智能电网背景下的配电自动化建设及发展技术交流

智能电网背景下的配电自动化建设及发展技术交流,配电自动化系统建设,与世界经济和技术发展同命运；与电力改革一起舞动！,主要内容,配电自动化的基本知识简要介绍配电自动化、智能配电相关背景介绍配电自动化系统发展趋势配电自动化系统如何设计建设？积成电子实施的典型配电自动化系统简介,什么是配网自动化系统？,配电自动化的概念利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配电网结构信息、配电网运行的实时信息和离线信息、用户信息、设备信息、地理信息进行集成，构成完整的自动化管理系统，实现对在配电网络正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和管理。配电自动化系统是实时的配电自动化与配电管理系统集成为一体的系统。,配电自动化面向对象,配电系统自动化涉及范围主要是指10kV中压系统，一般是从变电站的主变低压侧和低压母线开始，直至电力用户为止。配电自动化主要处理此中压网的一次设备（开闭所、环网柜、柱上开关、变压器）的监测与控制，以及基于地理信息系统（GIS）的设备管理。,开闭所（开关站、配电房）,环网柜1,环网柜设备,柱上开关1,柱上开关2,配电变压器,箱式变,系统结构,系统一般由下列层次组成：配网主站配电子站（常设在变电站内，可选配。）配电远方终端（FTU、DTU、TTU等）通信网络,配网主站,配网自动化结构图,实施配电系统自动化的意义,提高供电可靠性，缩短故障判别、隔离及非故障段恢复供电时间；减少了因电网故障造成的巨大损失。改善电能质量，把最优质的电能提供给用户。改善用户服务水平提高配电网运行的经济性，提高设备利用率（减少备用容量）；降低配电网运行维护费用，降低线损，最大限度地提高企业经济效益。配电系统自动化技术的飞速发展，推动了配电网一次设施的科学合理规划，保证了配电系统的长期最优可持续发展。,配电系统自动化实施前提,需要强壮的配电网结构合理分配负荷，按照线路供电半径合理规划供电区域，避免供电区域重叠；线路留有适当的备用容量，满足故障情况下负荷转移的要求。根据配电系统自动化的要求，对配电网进行改造，并根据负荷转移的要求，规划设计新线路。良好的一次设备。,配电系统自动化实施前提,需要强壮的配电网结构合理分配负荷，按照线路供电半径合理规划供电区域，避免供电区域重叠；线路留有适当的备用容量，满足故障情况下负荷转移的要求。根据配电系统自动化的要求，对配电网进行改造，并根据负荷转移的要求，规划设计新线路。良好的一次设备。,配电系统自动化实施前提(续),基础数据的收集和整理需收集较详细的一次设备属性。统计配电线路内负荷，预测用户用电需求。收集配电线路相关数据（电压、电流、保护配置及定值等）。较完善的配电网一次线路图（现状）。,配电网改造的原则和基本要求,在配网自动化实施的前提中最主要的一条就是具有强壮的一次配电网架结构。这个具体要求可以参考城市中低压配电网改造技术导则，但主要要求有以下几个方面：首先应合理分配负荷，按照线路供电半径合理规划供电区域，避免供电区域重叠；线路留有适当的备用容量，满足故障情况下负荷转移的要求；根据配电系统自动化的要求，对配电网进行改造，并根据负荷转移的要求，规划设计新线路；良好的一次设备；,配电网改造的原则和基本要求(续),实现环网供电、开环运行；.线路供电半径小于3公里；导线截面选择满足10年负荷发展需要；线路容载比满足负荷转移的要求，具体要求如下：线路装接总容量不超过13000kva中，这个数值根据变电站出线开关容量的不同而不同；每段装接容量不超过2500kva；实施无功就地补偿。实施此功能是降低网损，提高线路供电能力，及提高电能质量的有效措施。