（电气工程专业论文）中小城市配网自动化系统的研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：堕匙 日期：五丝= 鲤型2 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：硷导师签名：圣槛日 期知d 1 f 口1 d 期：一切d 1 f 口1 d 山 东大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第l 章绪论3 1 1 概述3 1 2 配电自动化的内容和意义4 1 3 国内外配电自动化发展现状6 1 3 1 国外配电自动化的发展和现状6 1 3 2 国内配电自动化的现状7 1 3 3 国内配电自动化实施存在的主要问题9 1 4 课题的意义及论文主要工作9 第2 章现状分析及系统方案设计l1 2 1 现状分析l1 2 2 系统方案设计12 2 2 1 系统设计原则l2 2 2 2 总体目标13 2 2 3 总体方案13 2 2 3 1 纵向分层l4 2 2 3 2 横向分布15 2 4 系统整体功能15 第3 章变电站及馈线自动化17 3 1 系统结构17 3 2 变电站分站系统17 3 2 1 主要功能描述17 3 2 2 硬件配置方案18 3 2 - 3 软件系统配置一l 9 3 3 馈线自动化19 3 3 1 基于计算机和通信网络的馈线自动化功能19 3 3 2 基于馈线终端设备( f t u ) 的馈线自动化系统的组成2o 3 4 馈线终端单元f t u 22 3 4 1 柱上f t u 22 3 4 2 环网柜f t u 23 3 4 3 开闭所f t u ( 或d t u ) 24 3 5 通讯系统。24 3 5 1 终端设备与分站系统之间的通讯连接24 3 5 2 分站系统与主站系统之间的通讯连接25 第4 章配网自动化主站系统26 4 1 体系结构：26 4 1 1 网络及硬件体系结构26 4 1 2 软件系统体系结构27 4 2 支撑系统28 山 东大学硕 士 学位 论文 4 2 1 操作系统及硬件平台28 4 2 2 网络任务管理( s y s m a n ) 29 4 2 3 实时数据库及其管理系统d a r d b m s 30 4 2 4d a m a p ( a m f m ) 32 4 2 5 报表处理系统( d a f o r m ) 一35 4 3d m s 应用系统36 4 3 1 基于地理信息的配网s c a d a 系统36 4 3 2 基于地理信息的配电设备管理系统g f m s 42 4 3 3 基于w e b 的实时信息发布系统46 第5 章配电网故障定位问题分析47 5 1 配电网故障定位问题简介47 5 1 1 基于重合器的配电网故障定位47 5 1 2基于f t u 的配电网故障定位49 5 2 配电网故障定位方法的选择50 5 3 配电网故障判断的规则。51 第6 章总结与展望。53 6 1 论文研究工作总结53 6 2 进一步的工作与展望54 附录。57 参考文献58 致谢61 n 山 东大学硕士学位论文 摘要 随着用电量的增加，供电质量日益成为人们关注的焦点。我国国民经济的 迅速发展对配电网供电质量及经济运行指标等提出了更高的要求。城市电网改 造的深入进行使l o k v 配电网络的供电可靠性有了较大的提高，但网络的复杂程 度也随之提高，为了全面提高配网运营的各项技术经济指标，配电自动化系统 的建设势在必行。电力一次、二次设备及电子和通讯技术的发展，也为城市配 电网自动化的实施提供了条件。 本文结合冠县配电网改造及配电自动化的实施对配电自动化所涉及到的一 次网架改造、通讯系统建设、主站和分站系统设计及配电网故障定位问题给出 详细说明。 论文在深入研究分析国内外配网自动化技术发展背景的基础上，首先分析 了配网一次系统的网架结构对实施配网自动化的影响，给出了冠县配电网一次 系统的改造方案。较为详细地阐述了配网自动化系统的整体设计方案，给出了 其软件、硬件体系结构。 本文重点对配电自动化系统的功能进行了较全面的分析，包括数据采集和 监控、配电网高级应用软件( 网络拓扑、状态估计、潮流计算、网损计算、负 荷预测等) 、配电管理、负荷管理、实时数据资源管理、重合器的配电网故障定 位、f t u 的配电网故障定位等。 本文给出的配电网自动化系统设计方案，符合配电网的实际情况，实现了 设计目标。实践将会证明该系统功能完善，使用方便，完全满足实际需求，可 进一步提高供电企业的管理水平。 