【优秀毕业论文】中心城区智能配电网的规划和建设研究.pdf

浙江大学 硕士学位论文 中心城区智能配电网的规划和建设研究 姓名 邵伟明 申请学位级别 硕士 专业 电气工程 指导教师 吴国忠 朱征峰 20110606 浙江大学硕 学位论文摘要 摘要 配电网是电力系统中直接与用户相连并向用户分配电能的环节 与人们生活 密切相关 城市中心区域是负荷密度最高 用户数最多 供电质量要求最高的区 域 因此中心城区配电网的建设难度比普通配网建设大得多 目前 传统的中心 城区配电网建设方式已无法满足经济增长需要 既不能适应分布式电源的大量接 入 也不能适应我国城市规模急剧扩张的需要 因此 要在中心城区建立智能型 的配电网 以满足经济发展需要 该文以国家电网公司建设坚强智能电网的试点工程 宁波市海曙区配电 自动化试点建设工程为依托 研究了中心城区智能配电网的规划和建设 该文通 过对中心城区配电网现状的分析 提出了中心城区智能配电网的规划目标 建设 与改造原则 具体改造方案 重点研究了中心城区配网网架及设备 配电自动化 系统 配网信息系统 配网通信系统 分布式电源的规划和建设等内容 建立了 基于国际标准的智能配电网信息交互体系 构建了较完整的中心城区智能配电网 建设技术体系 并构建了中心城区配网调控一体化的技术保障体系 为我国其它 地区中心城区的智能配电网建设提供经验和理论支持 关键词 智能电网 中心城区 配电网 配电自动化系统 规划与建设 浙江大学硕上学位论文 摘要 a b s t r a c t d i s t r i b u t i o np o w e r 鲥dl i n k sd i r e c t l yt op o w e re n d u s e r sa n dp l a y sa l li m p o r t a n t p a r ti nd a i l yl i f e d i s t r i b u t i o np o w e rg r i di nu r b a na r e a su s u a l l yh a st h eh e a v i e s tl o a d h i 曲e s tl o a dd e n s i t y l a r g e s tc u s t o m e r s a n dt h eh i g h e s tr e q u i r e m e n to fp o w e rq u a l i t y t h u sc o n s t r u c t i o no fd i s t r i b u t i o np o w e r 鲥di nu r b a na r e ai sm o r ed i f f i c u l tt h a no t h e r o r d i n a r ya r e a s r e c e n t l y t h et r a d i t i o n a lc o n s t r u c t i o nm e t h o dh a sf a i l e dt om e e tt h e d e m a n do fe c o n o m i cg r o w t h i tc a n n o ta d a p tt op e n e t r a t i o no fd i s t r i b u t e de n e r g y s o u r c ea n dr a p i de x p a n s i o no fc i t i e s a n dc a n n o tm e e tt h es p e c i a ln e e do fs c h e d u l e d a n du n s c h e d u l e dm a i n t e n a n c ew o r k t h e r e f o r e i ti s u r g e n t t oc o n s t r u c ts m a r t d i s t r i b u t i o np o w e r 鲥di nu r b a na r e at om e e tt h en e e d so fe c o n o m i cd e v e l o p m e n t b a s e do nt h ep i l o tp r o j e c to ft h es t a t e 鲥dc o r p o r a t i o nf o rb u i l d i n gs m a r ta n ds t r o n g p o w e rg n d n i n g b o h a i s h ud i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n p i l o t c o n s t r u c t i o n p r o j e c t p l a n n i n ga n dc o n s t r u c t i o no fs m a r td i s t r i b u t i o np o w e r 鲥di nu r b a na r e a sw a ss t u d i e d i nt h i sp a p e r t h ec o n s t r u c t i o no fd i s t r i b u t i o