,配电自动化、智能配电相关背景介绍,智能配电建设的一些规范性文件及指导意义,1）DL/T1080电力企业应用集成配电管理的系统接口（主要是配合配电自动化试点建设与改造技术原则中基于信息交互部分的IEC61968标准的一个电力标准。2）配电自动化技术导则（Q/GDW382-2009）3）城市配电网技术导则（Q/GDW370-2009）4）配电自动化试点建设与改造技术原则生配电2009196号，此规范中的附录C配电主站软硬件配置，可以作为典型配电主站的配置方案模板。5）配电网调控一体化智能技术支持系统功能规范和配网调控一体化管理规范（是对以配电自动化为基础支撑的配电网调控一体的建设的技术性规范）以及生产管理系统配网业务需求功能规范生配电2009年124号文,智能配电建设的一些规范性文件及指导意义（续）,6）国家电网科20091535号关于印发配电自动化试点建设与改造技术原则(QGDW382-2009)的通知，其中的规范性附录中给出了配网自动化的5种实现方式（简易型、实用型、标准型、集成型及智能型）7）V1_国家电网智能20091435号(关于印发智能电网关键设备（系统）研制规划的通知)，详细制定了支撑智能电网的设备研制规划。其中有关于智能配网的内容，是今后发展方向的参考。8）生配电2009196号(关于印发配电自动化试点建设与改造技术原则的通知)此通知中有关于配电主站规模的说明对于直辖市、省会城市或按电网规划五年内配电自动化系统实时信息接入数量大于50万点的城市，可建设大型配电主站；对于地级市或配电自动化系统实时信息接入数量在10万点50万点的城市，可建设中型配电主站；对于系统实时信息接入数量小于10万点的城市，可建设小型配电主站,智能配电建设的一些规范性文件及指导意义（续）,9）2010年2月初国网智能电网工作会议，其中有关智能配电的内容3.2中介绍了第一批试点的情况介绍。试点为北京、杭州、厦门、银川。这四个城市分别建设智能型、集成型和标准型配电自动化系统。可以作为各种类型配电自动化的参考。以下两文为国家电网科20101364号。10）配电自动化主站系统功能技术规范（QGDW513-2010）11）配电自动化终端子站功能规范（QGDW514-2010）12）其它文件及标准（评价体系、招统一招标规范2010年7-8月）,南方电网及海南电网开展的相关工作,1）南方电网配电网自动化系统技术规范2）配电网自动化系统验收管理标准3）中国南方电网城市配电网技术导则（介绍了配电网定义，改造建设原则4）海南电网调配一体化系统技术规范5）2007年深圳召开了线损四分的试点工作经验交流暨总结表彰会。到2013年，15个主要城市配电网线损率要降到4.5%以下6）2009年提出创先，理念是“以客户为中心，以提高供电可靠率为总抓手”7）面向智能电网，相关规范、相关系统建设。,十多年前的配电自动化和配电自动化试点工程差异表,2、配电自动化与智能配电网的关系,配电自动化是智能配电网的重要基础和组成部分是智能配电网的基础，没有配电自动化就不可能发展智能配电网是智能配电网的重要组成部分智能配电网也为配电自动化的发展指明了方向注入了新的内涵，带来了新的生机提出了新的要求，先进的技术研究与应用,智能配电网与配电自动化,当前的配电自动化系统,实现了配电SCADA、配电GIS等功能FA实现了故障情况下的部分“自愈”功能“自愈”功能没有主动性，预见性基于现有中压配电网运行特性：环网供电，开环运行，单电源供电以电网拓扑结构分析为基础多数FA还需人工确认，真正闭环控制的少有一些简单的仿真模拟功能,智能配电网的高级配电自动化,ADA用于电力交换系统将使用电力电子、信息技术、分布式计算与仿真方面的新技术ADA可为用户提供新的服务实现ADA的配网自动化系统分布式电源带来的问题对新型电力电子设