关键词：配电网、配网自动化、地理信息系统、配电网故障定位 山 东大学硕 士 学位 论文 a b s t r a c t a st h ei n c r e a s eo ft h ep o w e rc o n s u m p t i o n ，p o w e rs u p p l yq u a l i t yb e c o m e st h e f o c u st h a tp e o p l ep a yc l o s ea t t e n t i o nt od a yb yd a y t h er a p i dd e v e l o p m e n to fn a t i v e e c o n o m yp u tf o r w a r dah i g h e rr e q u e s to fe l e c t r i c a lq u a l i t ya n de c o n o m i c a lr u n n i n g t a r g e t a st h er e c o n s t r u c t i o no fd i s t r i b u t i o ns y s t e mg o e so n t h er e l i a b i l i t yo ft h e1o k v n e th a sb e e ni m p r o v e dg r e a t l y b u tt h ec o m p l e x i t yo ft h elo k vn e ti sm o r et h a ne v e r b e f o r e s o i no r d e rt oe n h a n c et h ec o n t r o io ft h en e ta n dr e a l i z et h er e a id i g i t a ln e t ， t h er e c o n s t r u c t i o no ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r km u s tb ed o n e w i t ht h ed e v e l o p m e n to f e l e c t r i c i t ye q u i p m e n ta n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ni s e a s i e rt or e a l i z e b yt h er e c o n s t r u c t i o no fg u a n x i a nd i s t r i b u t i o nn e t w o r ka n dt h ed e v e l o p m e n to f d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n ，t h i sp a p e rp r e s e n t sp a r t i c u l a rs p e c i f i c a t i o na b o u t r e c o n s t r u c t i o no fd i s t i l b u t i o nn e t w o r ka n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n dt h ed e s i g no f c o n t r o lc e n t e ra n ds u b s t a t i o n o nt h eb a s i so fa n a l y s e so fd o m e s t i ca n df o r e i g nb a c k g r o u n do fd i s t r i b u t i o n d e v e l o p m e n t ，t h i sp a p e rf i r s ta n a l y z et h ei n f l u e n c eo fr e c o n s t r u c t i o no fm a i nn e t w o r k o nd i s t i l b u t i o n s y s t e m a n df o r e c a s tt h el o a d a n dt h e n p r e s e n ts c h e m e o f r e c o n s t r u c t i o no fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k t h i sp a p e rg i v e se x p a t i a t i o no fd e s i g nm e t h o d a n ds t r u c t u r eo fs o f t w a r ea n dh a r d w a r e t l l i sp a p e ra 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 e d i s t i l b u t i o na u t o m a t i o n s 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 r a u t o m a t i o n ) ，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 ) ，d m ( d i s t r i b u t i o n m a n a g e m e n t ) ，l c m ( l o a dc o n t r o la n dm a n a g e m e n t ) ，r d s m ( r e a l - t i m ed a t a s o u r c em a n a g e m e n t ) ，t h ea u t o m a t i cs y s t e mf o rt