配电网自动化复习整理

1、配电网自动化复习整理（仅作参考）祝考试好运！说明：由于老师给出的内容不是考试题目，只是复习要点，真正考试题目内容可能不是以下回答形式，建议以书本理解复习为主，以下内容仅作参考、帮助记忆。1.1、1.2、1.5（配电网特点、配网自动化功能及其实现难点）配电网特点：1、配电网地域比较集中 2、电压等级低，级数多，单条馈电线传输功率和距离一般不大 3、网络结构多样、复杂。网络接线有辐射状、树状网及环网。在配电网运行中，4、不论哪种环式接线，均采取环式设计、开环运行。 5、在城市配电网中，电缆线路与架空线路的混合网络给电网运行和分析带来复杂性6、配电网内设备类型多且数量大，多种设备装与露天，工作条件恶

2、劣。7、配电网内运行方式多变8、配电网中采用的通信方式多，但通信速率没输电系统高。9、配电网中，即使自动化程度高，仍需要人工操作；而输电系统内，大多数设备为自动控制10、配电网内有大量电力、电子等非线性负荷，故将产生不容忽视的谐波。谐波必须抑制。配电网自动化功能：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。 配电网自动化实现难点：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

3、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网上进行改造。传统电网的改造必须增设大量的测量、控制设备。2.3、2.5、2.6（配网自动化对通信的要求、远动规约特点） 配电网自动化对通信的要求：1、 通信的可靠性通信系统必须具有高可靠性。在恶劣的气

4、候条件和电磁干扰下，系统均应可靠工作。2、通信系统的投资 对通信系统进行预算时，不仅要考虑设备的造价，还应估算通信系统使用期限和维护的费用，以实现总投资费用经济、合理。3、通信速率的要求 从功能的角度，在配电自动化系统中，进线监视、10kV开闭所和配电变电站监控和馈线自动化（FA）对于通讯的速率要求最高，其次是公用配变的巡检和负荷监控系统，远方抄表和计费自动化对于通讯的速率的要求较低。 从配电自动化系统结构的角度，集结了大量数据的主干线对通信速率的要求要远高于分支线对通信速率的要求。4、双向通信能力 配电自动化的大多数功能要求双向通信，如对于故障区段隔离和恢复正常区域供电的功能，则必须要求有双

5、向通讯能力的信道。 5、通信不受停电的影响 配电网的调度自动化功能和故障区段隔离，及恢复正常区域供电的功能要求，即使在停电的地区通信仍能正常进行。 6、通信系统的使用与维护方便性 配电自动化的通信系统构成规模往往较大，而且通常采用多种通信方式相结合，因此在设计上，应考虑尽可能地简化这一复杂的通信系统的使用与维护。通信远动规约及其特点：按信号发送时遵循的规则，即按通信规约划分为三类： 循环式CDT问答式polling分布网络DNP1、循环式CDTRTU为主动端，以固定方式周期地采集数据，并将信号严格按时间划分成一定规格形式，向调度端MS发送且循环进行，MS顺序接收信号。为正确工作双方必须严格同步

6、工作。 特点：1）实时性强；2）采用信息字校验方式；对信道要求不高；3）遥信优先，提高响应速度；4）允许多个RTU和多个主站进行数据传送；5）对一般遥测量响应慢，通道采用全双工；6）不允许多台RTU共线连接，RTU与MS之间点对点连接 2、问答式pollingMS是主动端，RTU为从动端，每个RTU有一站号，MS对RTU询问，对应RTU在接收到MS的命令后，必须在规定的时间内应答，否则认为本次通信失约。RTU没有收到MS的询问时，不向MS主动上报信息。异步方式传送，若干字节结合成一帧完整的询问或问答的信息。通常问答式一帧完整信息称为报文。 特点：1）多个RTU复用一个信道，半双工；2）变化信息

7、传送，压缩数据，提高传送速度；3）对事故响应慢；4）通信失败整幅报文丢失，对通信质量要求高 3、分布式网络DNP利用计算机局域网的通信方式加上远动通道构成DNP远动系统是一种对等式规约下的远动，能适应各种结构的网络，规约灵活。 特点：DNP规约支持问答式和自动上报数据传输方式，并支持分布式网络中应用的通信冲突碰撞避免/检测协议，可以认为它具有循环式与问答式远动的优点。 3.4、3.5（电压与无功功率的自动调控原理）原理解析：变电站及其进出线的等值电路如下（没找到相关电子图，绘制水平有限，变压器有点出入）：系统KILPL,QL负荷UsU1U2ULRT,XTQcRL,XL, RLRS,XS变压器分

