配电系统自动化及其新技术

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1、2018/9/22,配电系统自动化及其新技术,太原电力高等专科学校电力工程系武晓冬,2018/9/22,主要内容,配电网、配电系统自动化基本概念 配电网通讯技术 馈线自动化 地理信息系统（GIS）在配电网中的应用 配电网无功补偿的相关问题,2018/9/22,第一章 配电网、配电系统自动化的基本概念和基本理论,2018/9/22,1.1配电网及其特点,定义：把电力系统中二次降压变电所低压侧直接或降压后向用户供电的网络，成为配电网（Distribution Network） 。 组成 ：由架空线或电缆配电线路、配电所或柱上降压变压器直接输入用户构成。,2018/9/22,配电网的分类,按电压等级

2、分 高压配电网（220kV、110kV、35kV） 中压配电网（10kV、6kV、3kV） 低压配电网（380V、220V） 个别企业电压等级不同：如电气化铁路为55kV，煤矿井下为1140V，其它个别企业有660V（600V）,2018/9/22,配电网的分类,按所在地域或服务对象分：城市配电网和农村配电网 按配电线路形式分：架空配电网和电缆配电网 按体系结构分：辐射状网、树状网、环状网,2018/9/22,2018/9/22,配电网的特点,深入城市中心和居民密集点； 传输功率和距离一般不大（中压供电半径，市中心不大于2公里，中心区外不超过34公里）； 供电容量、用户性质、供电质量和可靠性要

3、求千差万别，各有不同； 我国配电网为中性点不接地系统，在发生单相接地时，仍允许供电一段时间（国外有些直接拿来不能用，需结合配电网实际情况，逐步加以改进）。,2018/9/22,1.2配电网现状及当前存在的主要问题,与世界发达国家相比，我国的配电系统发展起步较晚，发展水平较低，建设相对落后。城市配电网，特别是老城网，已或多或少滞后于城市的经济发展，成为制约城市发展的瓶颈。配电网结构不合理，电力设备数量多但性能落后、免维护水平低且不适合自动化要求等，导致停电事故频繁发生，可靠性较低，严重影响了人民的生活水平和经济建设的发展,2018/9/22,各国发电、输电、配电投资比例,发达国家：电网（包括输电

4、与配电）投资大于电源投资，配电网投资又明显大于输电网投资 我国：电网投资不到电源投资的一半，且配电网投资又小于输电网投资。,2018/9/22,当前配电网存在的问题,中压配电网的网架结构薄弱 城市中压配电网发展处于一种无序状态，网络结构极不合理，突出表现在网架结构薄弱，主次网架不清晰，多分段多互联的网络连结未形成。 近年来，配电网负荷增长迅速，给城乡配电网带来了很大的压力，相当多的一些设备因为过负荷而发生故障，用户电压不稳定，网络损耗过大，故障发生频繁等问题。,2018/9/22,当前配电网存在的问题,城市配电网技术落后，网络自动化水平低 我国配电网自动化技术水平普遍较低，虽然近年来也引进和开

5、发了一些新的技术，同国外相比差距仍很大。配电网设备落后陈旧，安全性差，能耗大，故障频繁。同时，网络自动化水平低，在城市电网中，中压配电网的自动化是一块空白。,2018/9/22,当前配电网存在的问题,线路损耗率较高，电压合格率普遍较低 目前，配电网普遍存在线损较高的问题。我国输配电线路的线路损耗率在10%以上，农村电网的线损率高达20%以上。同时，电压合格率也普遍较低。根据统计，我国10kV(6kV)的配电网功率因数在0.650.8，低压农网在0.60.7，这些主要与城市配电网结构、原建设标准低以及负荷发展的特点有关。早期建设的配网线路已经不适合当前的城市发展需要和电力体制改革的要求。,201

6、8/9/22,当前配电网存在的问题,电网供电可靠性低，电网规划不科学 据2000年对我国286座城市统计，中压配电网的平均供电可靠性为99.887。而1998年，英国的供电可靠性己达99.988，美国达99.984，法国达99.991，日本东京电力公司达99. 999。我国的配电网规划和设计，主要是由规划人员依据个人经验和局部计算来进行，在有限的条件下解决负荷增加、线路过载、电压偏低等不断出现的新问题。对于规模日益扩大的配电网，这种规划方法将越来越难以进行配电网的合理建设和经济运行。,2018/9/22,配电网优化的意义,降低配电网线损，提高系统经济性 长期以来，电力部门不断的降低电力系统的能

7、耗和线损，提高电力系统的运行经济可靠性。西方主要工业国家的线损率大致在58，我国为10，与发达国家相比尚有差距。35110kV配网线损是地区线损的重要组成部分，1995年全国城网110kV以下配网线损占总线损的60，可见降低配网线损是降损工作的关键问题之一，在正常运行时，通过网络优化改善电网运行方式从而达到降低配网网损的目的。,2018/9/22,配电网优化的意义,均衡负荷，消除过载，提高供电电压质量 在配网中，每条馈线均有不同类型的负荷如：商业类、民用类和工业类。由于不同类型负荷的日负荷曲线是不同的，在变电站的变压器及每条馈线上峰值负荷出现的时间是不同的，通过网络优化，可以将负荷从重负载或是