h ef a u l ts e c t i o nd i a g n o s i sa n d i s o l a t i o ni nd i s t i l b u t i o nn e t w o r k sa n ds oo n t h em e t h o d sp r e s e n t e db yt h i sp a p e ra c c o r dw i t ha c t u a ls i t u a t i o no fd i s t r i b u t i o n s y s t e ma n df u l l ya c h i e v et h eg o a l p r a c t i c ew i l lp r o v et h a tt h es y s t e ms h o u l db ew i t h p e r f e c tf u n c t i o n ，e a s yt ou s e ，h a st o t a l l ys a t i s f i e dt h ea c t u a ld e m a n d ，a n di tc a n i m p r o v e t h em a n a g e m e n tl e v e lo ft h ep o w e rs u p p l ye n t e r p r i s ef u r t h e r k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，d m s ，g i s ，f a u l ts e c t i o nd i a g n o s i sa n d i s o l a t i o n 山 东大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 概述 现代电力系统大致可以分为发电、变电、输电、配电和用电五个环节。在电 力系统的各环节中，配电网作为末端直接和用户相连，具有深入城市和居民密集 点，传输功率和距离一般不大，供电容量、用户性质、供电质量和可靠性各不相 同的特点，它能敏锐地反映用户在安全、优质、经济等方面的要求。据统计，全 国发电量的8 5 是通过3 5 1 l o k v 供配电网输送给用户。国家电网公司提出的建 设坚强智能电网的总体规划，配电自动化即是智能电网的一项重要内容，完整地 说，配电自动化应该是指整个配电网并包括电力用户在内的自动化。 配电网按电压等级来分类高压配电网3 5 - 1l o k v 电压等级 中压配电网6 一l o k v 电压等级 低压配电网2 2 0 3 8 0 v 电压等级 按供电区的功能来分类城市配电网 农村配电网 工厂配电网 随着电力系统的逐步改造。我国电网供电可靠率不断提高，从1 9 9 8 年至今，城 乡电网供电可靠率由原来的9 9 8 1 提高到9 9 8 9 7 。而同时，经济的飞速发展和 人民生活水平的不断提高，人们对供电的可靠性的要求亦越来越高。如今，配电网 设备市场的发展趋势是：量大，智能化、数字化程度高，据报道我国“十二五”计 划中，将提高电网装备水平、改善电网运行维护管理列为五大战略重点之一。“十 二五 计划中城网建设改造也提出了提高中压配电网监控自动化、信息和用电管 理水平，提高运营管理效率的目标。农村电网由于处于电网的末端，对配网自动化 的要求也逐渐引起重视。 城市配电网直接面向广大电力用户，是供电企业与电力用户联系的纽带。随 着国民经济的高度发展和改革开放的深入，面对社会经济发展和人民生活水平质 量的提高，人们对电力的需求日益增长促使电力事业迅速发展，电网不断扩大， 同时对供电可靠性和供电质量提出了更高的要求，甚至连发生电源的瞬时中断也 不能忍受。根据目前国内配电网的现状，若不采取有效的技术措施，是不可能达 到国家电网公司对可靠性和电压质量的要求的。 对用户电能质量的评价主要有以下几个指标：一是电压质量，它包括电压偏 差、电压波动和电压闪变三个方面的要求；二是频率；三是供电可靠率，它是配 3 山 东大学硕 士 学位 论文 电网对用户持续供电能力的量度，有多至1 l 项的评价指标，其中主要是年平均 供电可靠率，即用户年平均供电时间的百分数；四是谐波含量，应不高于规定的 含量。 提高电能质量要由改善整个电力系统的装备和运行来达到。显然，限于配电 网络设备及用户所具有的能力，配电网只能对电能质量中的某些指标起到显著的 作用，如提高供电可靠率和电压质量。而且，众所周知，合理而完善的配电网络 结构对于提高供电可靠率和电压质量至关重要，在某种意义上讲是起主要作用 的。 从另一方面说，保护、监测和控制系统的改进并逐步达到自动化，对于配电 网的运行也十分重要，且其重要性和作用正逐渐增大，在某些方面，如故障的快 速隔离和提高供电可靠率，是必不可少的。 当然，电力系统应以最经济的能源消耗、最有效的运行管理，以最合理和便 宜的价格向用户供电。配电网及其控制和用户管理也关系到供电的经济性。因此， 可以说，实现或实施配电自动化的目的是采用现代电子、通信和计算机等技术和 设备对配电网和用户在正常运行和事故情况下实行监测、保护、控制和管理，提 高供电质量和经济性，改善服务和提高工作效率。n h 引 1 2 配电自动化的内容和意义 随着电力市场化改革的迅速发展，用户对用电质量提出了更高的要求。