配电自动化系统-chapter5.ppt

第5章配电SCADA系统的组织 概述 电力系统的复杂性和重要性使得其离不开监视和控制 传统的监控任务使用模拟屏 Mimicboard 实现 屏上有一个系统接线图 展现了系统的概貌 上面是仪表指示灯等 从现场采集的各种信号被送到接线图对应的部件上 从模拟屏上可以直接查看系统的实时情况 这种方法简单直观 但是成本太高 维护不方便 功能有限 当系统增大时需要很大的空间来增建模拟屏 同时随着模拟屏的增大 其直观性也逐渐消失 随着计算机技术的发展 用计算机屏幕来显示系统的接线图 实时状况变得切实可行 SCADA系统就是在这样一个发展过程中的产物 SCADA SupervisoryControlAndDataAcquisition 监视控制和数据采集 SCADA采集安装在各个配电设备处的终端单元上报的实时数据 并使调度员能够在控制中心遥控现场设备 包括数据库管理 数据采集 数据处理 远方监控 报警处理 历史数据管理以及报表生成等功能 SCADA一般由中央监控系统 通信系统 现场执行设备等三部分组成 SCADA系统简单示意图 电力系统的SCADA技术是从电网调度自动化技术发展而来的 1965年美国东北发生了一次大的停电事故 这使许多电力公司意识到 仅仅依靠远动装置在模拟盘上显示信息已经无法满足复杂电网的安全运行的要求 因此在电力系统中开始把计算机运用到安全分析评价方面 从而导致了电网监控系统 SCADA的出现 这是电网调度自动化的一个平台 利用SCADA系统 调度员可以掌握电网当前的运行工况以及发展趋势 给电网调度带来很大的方便 另外利用SCADA系统采集的实时信息可以对电力系统的扰动进行快速的分析计算 从而预测跳闸的后果 可以开发在线潮流计算 系统仿真 校正控制等高级功能软件 电力系统电能的生产包括发电 变电 输电 配电等几个环节 各环节的电能设备 发电机 变压器 输电线 电网馈线以及各种开关 刀闸和隔离设备 用户用电设备等 共同构成了电力网 电力网又可以分为输电网和配电网 与之相对应的SCADA系统也可以分为输电SCADA系统 TSCADA 和配电SCADA系统 DSCADA 电力系统的SCADA系统最初只是在输电系统进行开发 随着配电自动化的实施 SCADA系统逐步被引用到配电网的监控中 虽然配电SCADA起步较晚 而且功能和输电基本相同 但是并不意味着可以照搬输电的SCADA 相反 配电的SCADA系统比输电的SCADA系统更为复杂 具有其独特性 配电SCADA的特点 1 配电网一般是树状结构 不仅有集中在变电所的设备 还有大量分布于馈线沿线的设备 如柱上变压器 开关等 数据分散 点多 每一点信息量较少 采集信息比输电网困难 2 配电网设备较多 数据量一般要比输电网多出一个数量级 3 配电网的操作频度及故障频度远比输电网多 因此采集的信息应该能反应配电网的故障 例如短路故障前后的电压和电流 4 配电网是三相不平衡网络 而输电网是三相平衡网络 因而无论在计算上还是在SCADA图形监视上 都不尽相同 5 对于配电网而言 需要有建立在SCADA系统之上的具有故障隔离能力及恢复供电能力的自动操作软件 6 配电网因其点多面广 配电网SCADA系统对通信系统提出了比输电网更高的要求 7 配电网直接连接用户 由于用户的增容 拆迁 改动等原因 使得配电网SCADA系统的创建 维护 扩展工作量非常大 配电网SCADA系统的任务 配电网SCADA系统是配电网自动化的基础 作为电力系统自动化系统的一个底层模块 配电SCADA肩负着几项重要的任务 向配电网的调度 管理人员提供配电网的实时数据 信息 方便他们了解配电网的实时情况和负荷变化的趋势 为各种电力系统自动化高级功能软件提供准确 及时的信息 从而实现对配电网乃至整个电网的优化控制 调度 故障预测和排除 提高供电质量 供电的可靠性和安全性 用远方遥控代替手工操作 提高工作效率 减轻运行 操作 维护人员的劳动强度 配电SCADA系统的功能 从功能上看 配电网的SCADA系统和其他系统的SCADA系统大致相同 主要实现 四遥 功能 即 遥信 采集配电网的各种开关设备的实时状态 通过配电网的信道送到监控计算机 遥测 采集配电网的各种电能 如电流 电压 用户负荷 电度等 的实时数值 通过配电网的信道送到监控计算机 遥控 操作人员通过监控计算机发送开关开合命令 通过配电网信道传达到现场 使现场的执行机构操作开关的开合 达到给用户送电 停电等目的 遥调 操作人员通过监控计算机或者高级监控程序自动发送参数调节命令 通过配电信道传送到现场 使现场的调节机构对特定的参数进行调节 