配电自动化技术的应用与发展NEWPPT课件.ppt

1 下午好 GOODAFTERNOON 2020 3 18 科汇 2 配电自动化技术应用与发展 徐丙垠山东理工大学电气电子工程学院xuby 2010 12 02 南方电网2010年技术论坛 2020 3 18 科汇 3 报告内容 为什么要搞配电自动化 国际配电自动化应用情况中国配电自动化应用情况几个关键技术问题高级配电自动化对配电自动化建设工作的建议 2020 3 18 科汇 4 为什么要搞配电自动化 2020 3 18 科汇 5 配电网的作用与特点 直接面向用户 作用举足轻重 对供电质量有着决定性的影响损耗 投资 合理情况下 运营成本远大于输电网 停电时间 损耗 投资比例 发达国家 运营成本 美国 2020 3 18 科汇 6 配电网的作用与特点 管理维护工作量大设备星罗棋布 数量是输变电设备的数十倍 标准化程度低 接线形式种类多 运行方式多变 设备与网络结构变动频繁 异动率高 易受外界干扰 人为破坏 故障率高 2020 3 18 科汇 7 配电网实现自动化势在必行 传统的管理方式依赖人工看图 巡视 电话调度这种 盲管 方式已不能适应现代配电网控制管理的需要 美国阿拉巴马电力公司配电调度图板 2007年前 2020 3 18 科汇 8 配电自动化 DA 的内容 指中压配电网的自动化与信息化 包括 配电网实时运行监控自动化 一般称配网自动化 配电网生产管理的自动化 信息化 2020 3 18 科汇 9 配电自动化的作用 提高供电可靠性提高电压质量提高容量利用率降低损耗提高管理效率 2020 3 18 科汇 10 提高供电可靠性是关键 90 以上的停电事件是中低压配电网的原因一般认为供电可靠率超过3个9后 如进一步提高需应用DA DA为什么能提高供电可靠性 可视化 管理 及时发现问题 避免事故发生 快速故障隔离 复电 减少停电时间 由1 2小时缩短至几分钟 快速故障定位 计算机辅助调度抢修 缩短故障修复时间 缩短倒闸操作时间半个多小时缩短至3分钟内 2020 3 18 科汇 11 DA提高供电可靠性案例 香港停电时间由20分钟缩短至5分钟2008年与1994年对比伦敦停电时间减少33 1999 2000年度与1994 1995年度对比日本东京应用DA后 平均用户断电时间减少到1 10 杭州供电局应用DA效果故障隔离时间由53mins降至5mins倒闸操作时间由34mins降至3mins 2020 3 18 科汇 12 为什么要提高供电可靠性 高科技数字设备的广泛应用对供电可靠性提出了更高的要求重合闸 倒闸操作 拉路选线引起的短时中断会导致停工停产 引起严重后果 停电给社会带来的经济损失十分可观据报道 美国每年的停电损失超过1500亿美元 我国电科院专家对某沿海城市研究结果表明 停电每少供一度电带来的经济损失近50元 粗略估计 我国每年的停电损失在2000亿元以上 2020 3 18 科汇 13 西安市用户停电损失调查结果 计算电量损失时 假定停电时负荷是全年平均水平 数据摘自 停电损失调查与估算 西北电力技术 2002年6月刊 2020 3 18 科汇 14 中国城市用户年平均停电时间统计结果 数据来源 中国电力可靠性中心停电时间已扣除缺电因素 2020 3 18 科汇 15 我国供电可靠性亟待提高 2005年中国城市用户平均停电时间与国际先进水平的比较 2020 3 18 科汇 16 供电可靠性监管与DA 一些国家 地区 采取与停电时间 停电次数挂钩的奖罚措施 2020 3 18 科汇 17 供电可靠性监管与DA 个别国家 地区 奖罚与缺供电量挂钩挪威对工业用户停电罚款每kWh缺供电量38克朗 约4 2美元 居民用户每kWh缺供电量2克朗 