配电自动化1概述.ppt

1、配电管理系统和配电自动化技术,主讲人： 刘春明 博士 Email: cm_,华北电力大学.电气与电子工程学院 输配电系统研究所,DMS/DA,上课/答疑时间地点,上课时间地点： 1-6周 周一（1,2）+ 四（5,6）J1-12 答疑时间地点： 二 pm:2:004:00 J5-C305,教学要求,课程目标：熟悉电力生产过程，调度体制、变电站综合自动化、配电自动化的手段及其相关知识，巩固和扩展已学电力系统知识，掌握配电系统的设备、原理和配电自动化的基本知识；为从事工作打下良好基础。 授课方式：课堂讲课为主 设备图形演示、动画图形演示为附 考核方式：考试听课（考勤或课 堂小测验,参考书目,许克明

2、，熊炜 . 配电网自动化系统. 重庆大学出版社，2007年 龚静. 配电网综合自动化技术，机械工业出版社，2008年 陈堂等. 配电系统及其自动化技术，中国电力出版社，2002年 王明俊，配电系统自动化及其发展，电科院，中国电力出版社 1998年 方富淇，配电网自动化, 华南理工大学。中国电力出版社2000年 刘健等，配电自动化系统 中国电力出版社，1998年,参考书目,电网调度运行技术，王世祯主编，东北大学出版社，1997年7月。 能量管理系统 (EMS) ，于尔铿等著，科学出版社， 1998 面向对象设计的开放式能量管理系统，王明俊等编著，中国电力出版社， 1997 电力系统计算机调度自动

3、化 ，提兆旭等编著，上海交通大学出版社 ，1995,配电自动化技术概论,一、配电网的概念和特点 二、配电网的评价和相关问题 三、配电自动化的基本概念 四、配电自动化的功能 五、配电自动化的发展现状,一、配电网的基本概念及特点配电网的基本概念,在现代电力系统中，大型的发电厂往往远离负荷中心，发电厂发出的电能，一般要通过高压或超高压输电网络送到负荷中心，然后在负荷中心由电压等级较低的网络把电能分配到不同电压等级的用户，这种以各级电压的电力线路及其联系的变电站组成的统一体称为配电网络(Distribution Network)，配电区域内的配电线及其配电设施的总称叫配电系统。 按电压等级分： 高压输

4、电网（ 220kV,500kV,750kV,1000kV) 高压配电网（66kV,110kV) 中压配电网（10kV , 35kV) 低压配电网（220380V) 按地域分：城市配电网和农村配电网 起分配电能作用的网络称为配电网,发、输、配、供、用,城市配电网和农村配电网的特点,1.城市配电网的主要特点 （1）深入城市中心地区和居民密集点，负载相对集中，发展速度快，因此在规划时应留有发展余地。 （2）用户对供电质量要求高。 （3）配电网的设计标准较高，在安全与经济合理平衡下，要求供电有较高的可靠性。 （4）配电网的接线较复杂，要保证调度上的灵活性、运行上的供电连续性和经济性。 （5）随着配电网

5、自动化水平的提高，对供电管理水平的要求越来越高。 （6）对配电设施要求较高。因为城市配电网的线路和变电站要考虑占地面积小、容量大、安全可靠、维护量小及城市景观等诸多因素。 2.农村配电网的主要特点 （1）供电线路长，分布面积广，负载小而分散；用电季节性强，设备利用率低。 （2）发展速度快，存在建设无规划，布局不合理，施工无设计，设备质量差等先天不足。 （3）农电队伍不稳定，专业水平不理想。 （4）农电用户多数是乡镇企业、农业排灌和农民生活用电，用户安全用电知识贫乏，严重影响安全供用电,国内、国外投资比例,电网结构的布局形式,基本接线方式 放射型（Radial)：只从一端供电的电路 环型(loo

6、p)：构成一个完整的单电源的环形电路 网孔型(Meshed)：多数是多电源供电 单电源供电的网络运行方式 多电源供电的网络运行方式 中压配电线路的类型： 架空线路、电缆线路。 两种类型的中压配电线路接线模式不同,架空线路配电网主要的接线模式,架空线路是将导线架设在电杆上。 一般采用放射式供电形式。 成本低、投资少、施工周期短、容易维护及检修、容易查找故障,架空线路,A. 单电源放射型接线模式,B. 双电源环网形（手拉手）接线方式,两个电源点之间用两条放射形线路通过联络开关连接，可实现整条线路互带或部分线路互带。 在正常运行方式时一般联络开关处于断开位置，开环运行,C. 三电源环网形（手拉手）接