8、接头调节原理分析：电压降落：US-U1=(PLRS+(QL-QC)XS)U1.1U1-U2=(PLRT+(QL-QC)XT)U2.2变压器的等值电阻很小则：U1-U2=(QL-QC)XTU2不考虑QC时，U1-U2=QLXTU2可推知：QL=(U1-U2）U22U2上式说明，经变压器向系统吸收的无功功率与U22成正比，通常正常运行时，认为U1不变，则当改变变比K时，K增大则U2减少，负荷吸收的无功功率减少；反之，K减小，QL增大。电容器补偿分析：由1、2式表明，补偿电容的投入将使无功功率导致的线路电压降损耗下降。在空载和低负荷时QC的存在会使变压器负荷侧电压升高，如不采取措施，可能达不到允许值

9、。现计算变压器有功、无功损耗：有功损耗：PT=(PL2+QL2)RTU22 无功损耗：QT=(PL2+QL2)XTU22当投入QC,其产生的有功损耗PQ=(QL-QC)2RTU22趋于减少，但当QL很小时或空载时，如果补偿电容C未切除，将有有功率损耗。所以为防止低负荷时出现电压过高及产生不希望的有功损耗，也应切除一部分补偿容量。以上是分析两种分别调节电压和无功的措施的原理，现对其综合调控原理进行分析：电压无功调控的目标是：要求电压偏差UL-ULN最小，QC尽可能接近QL，以达到P最小区域1、5无功合格，仅需调整电压，需分别对应将电压调低和调高；区域3、7电压合格，仅需调整无功，需分别对应投入和

10、切除无功电源 (电容器)；对于区域2、4、6、8，电压和无功均需调整，则存在先调电压还是先调无功的问题区域2：电压越上限，无功越上限。从无功来看，这时投入电容可减少系统的无功供应，但这会使电压进一步升高，故应先降电压再投入电容。控制轨迹为区域230。区域4：电压越下限，无功越上限投入电容既可减少系统的无功供应，又可升高电压，故应先投入电容，再调电压。控制轨迹为区域45 0区域6：电压越下限，无功越下限。从无功来看，应先切除电容，但这会使用电压进一步降低，所以应先升压，待电压合格后，再视无功状态切除电容。控制轨迹为区域670区域8：电压越上限，无功越下限。切除电容一方面可以提高系统的无功供应，另

11、一方面又可降低电压，故应先切除电容再调电压。控制轨迹为区域810 。纵观区域2、4、6、8的控制策略，实际上就是“顺时针”的控制策略，即先将这些区域控制到顺时针方向的下一个区域，再从该区域控制到合格区域0。 4.2、4.4（馈线自动化方案原理及其应用）（建议仔细阅读课本57 67页，并弄懂两次课堂作业题） 安装在馈电线上的设备较多，如柱上开关、分段器、重合器、步进调整变压器、可开断电容器以及线路参数检测装置等。凡与这些设备有关，旨在保证馈电线路安全优质供电的自动装置或系统，都属于馈电线自动化。 比较重要而典型的功能有：故障定位、隔离与自动恢复供电，馈电线运行数据检测、馈电线无功控制和电压调整及

12、负荷控制等。现按其主要功能介绍各种馈线自动化系统方案原理及其应用。在此之前有必要介绍几种种配电网自动化终端以及自动开关电器的原理和特性馈线远方终端FTU：其主要功能：遥信、遥测 、遥控 、微机保护、统计、事件顺序记录、事故记录、定值远方修改、自检和自恢复、远方控制闭锁与手动控制、对时功能、通信、装置均有工作与备用电源、抗恶劣环境、电能采集、环网重构配电变压器远方终端TTU 工作原理、基本功能与FTU相同 谐波检测、遥控应能满足电压无功调控的要求重合器（变电站馈线出线断路器CB、主干线分段断路器FB、分支线分界断路器ZB）重合器是具有多次重合闸功能和自具功能的断路器。具有故障电流检测和操作顺序控

13、制以及执行功能，即它能按预定的开断和重合顺序自动进行开断与重合操作，在达到预先整定的重合次数后，则进行闭锁，不再重合。 分段器是可以按照预定程序自动分断的负荷开关，是可以多次储能操作、带隔离断口的智能化负荷开关。故不能用来开断故障电流，只能开断负荷电流。 分段器在使用时以整定记录开断次数来实现与电源侧的前级开关配合。自动配电开关(电压型分段器)由开关本体(设由PVS构成)、电源变压器(T1,T2)及整流回路、故障检测继电器(FDR部分)辅助电路组成开关接入配电线时。根据实际的馈电情况，接人T1或T2供电。各种馈线自动化子系统方案及应用一、故障定位、隔离与自动恢复系统应用故障定位、隔离故障和自动

