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配电自动化 黑龙江电力职大王金栋2008 09 15 1 配电自动化系统 配电自动化系统 DAS 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与监视 SCADA系统 配电地理信息系统 GIS 和需求侧管理 DSM 几个部分 2 配电网 在电力网中重要起分配电能作用的网络就称为配电网 配电网按电压等级来分类 可分为高压配电网 35 110KV 中压配电网 6 10KV 苏州有20KV的 低压配电网 220 380V 在负载率较大的特大型城市 220KV电网也有配电功能 按供电区的功能来分类 可分为城市配电网 农村配电网和工厂配电网等 3 SCADA系统 SCADA SupervisoryControlAndDataAcquisition 系统 即数据采集与监视控制系统 SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统 它应用领域很广 可以应用于电力 冶金 石油 化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域 在电力系统中 SCADA系统应用最为广泛 技术发展也最为成熟 它在远动系统中占重要地位 可以对现场的运行设备进行监视和控制 以实现数据采集 设备控制 测量 参数调节以及各类信号报警等各项功能 即我们所知的 四遥 功能 RTU 远程终端单元 FTU 馈线终端单元 是它的重要组成部分 4 配电地理信息系统 GIS 在配电自动化系统中地理信息系统 GIS 是一个重要内容 由于配电网节点多 设备分散 其运行管理工作常于地理位置有关 引入配电地理信息系统 GIS 系统 可以更加直观的进行运行管理 其内容主要包括 设备管理 FM 是将变电站 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 用户信息系统 CIS 指借助GIS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分析的依据 停电管理系统 OMS 是指接到停电投诉后 GIS通过调用CIS和SCADA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 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 另外GIS还可具有辅助配电网发展规划设计功能等 5 需求侧管理 需求侧管理 DSM 是指电力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 减少能源消耗及供需双方费用支出的目的 其内容包括负荷控制和管理与远方抄表和计费自动化两方面 负荷控制和管理 LCM 是根据用户的用电量 分时电价 天气预报以及建筑物里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 远方抄表和计费自动化 AMR 是指通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等 6 配电自动化系统的基本功能要求 具有实时特性的多任务 多用户 全汉化 全图形人机界面 全开放 快速以太网结构环境之上的 实现功能分布 可扩性强 配置灵活 性能 结构稳定可靠的配电自动化系统 符合开放系统互连 OSI 的标准和要求 系统应采用先进 可靠 通用的软件平台 便于其他系统接口与访问 平台应以以下三种为主 UNIX操作系统 WindowsNT操作系统 UNIX和NT混合构成的操作系统 7 配电自动化系统的基本功能要求 系统应采用国际上广泛应用的商用数据库管理系统 可提供标准的ODBC接口 系统应采用分布式体系结构 硬件平台建立在工作站和服务器等设备环境上 系统设计寿命10年以上 8 配电自动化系统的基本功能要求 系统应提供基于Internet技术的Web服务器 可以向MIS等其它系统发布信息 用户可以通过浏览器软件 如IE等 访问实时信息和历史数据 系统应采用冗余双网结构 支持多种协议通信 9 对系统功能软件的要求 监控系统 SCADA 数据采集功能 数据处理功能 人机会话功能 遥控 遥调功能 报表处理功能 图形编辑功能 数据传输功能 10 对系统功能软件的要求 2 