而供 电的可靠性和电能质量是电力系统两大考核指标。在2 0 0 7 年我国国家电网公司 提出了“三个十条”的目标是：提高供电可靠性，城市供电可靠率达到9 9 9 2 ； 提高供电质量，电压合格率大于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。 配电系统自动化是利用现代电子技术、通信技术、计算机技术及网络技术， 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的监测、 保护、控制、用电和配电管理的现代化。实施配电系统自动化的目的是提高供电 可靠性、提高供电质量、提高服务质量、提高企业的经济效益和提高管理水平， 使供电企业和用户双方受益。 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 ，简称为d a s ) 从功能上 主要可以分为两大部分的内容，即包括基础配电自动化层和配电管理层。基础配 电自动化层主要实现数据采集、运行工况监视和控制、故障实时处理，主要包括 变电站( 配电所) 自动化系统、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 ) ， 配电s c a d a 系统。配电管理层主要实现配电管理、停电管理、工程管理、电能 4 山 东大学硕士学位论文 计量管理及配电高级应用，其主要内容包括配电工作管理系统、用电管理自动化 系统、配电高级应用软件( d p a s ) 。配电地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m ，简称为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，其运行管理通常与地理位置有关，将g i s 与一些属性数据库结合， 可以更加直观地进行管理。通常把从变电、配电到用电过程的监视、控制和管理 的综合自动化系统，称为配电管理系统( 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 ，简称 为d m s ) 。 配电自动化是电力系统现代化的必然趋势，其主要意义在于：在正常运行情 况下，通过监视配网运行工况，优化配网运行方式；当配网发生故障或异常运行 时，迅速查出故障区段及异常情况，快速隔离故障区段，即时恢复非故障区域用 户的供电，缩短对用户的停电时间，减少停电面积；根据配网电压合理控制无功 负荷和电压水平，改善供电质量，达到经济运行的目的；合理控制用电负荷，从 而提高设备利用率：自动抄表计费，保证抄表计费的及时和准确，提高了企业的 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务等。 配电自动化在人力尽量少介入人的情况下完成大量的重复性的工作。这些重 复性的手工操作通常有查抄用户电度表、监视和记录变压器油温、检查核对配电 变电所的负荷、沿配电线路合或分开关、投入或撤除补偿电容器、升或降有载调 压装置分接头以调节电压等。 配电自动化系统的主要目的之一在于尽量减少停电面积和缩短停电时间，为 此必须能够采集配电网上的实时数据( 即遥测和遥信) ，并对其进行分析，从而 使调度员能够随时监视网上运行情况和作出明智的决策。此外，还要求能够通过 遥控和遥调在控制中心就能对配电网进行必要的操作，从而缩短故障处理时间和 降低劳动强度。 配电自动化系统有助于使配电网的潜力得以最大限度地利用，并且确保提供 给用户的电能质量满足要求。因此，电力公司和用户都能从配电自动化中得到收 益。 配电自动化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，这样既能够获得看得见的和看不见的收益，又 便于实施。比如，电力公司可以先实现对于进线变电站和开闭所的数据采集与监 控( 即s c a d a ) ，然后再扩展到对馈线上分断开关的远方测控，逐步实现远方 抄表和负荷控制等功能，最终全面实现配电自动化。但在工程实施的各个阶段， 应注意满足以后扩展的需要。 ， 使配电自动化系统发挥出其潜在效益的关键，在于从整体的角度对电力公司 5 山 东大学硕 士 学位 论文 的日常操作和需求进行分析。尽管难以定量估计配电自动化的一些功能所带来的 效益，但是它们如同那些可以定量反映的效益一样是实实在在地存在的。 目前实现配电自动化所需要的技术己经成熟，电力公司所要做的工作是分析 本公司配网所需要的潜在功能，以确定合适的实现方案。值得注意的是，每个电 力公司的配网都有其特殊性，比如地理环境、范围和规模、管理模式、用户性质 等，这往往决定了该公司的配电自动化最佳模式。【5 】【9 】【3 2 】【3 5 】 1 3 国内外配电自动化发展现状 1 3 1 国外配电自动化的发展和现状 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所自动化、馈线分段开关遥控、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 ) 。其功能已多 达1 4 0 余种。 国外著名电力系统设备的制造厂家基本都涉足配电自动化领域，如德国西门 子公司、法国施耐德公司、美国c o o p e r 公司、摩托罗拉公司、英国a b b 公司、 日本东芝公司等，均推出了各具特色的配电网自动化产品。 