配电自动化系统-chapter5

第5章配电SCADA系统的组织中国矿业大学信电学院概述电力系统统的复杂杂性和重重要性使使得其离离不开监监视和控控制。传统的监监控任务务使用模拟屏（（Mimicboard）实现，屏屏上有一一个系统统接线图图，展现现了系统统的概貌貌。上面面是仪表表指示灯灯等，从从现场采采集的各各种信号号被送到到接线图图对应的的部件上上，从模模拟屏上上可以直直接查看看系统的的实时情情况。这种方法法简单直直观，但但是成本本太高，，维护不不方便，，功能有有限，当当系统增增大时需需要很大大的空间间来增建建模拟屏屏。同时随着着模拟屏屏的增大大，其直直观性也也逐渐消消失。中国矿业业大学信信电学院院中国矿业业大学信信电学院院中国矿业业大学信信电学院院中国矿业业大学信信电学院院随着计算算机技术术的发展展，用计计算机屏屏幕来显显示系统统的接线线图、实实时状况况变得切切实可行行。SCADA系统就是是在这样样一个发发展过程程中的产产物。SCADA———“SupervisoryControlAndDataAcquisition”，监视视控制和和数据采采集。。SCADA采集安装装在各个个配电设设备处的的终端单单元上报报的实时时数据，，并使调调度员能能够在控控制中心心遥控现现场设备备。包括数据据库管理理、数据据采集、、数据处处理、远远方监控控、报警警处理、、历史数数据管理理以及报报表生成成等功能能。中国矿业业大学信信电学院院SCADA一般由中中央监控控系统、、通信系系统、现现场执行行设备等等三部分分组成。。SCADA系统简单单示意图图中国矿业业大学信信电学院院电力系统统的SCADA技术是从从电网调调度自动动化技术术发展而而来的。。1965年美国东东北发生生了一次次大的停停电事故故，这使使许多电电力公司司意识到到，仅仅仅依靠远远动装置置在模拟拟盘上显显示信息息已经无无法满足足复杂电电网的安安全运行行的要求求。因此在电电力系统统中开始始把计算算机运用用到安全全分析评评价方面面，从而而导致了了电网监监控系统统——SCADA的出现，，这是电电网调度度自动化化的一个个平台。。中国矿业业大学信信电学院院利用SCADA系统，调调度员可可以掌握握电网当当前的运运行工况况以及发发展趋势势，给电电网调度度带来很很大的方方便。另外利用用SCADA系统采集集的实时时信息可可以对电电力系统统的扰动动进行快快速的分分析计算算，从而而预测跳跳闸的后后果；可可以开发发在线潮潮流计算算、系统统仿真、、校正控控制等高高级功能能软件。。电力系统统电能的的生产包包括发电电、变电电、输电电、配电电等几个个环节，，各环节节的电能能设备（（发电机机、变压压器、输输电线、、电网馈馈线以及及各种开开关、刀刀闸和隔隔离设备备、用户户用电设设备等））共同构构成了电电力网。。中国矿业业大学信信电学院院电力网又又可以分分为输电电网和配配电网。。与之相相对应的的SCADA系统也可可以分为为输电SCADA系统（TSCADA）和配电电SCADA系统（DSCADA）。电力系统统的SCADA系统最初初只是在在输电系系统进行行开发。。随着配配电自动动化的实实施，SCADA系统逐步步被引用用到配电电网的监监控中，，虽然配配电SCADA起步较晚晚，而且且功能和和输电基基本相同同，但是是并不意意味着可可以照搬搬输电的的SCADA。