np o w e rg r i di nu r b a na r e a sw a s p l a n n e d a n dm e a s u r e m e n ti n d i c a t o r sw e r ep r o p o s e da c c o r d i n g l y m o r e o v e r m o d i f i c a t i o no f s y s t e ms t r u c t u r ea n de q u i p m e n t c o n s t r u c t i o na n du p g r a d eo fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n s y s t e m i n t e g r a t i o no fd i s t r i b u t i o np o w e r 鲥di n f o r m a t i o ns y s t e m c o n s t r u c t i o na n d r e n o v a t i o no fd i s t r i b u t i o n p o w e rg r i d c o m m u n i c a t i o n s y s t e m p e n e t r a t i o n o f d i s t r i b u t e dp o w e rs u p p l yw e r ea l s os t u d i e d b a s e do ni n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d s t h e s m a r tp o w e ri n f o r m a t i o ni n t e r a c t i o ns y s t e mw a se s t a b l i s h e d t h et e c h n i c a ls u p p o r t i n t e g r a t i o ns y s t e mo fd i s p a t c ha n dc o n t r o lf o ru r b a na r e aw a se s t a b l i s h e da sw e l l t h i s p a p e rg i v e st h ee x p e r i e n c ea n dt h e o r ys u p p o r to fs m a r td i s t r i b u t i o np o w e r 鲥d p l a n n i n ga n dc o n s t r u c t i o ni nu r b a na r e a so f c h i n a k e y w o r d s s m a r tp o w e rg r i d t h ec e n t e ru r b a na r e a d i s t r i b u t i o np o w e r 鲥d d i s t r i b u t i o np o w e ra u t o m a t i o ns y s t e m p l a n n i n ga n dc o n s t r u c t i o n 川 浙江大学硕上学位论文致谢 致谢 本论文是在导师吴国忠教授和合作导师朱征峰的精心指导和悉心关怀下完 成的 吴老师在我读工程硕士期间给予了极大关怀和帮助 特别是对本论文研究 工作倾注了辛勤汗水 朱老师不但是本论文的合作导师 而且是我工作上的好伙 伴 不但在平时工作中给予我很大支持和帮助 在论文的写作上也给予悉心指导 论文的每个环节都渗透着两位导师大量心血 凝聚着两位导师的辛劳和谆谆教 诲 在此向两位导师表示最诚挚的敬意和深深的谢意 两位导师渊博的知识 严 谨的治学态度 敏锐的学术思想 在学术上永不停歇的攀登精神永远激励我努力 工作和学习 感谢支持 关心和帮助过我完成论文工作的浙江大学电气工程学院各位领 导 老师和研究生教务 特别感谢我的同事对我工作和学习的大力支持 最后 衷心感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家 教授 邵伟明 二o 一一年六月于浙江大学 浙江大学硕士学位论文 绪论 1 1 引言 第1 章绪论 近年来 随着科技的发展 智能电网 的概念应运而生 智能配电网是智 能电网的重要组成部分 一个真正的智能配电网 可以满足大量分布式电源以 即 插即用 的方式接入 能面对最广大的电力客户 与客户实现信息和业务的互动 中心城区配电网的负荷很重要 而且用户密集 建设中心城区智能配电网具有重 大意义 本章从中国国家电网公司建设坚强智能电网计划的角度出发 阐述了本 课题提出的背景 概述了本文的研究内容 1 2 本课题提出的背景及意义 2 1 世纪 资源和环境的双重压力使人们开始审视电力系统在节能减排方面 的巨大潜力 同时 自2 0 世纪9 0 年代以来 国际上相继出现的大面积停电事故 也暴露了传统电力系统在调度和控制能力上的不足 为此 国内外学者纷纷提出 对下一代电力系统的展望 智能电网 的概念应运而生 并在近两年成为全球 电力行业研究和探讨的热点 2 0 0 1 年 