备的运行控制与管理实现配电快速仿真与模拟DFSM实现灵活配电网络结构下的主动“自愈”功能,配电自动化系统发展趋势及建设关注重点,趋势一：符合最新国际标准建设集成型、智能型配网,IEC61970/IEC61968CIM、CIS、SVG、G语言、企业应用集成总线,切实实现配电自动化系统的规模效益根据国网要求及实施计划安排，试点项目的目标基本上都是大型配电自动化为主（50万点以上）主站系统要能够实现对大容量数据的处理（包含接入的实时数据、存储历史数据及配电网模型数据）采用责任分区、信息分流技术,趋势二：面向配用电信息采集全覆盖,趋势三：配网调控一体化应用集成,实现配网调度、监视和控制的统一集中管理,提升配网故障异常应急响应速度,提高配网供电可靠性,调控一体,以配电自动化系统为基础支撑，以配网调控一体化智能技术支持系统为整合平台，实现配电自动化对配网运行优化、检修、抢修等应用的统一协调。,以61970/61968标准为基础支持GIS转模及从EMS等系统转模进行拼接实现统一整理，统一编码、源头统一要求为调控一体化提供数据平台支撑，统一管理相关模型、图形及设备台帐数据支持配电自动化、线损四分、配电五防等相关系统应用。,趋势四：建立统一的模型中心,配电自动化系统,区,区,图形、模型及拓扑数据,反向隔离装置,实时数据,正向隔离装置,统一接口规范：IEC61968/61970CIM,GIS平台,统一显示规范：SVG（G语言）,EMS,图形模型,缩短故障的停电时间降低由于计划检修带来的停电时间降低设备处于过载运行的时间,趋势五：向“配电网实时运行管理重点负荷区域的FA”转变,电网是趋复杂配网仿真培训故障模拟仿真操作安全校核,趋势六：强调安全运行,配电线路上的无功补偿电容器组的投切控制配电变压器侧的无功补偿电容器组投切控制变电站变压器的分接头的调整负荷转供（配网运行方式优化）经济运行（不平衡运行、过负荷运行)全面提高各项运行指标（供电可靠性、电压合格率、线损）,趋势七：强调配电网经济运行,为满足不同应用的通讯需求采用不同的通讯方式，构筑多层次的通讯系统平台。此通讯平台不仅为配网自动化使用，还可以提供给用电营销系统使用。以满足电力企业与用户互动的通讯要求。光通讯GPRS、CDMA等标准商用无线通讯专用无线数字传输新型配电载波通讯针对三网融合，在通讯建设上要做好技术储备和方案结合。单独为各种通讯方式配置统一的通讯管理系统,趋势八：多层次通讯接入平台建设理念,配网自动化系统设计建设要点探讨,系统设计建设要点探讨,结合实际配网生产管理模式系统规模、功能、实施范围的确定系统建设的基础条件图纸、资料的准确性、完备性设备基础数据的统一规范性，统一整理，统一编码、源头统一主要接口的应用集成规划IEC标准的研究应用，非技术关键因素的解决,系统设计建设要点探讨（续一）,系统的安全性、可靠性设计安全分区的规划、实时和管理功能的界定合理选择系统的架构、配置方案系统通信方案的设计与选择因地制宜，灵活运用公网方案要充分考虑安全性要求子站、终端设备的设计与选择运行稳定、维护方便,故障处理模式的选择,故障处理模式针对特点，结合实际方便升级改造，有条件的就上三遥不同模式的混合应用（自动、半自动）远方与就地的灵活运用因地制宜、灵活选择相互结合、互不排斥,配网自动化应该如何实现？,考虑实用性，重视使用和运行维护不能只重视系统建设，但不重视系统的使用和运行维护注重实用性，在实用的过程中不断完善系统采用系统集成的思想和现有生产管理模式匹配好建设目前缺少的系统集成现有的管理系统、改进相应系统通过系统集成达到完整的配网管理系统功能,配网自动化系统实施建议,设计规划层面中长期规划和短期计划相结合长期持续不断的建设和维护不断的系统完善计划实施过程层面最初的系统建设是基础，规模要适当管理流程的建立是系统长期稳定有效运行的关键通讯方式的选择是系统发展成功的关键系统的负荷覆盖率是系统作用大小的重要指标,配网自动化建设及维护,配网自动化系统的建设规模越来越大，采用传统的调度自动化系统的建设维护模式，基本无法保证系统的建设和维护。