欧美等发达国家的配电自动化开始于2 0 世纪7 0 年代，早期目标是缩短馈线 停电时间。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段恢复供电。1 9 9 7 年全纽约的用户平均停电时间( 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 ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n d d a t a a c q u i s i t i o n 。监控和数据采集) 功能；第三步实施非故障段的自动恢复供电。 日本是配电自动化发展得比较快的国家。从5 0 年代开始在配电线上开始采 一 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 一7 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；其后由于电力电子技术、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 t 在实际应用上得到很大的发展。到1 9 8 6 年，全国9 个电力公司的4 1 6 1 0 条配电 6 山 东大学硕士学位论文 线路己有3 5 9 8 3 条( 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( 包括一般的和计算机 监控) 。 新加坡公用电力局( p u b ) 在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，其规模最初覆盖其2 2 k v 配电网的1 3 3 0 个配电 站，目前己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信方式看，尚没有一种通信技术可以很好地 满足于配电系统自动化所有层次的需要。在一个配电自动化系统内，往往由多种 通信技术组合成综合的通信系统，各个层次按实际需要采用合适的通信方式。 在日本，由于无线电通信频段大都被电台占用而很难得到保证，日本在配电 自动化系统中，基本不采用无线电通信。光纤因处在发展阶段，目前只在一部分 地方使用。比较普遍的是利用通信电缆和配电线路来传送信号。而在欧美等国， 却广泛采用无线寻呼通信网络和有线通信相结合的方式。 目前使用较多的配电线信号传送方式有：音频控制方式，音频电流传送方式 和位相脉冲方式。利用专用电话线或c a t v 有线电视电缆，采用屏蔽双绞线 ( r s 4 8 5 ) 、光导纤维等方式，也是广泛采用的配电自动化通信方式。u h f 和 v h f 电台、调频广播( f m ) 和调幅广播( a m ) 多用来用作负荷监控的信道， 无线扩频和一点多址微波通信大多用于配网自动化的通信主干线。 国外配电自动化的实现，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”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，目前己具有相当的规模，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。 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户负荷进行管理等。 【1 0 1 i1 1 1 3 2 国内配电自动化的现状 国内配电自动化起步于2 0 世纪9 0 年代，较国外发达国家滞后2 0 年。由于 资金和计算机技术等条件的限制，同时这也是一个相对崭新的课题，需要一个认 识过程，因此一直发展比较缓慢。近年来特别是全国大规模进行城乡电网改造以 7 山 东大学硕 士 学位 论文 来，配电自动化方面的工作取得了比较大的进展，众多科研开发企业和制造商开 发研制了配电系统自动化集成技术、应用软件和一二次设备，许多地方供电企业 进行了不同层次不同规模上的试点，这些都为供电企业的供电可靠率、供电质量、 设备安全、劳动生产率、现代管理水平的提高发挥了一定的作用，为我国配电系 统自动化的发展积累了经验、创造了条件。 上海市供电局在浦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 环网开关会柜9 台，基本达到了遥控、遥信和遥测 的目的，但规模较小，且设备依赖进口，造价高，不便推广普及。北京供电局以 引进日本东芝技术生产的具有自动化功能的柱上真空开关设备八台，即将投运， 达到国外配电自动化第一阶段水平。沈阳电业局于1 9 9 5 年安装了l o 台丹阳生产 的柱上真空开关，采用有线控制，但未大面积推广，而且也属于国外第一阶段水 平。此外，石家庄供电局、大连供电局、南京供电局、郑州供电局、武汉供电局 和广州供电局也分别立项或进行了一定规模尝试。 