美国电力科学研究院提出了 s m a r tg r i d 智能电网 的概念 并 于2 0 0 3 年提出 智能电网研究框架 这是世界上最早进行智能电网研究的活动 然而 由于经济发展状况 电网建设水平 能源结构 内外部发展环境的不同 世界各国对智能电网建设的理解和建设的侧重点都有差异 导致对智能电网概念 的描述也不尽相同 目前 世界上对 智能电网 尚无统一定义 中国学者就智能电网的概念和范围也进行了深入细致的研究 其中最具代表 性的是国家电网公司在2 0 0 9 特高压输电技术国际会议期间提出的 以特高压电 网为骨干网架 各级电网协调发展的坚强电网为基础 以通信信息平台为支撑 具有信息化 自动化 互动化特征 包含发电 输电 变电 配电 用电和调度 各个环节 覆盖所有电压等级 实现 电力流 信息流 业务流竹的高度一体化 融合的现代电网 这是国家电网公司提出的我国智能电网建设的方向和内容 浙江大学硕士学位论文绪论 配电网作为电网供应链的终端环节 直接面向社会和电力终端用户供电 是电网的重要组成部分 随着经济的发展 人们对供电服务 电能质量的要求越 来越高 建设具有信息化 自动化 互动化特点的智能配电网迫在眉睫 宁波是浙江省第二大城市 同时也是全国5 个计划单列市之一 也是我国东 南沿海重要港口城市和长江三角洲南翼经济中心 宁波被列入国家电网公司坚强 智能电网第二批试点城市之一 并确定宁波城市中心区域 宁波海曙区为试点 区域 海曙区是宁波市的政治 文化 商业中心 是宁波市人民政府所在地 区 内汇集了大量医院 银行 商业中心 重要用户众多 因此 海曙区的城市配电 网一定意义上能够代表我国大多数城市中心区域的配电网现状 中心城区的智能电网建设主要涉及配网 用电 调度以及通信信息平台等环 节 但是 海曙区目前上述各个环节现状与智能电网的要求均存在较大差距 例 如 配电环节网架结构薄弱 设备缺陷突出 配电自动化设备普及率及应用水平 低 智能分布式电源的接入及相关标准制度基本空白 用电环节服务平台和手段 难以完全满足客户差异化 多元化的服务需求 用电信息采集系统覆盖面窄 与 用户互动的技术支持平台尚未建立 调度和通信信息平台环节也与智能电网的要 求存在较大差距 综上所述 宁波海曙区配电网与智能配电网的要求存在较大差距 亟待根据 该区域具体特点 对该区域的配网作出系统性的研究和规划 本文通过中心城区 智能配电网建设试点的实践 从规划 建设原则 以及具体项目建设的内容等方 面 提出了中心城区智能配电网建设的方案 着重研究了智能配电网的规划和建 设 用于指导宁波海曙区配电自动化建设工程的建设实施方案 可行性研究报告 以及工程设计的编制 该项目是我国在大型城市核心区域内进行配电自动化试点 工程建设的典型案例 期间建成了配电网调控一体化技术支持系统 并根据试点 区域实际情况建成符合集成化 多样化 智能化特征 具备高效运作 系统自愈 用户互动和分布式电源灵活接入等功能的配电自动化系统 初步建成智能配电 网 为我国城市中心区域智能配电网建设提供理论参考 1 3 国内外智能电网技术研究现状 2 0 0 3 年 美国电力科学研究院 e p r i 正式将未来电网定义为智能电网 2 浙江大学硕上学位论文绪论 e p r i 与多个电网公司合作 将其研究成果应用于实际电网 建设了最早的智能 电网示范工程 以下5 项示范工程 基本涵盖了智能电网各方面 美国电力公司 a e p 的虚拟发电厂模拟 联合爱迪生 c o ne d i s o n 的需求侧管理的可操作 性 法国电力集团 e d f 的p r e m i o 分布式能源整合与管理 第一能源公司 f i r s t e n e r g y 的集成分布式能源管理 新墨西哥州公用电力公司 p n m 的高 穿越光伏情况下电网自动化和需求侧管理 卜1 3 国际电工技术委员会 i e c 在电力系统调度中心方面发布了3 项标准 i e c 61 9 7 0 标准定义了通用信息模型 c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l c n 4 c l q i e c 6 1 9 6 8 标准定义了企业间的信息交换c i m 模型 1 5 1 6 1 i e c 6 1 8 5 0 标准定义了变 电站的设备监视 操作和控制标准 1 7 1 8 在变电方面 i e c 也发布了3 项标准 i e c 6 0 2 5 5 2 4 定义了可用于继电保护的电力系统暂态数据交换的一般格式 1 9 1 i e c 6 1 2 8 0 标准定义了光纤通信子系统基本测试流程 2 0 1 i e c 6 1 8 5 0 标准定义了变 电站通信网络和系统 i e c 还发布了其它在分布式发电 电力系统安全 电磁兼 容等方面的各类标准 为智能电网设备的建设提供标准制度 美国埃克希尔能源公司 x c e l 在科罗拉多州的波尔得市建成第一座 智能 电网城市 包括创建一个为整个配电网提供实时高速双向通信的通信网络 优 化性能的智能变电站 可应客户邀请安装可编程居家控制装置和全面自动化居家 能源使用所必须的系统及基础设备 支持易于调度的分布式发电技术 2 1 1 2 0 0 7 年1 0 月 我国华东电网公司正式启动了智能电网可行性研究项目 并 规划了从2 0 0 8 年至2 0 3 0 年的 三步走 战略 2 0 