地理信息系统 GIS 平台应用功能自动成图与设备的地理化管理 AM FM 地理平台的SCADA功能 基于GIS的管理信息查询与应用 GIS的Web发布 利用现有电子地图转换成系统可用格式 支持商用数据库 完善的地理图形绘制 编辑 修改功能 能够在已有的电子地图基础上绘制配电网相关设备的图形并保存相应信息 管理包括电杆 电缆井等非配电网辅助设施 同时应能够提供相应的剖面图以方便工程施工 地理信息从大的层面讲应包含中压层 通讯设备层 低压层 基础信息层等 实时信息相应地附着在各个层面之上 标注信息的自动跟踪 在地理信息图形视角发生改变的情况下 相关于道路 街区的标注信息自动调整到界面可视范围内 11 对系统功能软件的要求 3 DAS功能故障定位 故障类型判断 故障隔离 非故障段自动恢复供电 故障录波数据处理功能 零序电流分析功能 12 对系统功能软件的要求 4 网络通讯软件功能与地调系统互联 获取变电站10kV采集信息及其他配电处理相关信息 通过地调系统下发10kV出线断路器的控制命令 向地调系统转发配电网主要数据 跨系统的命令传递及操作权限认证 与MIS系统网络互联 信息发布 Web方式 配电工作信息的相互传递 MIS系统所需数据的转发 13 对系统功能软件的要求 与负荷控制系统网络互连 接收负荷控制系统采集的信息 通过负荷控制系统执行配电调度命令 负控系统开放控制权的情况下 对负荷控制系统的数据进行分析处理 向负荷控制系统转发配网数据 与用电系统互连 从用电系统获取数据 向用电系统转发数据 与变电站自动化系统互连 与远程联网 远程诊断 维护功能 系统须支持远程节点接入及拨号维护功能 14 主站的硬件配置 1 数据服务器 双机热备份 存贮 管理各种历史数据 登录信息 用户信息 设备信息 电网管理信息等 服务器装有关系型数据库管理系统 定时从实时数据库中采集实时数据 供其它工作站调用 方便用户使用 它利用商用数据库优秀的管理性能 实现对配电网数据信息进行统一管理 数据服务器采用较为高档的服务器 安装Unix或NT操作系统 15 主站的硬件配置 2 GIS工作站 实现AM FM GIS功能及各种配电管理功能 维护地理信息图 完成所辖配网设备的静态数据的维护 及实时数据 报表的查看打印工作 实现所辖配网的设备管理 检修管理等项工作 采用配置较好的工作站 安装Unix或NT操作系统 16 主站的硬件配置 3 WEB服务器 WEB服务器装有WEB服务端软件 统一对外支持WEB访问 安装第三块网卡或通过路由器 网关 同MIS系统接口 以便实现图形和数据的共享 17 主站的硬件配置 4 SDE服务器 以SDE的格式存贮 管理空间图形数据 实现对全网空间图形信息的统一管理 服务器装有商用数据库管理系统软件 如SQLServer DB2等 和SDE服务器软件 由于空间图形信息的信息多 数据量大 全网的图形信息全部保存在该服务器中 为了满足系统整体性能的要求 因此SDE服务器采用高档的HP服务器 安装WINDOWSNT操作系统 18 主站的硬件配置 5 配网调度工作站 用于对整个城区配电网的监控和故障管理 正常情况下 实时显示配电环网的信息 了解网络的运行状况 故障发生时 DA工作站接收到配电监控中间层发来的故障信息 启动故障管理软件 自动产生相应的故障隔离和恢复供电方案 调度员对此方案进行确认后 发出开关操作命令 实现故障隔离和恢复供电 与此同时 系统对停电区域进行动态着色 调度员可很清楚地了解到整个故障管理过程中网络的连通状况 19 主站的硬件配置 6 配网调度工作站 用于对整个城区配电网的监控和故障管理 正常情况下 实时显示配电环网的信息 了解网络的运行状况 故障发生时 DA工作站接收到配电监控中间层发来的故障信息 启动故障管理软件 自动产生相应的故障隔离和恢复供电方案 调度员对此方案进行确认后 发出开关操作命令 实现故障隔离和恢复供电 与此同时 系统对停电区域进行动态着色 调度员可很清楚地了解到整个故障管理过程中网络的连通状况 20 主站的硬件配置 7 通信处理机 用于同配电子站的信息传递 通信工作站可根据通信方式设置通信的工作参数 包括通信规约 速率 方式等 可用的通信方式包括以太网 RS232 X 25等 可使用的规约包括TCP IP JBUS MODBUS 部颁CDT IEC101等 21 主站的硬件配置 8 系统维护工作站 用于对整个自动化系统运行状况的维护和数据库的管理 图表绘制和新应用程序的开发等 对配网安全运行管理进行高级应用软件的计算和对网络的分析 