银川城区配电自动化系统全部采用自行研制的国产设备，采用馈线r t u ， 配变r t u 和建立在w i n d o w s9 5 ，w i n d o w sn t 平台上的先进的计算机网络系统， 运用s q ls e r v e r 大型数据库系统，并采用有线通信和无线通信相结合的综合数 据通道，而且充分利用银川地调的已有资源，实现了配电网中3 0 余条进线、几 十条馈线和7 个开闭所及小区变的全面监控，取得了大量经验，该系统己于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，它标志着我国城网改造进入了一个新的 阶段。目前西安供电局和宝鸡供电局也在按银川模式建设配电自动化系统。 从设备制造水平的角度看，国内不少企业已成功地研制出能够满足配电自动 化要求的产品，比如可靠的柱上真空开关、重合器、馈线开关远程式终端( f t u ) 、 变压器测控单元( t 1 u ) 、开闭所、小区变远程终端( r t u ) 、配电网地理信息系 统( g i s ) 、负荷监控系统、配网管理信息计算机网络、智能式电度表及远方抄 表计算机系统，以及各种数据传输设备( d c e ) 等。 我国配电自动化的发展大致可以分为三个阶段。第一阶段，引进国外的自动 化开关设备，通过智能开关设备之间的配合实现故障定位、隔离和自动恢复供电， 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电系统的单相接地故障，而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，从而达到实现对配电网监控的功能。这种模式的故障处理时间大大缩短，而 8 山 东大学硕士学位论文 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，这也是近年国内来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 2 【1 5 】【3 6 卜m 】 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缺乏应有的规范和标准，国外一些典型的工程又很 难与我国配电网相一致。早期的试点方案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，因而，成功的工程不多。主要问题有： ( 1 ) 在系统功能上，功能单一，实用性差。试点工程多以馈线自动化为主， 引入的国外的重合器、分段器建设的就地控制模式的馈线自动化，仅能进行故障 处理，且不能监测出中性点不接地系统中的单相接地故障。而在我国绝大多数城 市中故障停电时间所占比例很小，且大多数为单相接地故障，故其提高供电可靠 性很小。 ( 2 ) 在系统集成上，缺乏统一规划，单项“孤岛”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 课题的意义及论文主要工作 配电自动化是一项综合性系统工程，涉及到城市建设、配电网规划、设备选 择等一系列的问题，内容丰富、技术性强、涉及面广。首先，配电自动化的实现 是以网架结构改造为前提。配电自动化的设计必须与一次规划相配合。如果没有 一个布局合理、结构灵活、转供互带能力很强的配电网。配电自动化的功能将受 到很大的限制。同时它还涉及信息采集点的设置，信息流的优化传输，通信网的 规划选择以及配电网的结构。因此，城市电网应该与配电自动化一并规划建设或 先于配电自动化建设改造。配电网的改造、设备的选择，都要考虑到今后配电自 动化的开展。 当前实施的配电自动化工程不少，但是成功的并不多，其中一个重要的原 因在于，对于配电自动化的功能需求认识不清，与一次规划没有配合进行，没有 进行合理的功能规划。本课题的实施从一开始就与配电一次改造相配合，明确了 功能要求和所达到的目标，采用统一规划、分步实施的思路，为用户侧( 大用户) 山 东大学硕 士 学位 论文 配电自动化的建设提供重要的参考依据。 本文分析了配网一次系统的网架结构对实施配网自动化的影响，并对未来负 荷的发展进行了预测，据此给出了冠县配电网一次系统的改造方案。较为详细地 阐述了配网自动化系统的整体设计方案，给出了其软件、硬件体系结构。对配电 自动化系统的功能进行了较全面的分析，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、状态估计、潮流计算、网损计算、负荷预测等) 、 配电管理、负荷管理、实时数据资源管理等。 山 东大学硕士学位论文 第2 章现状分析及系统方案设计 2 1 现状分析 冠县电网隶属于山东电网，处于山东电网西部的末端。1 9 6 5 年，冠县引入 河北1 0 k v 电网供扬水站及部分城区照明。1 9 6 9 年，3 5 k v 直隶村变电站建成投 运，通过3 5 k v 聊冠线路向冠县送电，冠县电网开始接入山东电网。1 9 8 2 年，1 1 0 k v 冠县变电站建成投运，通过1 1 0 k v 徐冠线向冠县送电，冠县具有了1 1 0 k v 电网。 1 9 9 9 年新建了2 2 0 k v 蒋庞线输电线路，2 0 0 0 年建成了2 2 0 k v 庞庄站，以1 1 0 k v 降压方式运行，2 0 0 1 年升压改造为2 2 0 k v 变电站。从此，冠县11 0 k v 电网具有 了双电源。