0 9 年4 月2 4 日 国家电网公 司总经理刘振亚访美 与美国能源部长朱棣文相晤 并在华盛顿发表演讲称 中 国国家电网公司正在全面建设以特高压电网为骨干网架 各级电网协调发展的坚 强电网为基础 以信息化 数字化 自动化 互动化为特征的自主创新 国际领 先的坚强智能电网 从2 0 0 9 年开始 北京 杭州 厦门 银川等城市作为国家电网公司的第一 批智能配电网试点工程 已在城市中心区开始了智能配电网建设 包括建设配电 自动化系统 智能信息交互平台 智能分布式电源的接入与控制研究 配网的调 度监控一体化 用电信息系统的完善和丰富 此外在嘉兴海盐 已经开始了智能 小区的试点 采取了光纤到户的形式 完善了用户互动的技术支持平台 3 浙江人学硕上学位论文绪论 综上所述 智能电网是近年来电力系统领域的热点研究课题 已经取得一定 成绩 国外虽然对智能配电网有一定的研究 但是 国外的研究结果未必适合我 国国情 尤其是在以特高压电网为骨架的发展目标下 我们要走有中国特色的智 能配电网建设的道路 我国对智能配电网建设的研究刚刚起步 处于试点阶段 对中心城区智能配电网建设还缺乏足够的建设经验和成熟的理论指导 2 引 因此 本课题的研究不但有重要的工程实践价值 而且有重要的学术价值 能为我国中 心城区的配电网建设提供参考 1 4 智能配电网的特征 智能配电网综合利用先进的自动化技术 通信技术 信息技术以及现代化的 管理方式和理念 实现配网设备利用率的提高 供电可靠性和电能质量的提高 电网抗干扰以及抵御外力破坏的能力的提高 随着科技的发展 智能配电网的定 义和内容也在不断完善和发展 智能配电网主要具备以下特征 2 9 巧3 1 l 具有自愈能力 包括事前自愈 事中自愈及事后自愈 事前自愈是指智 能配电网可以根据电网实时运行信息 提供运行人员或主站系统在事件发生前进 行运行方式调整等自愈操作 事中自愈是指在事件发生时 进行诸如双电源自动 切换 故障点定位 隔离和恢复等功能 事后自愈是指对事件分析 进行电网薄 弱环节的优化和改造建议 2 具有更高的安全性 智能配电网能够很好地抵御外力及自然灾害的破坏 将破坏影响限制在一定范围 避免出现大面积停电 保障用户正常供电 3 提供更高质量的电能 智能配电网实时检测并控制电能质量 电压合格 率及谐波控制符合用户要求 保证设备正常运行并且不影响其使用寿命 4 支持分布式电源大量接入 这是智能配电网区别于传统配电网的最重要 特征 智能配电网从有利于可再生能源足额发电 节省整体投资出发 有效接入 分布式电源并发挥其作用 通过保护控制的自适应及系统接口的标准化 支持分 布式电源的 即插即用 5 配电网及设备的可视化管理 6 更高的设备利用率 4 浙江大学硕上学位论文绪论 1 5 本文研究内容 本文根据宁波市中心区域智能配电网规划和建设的要求 对中心城区网架及 设备 配电自动化 配网信息系统 配电通信系统及分布式电源等方面进行研究 主要研究内容如下 1 以宁波海曙区为例 分析了城市中心区配电网的现状 着重研究了宁波 海曙区的网架结构现状 用户负荷情况 设备运行状况 配电自动化系统的基础 条件 配电通信的概况等 为城市中心区域智能配电网的规划奠定基础 2 提出了中心城区智能配电网的规划要求 提出了电网经济技术指标的具 体量化要求 并从配网网架及设备 配电自动化等各个方面分别提出了各模块的 规划和建设原则 3 形成了配网网架及设备 配电自动化 配网信息系统 配电通信系统 分布式电源等五大方面的具体建设方案 4 总结分析了宁波海曙区配电自动化建设工程的运行效果 产生的管理效 益 经济效益和社会效益 1 6 本章内容小结 本章阐述了本课题的背景 智能电网的研究现状和本课题的研究意义 研究 内容 本文以国家电网公司坚强智能电网配电环节试点工程 宁波海曙区配电 自动化建设工程为依据 通过对本项目的规划和建设的研究 得出城市中心区域 智能配电网规划和建设的研究成果 5 浙江大学硕士学位论文 中心城区配电网现状分析 2 1 引言 第2 章中心城区配电网现状分析 随着中国经济发展 城市化率不断提高 中国城市配电网正以一种前所未有 的速度发展 十一五 以来 宁波城市电网的负荷以年均近2 0 的速度增长 城市电网建设和改造的资金以年均1 5 的速度增长 由于增长速度太快 产生 了设备参差不齐 台帐混乱等问题 原运行的自动化系统因网架及负荷变化太快 而不能使用 2 2 网架和设备现状 2 2 1 网架现状 宁波海曙区共有1 1 0 k v 及以上变电所7 座 分别为2 2 0 k v 宁西变 1 1 0 k v 马园变 1 1 0 k v 联丰变 l1 0 k v 中山交 11 0 k v 段塘变 11 0 k v 延庆变 1 1 0 k v 文化变 2 2 0 k v 变电容量4 8 0 m v a 1 1 0 k v 变电容量6 0 5 m v a 变电所分布情况 如图2 1 所示 自 图2 1 海曙区变电所分布图 置 浙江大学硕士学位论文中心城区配电网现状分析 区域内共有1 0 k v 线路1 3 1 回 另有4 条用户专线未考虑 其中9 7 回为纯 电缆线路 长3 2 0 k m 3 8 回为架空线一电缆混合线路 长1 0 8 6 2 k m 1 0 k v 线路 平均长度3 2 7 k m 主干线平均长度为2 2 8 k m 接线形式主要有 单联络 双联 