14、恢复供电系统，能使受到故障影响而停电的非故障区域迅速白动恢复供电，为实现这一功能。沿馈电线路将配置各种自动开关。1、最早的组成方式为重合器与分段器(包括电压一时间型分段器)的组成形式 2、全部由重合器、全部由带保护及重合闸的断路器组成的形式 现今，利用通信系统实现远方控制方式，是在每个分段开关处装设FTU并引入变电站主站及通信网来实现馈线自动化 l 重合器与分段器构成的系统以下是配合案例分析（具体请参考书本63、64页）1、重合器与电流型分段器组成的系统配合分析说明2、重合器与电压时间型分段器构成的系统配合说明特点：1)重合器与电流型分段器配合方式是配网自动化早期采用的方式、简单易行、投资少。

15、但分段器要记录一定次数后才能分闸，重合器有多次跳合闸过程，不利于开关本体，且对系统用户冲击大，可靠性低。同时，最终切断故障的时间过长，尤其是串联型网络远方故障时更严重。 2)重合器与电压型分段器配合时。对于永久性故障，重合器固定为两次跳合闸，可靠性比与电流型分段配合时高，但故障最终隔离时间很长，尤其串联级数较多时，末级开关完成合闸时间将会长达几十秒，影响供电连续性。 共同：非故障区短时停电，运方固定，简单网络l 带重合闸的断路器构成的系统开环运行手拉手网络中永久性故障处理过程如下：（具体见书65页）l 基于FTU的故障处理系统（略，参考书本66页）配电网采用基于FTU的故障处理系统时，其出线开

16、关、分段开关，联络开关均为断路器单相接地故障的处理（略）二、就地无功平衡与馈电线电压调整根据无功就地平衡原则，若能在配电线路上进行无功就地补偿，则配电网基本不送或只送很少无功。而且在馈电线上进行电容器的投切，投资少、见效快。目前，补偿电容器已安装到配电变，由TTU实现监控。馈电线的无功平衡与电压调整可相对独立实施或配合运行。三、负荷控制系统负荷控制系统是指配电网借助通信方式，实现对用户负荷控制的自动控制系统它是配电自动化的一个组成部分，是实现节约用电、安全用电的一项重要技术手段。 根据采用的通信方式的不同，当今的负荷控制系统可分为 1、工频负荷控制系统 2、音频负荷控制系统 3、配电网载波负荷

17、控制系统 4、无线电负荷控制系统。5.3、5.4、5.6（SSB、SVG、CPC原理） SSB（固态断路器Solid State Breaker）原理结构图如上所示：SSB是由大功率率门极可关断晶闸管(GTO)或晶闸管(SCR) 构成的交流可控开关。 由数组GTO组成的单相交流可控开关电路，当应用于三相电路时，由三组相同电路组成。 SSB由两只GTO反向并联组成一个交流开关模块。并在模块两端并上吸收保护装置(SNBR) 当门极加负向触发信号时，GTO能自行关断。 GTO经过不大于2 s 的关断时间可关断回路，开通时间一般也只为12 s，因此，SSB是高速开关 由于跳闸时间极快，故可提高系统故障

18、切除时间或使停电时间缩短，并可选择合适的跳闸时刻，例如，选择在电流过零时动作，可降低过电压。SSB与故障限制器配合，则可构成功能更完备的断路器。SVG（静止无功发生器Static Var Generator）由直流电容器C、可控电压型三相变流器、与系统连接的变压器T组成。以上为SVG及其控制系统框图控制器作用： 保持电容C上的电压Ud为恒定，这样，变流器处于逆变工作时，视为接于一恒压源； 控制各GTO的通断，实现无功功率的补偿及抑制电压波动。 通过控制GTO的开断，对工作于逆变状态的变流器产生的有规律的可控脉冲波处理后，在交流侧产生一个相位与幅值均可调的基波对称的三相正弦电压。 等值电路中，输

19、出电压ÚG，变压器短路阻抗及逆变过程损耗等效阻抗之和为r+jx，系统母线电压ÚS 将SVG视为等效阻抗，i为系统输入装置的电流 逆变工况下： 1、当|ÚG|高于系统电压|ÚS|时，SVG等效为一电容器，发出滞后的无功功率给系统。 2、当|ÚG|低于系统电压|ÚS|时，SVG等效为一电抗器，发出超前无功功率。设系统三相对称，且无谐波，ÚS与ÚG的相位差角为s，且ÚS领先ÚG时， 为正，反之为负可见， >0, P<0, Q>0,SVG吸收有功，发无功 <0, P<0,Q