7、线,三个电源点之间每两个变电站由两条线放射形线路通过联络开关相连接，构成环网，形成互相支援的格局,D. 四电源环网接线 其故障隔离与转带方法与三电源点环网接线相似。 两个双电源环网之间通过两个联络开关分别相连，使4个站所带的每一条线路除本站所在电源外，均可通过联络开关与另几个电源点相连,电缆线路配电网主要的接线模式,电缆敷设方式： 1）直接埋在地下的直 埋式 2）专用的电缆沟敷设 3）排管敷设 4）隧道敷设 5）水下敷设,电缆线路主要指直接埋设地下的配电线路。 与架空线路相比，其受外界的因素影响较小。 但成本高，投资费用大，故障地点较难确定，有时造成用户较长时间停电,A. 单放射式接线 由一个

8、电源点放射状串联连接多个用户,B. 单环网接线方式,与架空线路的双电源环网接线方式类似，两个电源点形成环网供电，并环运行,C. 双放射接线,自一个变电站或开闭所的10kV不同母线引出双回路线，相当与在单放射式接线的基础上又增加了一套设备。 该方式的故障处理方法与单放射式相似,D. 双环网接线方式,将两个不同变电站的双放射线路连接起来，开环运行。 其供电可靠性得到了充分的保证。 故障处理方法与单环网方式相似,架空，电缆混合接线方式,城市中受街道、树林、建筑限制，使架空线无法架设，故目前多采用此不规则接线方式。 随着变电站容量的增加，出线增多如全部采用架空形式将无法出线，因而产生混合式接线方式,二

9、、 配电网供电几个基本概念,电压偏差 网损率 负载率 负荷矩 容载比 用户平均停电时间AIHC1 供电可靠率RS1,1) 评价指标电压偏差,电压偏差,我国35-110KV变电所设计规范GB 50059-92第一章总则第一条规定： 35-110KV电压允许变化范围为额定电压的5% 10KV电压允许变化范围为额定电压的5% 400V电压允许变化范围为额定电压的+3%-7,2) 评价指标网损率,网损率,我国国家标准评价企业合理用电技术导则（GB3485-83）中规定：降低企业受电端至用电设备间的线损，线损率应达到下列指标： 一次变压：3.5%以下； 二次变压：5.5%以下； 三次变压：7%以下,3)

10、 评价指标负载率,负载率,负载率越大，越接近线路的热稳定极限和动稳定极限，线路承受负载的能力越低，安全性能越差；负载率越小，经济性能越差,4) 评价指标负荷矩,负荷矩,电力工程电气设计手册规定：35kV输电线路的供电半径为20-50km；110kV为50-150km；220kV为100-300km。并给出了电压损耗为10%时各电压等级线路在使用不同型号导线时，对应不同功率因数的负荷矩。(下表功率因数为0.95,返回,5) 评价指标容载比,容载比,我国城市电力网规划设计导则规定：各地区城市电网规划设计中应根据现有统计资料和电网结构形式确定合理的容载比，并推荐220kV变电所可取1.82.35；3

11、5110kV变电所可取1.61.9,6） 评价指标用户平均停电时间AIHC1,用户平均停电时间,供电用户在统计期间的平均停电小时数,7） 评价指标供电可靠率RS1,供电可靠率,供电可靠率反映了一个供电企业的电网状况，供电水平和管理水平的高低。目前，国内供电企业宣布的供电可靠性一般能达到99.9%，即每年中对用户停电时间不超过9小时,1）供电可靠性 中国 RS=99.96% 日本 RS=99.998% 日本每户年停电时间为：6min； 法国每户年停电时间为：69min； 英国每户年停电时间为：80min； 美国每户年停电时间为：98min,2 ) 电力负荷密度 负荷（KW)/平方公里（KM2）

12、北京 1000012000 KW/KM2 上海 1400015000KW/KM2 伦敦 1800020000KW/KM2 东京 1900021000KW/KM2,8）供电电能质量,电压偏差 频率偏差 波形畸变 电压波动和闪变 电压三相不平衡,三、配电自动化的概念,配电自动化：是对配电网上的设备进行远方实时监视、协调及控制的一个集成系统。 手段：利用通信技术和计算机技术对配电网进行智能化监控管理。 目的：提高供电可靠性和供电电能质量，始终处于安全、经济的最优运行状态,配电网自动化系统的含义 配电网自动化系统(Distribution Automation System-DAS)是一个涵盖面很广，