相反，配配电的SCADA系统比输输电的SCADA系统更为为复杂，，具有其其独特性性：中国矿业业大学信信电学院院配电SCADA的特点点1、配电网网一般是是树状结结构，不不仅有集集中在变变电所的的设备，，还有大大量分布布于馈线线沿线的的设备（（如柱上上变压器器、开关关等），，数据分分散、点点多、每每一点信信息量较较少，采采集信息息比输电电网困难难；2、配电网网设备较较多，数数据量一一般要比比输电网网多出一一个数量量级；3、配电网网的操作作频度及及故障频频度远比比输电网网多，因因此采集集的信息息应该能能反应配配电网的的故障，，例如短短路故障障前后的的电压和和电流；；中国矿业业大学信信电学院院4、配电网网是三相相不平衡衡网络，，而输电电网是三三相平衡衡网络，，因而无无论在计计算上还还是在SCADA图形监视视上，都都不尽相相同；5、对于配配电网而而言，需需要有建建立在SCADA系统之上上的具有有故障隔隔离能力力及恢复复供电能能力的自自动操作作软件；；6、配电网网因其点点多面广广，配电电网SCADA系统对通通信系统统提出了了比输电电网更高高的要求求；7、配电网网直接连连接用户户，由于于用户的的增容、、拆迁、、改动等等原因，，使得配配电网SCADA系统的创创建、维维护、扩扩展工作作量非常常大。中国矿业业大学信信电学院院配电网SCADA系统统的任务务配电网SCADA系统是配配电网自自动化的的基础。。作为电电力系统统自动化化系统的的一个底底层模块块，配电电SCADA肩负着几几项重要要的任务务：向配电网网的调度度、管理理人员提提供配电电网的实实时数据据、信息息，方便便他们了了解配电电网的实实时情况况和负荷荷变化的的趋势；；为各种电电力系统统自动化化高级功功能软件件提供准准确、及及时的信信息，从从而实现现对配电电网乃至至整个电电网的优优化控制制、调度度、故障障预测和和排除，，提高供供电质量量、供电电的可靠靠性和安安全性；；用远方遥遥控代替替手工操操作，提提高工作作效率，，减轻运运行、操操作、维维护人员员的劳动动强度。。中国矿业业大学信信电学院院配电SCADA系统的的功能从功能上上看，配配电网的的SCADA系统和其其他系统统的SCADA系统大致致相同，，主要实实现“四四遥”功功能，即即：遥信：采集配配电网的的各种开开关设备备的实时时状态，，通过配配电网的的信道送送到监控控计算机机。遥测：采集配配电网的的各种电电能（如如电流、、电压、、用户负负荷、电电度等））的实时时数值，，通过配配电网的的信道送送到监控控计算机机。遥控：操作人人员通过过监控计计算机发发送开关关开合命命令，通通过配电电网信道道传达到到现场，，使现场场的执行行机构操操作开关关的开合合，达到到给用户户送电、、停电等等目的。。遥调：操作人人员通过过监控计计算机或或者高级级监控程程序自动动发送参参数调节节命令，，通过配配电信道道传送到到现场，，使现场场的调节节机构对对特定的的参数进进行调节节，达到到负荷大大小、电电压、功功率因数数调节等等目的。。中国矿业业大学信信电学院院此外，配配电网SCADA系统也同同样要给给监控、、操作人人员提供供画面，，要给电电力系统统其它高高级管理理软件提提供数据据共享的的接口。。中国矿业业大学信信电学院院配电SCADA系统组织织的基本本内容SCADA包括配网进线线监控、、配电变变电站自自动化、、馈线自自动化、、配变巡巡检及低低压无功功补偿四个组成成部分。。1、配电网网进线监监控进线监控控一般完完成对来来自主变变电站的的向该配配电网供供电的线线路的开开关位置置、保护护动作信信号、母母线电压压、线路路电流、、有功和和无功功功率以及及电能量量的监控控。中国矿业业大学信信电学院院2、馈线自自动化(FeederAutomation，FA)是指在正正常情况况下，远远方实时时监控馈馈线分段段开关与与联络开开关的状状态和馈馈线电流流、电压压情况，，并实现现线路开开关的远远方合闸闸和分闸闸操作以以优化配配网的运运行方式式，从而而达到充充分发挥挥现有设设备容量量的目的的；在故障时时获取故故障信息息．并自自动判别别和隔离离馈线故故障区段段以及恢恢复对非非故障区区域的供供电，从从而达到到减小停停电面积积和缩短短停电时时间的目目的；在单相接接地等异异常情况况下，对对单相接接地区段段的查找找提供辅辅助手段段。中国矿业业大学信信电学院院3、开闭所所和配电电变电站站自动化化开闭所和和配电变变电站白白动化(SubstationAutomation，简称SA)。