络 多联络 三种形式 详见图2 2 图2 3 图2 4 具体联络统计汇总见表 2 1 表2 1 海曙区1 0 k v 线路联络情况汇总 供区单联络双联络多联络区域合计 回 海曙区合计 3 35 64 21 3 1 所占比例 2 5 2 4 2 7 3 2 1 1 0 0 2 2 2 线路负载 海曙区作为宁波市政治 经济 文化中心 区内聚集了众多的重要用户 这 些用户对供电可靠性的要求较高 因此对1 0 k v 线路的负载率都应满足n 1 要求 海曙区1 0 k v 线路中 共有5 回线路最大电流超过3 0 0 a 详见表2 2 表2 2 海曙区最大电流超过3 0 0 a 的1 0 k v 线路汇总表 序号线路名称 变电所导线规格计量c t 变比限额电流 a 2 0 0 9 年最大电流 a 1广安n 2 3 4 线 联丰变 y 2 2 3 0 06 0 0 55 2 22 9 3 2蓝天n 2 4 2 线 联丰变 y 2 2 3 0 0 o f 55 2 2 3 5 7 3永宁n 1 3 6 线延庆变y 2 2 3 0 06 0 0 55 2 23 2 0 4 三市4 1 5 线 马园变 y 2 2 3 0 06 0 0 55 2 23 1 8 5 大沙n 1 4 4 线延庆变y 2 2 3 0 06 0 0 5 5 2 2 3 1 5 2 2 3 典型接线方式 1 单联络型 浙江大学硕士学位论文中心城区配电网现状分析 2 双联络 3 多联络 1 0 k v 母垃 图2 2 单联络型单环网接线示意图 图2 3 双联络型接线示意图 p 橱 图2 4 多联络型接线示意图 8 浙江大学硕士学位论文 中心城区配电网现状分析 2 2 4 配电设备现状 海曙区内共有1 0 k v 线路1 3 1 条 环网单元 环网站 1 8 6 座 配电室2 9 7 座 箱式变5 0 座 1 0 k v 配变2 1 5 6 台 配变总容量为1 4 3 9 5 6 m v a 其中公用 配变1 0 0 3 台 公用配变容量为5 8 3 4 4 m v a 用户专变1 1 5 3 台 专变容量 8 5 6 1 2 m v a 1 0 k v 公用配变以小区变 柱上变和箱变形式结合 容量种类较多 单台配变容量以6 3 0 k v a 为主 占总配变数的6 2 5 其次为3 1 5 k v a 4 0 0 k v a 及8 0 0 k v a 这三种类型的小区配变数占总数的2 8 1 1 1 0 k v 开关柜3 6 0 1 台 以r m 6 和s m 6 为主 其中s m 6 型1 9 0 9 台 占总数的5 3 1 r m 6 型4 7 0 台 占总数的1 3 1 也有少量国产华通的开关柜 h k 型 及天安的开关柜 h x g n 型 配网一次设备运行年限8 4 6 以上在l o 年以内 不到1 5 4 的设备运行 年限超过l o 年 其中5 3 的设备运行年限临近或超过1 5 年 在城网改造中安 排计划根据运行年限逐年进行更换 表2 3 试点区域1 0 k v 设备统计表 名称单位数量 线路数条 13 1 线路长度 k m4 2 8 6 2 环网单元 座 18 6 配电室座 2 9 7 箱式变电站座 5 0 10 k v 开关柜 z x 3 6 0 1 口 总配变数 厶 2 15 6口 总配变容量 m v a1 4 3 9 5 6 公用配变数 厶 10 0 3 口 公用配变容量 m v a5 8 3 4 4 专用配变数 厶 1 153 口 专用配变容量 m v a8 5 6 1 2 变电所的1 0 k v 出线开关均为断路器 带二段式过流保护 并配有重合闸 环网柜的开关基本为负荷开关 不能切断故障电流 部分分支线开关采用 负荷 开关加熔断器 组合 架空线路主干线路上安装的开关分为负荷开关和断路器两 9 浙江大学硕士学位论文中心城区配电网现状分析 种 架空线的分支线开关采用断路器或跌落熔断器 正常情况下 所有线路均采用环网接线 开环运行的方式 负荷转移时 允 许短时间合环运行 除变电所出线开关外 所有1 0 k v 开关均由现场工作人员手 动操作 1 0 k v 线路保护主要由变电所出线开关提供 含架空线的线路投入重合 闸 当架空分支线内发生故障时 分支线开关与变电所出线开关同时跳闸 切除 故障 再由重合闸恢复主干线路供电 全电缆线路不投重合闸 一旦线路上发生 故障 就会造成全线跳闸 配网接地方式为经消弧线圈接地的方式 2 3 配电自动化系统应用现状 2 3 1 概况 宁波从2 0 0 2 年起实施了杭甬配电自动化管理系统 d m s 改造试点工程 系统结构如下图所示 净贬f 蠹簪鳜 ii i 日j 数据 g i s 系统 1 s c a d a 系 统 s m a l i w o r l dp o w e r g i s s p i d c r 一 卜扎扑硬幽形 一 1lrj l 配电工作管理离线 系统 d 蹦 p a s 浙江大学硕士学位论文中心城区配电网现状分析 电所已实现配电s c a d a 4 8 回1 0 k v 线路 9 4 座环网单元列入配电自动化 d a 试点范围 其中海曙区有3 座1 1 0 k v 变电所 2 8 回1 0 k v 线路 5 4 座环网单元 实现d a 2 3 2 配电自动化主站系统 主站系统采用的是瑞典a b b 公司开发的s p i