达到负荷大小 电压 功率因数调节等目的 此外 配电网SCADA系统也同样要给监控 操作人员提供画面 要给电力系统其它高级管理软件提供数据共享的接口 配电SCADA系统组织的基本内容 SCADA包括配网进线监控 配电变电站自动化 馈线自动化 配变巡检及低压无功补偿四个组成部分 1 配电网进线监控进线监控一般完成对来自主变电站的向该配电网供电的线路的开关位置 保护动作信号 母线电压 线路电流 有功和无功功率以及电能量的监控 2 馈线自动化 FeederAutomation FA 是指在正常情况下 远方实时监控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合闸和分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的目的 在故障时获取故障信息 并自动判别和隔离馈线故障区段以及恢复对非故障区域的供电 从而达到减小停电面积和缩短停电时间的目的 在单相接地等异常情况下 对单相接地区段的查找提供辅助手段 3 开闭所和配电变电站自动化开闭所和配电变电站白动化 SubstationAutomation 简称SA 完成对配网中配电开闭所 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能量的远方监控 开关远方控制 变压器远方有载调压等 4 配变巡检及低压无功补偿对配电网中箱式变电站 变台等的参数进行远方监控和低压补偿电容器的自动投切利远方投切等 配电网进线监控的内容 一个区域的中压配电网不是孤立的 该地区的主变电站 如110kV变电站等 的中压出线为配电网提供电源 因此必须对这些主变电站的相应出线进行监控 此外为了准确把握主变的剩余容量 三绕组变压器的三侧电气参数均应采集 对于一个由若干座110kV变电站供电的配电网 具体地有 配电网进线监控的内容 1 遥测 主变电站中供给该配电网的所有l0kV线路的电流 有功功率和无功功率 主变10kV侧的电流 有功功率和无功功率 对于三绕组变 主变35kV侧两相电流 有功功率和无功功率 中压母线电压 2 遥信主变电站中供给该配电网的所有10kV线路开关的位置 10kV母线分段开关和主变10kV侧开关的位置 保护动作信号 异常信号 3 遥控主变电站中供给该配电网的所有10kV线路开关合闸 分闸 4 电能主变电站中供给该配电网的所有l0kV线路的有功电能和无功电能 配电网进线监控的两个方式 为了减少设备重复投资 配电自动化系统应充分利用地区电网调度自动化系统的通道和设备 一般可以来取以下两种方式 配电变压器监控 柱上配电变压器 箱式变和用户变电所的自动化监控是类似的 一般应具有如下功能 以重要箱式变监控为例 一般采用专用通道 遥测 箱式变低压出线三相总电流 有功功率 无功功率和功率因数 箱式变各低压出线三相电流 有功功率 无功功率和功率因数 箱式变低压出线三相电压 遥信 箱式变高压进线负荷开关的位置 箱式变低压出线开关的位置 故障指示器功作信号 异常信号 补偿电容器的投切情况 遥控 箱式变高压进线负荷开关合闸 分闸 箱式变低压出线开关合闸 分闸 无功电压综合控制启动 停役 重合闸启动 停役 电能 箱式变低压出线有功电能和无功电能 故障处理 故障跳闸后根据故障指示器动作信号判断故障区域 恢复健全区域正常供电 负荷管理 根据配电网的负荷均衡程度合理选择箱式变的电源 报警功能 电压过高或过低 过电流或故障报警功能 电压无功综合控制 根据网上电压和无功参数 通过实时地对一组电容器的自动投切来实现 抄表集中转发功能 对时功能 事件顺序记录 SOE 功能 停电后仍维持工作功能 构造配电SCADA系统应进行的工作 1 10kV线路的分段 联络开关能具备电动分合闸 并分别装设FTU单元 2 10kV配变应装设TTU单元 3 开闭所与配电变电站内应装设RTU 或微机综合保护测控装置 4 10kV进线监控由地调或区调转发 5 市区供电局设置基于计算机网络的配电SCADA系统 6 合理选择通信方式 满足实时性数据传输的要求 7 对分散的测控点 可设置区域工作站 配电SCADA系统的体系结构 配电自动化的混合通信方式 配电SCADA系统的功能与特点 DMS的SCADA系统特点 1 系统采用开放式平台组成 具有方便灵活的图形界面 使用多窗口技术显示各种图形 2 可接收GIS的地理图形数据 组成SCADA地理接线图 3 具有网络拓扑分析能力 采用不同颜色和图标以区分线路是否带电 是否接地 4 支持变电站综合自动化系统 实现保护投切和监视 