g em a n a g e m e n ts y s t e m - - o m s )是指接到停电投诉 后，g i s 通过调用c l s 和s c a d a 功能，迅速查明故障地点和影响范围，选择合理 的操作顺序和路径，随时显示处理过程中的进展，并自动将有关信息转给用户投 诉电话应答系统。 配电自动化中的g i s 还可具有配电网发展辅助规划设计功能。 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 3 配电管理系统与能量管理系统的异同 配电管理系统和能量管理系统( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m - - e m s ) 均为 电力系统的安全、经济和优质运行服务，且可使用相同的支撑平台，并具有某些 类似之处。但由于输电网和配电网之间，无论是一次系统接线还是二次系统装备 都有许多差别，这就导致两者应用上的一些不同。 d m s 与e m s 的类似之处是： 1 、两者均通过终端单元来收集电网中设备的状态和测量值。并实现监视控 制的远方操作s c a d a 功能。 2 、两者均具有基于彩色屏幕显示的图形用户界面g u i 。 3 、两者均具有自动控制功能，但e m s 控制的是发电设备( a g c ) ，d m s 控制的 是用电负荷。 4 、两者均具有计算机辅助调度的高级应用软件，但内容和方法却不尽相同。 5 、两者均存储有历史数据，供制表、检索和分析历史事件用。 6 、两者均能和其他计算机应用系统( 如管理信息系统m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m - - m i s ) 相连，共享数据和分析成果。 e m s 管理发电和输电，d m s 管理配电和用电，前者集中，后者分散，同时两 者之间存在一次接线和二次设备的差异，这种差别使得d m s 具有更多不同于e m s 的特点。这些特点是： 1 、典型的配电网多为辐射型结构，而不象典型的输电网那样网状连接。 2 、配电网的许多设备( 如分段器、重合器、补偿电容器、调压变压器等) 是 按配电线路长度安放的，往往装在电线杆上。而不象输电网的设备( 如断 路器、静止补偿器等) 一般都是放在变电站内。 3 、配电网内要求安装终端单元的数量，通常比相连输电系统所需的数量要 多一个数量级( t o 倍) 。一处配电网设备的总数据量( 如线路调压变压器上 所采集的三相运行工况参数) ，约比一个输电变电站的数据量少个数量 级。配电网的数据库规模，一般比所连输电网的数据库( 千级) 大个数 量级( 万级) 。 4 、配电网内大多数的现场设备都是人工操作，而不象输电网那样，大多数 的现场设备可以远方控制。 5 、配电网的网络接线变化，常常发生在出事地点而不是在开关安装处。如 由于交通事故而碰断某相线路，这样的接线变化就很少会发生在输电网 上。 6 、配电网设备名目繁多，数量极大，且面临经常变动的需方负荷，检修更 新频繁。因此设备管理和规划设计任务较输电网繁琐。 一8 一 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 7 、配电网除供方的设备外，还连有大量需方的用电设备，有时还有包括联 合循环发电在内的白备电源。不象输电系统那样。基本上全是供方的发、 输、变电设备。 8 、承担传送数据和命令任务的配电网通信系统，包含有各种类型的负荷控 制和远方读表装置，因而具有通信方式多样的特点。但由于配网不考虑 系统的稳定问题，放而对其通信速率的要求不如输电系统那样高。 1 3 配电管理系统高级网络分析应用 在目前已经存在的配电系统自动化层次中，由于历史原因，各功能都作为一 个独立的自动化模块存在，可以看作是“多岛自动化”。它包括一些单项自动化， 这些单项自动化信息专用、功能单一且互不相连。早期这种单项自动化不多时， 问题还不突出，随着这种单项自动化分别自行发展和数量不断增加，势必带来功 能相互重叠、信息未能共享、通道不能公用等诸多弊端。配电管理系统通过使用 高级应用软件来达到将各单项自动化相互配合，信息共享这目的，有效地将各 单项自动化功能加以整合。 - 高级应用软件使得运行人员准确全面地掌握系统当前运行状态，使得各单项 自动化有机地结合起来，从全系统的高度来优化运行配电系统，从而挖掘出系统 安全和经济方面存在的巨大潜力。从图1 1 中可看出，正是由于高级应用软件 的使用，配电管理系统才构成一个有机的整体。 配电系统高级应用软件以网络分析为核心，其基本部分有”1 ： l 、网络接线分析 2 、潮流计算 3 、状态估计 4 、负荷预测( 包括系统负荷预测和母线负荷预测) 5 、短路电流计算 6 、电压无功优化 由以上这些基本应用软件可以派生出各种应用软件，例如负荷控制、电容器 优化配置、变压器与馈线负荷分配、网络重构、操作培训模拟、保护协调、事故 诊断、事故隔离与恢复及投诉电话处理等等。 l _ 3 1 配电网络模型与接线分析 配电系统的物理特性的数学描述称为数学模型，只有将配电系统化为数学模 型才能用计算机进行分析计算，因此，建立和维护好配电系统的数学模型是用好 高级应用系统的前提条件。 配电网的数学模型包括：线路，变压器，电容器、负荷和发电机组等，它们 浙江大学硕士学位论文第_ 章绪论 按交电站和电压等级排列，其中前两项为串联元件( 称为双端元件) ，后三项为 并联元件( 称为单端元件) 。 