完成对配配网中配配电开闭闭所、小小区变的的开关位位置、保保护动作作信号、、小电流流接地选选线情况况、母线线电压、、线路电电流、有有功和无无功功率率以及电电能量的的远方监监控、开开关远方方控制、、变压器器远方有有载调压压等。4、配变巡巡检及低低压无功功补偿对配电网网中箱式式变电站站、变台台等的参参数进行行远方监监控和低低压补偿偿电容器器的自动动投切利利远方投投切等。。中国矿业业大学信信电学院院配电网进进线监控控的内容容一个区域域的中压压配电网网不是孤孤立的，，该地区区的主变变电站(如110kV变电站等等)的中压出出线为配配电网提提供电源源．因此此必须对对这些主主变电站站的相应应出线进进行监控控，此外外为了准准确把握握主变的的剩余容容量，三三绕组变变压器的的三侧电电气参数数均应采采集。对于一个个由若干干座110kV变电站供供电的配配电网，，具体地地有：中国矿业业大学信信电学院院配电网进进线监控控的内容容1．遥测①主变电站站中供给给该配电电网的所所有l0kV线路的电电流、有有功功率率和无功功功率；；②主变10kV侧的电流流、有功功功率和和无功功功率；③对于三绕绕组变：：主变35kV侧两相电电流、有有功功率率和无功功功率；；④中压母线线电压。。2．遥信主变电站站中供给给该配电电网的所所有10kV线路开关关的位置置；10kV母线分段段开关和和主变10kV侧开关的的位置；；保护动作作信号；；异常信信号。3．遥控主变电站站中供给给该配电电网的所所有10kV线路开关关合闸／／分闸。。4．电能主变电站站中供给给该配电电网的所所有l0kV线路的有有功电能能和无功功电能。。中国矿业业大学信信电学院院配电网进进线监控控的两个个方式为了减少少设备重重复投资资，配电电自动化化系统应应充分利利用地区区电网调调度自动动化系统统的通道道和设备备，一般般可以来来取以下下两种方方式方式1方式2主要特征通过地调SCADA系统转发获得所需信息通过主变电站的一发两收RTU获得所需信息所需资源地调SCADA系统须：具有转发功能；和配电自动化控制中心有通道主变电站的RTU应具有一发两收功能，并且为配电自动化控制中心留有专门的通道主要优点对主变电站的RTU没有特殊要求，也不需要在主变电站为配电自动化控制中心留有专门的通道可以对主变电站中为该配电网供电的进线开关进行遥控主要缺点不便对主变电站中为该配电网供电的进线开关进行遥控，地调SCADA系统须留有向配电自动化控制中心有的转发工作站和通道对主变电站的RTU有特殊要求，且必须在主变电站为配电自动化控制中心留有专门的通道中国矿业业大学信信电学院院配电变压压器监控控柱上配电电变压器器、箱式式变和用用户变电电所的自自动化监监控是类类似的，，一般应应具有如如下功能能：以重要箱箱式变监监控为例例(一般采用用专用通通道)遥测：①①箱式变变低压出出线三相相总电流流、有功功功率、、无功功功率和功功率因数数；②箱式变各各低压出出线三相相电流、、有功功功率、无无功功率率和功率率因数；；③箱式式变低压压出线三三相电压压。遥信：①①箱式变变高压进进线负荷荷开关的的位置；；②箱式变低低压出线线开关的的位置；；③故障障指示器器功作信信号；④④异常信信号；⑤补偿电容容器的投投切情况况。遥控：①①箱式变变高压进进线负荷荷开关合合闸/分闸；⑦⑦箱式变变低压出出线开关关合闸／／分闸；；③无功功电压综综合控制制启动/停役；④④重合闸闸启动/停役。电能：箱箱式变低低压出线线有功电电能和无无功电能能。中国矿业业大学信信电学院院故障处理理：故障障跳闸后后根据故故障指示示器动作作信号判判断故障障区域、、恢复健健全区域域正常供供电。负荷管理理：根据据配电网网的负荷荷均衡程程度合理理选择箱箱式变的的电源。。报警功能能：电压压过高或或过低、、过电流流或故障障报警功功能。