在新标准和规范的指导下，配网自动化的建设和维护模式要发生颠覆性变化1）主站系统建模采用各部门统一建模，模型维护GIS来统一实施2）配网自动化建设要能够支撑OMS、95598和应急报修等要求，满足为调度、集控和生产管理等使用的要求。3）建立完善的管理规章制度,典型配网自动化系统设计简介,广州、深圳配网自动化系统,满足最新的IEC61970/61968标准模型采用CIM(包含61970+61968补充）图形采用SVG为了方便维护，系统的模型和图形全部来自GIS系统。满足对大容量数据接入的要求（100-300万点）以PI数据库作为整个系统的数据中心平台，包含模型及图形。一遥、二遥、三遥区别化实施处理。建立多层次的通讯平台。,厦门电业局配网自动化系统,提出一强、三化、一平台建设指导思想。坚强电网，自动化、信息化、互动化，调控一体建设集成型配网自动化系统模型采用CIM(包含61970+61968补充）、图形采用SVG，为了方便维护，系统的模型和图形全部来自GPMS系统。强调作为配用电支持基础，采用标准化接口与其它信息进行交互集成。建立多层次的通讯平台，并建设通讯监控系统。按照配网调控一体化的技术支撑平台建设，支撑多业务应用。,配网智能化的五大技术,自愈配电技术用户互动技术配电网高效运行技术电能质量定制技术分布式电源和储能系统的接入技术,自愈配电技术研究,研究应用丰富实用的馈线自动化故障转供电功能终端设备实现配电站或配电室的备自投非健全信息条件下故障转供电多电源下的故障转供电方案研究探索性研究分布式电源条件下的故障转供电,用户互动技术研究,研究应用CSM客户现场管理系统的开发应用基于IEC标准的系统集成，信息集成平台营配一体化应用集成，实现互动化的基础探索性研究双向交互，智能终端，智能家电控制器,配电网高效运行技术研究,研究应用网络拓扑分析与应用配网故障模拟仿真，配网运行仿真可视化技术，提供DPAS的友好展示并行计算技术应用，为D-FSM奠定基础探索性研究配网网络优化分析，配网快速仿真模拟D-FSM高级的保护技术研究,其它技术研究,电能质量定制技术分布式电源和储能系统的接入技术,实时并行计算,实时并行计算,MPI(MessagePassingInterface)是目前最重要的并行编程工具，它具有移植性好、功能强大、效率高等多种优点，而且有多种不同高效、实用的实现版本，几乎所有的并行计算机厂商都提供对它的支持。MPI是一个库，而不是一门语言；MPI是一种消息传递编程模型,是一种标准或规范的代表，而不特指某一个对它的具体实现；,实时并行计算,集群是高性能计算机的发展方向Linux在高性能计算机中大量采用配置LinuxCluster比较方便采用NPACIRocks可以大大减少工作量,采用Linux/Rocks/MPICH构建高性能计算机集群，保证计算效率，达到计算结果的准实时。,NPACIRocks,iESHPCCluster,计算节点1酷睿2双核E6550、CPU(2.28G)、2G内存计算节点2酷睿2双核E6550、CPU(2.28G)、2G内存管理节点DELLPRECISION490、CPU(2.27G)、2G内存集群软件：ROCKS并行环境：MPICH2,iESHPCCluster,计算规模：540次计算串行计算耗时(1process):20.8s使用集群双机并行计算(2process)：10.3s2597次计算串行计算耗时(1process)：104.42s使用集群双机并行计算(2process)：50.77s(3process