d e r 系统 配电自动化信息可 以在图形上实时显示 具备配电s c a d a 和 三遥 功能并得以实现 该平台设计 还集成了动态网络着色 负荷校准 潮流计算 网络优化和重构 故障定位隔离 和恢复等配网分析应用软件 地理信息系统 g i s 应用现状 宁波电业局g i s 系统采用s m a l l w o r l d 数 据库平台 以o r a c a l9 i 企业级数据库为支撑 为整个d m s 系统提供唯一的 数据源 可允许众多用户通过局域网操作服务器的同一数据 具备客户端 月艮务 器 c s 浏览器 月艮务器 b s 两种工作方式 实现了电力设备数据录入 电力设备的查找与定位 g i s 专题图生成与转出 离线动态着色等功能 宁波电 业局g i s 系统自2 0 0 2 年开始在老三区 海曙 江东 江北 三个供电局实施 2 0 0 8 年范围扩展到市区5 个供电局 新加入镇海 北仑两个供电局 迄今为 止 市区范围内6 座2 2 0 k v 变电所 5 8 座11 0 k v 变电所 9 座3 5 k v 变电所 9 6 0 条1 0 k v 线路及设备已经全部录入g i s 海曙 江东 江北老三区范围内还 录入了4 4 5 4 万户3 8 0 v 低压用户数据 配电工作管理系统 d i m 应用现状 宁波电业局d i m 系统采用d 鼯言开 发 包括工作票 操作票管理 停役申请单管理 缺陷管理 巡视管理 故障管 理 生产计划管理等模块 实现了工作流程的无纸化流转 完整保存以及在线共 享查询 2 3 3 配电子站及终端 海曙区共有延庆 中山 马园变三个自动化配电子站 均采用a b b 的 p c u 4 0 0 建设配电子站的主要目的是为了优化系统结构层次 提高信患传输效 率 目前 基本实现了配电终端信息汇集和转发 现场的配电终端采用河北远东 通讯系统有限公司的p s a 2 3 2 0 型馈线远程终端 n 飞j 装置由蓄电池浮充供 浙江大学硕士学位论文中心城区配电网现状分析 电 共7 1 台 安装在d m s 自动化试点范围内的5 4 个环网单元 主要负责采 集遥测的电压 电流量 遥信的开关状态 接地故障报警 短路故障报警 f t u 蓄电池低电量报警等信息 通过i e c l 0 1 通讯规约将遥测 遥信传送至配电子站 然后由子站统一把采集的遥测 遥信传至a b b 的s p i d e r 系统 由主站端完成 遥控功能 2 4 配电通信系统现状 目前 海曙区配电通信系统主要采用光纤及无线公网技术 在海曙区d m s 的建设中 已有5 4 座环网单元通过光纤方式建立了 配电终端一d m s 子站一 d m s 主站 的双向通信 部分配变安装了g p r s 通信模块 利用无线公网实现了 遥测 的上传 2 4 1 光纤通信方式 海曙区配电光纤通信系统组网方式如图2 6 所示 图2 6 海曙区配电光纤通信系统组网方式图 浙江大学硕士学位论文中心城区配电网现状分析 在光纤通信所达的5 4 个站点中均配置了一台键桥光纤收发器 k b 3 8 6 0 光纤收发器提供标准r s 2 3 2 接口与f t u 相连 若干个环网单元及配电室内的光 纤收发器与就近的1 1 0 k v 变电所内的光纤收发器组成环路 光纤收发器环路建 立了环路站点内各f r u 与配电自动化子站的双向通信 配电自动化子站通过i d 号识别f t u 采用i e c l 0 1 规约进行通信 配电自动化子站与主站的通信采用i p 方式 利用宁波电业局电力光通信主网实现 o 主站 图2 7 海曙区配电光纤通信系统网络结构图 海曙区配电光纤通信系统网络结构如图2 7 所示 因d m s 采用主站 子站 和终端三层传统结构来构建 故海曙区现有配电通信系统以配电自动化子站所在 的1 1 0 k v 变电所为核心节点 以区域就近为原则构建网络 海曙区配电通信系 统以11 0 k v 马园变 中山变 延庆变为核心节点 将5 4 个站点组成4 个光纤收 发器环路 2 4 2 无线公网通信方式 海曙区已有7 9 台柱上配变安装了g p r s 通信模块 利用无线公网实现了 遥 测 信号的上传 但因综合测试仪 通信模块以及后台程序均属不同厂商 在运 行维护中存在较多问题 浙江大学硕士学位论文中心城区配电网现状分析 2 5 信息集成应用现状 宁波电力p i 系统已经被确定为国网s g l 8 6 的实时 历史数据中心和全省电力 信息化基础平台 宁波电业局实时 历史数据库系统 以下简称p i 系统 自建成 以来 陆续接入了s c a d a 系统 电能量系统 设备在线监测等大量电力实时 历史数据 初步实现了图 s v g 图形 数 实时数据 模 c i m 模型 一体 化的数据接入方案 2 0 0 9 年开展p i 在配网的探索应用 接入了用电信息采集系 统 无功补偿系统 公变监测系统 电压监测系统 集抄系统 营销系统 p i 系统将作为浙江省信息管理大区唯一的实时数据中心 2 6 存在的问题 l 一次网架不够坚强 1 高峰期问部分1 0 k v 线路重载严重 特别是有5 回线路达到3 0 0 a 这些 线路无法满足n 一1 需要进行分流改造或网络重组 2 部分环网单元 配电室运行环境较差 潮湿现象很严重 特别是一些地 下环网单元及配电室 对设备的绝缘水平和寿命有一定影响 3 部分环网单元 