电压无功功综合控控制：根根据网上上电压和和无功参参数，通通过实时时地对一一组电容容器的自自动投切切来实现现。抄表集中中转发功功能。对时功能能。事件顺序序记录(SOE)功能。停电后仍仍维持工工作功能能。中国矿业业大学信信电学院院构造配电电SCADA系统应进进行的工工作1）10kV线路的分分段、联联络开关关能具备备电动分分合闸，，并分别别装设FTU单元；2）10kV配变应装装设TTU单元；3）开闭所与与配电变变电站内内应装设设RTU，或微机综综合保护护测控装装置；4）10kV进线监控控由地调调或区调调转发；；5）市区供电电局设置置基于计计算机网网络的配配电SCADA系统；6）合理选择择通信方方式，满满足实时时性数据据传输的的要求；；7）对分散的的测控点点，可设设置区域域工作站站。中国矿业业大学信信电学院院配电SCADA系统的体体系结构构中国矿业业大学信信电学院院配电自动动化的混混合通信信方式中国矿业业大学信信电学院院配电SCADA系统的功功能与特特点DMS的SCADA系统特点点：1）系统统采用开开放式平平台组成成，具有有方便灵灵活的图图形界面面，使用用多窗口口技术显显示各种种图形；；2）可接接收GIS的地理图图形数据据，组成成SCADA地理接线线图；3）具有有网络拓拓扑分析析能力，，采用不不同颜色色和图标标以区分分线路是是否带电电、是否否接地；；4）支持持变电站站综合自自动化系系统，实实现保护护投切和和监视、、保护定定值选择择及故障障录波、、测距数数据的收收集等功功能。中国矿业业大学信信电学院院配电SCADA功能（1）数据采集集：遥测、遥遥信，根根据RTU等采集信信息，在在屏幕上上以图形形、列表表等方式式显示电电网运行行工况。。报警（Alarm）：设备过负负荷、越越限、断断路器事事故跳闸闸时发出出警报（（预警、、告警））。事件顺序序记录SOE扰动后追追忆PDR（PostDisturbanceReview)：记录事故故前后一一段时间间间隔的的重要实实时数据据。远方控制制和远方方调整计算（Calculation）趋势曲线线（Trend）和棒图（Bargraph）中国矿业业大学信信电学院院配电SCADA功能（2）历史数据据存储（History）和制表打印印（Report）事件记录录（EventLog）时钟（Clock）模拟盘接接口（MapboardInterface）支持无人人值班的变电站站综合自自动化动态线路路着色地理接线线图：通过GIS系统为SCADA系统提供供作为背背景画面面的地理理图。中国矿业业大学信信电学院院SCADA采集信息息显示例例子－厂厂站单线线图中国矿业业大学信信电学院院SCADA采集信息息显示例例子－厂厂站单线线图部分分放大中国矿业业大学信信电学院院SCADA采集信息息显示例例子－棒棒图适合显示示机组出出力，电电压等数数据。中国矿业业大学信信电学院院SCADA采集信息息显示例例子－曲曲线适合显示示某个量量的变化化趋势，，如系统统负荷、、频率、、电压等等。中国矿业业大学信信电学院院1.汉汉中市市配电SCADA系统市区主要要由3座110kV变电站（东东郊变、、西郊变变、鑫源源变）和和1座35kV变电站。。公网配配变总容容量9350kVA，城区负负荷比较较密集，，现有10kV线路9条，呈辐辐射状供供电网络络。在实施市市区配电电自动化化工程当当中．允允分考虑虑了配电电自动化化系统(DAS)与MIS系统的衔衔接问题题，并允允分利用用了供电电局地调调所的资资源，达达到了经经济而且且实用的的目的。。典型配电电SCADA系统的组组织中国矿业业大学信信电学院院中国矿业业大学信信电学院院基本原则则根据地理理分布，，划分为为4个区区域。站点多，，将分散散的测控控点先集集结成若若干个点点，再上上传。市区配电电网分布布比较集集中。测控点到到区域站站：屏蔽蔽双绞线线（必要要时加中中继）区域站到到控制中中心：3个在110KV站内，可可借助原原有的数数据传输输通道。。