保护定值选择及故障录波 测距数据的收集等功能 配电SCADA功能 1 数据采集 遥测 遥信 根据RTU等采集信息 在屏幕上以图形 列表等方式显示电网运行工况 报警 Alarm 设备过负荷 越限 断路器事故跳闸时发出警报 预警 告警 事件顺序记录SOE扰动后追忆PDR PostDisturbanceReview 记录事故前后一段时间间隔的重要实时数据 远方控制和远方调整计算 Calculation 趋势曲线 Trend 和棒图 Bargraph 配电SCADA功能 2 历史数据存储 History 和制表打印 Report 事件记录 EventLog 时钟 Clock 模拟盘接口 MapboardInterface 支持无人值班的变电站综合自动化动态线路着色地理接线图 通过GIS系统为SCADA系统提供作为背景画面的地理图 SCADA采集信息显示例子 厂站单线图 SCADA采集信息显示例子 厂站单线图部分放大 SCADA采集信息显示例子 棒图 适合显示机组出力 电压等数据 SCADA采集信息显示例子 曲线 适合显示某个量的变化趋势 如系统负荷 频率 电压等 1 汉中市配电SCADA系统 市区主要由3座110kV变电站 东郊变 西郊变 鑫源变 和1座35kV变电站 公网配变总容量9350kVA 城区负荷比较密集 现有10kV线路9条 呈辐射状供电网络 在实施市区配电自动化工程当中 允分考虑了配电自动化系统 DAS 与MIS系统的衔接问题 并允分利用了供电局地调所的资源 达到了经济而且实用的目的 典型配电SCADA系统的组织 基本原则 根据地理分布 划分为4个区域 站点多 将分散的测控点先集结成若干个点 再上传 市区配电网分布比较集中 测控点到区域站 屏蔽双绞线 必要时加中继 区域站到控制中心 3个在110KV站内 可借助原有的数据传输通道 1个在市区电业局 屏蔽双绞线FTU TTU区域工作站 配电开闭所 与控制中心采用屏蔽双绞线加中继小区变 箱变 配变 公用电话网 用户 具有远方抄表功能的电度表 低压配电线载波通信到配变 控制中心 在供电局建设配电自动化控制中心并兼有市区调度中心功能 实现H市35kV变电站 市区10kV配电网 H市主变电站的35kV和10kV出线监控以及重要用户负荷监控 在H市供电局和市区电力局之间 相距4km 架设8芯单模光纤 并设置交换机构成1000M光纤网络 实现管理信息网的连接 在两地的连接光缆中辟出两芯配以光收发装置构成市区电力局至供电局的实时数据通道 子站与终端 利用H市区配电网比较集中的特点 采用架设屏蔽双绞线的方式构成区域中各测控对象 包括柱上开关 重要小区变 重要箱式变和柱上公网配电变压器 到配电子站的分支通信线路 对于传输距离较长的分支采均中继方式延长距离 最长传输距离可以达到4km 对于一般小区变 一般箱式变和柱上专线配电变压器采用公用电话网和配电自动化系统联络 子站与主站 4个配电子站中有三个位于110kv变电站中 可以借助相应110kV变电站到H市供电局的数据传输通道实现这些配电子站与配电自动化控制中心的联络 另一个配电子站设置在市区电力局 通过专门架设的光纤数据通道实现市区电力局配电子站与配电自动化控制中心的联络 市区的6座10kV配电开闭所距离市区电力局均较近 采用架设屏蔽双绞线并加中继的方式集结在市区电力局 然后通过光纤数据通道实现这些配电开闭所与配电自动化控制中心的联络 在各配电开闭所内分别安放RTU对其进行测控 在各重要小区变 重要箱式变和柱上公网配电变压器处分别安故TTU对其进行测控 在一般小区变 一般箱式变和柱上专线配电变压器处分别安放MTU对其进行测控 在各10kV柱上开关处分别安放FTU对其进行测控 10kV主变电站的10kV侧信息通过与市地调数据交换获得 在各配电子站 分别设置FTU集结器 FTU HUB 和TTU集结器 TTU HUB 各一台 FTU HUB和TTU HUB分别通过各自的信道和配电自动化控制中心通信 配电开闭所内的RTU则先集结到市区局 然后通过光纤数据通道和配电自动化控制中心通信 2 银川城区配电SCADA系统 现有基础 YC市的城区配电网的特点是网络主要集中于2kmx3km的地理范围内 因而有可能采取一些特殊的方法 以较低的代价构成有效且可靠的通信网络和电源供应策略 城区配电网的主要馈线换上了具有电动操作机构的真空开关 开闭所和小区变大多是新投设备 因此具有实现自动化的基础 重要的开闭所和小区变共有30余座 主干线路的分段开关约有100余台 如果将这些站点均直接纳入自动化系统中 则由于站点太多 不仅造成后台计算机网络组织困难 而