配电室由于投运较早 设备类型不满足安装电动机构的 条件 无法实现遥控功能 4 部分线路联络冗余 需进行网络重组 2 配电自动化设备覆盖率和实用化程度不高 1 配电自动化设备的覆盖率较低 只有8 4 5 不成规模 距离智能配网 建设所需的全景配网实时运行信息差距较大 2 由于管理制度不够完善 技术不够成熟 网架结构调整频繁 运行维护 力量不足等原因 部分配电自动化装置实用化水平不高 3 主站问题 一方面 a b b 的s p i d e r 系统由于运行时间较长 部分硬件逐渐老化导致 硬件故障率高 另一方面 虽然该系统的建成一定程度上提升了我局的配网管理 水平 但随着智能配电网概念的提出和国家电网公司 配电自动化技术导则 的 发布 a b b 的s p i d e r 系统的接1 3 已不能适应现有的i e c 6 1 9 6 8 i e c 6 1 9 7 0 国际 1 4 浙江大学硕士学位论文中心城区配电网现状分析 标准 系统的开放性 数据交换 配网高级应用功能及调度操作的友好性等已不 能满足调控一体化要求 且该系统无法接入网络型的配电终端 4 配电通信网系统问题 1 配电通信系统覆盖率低 海曙区全部的1 3 1 回1 0 k v 线路 已建成的配 电通信系统仅涉及到3 座1 1 0 k v 变电所的2 8 条1 0 k v 线路 自动化覆盖率仅有 8 4 5 离智能配网建设所需的全景配网实时运行的差距较大 2 海曙区现有的配电通信系统 三遥 实现手段单一 仅有光纤通信方式 这对接入网因地削宜 综合采用多种通信方式的要求有差距 3 光纤收发器环网存在无法统一网管 故障点多 后续带宽扩展能力不好 以及稳定性好可靠性不高等缺点 4 管孔内的光缆以及站点内的尾纤被小动物破坏的情况比较严重 5 未建立统一的配电通信设备的监控与管理系统 光纤收发器及光缆均不 能实现主站集中监控管理 运行维护人员无法及时了解配电通信系统的运行状 态 6 配电通信系统的组网方式和一次设备组网方式没有关联 不便于管理 运行和维护 5 信息系统集成应用存在的问题 1 各信息系统问目前使用私有的数据交互协议 无法满足通过数据总线与 其它系统进行数据交互 2 p i 系统目前仅实现了部分基础应用 还不能满足智能配网的需要 因此 有必要深化p i 系统的集成应用开发 2 7 本章小结 本章主要研究了宁波海曙区配电网现状 并分析了存在的问题 提出建设智 能配电网一定要有良好的硬件及软件基础 首先 配电网网架和设备必须满足智 能配网建设要求 网架要做到环网化 满足n 1 准则 设备要求稳定性高 满足 自动化实现方式的需要 其次 配网的信息系统必须具备一定的智能配网建设的 基础 特别是g i s 地理信息系统 因为今后智能配网的基础数据均来源于现 有的信息系统 最后 优良的配电通信系统是智能配网建设的关键 通信系统好 1 5 浙江大学硕士学位论文中心城区配电网现状分析 比是实现智能配网的 神经网络 头脑 和 四肢 再发达 没有神经网络的支持 系统仍然瘫痪 1 6 浙江大学硕士学位论文中心城区智能配电网的规划 3 1 引言 第3 章中心城区智能配电网的规划 要建设好中心城区的智能配电网 首先要对其进行科学 合理 严谨的规 划 中心城区智能配电网总体规划是建成高级配电自动化系统 完成自动化和 通信网络的全覆盖 进一步完善配电网网架 在实现完备配电网络拓扑功能的配 电自动化系统基础上 实现配电s c a d a 和馈线自动化 实现配网信息的集成整 合与共享 并扩展对分布式电源 微网及储能装置等设备的接入功能 实现配电 网智能自愈 可视化调度操作以及与用户互动等功能 达到智能配电调控一体化 的要求 建设成为具有信息化 自动化 互动化特征的智能配电网 具体的各项经济技术指标要达到 供电可靠率提高到9 9 9 9 电压合格率 由9 9 6 5 提高到9 9 9 5 1 0 k v 线损率大幅度下降 设备和线路的n 1 率达到 1 0 0 配电自动化覆盖率1 0 0 3 2 网架和设备的规划 网架及其设备是配电网的硬件基础 配电网是由架空配电线路或电缆线路 配电变压器 断路器 补偿电容器 开关柜 各种开关设备等一次设备 和继电 保护 自动装置 测量和计量仪表 通信和控制设备等二次设备组成 合理的配 电网架是实施配电自动化的基础 配电网架规划是实施配电自动化的第一步 5 4 目前 配网无法适应电力负荷增长的需要 无法适应大量分布式电源的接入 无 法顺利应对自然灾害 外力破坏 供电可靠性以及供电质量不高 要建立智能型 配电网 首先要对现有的配电网网架和设备进行改造和升级 3 2 1 网架规划 l 网架满足安全性 可靠性 经济性要求 具有较强的灵活性和适应性 1 7 浙江大学硕士学位论文中心城区智能配电网的规划 接线清晰可靠 正常供电方式能满足n 1 准则 特别重要用户能满足n 2 要求 n l 率达到1 0 0 2 线路接线方式以双联络为主 单联络为辅 原部分复杂的多联络方式将 按上述两种接线方式进行重组或优化改造 改造完成后 环网率达到1 0 0 双 联络线路比例达到7 1 配电网结构清晰 运行方式合理 满足故障隔离及负 荷转供的要求 线路平均分段点数达到3 8 开关设备自动化比例达到1 0 0 3 2 2 设备规划 1 对运行年限较长及运行状况较差的1 0 k v 开关柜进行更换 使之满足配 电自动化建设要求 