22 主站的硬件配置 9 D PAS工作站 利用配网分析软件 对当前的配电系统进行分析 全面了解系统的情况 并使系统处于最优的运行状态 分析软件包括网络建模 拓扑分析 潮流计算网损分析 系统可靠性分析等 23 主站的硬件配置 10 数据库维护工作站 用于对整个自动化系统的数据库进行维护和管理 系统采用100MHZ双网 24 子站系统功能及配置 配电自动化子站系统负责采集和处理来自RTU FTU DTU TTU的正常运行信息和故障数据 向主站转发 并接收主站对各配电终端的控制命令 主站系统的数据采集和处理子系统与子站系统通过TCP IP协议采集和处理实时信息 25 子站系统功能及配置 配电子站系统的技术要求 子站的主机系统要求性能稳定 具有较快的运行速度和较大的存储容量 具备完善的数据采集功能 具有科学准确的故障处理能力 故障处理软件要充分考虑到配电网可能发生的各种因素 要适应不同供电局不同的管理模式 要适应不同的网架结构 能进行快速准确的判断 具有网络通讯能力 能够进行异种网络 异种协议的转换 支持目前流行的多种通讯规约 具备当地调试与维护工具 具备远程维护 调试和诊断能力 能满足无人值班的条件 具备与微机保护接口 26 子站系统功能及配置 配电子站的功能要求 监视 控制所管辖范围内的RUT FTU TTU DTU 实现 四遥 功能 数据采集 子站实时采集其连接设备的状态量 模拟量和脉冲量 其中还包括子站通信系统 通道的状态信息 向区域主站系统转发RTU FTU DTU TTU的数据及自身的运行状态数据 进行故障诊断 配电网中故障停电时有发生 配电自动化的一个重要任务就是尽快进行故障隔离和恢复供电 27 子站系统功能及配置 配电子站的硬件结构由于厂商实现的技术手段不同 搭成的硬件结构也不同 南瑞公司以高档PC机和智能串口卡的形式构筑子站 烟台 积成 科锐等公司的子站系统是自行开发研制的专用型子站 28 配电站终端功能及配置 配电站终端装置用于对配电网及配电设备的信息采集和控制 它与配电子站通讯 提供配电系统运行控制及管理所需的数据 并执行主站发出的对配电设备的控制调节指令 配电站终端装置是配电自动化系统的基本单元 它的功能 数据量 精度直接影响着配电自动化系统的功能和可靠性 29 配电站终端功能及配置 1 配电站终端装置的基本功能监控功能 信息处理功能 电能质量测量功能 断路器在线监视功能 30 配电站终端功能及配置 根据应用对象的不同 配电终端设备可分为以下几类 变电站RTU 用于变电站内的监视和控制 馈线FTU 用于线路上的柱上开关 环网柜等设备的监视和控制 配变TTU 用于配电台变的监视和控制 开闭所DTU 用于开闭所内的监视和控制 31 关于北方地区DTU TTU FTU的特别调研 由于黑龙江特殊的寒冷环境 对户外应用的终端装置的整体性能要求特别高 在调研的产品中 有些装置内的部件指标不适应我省的条件 如装置内的蓄电池 但是 有些配置高性能器件的装置可以适应北方的环境要求 如北京四方公司 科锐公司 东方电子公司等 32 烟台东方电子 33 烟台东方电子配电自动化系统及产品情况介绍 烟台东方电子是国内生产电力系统自动化产品较早的单位之一 全国第一个同类行业标准 配电自动化功能规范 的主要起草者 目前已建成了国内第一个配电自动化模拟仿真实验室 生产的配电自动化系统型号为DF9000 配电自动化系统由配电自动化事业部归口 该部目前有200多人 其中博士16人 硕士98人 本科95人 该公司配电自动化系统已在上海市中 市南 福州 拉萨 合肥 广州 大连 银川 天津等地方应用 34 DF9000系统结构与配置 35 DF9000配电自动化及配电管理系统的构成 DF9100 主站部分DF9200 子站部分DF9300 配电终端 DF9310 馈线自动化终端 DF9320 配电变压器数据采集终端 36 2 系统的特点 a 开放性及系统分层 分级 分布式管理的设计思想为系统的扩展提供基础 如主站节点的扩充 站端设备的扩充 硬件设备的扩充 软件模块的扩充 b 先进 开放的系统平台 分布式系统运行平台不影响操作系统中已有的分布式操作功能 它提供更加完善的接口和服务更有利于与其它的系统平台进行简单的无缝集成 同时为了提供AM FM功能需要GIS图形平台的支持 为了实现SCADA DPAS功能中的图形化人机界面也需要友好的图形建模工具 这些构成了DF9000DMS的专用平台 37 2 系统的特点 C SCADA PDAS GIS一体化设计 