约0 2美元 政府对供电可靠性的监管推动了DA的应用香港中电1994年与政府签订特许经营权协议 承诺供电可靠率提高50 1997开始实施DA 伦敦供电公司为满足供电可靠性监管要求 2001年开始实施DA 意大利政府2004年要求停电时间减少10mins 促使ENEL大面积实施DA 2020 3 18 科汇 18 国际配电自动化应用情况 2020 3 18 科汇 19 中国香港中华电力 为满足政府特许经营协议对供电可靠性的承诺 于1998至2003年间实施DA项目 安装终端1万多套 主站系统包括一个系统控制中心 SCC 一个备用控制中心 BCC 三个区域控制室 安装120套子站 用于转发终端数据 通信主要采用金属双绞线 个别站点采用一点多址 MAS 电台 通信规约采用DNP3 0 馈线采用闭环供电方式 配备差动保护切除故障 DA应用后 用户年均停电时间由20多分钟降为5分钟左右 2020 3 18 科汇 20 中国香港中华电力 系统结构 电缆环网柜RTU 架空柱上开关RTU 2020 3 18 科汇 21 日本东京电力公司 1980年代后期开始建设DA 2001年基本建成 覆盖126个营业服务区 1980年代以来DA覆盖率变化情况 2020 3 18 科汇 22 日本东京电力公司 系统概况 DAS 主要系统功能 出线电压 电流监视 馈线故障定位 馈线分段开关电流遥测 遥信 遥控 采用顺序重合控制实现架空线路故障隔离主站采用小型机通信线路终端 PVS 与站内监控装置 SRCD 之间 载波通信站内监控装置与主站之间 租用公共通信线路 2020 3 18 科汇 23 日本东京电力公司 平均用户停电时间减少到先前的十分之一 DA应用以前DA应用以后 2020 3 18 科汇 24 日本东京电力公司 供电可靠性改进情况 平均停电次数 平均停电时间 2020 3 18 科汇 25 日本东京电力公司 二期 改进的 DAS2004年起安装终端功能更加完善采集相电压 零序电压 相电流 零序电流测量谐波 闪变 用于监视分布式电源大量接入带来的电能质量问题 短路故障 小电流接地故障 断相故障检测监视零序电流 对电缆绝缘故障进行预警 故障录波用光纤通信取代载波通信 解决传输速率低的问题 主站采用64位UNIX工作站实现与配电GIS的集成 2020 3 18 科汇 26 英国伦敦供电公司 配电网概况伦敦电网覆盖约为666km2区域 13 000多座配电站 电缆长度超过30 160km 据统计 66 的停电是因为中压配网故障引起的为提高可靠性 满足监管要求 自1998年起 到2002年共安装了5 000个现场终端 通信 无线电台 4000多个站 电话线 2020 3 18 科汇 27 英国伦敦供电公司 自系统投运到2003年底的210个中压电网故障中 110个故障在3分钟内恢复供电 故障自动恢复率从25 上升到75 提高50 用户停电时间减少了33 2 停电次数减少8 9 2020 3 18 科汇 28 美国德州ONCOR公司 建设DA目的 提高供电可靠性与用户满意度系统监控对象630个远程控制开关120个远程监视的重合器3800个远程控制电容补偿装置 2020 3 18 科汇 29 美国德州ONCOR公司智能电网项目 无线通信网络 主站 变电站 智能电表 电容器控制器 故障指示器 开关监控终端 开关监控终端 2020 3 18 科汇 30 美国德州ONCOR公司智能电网项目 OMS DMS检修移动管理停电管理无功控制故障管理 2020 3 18 科汇 31 美国阿拉巴马集成DMS系统 系统监控对象配电变电站 645个柱上开关 648个电缆环网开关 190个线路补偿电容装置 818个应急电源 82个 2020 