2 在现有运行状况良好但不满足配电自动化要求的环网单元 配电室开关 柜的1 0 k v 开关柜加装电动操作机构 c t 辅助接点 故障指示仪等 3 业扩及城网改造设备 将按照配电自动化要求进行配置 4 改造完成后 试点区域内1 0 k v 线路设备自动化覆盖率达到1 0 0 3 2 3 网架和设备的建设和改造原则 网架及设备改造遵循 立足现状 因地制宜 统筹规划 的总体原则 不单独 为配电自动化建设而进行大规模的网架及设备改造 网架及设备的建设和改造遵 循以下原则 1 遵循相关标准 结合当地电网的实际 2 网架结构清晰可靠 在满足用户供电要求的情况下 将部分复杂多联络 的接线方式进行优化改造 主干线采用环网接线 开环运行 导线和设备满足负 荷转供的要求 3 每条线路的总负荷不宜过大 每段线路间的负荷均匀 正常供电方式下 能满足n i 准则 4 设备的改造立足现状 满足配电自动化建设需要 5 三遥 改造主要针对所有d t u 站点的进线开关 柱上调度开关及部分出 线开关 二遥 改造主要针对r r u 站点及d t u 站点的部分出线开关 一遥 改 造主要针对暂不安装d t u 的环网单元 配电室 采用加装故障指示仪实现对故 1 8 浙江大学硕士学位论文中心城区智能配电网的规划 障判断分析 6 以配电子网为单位 根据现场实际情况 结合城网改造 业扩等工程统 筹考虑 原则上不重复停电 分期分批进行一次设备改造 7 业扩及城网改造设备 应按配电自动化要求建设和投运 如每座环网单 元 配电室加装门 配置站所终端 d t u 站内所有开关柜配置电动操作机构 三相c t 等 8 1 0 k v 环网开关柜改造要求 开关需配有直流电动操作机构 操作电源采 用4 8 v 直流电源 所有进线开关配三相c t 交比为4 0 0 5 或6 0 0 5 c t 饱和度 介于测量和保护c t 之间 一般3 倍i n c t 测量精度保证在o 5 级以上 p t 可 以内置或外配 变比为1 0 0 1 0 2 2 0 1 额定输出容量5 2 0 v a 以上 用于为 终端提供电源及功率测量 p t 测量精度保证在0 5 级以上 开关提供以下信号 开关位置分 合信号 接地刀闸分 合信号 弹簧贮能及电动操作的远方 就地信号 s f 6 开关应提供压力告警信号 开关提供无源分 合闸控制接点 加装就地电动 操作按纽 9 柱上开关改造要求 无油化 防凝露 高可靠性 具有信号输a 输出接 口 包括开关位置信号 内置c t 遥测量接口 遥控回路接口等 各遥测 遥信 及电源用专用插头 防水 防尘 与f t u 连接 至少预留一组开关位置辅助接 点 s f 6 开关应提供压力告警信号 若为弹簧储能开关 则应提供弹簧储能状态 接点 具有手动 电动操作功能 操作机构采用直流4 8 v 操作 若是弹簧储能操 作机构 宜采用p t 电源作为机构操作电源 开关内置c t c t 饱和度l o 倍以 上h l 额定电流 精度0 5 级 并满足电压绝缘要求 p t 可以内置或外配 容量 1 0 0 v a 以上 l o 箱式变电站改造要求 加装电流互感器 增加配变监测终端 刑 有 选择地安装无功补偿装置 3 3 配电自动化系统规划 配电自动化是实现智能配电网的基础 配电自动化系统具备3 个基本功能 安全监视功能 控制功能 保护功能 安全监视功能是指通过采集配电网的状态 1 9 浙江大学硕士学位论文中心城区智能配电网的规划 量 如开关位置 保护动作情况等 模拟量 如电流 电压 相角差等 电能 量 从而对配电网的运行状态进行监视 控制功能是指对远方控制开关进行合闸 分闸操作 以及有载调压设备的升压 降压 以达到所期望的目的 如进行负荷 转供 满足电压质量要求等 保护功能是指检测和判断故障区域 隔离故障区 域 恢复正常供电 5 5 1 通过配电自动化系统的建设 能提高电网的供电可靠性和电能质量 确保向 用户不间断供电 实现配电管理的自动化 对各种管理过程提供信息支持 改善 服务 提高管理水平和劳动生产率 减少运行维护费用和各种损耗 实现配电网 的经济运行 3 3 1 配电主站规划 根据城市配网的规模及今后发展趋势 主站系统实时数据采集量满足全部配 电网数据的接入 配电自动化主站系统整体框架基于i e c 6 1 9 6 8 的信息交互总线 主要系统设计及系统问的数据交换语义与语法遵循公用信息模型 c i m 信息 交互总线架构基于面向服务架构 s o a 配电自动化主站系统将满足调控一体 化技术要求 配电主站应构建在标准 通用的软硬件基础平台上 具备可靠性 可用性 扩展性和安全性 并根各地区的配电网规模 实际需求和配电自动化的应用基础 等情况选择和配置软硬件 主站基本功能 1 配电s c a d a 数据采集 支持分层分类召测 状态监视 远方控制 人机交互 防误闭锁 图形显示 事件告警 事件顺序记录 事故追忆 数据统 计 报表打印 配电终端在线管理和配电通信络工况监视等 2 与上一级电网调度 一般指地区电网调度 自动化系统和生产管理 系统 或电网g i s 平台 互连 形成完整的配电网拓扑模型 主站扩展功能 1 馈线故障处理 与配电终端配合 实现故障的识别 定位 隔离和非 故障区域自动恢复供电 2 电网分析应用 模型导入 拼接 拓扑分析 解合环潮流 负荷转供 浙江大学硕士学位论文中心城区智能配电网的规划 状