另外还有网络保护、熔断器、断路器和开关等逻辑元件，不反映在计算中， 却反映在控制功能上，即网络接线分析。网络接线分析将网络的物理模型 结点 模型) 转化为数学模型( 母线模型) 。网络接线分析一般分为母线分析和电气岛 分析两个步骤来完成。母线分析是将由闭合开关连接在一起的结点集合为一条母 线；电气岛分析是通过线路和变压器将母线连接为电气岛。 1 3 2 配电网络潮流计算 潮流是配电网络分析的基础，用于电网调度、运行分析、操作模拟和设计规 划，同时也是电压无功优化和网络接线变化必需调用的功能。对辐射形和环形 网络提供三相不平衡潮流算法，能够在控制下对整个配电网络进行潮流分析，也 能够自动计算部分系统潮流。在研究方式下，调度员可启动潮流程序以便研究对 付突发事件的策略。为保证在各种实时和研究方式下都能得到收敛潮流解，配电 潮流应能提供多种潮流算法。 1 3 3 配电网络状态估计 在实际电力系统中，由于远动信息不全，系统中某些重要的运行状态信息较 难了解和掌握，运行方式人员计算潮流很难收集到实时潮流数据，从报表收集的 数据不可靠，经常造成潮流计算不收敛或者潮流计算结果不合理的现象。配网调 度员培训仿真系统需要采用实时系统数据完成真实的培训任务，各种d m s 高级应 用软件的实现都需要在实时数据基础上进行，这些都需要依靠状态估计提供的信 息。配电网状态估计的主要功能是由较少而且包含错误的量测数据尽可能得到完 整而正确的实时网络状态，它是配电网络分析的数据之源。 状态估计利用量测系统采集的信息估算出电力系统的实时运行状态，给出电 网中各母线的电压和相角，各线路和变压器的潮流，各母线的负荷等。 状态估计软件具有很强的开关错误辨识能力，可以发现遥信错误信息并给予纠 正，也具有对遥信数据中的不良数据进行检测和辨识的能力。在量测系统中存在 不良数据时，指出哪些是正常数据，哪些是不良数据。 1 3 4 配电网络负荷预测 负荷预测对电网安全与经济运行有重要意义，对配电系统来说更有其特殊意 浙江大学硬士学位论文第一章绪论 义，这是因为配电网量测量太少，不得不用母线负荷预测作为伪量测才能确定配 电网完整的状态和潮流。 配电网负荷预测分为两类：地区负荷预测和母线负荷预测。 始区负搿顼删应用考虑气象修正的负荷预测模型，可以预测未来一天至一 周的每小时，每1 5 分钟的系统总负荷值或某一区域的负荷值，主要用于购电计 划和供电计划。 母鳍员苈顷别是配电网总的或某一区域各负荷点( 母线) 的负荷预测，主 要用于状态估计和潮流计算。母线负荷预测使用可自动校正的负荷分配系数把地 区负荷预测值分配到各变电站、馈线及负荷点。负荷预测目前采用了最小二乘法、 线性外推、线性回归和神经网络等算法。配电负荷预测可能有考虑分类预测的必 要。 1 3 5 配电网络重构与故障恢复 网络重构的目标是在满足网络约束和辐射状网络结构的前提下，通过开关操 作改变负荷的供电路径，以便使网损最小，或解除支路过载和电压越限，或平衡 馈线负荷。网络重构能计算为减小配电网损而必须在馈线之间重新分配的负荷， 并且能报告所识别的可以减小网损的开关操作。计算结果提供给操作命令票系 统，供调度员决策执行或自动执行。 根据开关跳闸信息和故障指示信息，应用专家系统方法对配电网馈线中发生 的故障进行及时准确的分析和判断，并提出正确有效的停电恢复对策，以帮助调 度员准确判断故障位置，隔离故障区域，尽量恢复非故障区域的供电，将故障损 失降到最低。特点是能在综合考虑开关操作次数、馈线负荷裕度、负荷恢复量、 用户优先级、网络约束等因素下，提出优选的恢复方案。 1 3 6 配电网络电压与无功优化 配电网最重要的质量指标是电压，最重要的经济指标是网损，而电压优化调 度与无功优化调度是一致的，网络上各点尽可能接近电压运行的上限运行，自然 使得网损降到最低。电压和无功优化问题在无功设备能够满足电压标准的情况下 是调度问题，而在无功设备不足的情况下是规划问题。 配电网电压与无功优化调度是一个非线性问题，同时是非连续控制量( 如： 电容器、变压器抽头等) 的优化问题。另外由于要考虑网损，所以存在和配电网 络重构的配合问题。 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 7 配电网络短路电流计算 在规定短路故障条件下，计算各支路电流和各母线电压，用以校核开关遮断 容量和检查继电保护整定值是否合适。 配电系统的负荷电流与短路电流有可比性，在计算中不能被忽略。在配电系 统的短路计算中，还必须考虑到负荷的电压特性。 1 4 本文所做的工作 由上分析，配电管理系统通常都设计成开放的积木块式结构，因此可以采用 分期实施的策略。在建设初期可以先控制在适当的规模和实现基本的功能，然后 根据需要逐步扩容和全面实现期望的功能；这样既能够最快获得社会经济收益， 又便于实施。根据实际情况和专家的建议，电力公司一般选择先实现对迸线变电 站和开闭所的数据采集与监控( 即s a & s c a d a ) ，然后再扩展到对馈线上分段开关 的远方测控( f a ) ，逐步实现远方抄表和负荷控制等功能，最终全面实现配电管 理系统功能。从目前发展的情况来看，进线变电站自动化、馈线自动化功能已经 初步实现，当前工作的重点集中在配电网络高级分析研究和开发，以期较好的整 合