3 18 科汇 32 美国阿拉巴马集成DMS系统 系统功能SCADAAM FM GIS停电管理作业管理用户投诉处理 2020 3 18 科汇 33 美国阿拉巴马集成DMS系统 DMS系统图 2020 3 18 科汇 34 美国阿拉巴马集成DMS系统 计算机监控系统 以前的配电调度图板 2020 3 18 科汇 35 BCHydro故障自愈项目 温哥华市的一个大型购物中心 ParkRoyalShoppingCentre 2002年圣诞节期间停电 导致严重经济损失 之后 BCHydro决定对该购物中心馈线进行自动化改造 项目2003年3月启动 2006年3月投入运行 2020 3 18 科汇 36 BCHydro故障自愈项目 安装了两套箱式环路分接开关 LTS 每套LTS内含 个真空故障断路器 VFI 6个VFI以 常闭 状态运行 采用 H 形环网拓扑把两条馈线和购物中心相连 2020 3 18 科汇 37 BCHydro故障自愈项目 每个LTS装置各配备一台智能保护继电器 通过光纤电缆交换故障方向 断路器状态等信息 实现快速保护 自动切除馈线故障 不会造成购物中心供电中断 将LTS内部故障对购物中心供电的影响降至最小 2020 3 18 科汇 38 BCHydro故障自愈项目 项目实施后预计用户年停电将由3 42小时降低至0 12小时供电可靠率将从99 94 提高到99 99 2020 3 18 科汇 39 中国配电自动化应用情况 2020 3 18 科汇 40 三个发展阶段 研发探索 1980年代末至90年代中期80年代末 石家庄 南通引进重合器 分段器进行馈线自动化试点 94年 厦门杏林供电局进行配网自动化与配电管理信息化试点 96年 上海金藤小区建成了全电缆的馈线自动化系统96年前后 石家庄 烟台 银川等地尝试建设DA系统 2020 3 18 科汇 41 三个发展阶段 大范围试点 90年代末至2004年97年 亚洲金融危机爆发 国家为刺激经济投巨资进行城网改造 国家电力公司提出创一流供电企业 极大地推动了DA应用 到2003年底 全国100多个城市建设了DA系统 相对一部分DA系统运行不正常04年后 业界反思DA热 加之供电企业忙于应对电荒 DA应用进入了一个相对沉寂的时期 2020 3 18 科汇 42 三个发展阶段 智能配电网建设 2008年开始南方电网2008年启动了广州 深圳两个城市的DA试点工作目前正在着手南宁 东莞等13个主要城市的DA建设工作 国家电网公司2009年开始了在北京 杭州 厦门 银川4个城市的DA试点工作杭州 厦门DA工程2010年底前验收已批复其他19个城市DA建设项目 成都项目已开工建设 计划安装近900套 三遥 终端 2011年3月完工 2020 3 18 科汇 43 成功案例 绍兴 覆盖40km2区域 共涉及10kV线路287条 到2009年底 安装开闭所DTU238台 环网柜DTU37台 柱上开关FTU45台 设置9个子站 开闭所DTU利用可编辑逻辑控制功能 就地实现保护 备自投 出线故障隔离 通信采用双环自愈点对多点光纤网成功经验网架结构合理 转供能力强 系统以开闭所为主维护及时 专人负责 纳入日常配电管理工作范围 2020 3 18 科汇 44 成功案例 厦门 系统情况 至2009年底 主站系统4套 思明 湖里 海沧 集美 安装子站22套 终端708套 站房自动化率达29 5 通信线路411公里 以光纤环网为主 厦门岛内的思明 湖里分局自动化实用程度较高2008年遥控次数分别达到1985次和2266次 每台终端平均遥控次数分别为6 0和16 4次 台 年 2020 3 18 科汇 45 成功案例 厦门 国家电网配电自动化试点项目情况建设统一的配网自动化 