1个在市市区电业业局，屏屏蔽双绞绞线FTU、、TTU区域工作作站中国矿业业大学信信电学院院配电开闭闭所：与与控制中中心采用用屏蔽双双绞线加加中继小区变、、箱变、、配变：：公用电电话网。。用户：具具有远方方抄表功功能的电电度表，，低压配配电线载载波通信信到配变变。中国矿业业大学信信电学院院控制中心心在供电局局建设配配电自动动化控制制中心并并兼有市市区调度度中心功功能，实实现H市市35kV变电电站、市市区10kV配配电网、、H市主主变电站站的35kV和和10kV出线线监控以以及重要要用户负负荷监控控。在H市供供电局和和市区电电力局之之间(相相距4km)架架设8芯芯单模光光纤，并并设置交交换机构构成1000M光纤网网络，实实现管理理信息网网的连接接。在两两地的连连接光缆缆中辟出出两芯配配以光收收发装置置构成市市区电力力局至供供电局的的实时数数据通道道。中国矿业业大学信信电学院院子站与终终端利用H市市区配电电网比较较集中的的特点，，采用架架设屏蔽蔽双绞线线的方式式构成区区域中各各测控对对象(包包括柱上上开关、、重要小小区变、、重要箱箱式变和和柱上公公网配电电变压器器)到配配电子站站的分支支通信线线路。对于传输输距离较较长的分分支采均均中继方方式延长长距离，，最长传传输距离离可以达达到4km。对于一般般小区变变、一般般箱式变变和柱上上专线配配电变压压器采用用公用电电话网和和配电自自动化系系统联络络。中国矿业业大学信信电学院院子站与主主站4个配电子子站中有有三个位位于110kv变电站中中，可以以借助相相应110kV变电站到到H市供电局局的数据据传输通通道实现现这些配配电子站站与配电电自动化化控制中中心的联联络；另一个配配电子站站设置在在市区电电力局，，通过专专门架设设的光纤纤数据通通道实现现市区电电力局配配电子站站与配电电自动化化控制中中心的联联络。市区的6座10kV配电开闭闭所距离离市区电电力局均均较近，，采用架架设屏蔽蔽双绞线线并加中中继的方方式集结结在市区区电力局局．然后后通过光光纤数据据通道实实现这些些配电开开闭所与与配电自自动化控控制中心心的联络络。中国矿业业大学信信电学院院在各配电电开闭所所内分别别安放RTU对对其进行行测控；；在各重要要小区变变、重要要箱式变变和柱上上公网配配电变压压器处分分别安故故TTU对其进进行测控控；在一般小小区变、、一般箱箱式变和和柱上专专线配电电变压器器处分别别安放MTU对对其进行行测控；；在各10kV柱柱上开关关处分别别安放FTU对对其进行行测控。。10kV主变电电站的10kV侧信息息通过与与市地调调数据交交换获得得。中国矿业业大学信信电学院院在各配电电子站，，分别设设置FTU集结结器(FTU——HUB)和TTU集集结器((TTU—HUB)各各一台。。FTU—HUB和TTU——HUB分别通通过各自自的信道道和配电电自动化化控制中中心通信信。配电开闭闭所内的的RTU则先集集结到市市区局，，然后通通过光纤纤数据通通道和配配电自动动化控制制中心通通信。中国矿业业大学信信电学院院中国矿业业大学信信电学院院2．银川城城区配电电SCADA系统现有基础础：YC市的城区区配电网网的特点点是网络络主要集集中于2kmx3km的地理范范围内，，因而有有可能采采取一些些特殊的的方法，，以较低低的代价价构成有有效且可可靠的通通信网络络和电源源供应策策略。城城区配电电网的主主要馈线线换上了了具有电电动操作作机构的的真空开开关，开开闭所和和小区变变大多是是新投设设备，因因此具有有实现自自动化的的基础。。重要的开开闭所和和小区变变共有30余座，主主干线路路的分段段开关约约有100余台。如如果将这这些站点点均直接接纳入自自动化系系统中，，则由于于站点太太多，不不仅造成成后台计计算机网网络组织织困难，，而且为为将这些些站点的的信息传传送到控控制中心心，也必必须建设