13、用于管理与运行配电网的综合自动化系统，包含了配电网中的变电站，馈电网络及用户的管理、监控、优化等功能。 其功能内容大致可以分为四个方面，即： 变电站自动化 馈电线自动化 需求侧用电管理 配电管理自动化,34,配电管理系统与配电网自动化系统 将变电站自动化、馈线自动化、需求侧用电管理及配电管理自动化的有机集成称为配电管理系统（Distribution Management System-DMS）；将第一和第二部分相关的自动化系统合称配电自动化(Distribution AutomationDA,35,EMS和DMS在电力系统中的关系,发电厂,输电线,高压变电站,配电网,用户,AGC,调度自动化,

14、SCADA,需方管理,能量管理系统,配电管理系统,电网调度自动化,配电自动化系统,搞好配电自动化的意义,安全性：有利于调度控制和负荷管理 经济性： 1）降损节能 2）减员增效 可靠性：缩小故障影响范围；缩短故障处理时间 提高供电能力 改善电能质量 降低劳动强度，提高管理水平,实施配电网自动化的效益 1)实施变电站综合自动化后，变电站可节 约占地面积，同时，因可以实现无人值班，可节约人力及运行费用。 2)实现潮流控制，调整负荷，改善负荷曲线；充分利用现有设备潜力；推迟或减少新增发配电设备的投入。 3)合理及时调整运行方式，降低网损。 4)系统安全性、灵活性提高。 5)由于采取快速、准确的电压/无

15、功调节，利用DFACTS技术减少停电次数，停电持续时间，更合理地进行无功补偿，减少谐波含量等技术，电能质量得到提高。 6)用户可以得到按质论价的电力供应。 7)制度化的计算机处理，提高了服务质量。 8)达到节能效果,38,预防事故发生,提高供电可靠性的个对策,缩小事故区间,迅速进行负荷转移,配电网自动化与供电可靠性,预防事故发生 缩小事故区间 迅速进行负荷转移,提高供电可靠性的3个对策,通过区间分割来提高供电可靠性（区间分割的优点,1）缩小故障停电范围,区间分割后,用户,SW,SW,停电范围,停电范围,SW,SW,通过区间分割来提高供电可靠性（区间分割的优点,2）搜索故障点的快速化（搜索范围的

16、缩小,区间分割后,搜索范围,事故点,搜索范围,事故点,提高供电可靠性的3个对策总结,分割区間,系统构成复杂化,应用,经济性,设备利用率,迅速恢复事故,构筑多分割多连接网络,对停电时间和停电户数范围进行判断 现状：50分/年户 期望值：25分/年户 增设开关总数=总区间数*50% 制约条件：计划投资额/开关单价 =资金方面允许增设的开关台数,实际增设台数,要分割的区间的选定（区间分割工程） （1）区间选定 从全区间 根据区间负荷*K1+区间总长 *K2的大原则来选定N区间 综合考虑N区间和其他的条件来最后决定出要分割的区间数 （2）增设开关的工程,小区間化 的实施步骤,年度予算,配电设备投资与如

17、何进一步提高可靠性,投资费用,可靠性,投资与效果的界限,100,用DAS进一步提高可靠性,在多分割多连接的前提下增设DAS,预防事故发生 缩小事故区间 迅速进行负荷转移,提高供电可靠性的3个对策,0,0,15,150(分,3,60,90(分,5,30,0,25,55,停电户数,事故区间停电户数,非事故 区间停电户数,配电线事故,变电站事故,自动控制后,自动控制后,自动控制前,自动控制前,实施配电自动化前后的效果对比,48,四、配电自动化的功能,配电自动化有三个基本功能：安全监视、控制、保护。 安全监视功能：通过采集配电网上的状态量（开关位置和保护动作情况等）和模拟量（电压电流和功率等）以及电度