调控 主站 取消分局级主站 新安装约300个 三遥 终端 849个 二遥 终端 387个一遥 终端 实现全覆盖 将SCADA 配电GIS DPMS 客户信息系统 电话投诉管理系统集成 建设故障管理系统 OMS 成功经验设备状况好逐步建设 常抓不懈 各分局独立建系统 谁用谁管 专人负责 维护及时 2020 3 18 科汇 46 存在的问题 实用化程度差只有个别系统能够用于故障隔离少部分系统 三遥 功能正常不少系统已弃之不用 2020 3 18 科汇 47 问题的原因 国家对供电可靠性没有硬性规定 缺少提高供电可靠性的根本推动力 重发轻供不管用 对配网停电不像解决变电所事故 保电那样重视 投资巨大 供电企业本身收益不明显 经济效益主要体现在为用户减少的停电损失上 2020 3 18 科汇 48 问题的原因 我国某城市DA项目经济性分析 2020 3 18 科汇 49 问题的原因 超前建设一次网架薄弱 转供能力差 一次设备条件不好 管理基础薄弱 故障停电比例小 DA提高供电可靠性作用不明显 DA是RS达到4个9的手段 作用在RS达到3个9后才能显现出来 2004年中国城市用户平均停电时间构成 发达国家用户平均停电时间构成 2020 3 18 科汇 50 问题的原因 管理维护跟不上点对面广 管理维护工作量大 建设任务繁重 配电网异动率高 参数更新不及时 系统保存的网络拓扑结构与实际不相符系统规划设计不合理功能大而全 基本的 三遥 故障隔离功能保障不了 设备不可靠通信系统事故率高光纤经常被挖断FTU不可靠电池是薄弱点 2020 3 18 科汇 51 几个关键技术问题 2020 3 18 科汇 52 通信方式 主干通信网 变电站 子站至主站光纤技术 SDH 分支通信网 FTU至变电站 子站光纤为主数传电台 扩频电台 WiMAX在国外有大量的应用GPRS探讨用于遥控 国外不少应用案例 2020 3 18 科汇 53 IP通信技术 基于IP协议 实现点对点对等通信 支持终端到主站之间的无缝通信连接采用交换机汇接终端数据 无须配置配电子站 支持相关节点实时数据交换 实现分布式智能控制采用无源光纤技术 EPON 避免FTU电源失电影响同一链路上其他设备通信 2020 3 18 科汇 54 IP通信技术 无源组网技术 EPON 2020 3 18 科汇 55 即插即用通信技术 目前DA通信规约存在的问题只解决了数据传输问题 实现互联互通还需要 数据规约 说明数据 是什么 数据按模拟量 状态量 控制量等类型打包传输 数据含义 来源 不明 无法直接对号入座 终端与主站之间需要人工通过书面文件的交流说明数据的具体来源 含义终端设备没有自描述功能 不能用标准的文件格式描述自身包含的数据与服务 2020 3 18 科汇 56 即插即用通信技术 解决问题的途径 应用IEC61850标准数据模型 通信服务接口标准化IEC61850逻辑节点覆盖了绝大部分配网自动化应用IEC61850定义的信息交换模型 通信服务映射方法完全适用于配网自动化通信 2020 3 18 科汇 57 基于IEC61850的DA通信体系结构 主站与终端通信采用IP网络通信通信规约可选用MMSIEC60870 5 104通信功能配电终端的自动识别配电终端SCADA数据的获取 命令下发对指定配电终端的远程维护 参数配置 2020 3 18 科汇 58 柱上开关 环网柜终端 FTU 关键技术 传感器技术电流传感器电压传感器测量 取电两用电压传感器超级电容取代蓄电池储电 提高可靠性 容量约是蓄电池的1 4完全满足故障隔离操作供电需要如遇长期停运 人工操作送电 2020 3 18 科汇 59 快速自愈技术 应用点对点对等通信技术 