GIS与SCADA DAS是从不同的角度表征电力系统的不同需求 前者偏重于地理空间分析 后者侧重于电网分析 DF9000DA DMS把每一地理空间要素与电网要素通过关系数据库相连 实现了GIS SCADA DAS的数据库设计一体化 为把地理空间的拓扑分析和电网结构的拓扑分析有机结合起来提供了基础 其优点表现在如下方面 减少数据录入的工作量 保证全网数据和图形的一致性 可以将GIS的空间分析性能应用于SCADA DAS 可以将SCADA DAS的分析性能应用于GIS 方便地实现在GIS上显示遥测 遥信 带电状态等实时信息 38 2 系统的特点 d 率先推出了网络化的配电自动化系统 DF9100主站通过主干网 子网的光纤以太网连接DF9200子站 DF9310配电终端 通过 三网合一 TCP IP全网寻址能力 可保证在DF9100主站端 对全网通信设备的通信状态和连接属性进行监控和维护 39 2 系统的特点 e 系统提供了完备的管理和维护功能 系统硬件设备 软件 数据库便于维护 各组件都具有自检和自诊断的能力 维护诊断功能包括参数设定 工况显示 系统诊断 模型仿真等 户外配电终端的掌上笔记本无线维护功能 f 开发了基于MAP INFO ARC INFO GROW和SMALLWORD等多种GIS平台的配电应用系统 40 2 系统的特点 g 支持多种通信方式 包括光纤 专线 电力载波 无线扩频等 h 建立了国内第一家配电自动化模拟仿真实验室 配电自动化模拟仿真实验室按照电力系统物理模拟的方法 建立了含6个变电站 35条馈线段规模的配电网模型系统 并提供了与配电自动化系统的便捷接口 实验室于2000年11月建成 已为上海沪西 上海水清 绵阳 蓬莱 中山 汕头和天水等电力部门的配电自动化系统工程进行了FAT测试 41 2 系统的特点 i DF9000系统在1999年5月17日通过国家电力公司组织的科技成功鉴定 目前该公司生产配电自动化系统的大部分设备 主站 子站 终端 开关 通信接口设备等 42 鲁能积成电子公司 43 鲁能积成电子公司配电自动化系统及产品情况介绍 鲁能积成电子公司一直从事于电网调度自动化系统的开发研制工作 我省目前有二个地调电网调度自动化系统是该公司产品 鹤岗 鸡西地调 该公司研制的配网自动化系统型号为IES DA1000 包含IES DMS1000 配电管理主站系统 IES DAS1000 配电自动化厂站系统 IES DSM1000 用户自动化系统 44 iES DA1000系统结构与配置 45 系统特点 a iES DMS1000配电自动化主站系统是在iES500电网调度自动化主站应用环境的支持下 采用Map Info或Arc Info通用地理信息处理平台 实现了各类数据 包括元部件的带电状态 的实时展示 可以完成基于地理信息的各种电网监视控制操作 46 系统特点 b 系统采用UML语言建模 面向对象设计 能够对整个配电网络进行实时拓扑分析 并根据开关 刀闸的分 合情况确定各部件的运行状态 实现快速故障定位 47 系统特点 c 采用 图库一体化 技术的建模工具在地理图形上直接绘制配电网电气接线图 同时生成配电网数据库 数据库面向配电网设计 便于进行以馈线为核心的分析应用 48 南京南瑞公司 49 南京南瑞公司配电自动化系统及产品情况介绍 南瑞电网控制公司在89年就开始从事配网自动化系统的理论研究与应用工作 目前已形成一整套配网自动化系统产品 目前已安装20多套配网自动化系统 开始应用的系统平台为RD 800系统 哈尔滨南岗供电局用过 目前应用的是OPEN 2000 EMS DMS系统平台 50 1 OPEN 2000系统结构 主站层负责中型供电局重要线路的运行监控管理和配电管理 子站层负责对变电站10KV出线的馈线自动化 终端层负责对线路上的开关 开闭所 配变和中压用户专变的数据采集和控制 南瑞公司OPEN 2000 DMS系统的内部实施机构为 主站 子站部分由南瑞公司电网公司负责开发 生成 终端部分由南瑞公司城乡电网综合自动化事业部负责开发 生成 通信部分由南瑞公司通信系统公司负责开发 生成 51 2 系统特点 OPEN 2000 EMS DMS系统是新开发的SCADA EMS DMS系统平台 它集SCADA EMS DMS及MIS于一体 把生产调度 日常管理 负荷控制 电量计费 GIS配电网分析 用户投诉处理及配电设备管理等有机地结合起来 其特点如下 a 全分布的网络体系结构b 实时数据库与商用数据库相结合 52 2 系统特点