20、<0,SVG吸收有功，吸收无功 =0，装置与系统无功率交换。 故改变大小、方向，就可以改变装置输出无功的大小及性质。同时，表明0时，P始终为负，说明装置总要从系统吸取一定的有功功率来维持电容器电压Ud及平衡装置的损耗。CPC（用户电力控制器 Customer Power Controller）用户电力控制器可视为SVG和DVR的结合，故先介绍DVR（动态电压恢复器 Dynamic Voltage Restorer ）DVR主电路结构示意图如下所示：动态电压恢复器DVR由三相变流器、直流储能装置、滤波器、串接入线路的变压器、装置控制器 组成。接入系统后等值电路如下：当电网电业不符合敏感负荷

21、要求是，DVR通过检测电网侧电压或负荷侧电压后，经控制策略运算产生控制信号对逆变器进行控制，DVR经串接变压器向馈线电压注入幅值、相位可调的电压UD使负荷电压质量得到保证。而CPC的结构示意图如下：两台变流器共用直流电容C并联变流器1及变压器T1组成SVG变流器2与变压器T2组成DVR由此可见CPC兼有SVG和DVR的功能可作配电站无功补偿、调压、谐波抑制、提高供电质量、改变T2线路潮流。6.1、6.3、6.5（EMS与DMS异同、重构及其算法） EMS(energy management system)和DMS(Distribution management system)的异同：DMS与E

22、MS都是调度自动化系统，由于所管理网络范围的特点，两者有较多的异同点。 (1)DMS与EMS的相同点1)均是通过远动通道从RTU收集电网中设备的状态量与量测值，并可由调度端下达命令，从而实现SCADA功能； 2)均具有若干(远方或就地)自动控制功能； 3)均具有多种应用软件，如潮流计算、短路电流计算、状态估计、网络分析等； 4)均存储有历史数据，供检索与分析使用;5)均能与其他相关计算机应用系统(如MSS系统)相连，共享数据。(2)DMS与EMS的相异点 1)DMS没有自动发电控制AGC，及与此关联功能 2)DMS面对的配电网，地域虽不及输电系统广，但网络复杂，多为辐射型结构 3)配电网的设备

23、类型多，数量大 4)基于2)、3)点，DMS的RTU数量大，此外DMS还有TTU收集信息 5)DMS中数据库规模远比所连输电系统中的数据库大;6)由于配电网网络复杂，直到目前，配电网中仍有较多人工操作， 7)配电网内通信方式多，但通信速率要求不高 8)配电网运行方式变化比输电系统多，检修更新也频繁 网络重构及其算法：网络重构，就是指，通过人工或自动方式，改变一些开关、刀闸的分、合状态，使网络的拓扑结构发生改变，形成新的结构。网络重构的意义：1、通过网络重构，是降低配电网线损的又一个重要而有效的途径。 2、通过网络重构还可以均衡负荷，消除过载，提高供电质量 3、馈线自动化的自动恢复供电操作就是应

24、用网络重构方法隔离故障区域，向受故障影响而停电的区域恢复供电的实际应用。 4、一个实际的配电网，必须具有重构网络拓扑的可能，这才能保证配电网运行的可靠性、灵活性、经济性。因此，网络重构是配电网调度控制中的一项重要功能。 算法：网络重构是一个多目标非线性混合优化问题，现有算法多以网损最小为优化目标，在满足电压质量、线路不过载等各种运行约束条件。无论何种重构算法，其算法流程大致如下：以下简介OFP和SEM:最优潮流模式算法OFP(Optimal Flow-Pattern)OFP算法以网损最小为目标，算法步骤是:1)先将网络中所有联络开关闭合，整个网络形成一个多环网;2)将构成环网的支路的阻抗换成电

25、阻，在满足约束条件下，由KCL和KVL定律求得环网支路的电流分布，此即最优潮流模式(OFP);3)断开OFP中流过电流最小的开关，环网变成辐射网，重复2)的计算，且网络己是开环，认可这时的开环网络是最优重构。在重构过程中，若断开电流最小的开关，计算上未满足约束条件时，则取消上次操作，即重新合上已断开的开关。开断另一电流最小的开关，重复2)3)，直到得到合格结果。(2)优缺点1)优点:OFP算法是将开关组合问题转化为优化潮流计算问题。使复杂问题得到简化。2)缺点:初始时，闭合所有开关，形成多环网，在求解OFP时，各环网潮流相互影响，断开开关的先后顺序对计算结果有较大影响;确定一个待开开关，有可能需要计算两次环网潮流.计算量大。针对OFP算法，有若干改进方法。例如:每次只合一个联络开关;辐射状网的分支仍用阻抗，从而使结果更符合实际等。开关交换算法SEM（Switch Exchange Me