相邻FTU之间交换故障检测信息确定出故障区段 实现故障隔离 不依靠主站 在3s内恢复供电 2020 3 18 科汇 60 无缝自愈技术 配电环网闭环运行 分段开关采用断路器 采用点对点对等通信技术 通过比较故障电流的相位判断故障区段 直接跳开故障段两侧开关隔离故障 实现无缝自愈 2020 3 18 科汇 61 无缝自愈技术 闭环运行环网故障电流分布 2020 3 18 科汇 62 小电流接地故障定位技术 中性点非有效接地方式能够提高系统自愈能力 显著地改进供电可靠性意大利的实践 固定调谐消弧线圈 接地引起的供电中断减少26 以上 采用可调消弧线圈后 减少50 以上 国内某城市变电所 改用小电阻接地后 跳闸率提高一倍 国内某城市 1993年改为小电阻接地 1993年因配电网故障损失的供电量是1992年4 4倍 2020 3 18 科汇 63 小电流接地故障定位技术 接地方式影响供电可靠性 2020 3 18 科汇 64 小电流接地故障定位技术 小电流接地故障检测难原因 接地电流微弱谐振接地故障线路电流甚至小于非故障线路间歇性接地故障电流不稳定小电流接地故障定位技术已经成熟 成功率可达95 以上 中性点投入电阻法注入信号寻迹法利用故障暂态信号的方法 暂态法 通过比较故障点两侧暂态零序电流波形的极性或相似性实现定位 2020 3 18 科汇 65 暂态过程 故障相电压突然降低引起的放电电流 不经过电源流向故障点 频率在数千赫兹 衰减快 故障相电压突然升高 引起的电容充电电流 经过电源形成回路 频率数百赫兹 衰减慢 小电流接地故障定位技术 2020 3 18 科汇 66 暂态接地电流特点 暂态电流远大于稳态电容电流 暂态最大电流与稳态电容电流之比 可达到几倍到十几倍 暂态最大电流值与故障时电压相角有关 一般故障都发生在电压最大值附近 暂态电流值不受消弧线圈的影响 小电流接地故障定位技术 2020 3 18 科汇 67 故障线路暂态零序电流的幅值最大 极性相反 小电流接地故障定位技术 2020 3 18 科汇 68 小电流接地故障定位技术 故障录波图 2020 3 18 科汇 69 小电流接地故障定位技术 故障录波图 2020 3 18 科汇 70 小电流接地故障定位技术 比较暂态零序电流的幅值与相似性 可实现故障定位 2020 3 18 科汇 71 高级配电自动化 2020 3 18 科汇 72 未来智能配电网 分布式电源高度渗透 成为功率双向流动的有源网络 具有高度的自愈能力 能够满足不同用户对供电质量的要求 供电可靠率超过4个9 特殊客户达到6个9 对重要用户的供电做到一刻都不间断 故障限流器 固态断路器广泛应用 基本消除了过电流 电压骤降危害 柔性配电设备 DFACTS 广泛用于电能质量 潮流控制现代传感测量 控制 通信与计算机技术与一次设备紧密集成 具有高度的自动化 信息化水平 2020 3 18 科汇 73 高级配电自动化 ADA 定义 配电网革命性的管理与控制方法 实现配电网的全面控制与自动化并对DER进行集成 使系统性能得到优化 是智能电网概念下的DA 是DA发展的方向 是对传统DA的继承与发展是智能配电网的关键支撑技术 2020 3 18 科汇 74 ADA的特点 支持DER的大量接入 与配电网的有效集成实现柔性交流配电 DFACTS 设备的协调控制满足有源配电网的监控需要支持配电网自愈集成控制具有良好的开放性与可扩展性 支持监控设备与应用软件的互通互联 即插即用 2020 3 18 科汇 75 ADA关键技术 有源配电网仿真试验技术分布式电源 DFACTS设备数字仿真模型 仿真计算方法 开放式配电网通信体系基于IP网络 IEC61850标准支持分布式智能控制支持同步相量测量分布式智能控制技术