)：34.71s(8process)：25.64s,iESHPCCluster应用,静态安全扫描计算短路容量的扫描计算灵敏度扫描计算电压稳定扫描计算供电路径扫描计算，验证暂态稳定扫描计算辅助决策配网快速仿真D-FSM,智能化与可视化技术,配网调度智能化应用监视智能化决策智能化操作智能化可视化技术应用直观、综合的展示电网运行信息高效的数据组织与展示,积成电子配电自动化产品解决方案,配网自动化整体解决方案,全系列的产品iES-DMS1000E调配一体化主站系统iES-DAS1000配电子站iES-F30系列监控终端单元（FTU）iES-LM10系列配变负控远方终端iES-OM3系列光通讯设备整体解决方案一次系统规划与改造的方案规划设计自动化系统的设计与实施、通信系统规划主站、终端、通信的总体集成实施方案,主要功能：,SCADA监控FA馈线自动化GIS应用集成操作模拟仿真配调防误操作与其它系统接口,iES-DMS1000E主站系统,系统技术特点,真正面向配电网设计，采用实时SOA架构，扩展方便灵活，系统可接入容量远大于普通EMS系统IEC61970/61968标准的支持，与其它系统的应用集成，现场实际应用。GIS一体化应用集成，图、模、库维护的一致性，避免重复工作。跨安全区的准实时监测功能，公网通信方式的前置数据接收。,系统技术特点,故障处理功能，在用户现场通过了大量实际故障处理的验证，有丰富的恢复供电容量计算方法。提供模拟仿真功能，既能检验系统处理故障的正确性，有可以对配电调度人员进行操作培训。大量独有的实用化功能：配电操作安全校核、配电终端电池巡检系统、线路和变压器过载监视报警功能。,系统设计体系架构,实时SOA架构，软总线分布式即插即用功能模块独立、即装即用功能扩展灵活，对系统影响小软件模块灵活分布，伸缩容易面向配电网的模型设计区别与主网，面向馈线图库一体化建模，拓扑连接关系拓扑连接关系直接用于FA分析,系统可靠性设计,系统可靠性设计特点：基于实时SOA的集成平台国内最早应用分布式软件总线技术节点、模块（服务）、组件级容错技术冗余热备运行加温备用系统运行第三方测试案例一台SUNV280服务器，两台PC机（双核2.8G、内存2G）接入了2000个站的72万点（每站120个遥信，240个遥测）的实时数据，每个站每半分钟发4个遥信变位，在这种情况下，系统遥测、遥信、遥控的传动方面实时性依然很好，从站端变化到主站MMI反映，遥测小于3秒、遥信小于2秒。,馈线自动化功能特色,馈线自动化基本功能基于配电网的实时拓扑关系，适应各种电网结构与各种运行方式非故障区段恢复供电的容量计算容量不足时的区段拆分，尽最大范围的恢复恢复供电容量计算方法的发展额定容量计算法故障前一刻正常电流值计算法历史数据分析计算法,馈线自动化功能特色,其它方面：环网柜母线故障可隔离整个环网柜全线失电情况下的转供电方案正常过负荷的特殊要求处理多点同时故障时的同时处理和展示多个方案远方召唤/修改FTU定值功能故障方案处理的扩展功能方案遥控时允许人工干预方案执行或放弃后在人机界面中保留历史方案DA遥控失败时允许重复遥控,在线故障模拟仿真,直接在系统中对当前电网运行状态下的任何区段进行故障模拟与实时在线完全一致的故障处理方案方便的调试与实验方法保证故障处理的可用性对电网事故处理的研究与模拟提高调度运行人员对故障的研究与处理能力在此基础上的独立的配网自动化培训系统,配网调度操作防误,提供模拟操作功能，最大限度减少误操作产生的可能性，提高电网的安全运行水平特点：防误规则专家库、网络拓扑结构、运行方式和设备状态相结合完全基于当前的拓扑状态可对用户置入标签（挂牌）进行判断防误提示信息丰富（操作将会造成的后果）提供操作票记录功能在模拟环境下进行，不影响实时监控,防误操作票,终端设