经过4 0 多年的建设和发展，冠县电网已初步构成了以2 2 0 k v 为骨干 电网，1 1 0 k v 和3 5 k v 为主网架，1 0 k v 和0 4 k v 为配电网共5 个电压等级的供电 网络，基本形成了适应冠县国民经济发展和城乡人民物质文化生活需要的电力 网，2 0 0 9 年供电量达到7 8 5 亿k w h ，2 0 1 0 年最高用电负荷达到2 4 0 m w 。 一、电网规模 冠县现有2 2 0 k v 变电站l 座、l1 0 k v 变电站7 座、3 5 k v 变电站3 5 座( 含 用户站2 4 座) ；共3 个电源点，即2 2 0 k v 聊庞线、堂庞线和聊城电厂供出的1 1 0 k v 徐冠线；1 1 0 k v 徐冠线送入1 1 0 k v 定寨变，2 2 0 k v 庞庄站出线的1 1 0 k v 庞i i 贾 线送入贾镇变，庞寨线送入定寨变、贾镇变，由庞庄出线的1 1 0 k v 庞冠i 、i i 线 送入冠县变，由庞庄出线的1 1 0 k v 庞园线送入工业园变，1 1 0 k v 庞i i 贾线送入 范寨变、贾镇变，11 0 k v 庞北i i 线送入西郊变。 1 11 0 k v 电网 全县共有冠县、贾镇、范寨、西郊、工业园、定寨、杜行7 座1 1 0 k v 变电站， 主变容量4 6 1 5 m v a ，冠县变、贾镇变、定寨变实现了双电源双主变供电，全部 实现了无人值班。 1 1 0 k v 线路共有1 2 条，总长度11 4 9 6 2 k m 。 2 3 5 k v 电网 冠县共有3 5 k v 变电站3 5 座( 包括用户站2 4 座) ，主变7 3 台，容量 2 5 2 9 5 m v a 。沿3 2 9 省道以北有清水、柳林、万善，北陶、辛集、甘屯6 座公用 变电站，沿3 2 9 省道以南有桑阿镇、斜店、东古城、梁堂、烟庄5 座公用变电站， l l 座公用变电站全都实现双电源供电，3 5 k v 变电站全部实现无人值班。 3 5 k v 线路共有1 9 条，总长1 8 9 4 8 6 k m 。 3 1 0 k v 电网 山 东大学硕 士学位论文 冠县共有1 0 k v 线路1 0 3 条，总长度1 6 1 8 4 1 3 k m 。 4 调度自动化 调度自动化主站系统于2 0 0 4 年升级改造为烟台东方电子公司的d f 8 0 0 2 系 统，并通过了省集团公司实用化验收。该系统采用当前的主流先进技术，在完成 正常的“四遥功能的前提下，增加了状态拓补、潮流分析、在线模拟仿真、实 时安全性控制、无功控制等多项功能，是目前国内较为先进的主站系统。与调度 主站相联系的1 8 座公用变电站综合自动化系统与主站间实现数据无阻塞交换。 二、电网结构分析 冠县农网有2 2 0 k v 、1 1 0 k v 、3 5 k v 、1 0 k v 、0 4 k v 共5 个电压等级。1 1 0 k v 和3 5 k v 系统尚未全部实现环网或手拉手供电。县城1 0 k v 配网实现“手拉手” 供电，农村1 0 k v 线路为放射性结构。 2 2 系统方案设计 2 2 1 系统设计原则 本系统方案设计全面贯彻以下原则： 1 采用系统工程的设计思想，对整个配电系统的自动化进行统一规划和设 计，集中与分布相结合，保证数据和信息资源高度共享，并使数据和功能设置合 理分布( 按职能部门、地理位置等) ，以从整体上把握系统的性能，避免重复和 资源浪费，避免形成孤岛自动化，采用统一的电网描述数据库，避免用户的重复 输入，确保数据的一致性，以获得最大的投资效益。 2 软、硬件系统采用层次化的体系结构，充分保证系统的可维护性、可扩 展性和实用性，避免瓶颈效应，从各个环节上保证整个系统对配电网远期规划的 适用性，并不失相对稳定性和先进性。 3 系统硬件采用双机、双网、双电源、可接入双通道等冗余设计结构，发 生故障时可自动切换，保障系统的不间断可靠运行。操作系统和数据库满足c 2 级安全性，并配合系统设计的不同操作等级，系统满足严格的安全要求。 4 遵循各种国际标准，保证系统的开放性。 5 配网本身的物理特点，使配电自动化系统所有应用( 子系统) ，都需要 地理信息的支持。本方案不是单独地形成一个配网的地理信息系统，而是将一个 高性能的地理信息系统作为整个系统开发的支撑平台，使得包括配电s c a d a 在 内的d m s 的所有子系统都构筑在地理信息的基础上，使得他们不仅可共享非图 形数据，而且可以共享图形数据，共用统一的图形资料。 12 山 东大学硕士学位论文 6 对于已经形成的自动化系统( 如调度自动化系统等) ，本方案设计的开 放性保证方便地可与之实现系统集成。 7 系统的分层、分布式体系结构，保证了可根据实际情况，分期、分阶段 逐步实施配电自动化的各项功能，并使系统具有良好的伸缩性、可扩充性和灵活 性。 a 伸缩性 根据配电自动化应用系统的需要和投资状况，可灵活选择系统的软、硬件 配置。系统具有跨多硬件平台，可选c i s c 或r i s c 多种工作站、服务器、高档 微机以及对称多处理器机( s m p ) 等硬件平台。系统的规模可从单机到多机、单 种机型到混合机型任选。 b 扩充性 在系统的生命周期中，系统的功能有可能不断的增加。因此，系统的体系 结构必须适应这一需要。应用软件采用模块组装式结构，可方便的扩充应用模块。 c 灵活性 应用软件各功能模块，是以数据库为核心灵活分布在网络的各个节点上，除 个别模块与硬件相关外，