18、量，对配电网的运行装况进行监视。 控制功能：远方控制开关的合闸与分闸，远方控制有载调压设备的升压和降压，已达到所期望的目的。 保护功能：检测和判断故障区段，隔离故障区域，恢复正常区域供电,配电网自动化的基本功能,49,按配电网自动化系统的基础性功能划分 1）自动控制功能。 2）数据采集与处理功能。 3）人工控制功能。 4）保护功能 5）负荷管理功能。 6）远方计量功能。 7）各种管理、估计、计算的功能等,50,按配电网自动化系统的子系统划分 1）配电自动化(Distribution Automation-DA) 配电变电站自动化(Substation Automation-SA) 馈线自动化(

19、Feeder AutomationFA) 配电网的通信系统 DFACTS技术 远方抄表系统及其他配电自动化技术,51,配电网自动化系统的结构,52,五、配电自动化的发展,国外自动化的发展大致分为三个阶段 第一阶段：大约在70年代 主要目标：在重要的线段实现故障自动隔离，自 动抄表，试点工作。 是基于自动化开关设备相互配合的配电自动化阶段，其主要设备为重合器和分段器，不需要建设通信网络和计算机系统，自动化程度低，仅在故障时起作用，正常运行时不起监控作用，因此不能优化运行方式,第二阶段：80年代初期 主要目标：配电自动化设备投入，促进负荷控制 的发展。 是基于通信网络、馈线终端单元（FTU）和后台

20、计算机网络的配电自动化系统，在配电网正常运行时，也能起到监视配电网运行状况和遥控改变运行方式的作用，故障时能够及时察觉，并由调度员通过遥控隔离故障区和恢复健全区供电,第三阶段：80年代后期 主要目标：微机和通讯技术的发展，分布式实时 网络的出现。 是在第二阶段的基础上，增加了闭环自动控制功能，由计算机自动完成故障处理等功能，第三阶段的配电自动化系统的是形成了集配电网SCADA系统、配电地理信息系统、需方管理、调度员远方调度、故障呼叫服务和工作票管理等一体化的综合自动化系统,日本九大电力公司 北海道东北东京北陆 中部关西中国四国九州,日本电力公司概要,500,600,亿Kwh,89,97,96,

21、95,94,98,93,年度,700,510,596,643,667,690,699,720,九州电力公司总销售电量变化,日本DAS开发的历史,77年日本最早的配电自动化系统(九州电力) 85年采用GIS、真正意义的大規模配电自动化系统完成(获产业技术大奖) 86年北陆电力、关西电力引入 87年四国电力、东北电力引入 89年中部电力引入 90年北海道电力引入 94年九州电力实现100%开关的远动化 96年开发功能分散型的DAS系统(UNIX服务器) 97年多服务器型开放型系统 01年在九州电力已有80个系统投运,配电自动化系统（日本东京电力为例,日本国内第一个配电自动化系统工程,分/年.户,年

22、,九州停电时间,九州电力提高供电可靠性的历程,我国配电网自动化的发展工作起步于20世纪80年代末，其标志是石家庄和南通各引进了一套日本户上制作所赠送的配电网自动化环路设备，该设备相当于日本70年代装备水平，我国真正开展工作是在90年代 1990年沈阳局开始制定配电线路自动化方案 1993年邢台局和电科院制定自动化规划方案 1994年广州和大连开始配电自动化试验 1996年上海市东供电开始配电自动化工作,国内配电自动化发展概况,1998年 推进城网建设和改造工作会议 1999年 10KV配网自动化发展规划要点 2000年 配电自动化终端设备通用技术条件 特点： 1） 一期试点多为小规模 2） 控

23、制方式绝大多数为集中式，部分采用就地式（电压型） 3）架空线路为主 4）通信方式的多样化,国内配电自动化发展特点,实施配电网自动化的难点及分析 1)配电网结构复杂，加之网中配电变电站，开闭所总的电气设备数量大，信息量大，即使经过处理，仍会给DAS系统组织带来困难。 2)配电网有大量的FTU及TTU工作于户外，工作环境恶劣，通常要求能在较大温度范围内，湿度高于95%的环境下正常工作，并要考虑防雨、防雷等问题。 3)由于配电网的站端设备数量大、节点多，在一个配电网中往往根据需要，会有多种通信方式混合使用，以减少总的通道数量。 4)在配电网自动化系统中，工作于户外的设备的工作电源和操作、控制电源的可靠取得是一项必须解决的问题，否则若干自动功能不能实现。 5)目前，我国实现DAS，除个别新建小区，主要都是在已有配电