备电池巡检,保持电池的良好状态，保障停电状态时的正常数据通信与操作电池工况实时监测在线充放电管理,公网通信方式的实现,公网通信方式的可行性大量的一遥、二遥终端设备，没有遥控操作快速有效的建立通信，接入终端设备公网通信方式的实现公网通信前置机，负责接收数据形成文本文件，经反向物理隔离装置传输内网接收文本文件，解释处理形成实时数据保证实时性的措施：格式简洁有效、变化数据为主、遥测越死区传送单独的隔离装置、动态速率调整、遥信变位优先,GIS一体化的应用集成,GIS与监控系统的图库一体化避免两套系统对电网模型的重复描述实现两套系统图模库的一致性减轻维护人员的工作量基于CIM、SVG标准，跨物理隔离装置差异分析，模型导入自动增量更新基于GIS的SCADA应用上层接口统一设计，电力设备、图形抽象化GIS平台的无关性GIS图上的实时监控GIS图与电气接线图对应与切换,IES-DAS1000子站系统,在最新配网自动化技术导则中，对子站部分描述如下：第6.4.1条本导则中将子站分为两类。其中通信汇集型子站的目的是在终端因为通道或其他原因限制，不能够直接连接到主站情况下，汇集终端的信息，通过子站向上的快速通道转发终端信息。对采用配电载波或无线专网的情况下，推荐采用这种方式。对采用综自模式实现的开闭所自动化，其总控单元即为通信汇集型子站。这种方式下，子站应能够判断终端的运行工况并及时反馈至主站，使主站能够了解终端的运行情况。同时应能够将上下行的控制命令存贮在当地，供未来事故排查时分析。监控功能型子站，是一种较高级的子站系统。其设置目的是主要针对大型配网自动化系统或智能小区、新区等地区，快速处理当地的故障，同时也可降低主站的信息流量。对某些地去，区域型的主站系统将其采集的信息上送到上级配电主站系统，则区域型的主站也可称之为上级配电主站的子站。这种模式便于实现配网的分层管理。,iES-DAS1000子站系统,积成电子的子站也分为两类，一种为通讯汇集类子站，一类是在主站基础上进行功能删减后区域主站（子站）第一类子站建议采用通讯汇集设备代替。第二类子站采用主站基础上的功能删减系统来实施。,IES-DAS1000子站系统,监控型子站我们也分为两种实施模式：1）采用工业嵌入式低功耗工控机（低功耗免风扇CPU、电子盘、免电源风扇、嵌入式操作系统），具备完善的SCADA/DA功能，支持完善前置数据接入和数据转发能力，可独立主站之外运行，完成本区域的DA功能2）采用通用的PC服务器或小型机，前置和数据服务器可以合并使用，也可以分开使用，功能具备1）的所有功能。可配置工作站对系统运行进行监视并可对系统进行维护，可方便地扩充功能。满足IEC61970和61968标准。可按集成型配网子站进行建设。可方便通过信息交换总线的方式与区域内的其它信息系统进行信息交互。考虑子站的实施范围比较小，建议采用基于IEC标准的CIM和CIS与其它系统进行信息交互。比如实现基于GIS的建模功能。,iESF30系列FTU,配电终端产品,F30系列产品的技术特点,采用一体化结构，能抵抗恶劣环境，产品经国家严格检测高精度，低温漂，低零漂可靠的电源系统，交直流自动切换基于CAN总线连接，灵活配置组合串口与以太网通讯方式可选接口丰富，支持各种规约有备自投功能，监控与备自投设备一体化实现，节省用户配电室的投资,F30系列产品的技术特点,单体大容量设计，满足小空间，大容量的应用需求。双CPU结构，通用微处理器和DSP芯片相结合，能并行高效地完成各项功能应用FPGA实现逻辑功能电路，缩小体积节省空间，运行更加可靠和稳定完善的蓄电池在线监控，保证终端运行状态良好，避免电池原因造成的恢复供电失败,F30系列单元类别,为使FTU馈线自动化终端适用于柱上、环网柜、开闭所等不同环境，F30监控终端设计了5种主处理单元即