8、过负载馈线（或变压器）转移到轻负载（或变压器）上，这种转移不仅调节了运行馈线的负荷水平，消除馈线过载，还能改善电压质量，同时也可以有效地减小整个系统的网损。,2018/9/22,配电网优化的意义,提高供电可靠性 在配电系统发生故障时，可以打开配电系统中的某些分段开关隔离故障，同时合上某些联络开关把故障线路上的部分或全部负荷转移到其它线路上去，从而起到快速隔离故障和恢复供电的目的。 此外，从我国配电网的发展状态来看，配电网仍需要大量建设，随着我国1000kV电压等级线路的建设，220kV电网将由主干网变为配电网，这些都为配电网的发展创造了良好的条件。,2018/9/22,配电网优化的意义,我国的

9、配电网的运行中存在的突出问题表现为资金投入不足，网损较高和可靠性较低，而配电网优化能够解决我国配电网现存的问题。但是，这三者之间存在着一定的抵制关系，要想降低网络损耗和提高供电可靠性，就势必会增加资金投入，但过多的资金投入会给供电企业造成投资压力。所以需在资金投入，网络损耗和可靠性这三者之间寻求一条最优途径，以满足配电网改造的实际要求。,2018/9/22,1.2配电系统自动化的概念,“配电系统自动化”这一术语是20世纪90年代由美国提出，但迄今为止，对配电自动化及其相关的一系列技术，国际上尚无同一的定义和规范。 配电系统自动化：是利用现代电子、计算机、通信及网络技术，将配电网在线数据和离线数

10、据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电和配电管理的现代化。不仅是定义，还给出了配电系统自动户的内容及功能。,2018/9/22,配电网管理系统（Distribution Management System，DMS）：把从变电、配电到用电过程的监视、控制和管理的综合自动化系统。,2018/9/22,DMS和EMS的关系,2018/9/22,配电自动化的内容,网络分析和优化 DMS 工作管理系统 调度员培训模拟系统 10kV开闭所、变电站自动化 配电SCADA系统（进线监视） 馈线自动化 配电自

11、动化 变压器巡检和无功补偿 地理信息系统 需方管理 负荷监控与管理 远方抄表与计费自动化,2018/9/22,1.4配电系统自动化的意义和目的,意义： 在正常运行方式下，通过监视配电网运行工况，优化网络运行方式； 当发生故障或异常时，迅速查出故障区段及异常情况，快速隔离非故障区域用户的供电、缩短对用户的停电时间，减少停电次数。 根据配电电压合理控制无功负荷和电压水平，改善供电质量，达到经济运行目的。 合理控制用电负荷，从而提高设备利用率。 自动抄表，保证抄表计费的及时和准确。（提高了企业的经济效益和工作效率，并可为用户提供自动化的用电信息服务等）,2018/9/22,配电系统自动化的目的,提高

12、电网供电的可靠性最根本和最首要的目的 提高配电网的供电质量和降低线损。 提高用户满意程度最终目标 提高供电部门的劳动生产率,2018/9/22,1.5配电自动化的基本功能,配电网运行和管理功能 安全监护 、控制功能 、保护功能 、故障诊断分析与恢复供电 、运行情况统计及报告 运行计划模拟和优化功能 配电网运行模拟 、倒闸操作计划的编写 、入网关口电量的计划和优化优化潮流 运行分析和维护管理功能 对配电网故障和供电质量反馈的信息进行分析，以及根据设备状况进行维修计划的编写。 用户负荷监控和故障报修功能 用户端负荷和电能质量的遥测 、用户端负荷和表计的控制DSM 、用户故障报修处理系统,2018/

13、9/22,1.6配电自动化的发展及现状,第一阶段： 主要特征：基于自动化开关设备相互配合 主要功能：故障隔离和向健全区护恢复供电 主要设备：重合器、分段器 其自动化水平较低，其具体表现为： 仅在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用，因而不能优化运行方式。 调整运行方式后，需要到现场修改定值。 通过自动化开关设备相互配合实现故障隔离和恢复健全区域供电时，无法采用安全和最佳措施。 故障隔离时需要经过多次重合，对设备的冲击大等。,2018/9/22,配电自动化的发展第二阶段,主要特征：基于FTU和通信网络 主要功能：远方监控 主要设备：FTU、通信网络、配电自动化计算机系统 其具体表现为： 在配电

14、网正常运行时，也能起到监视运行状况和遥控改变运行方式的作用。 故障时，能及时察觉，并有调度员通过遥控隔离故障区域和恢复健全区域供电。,2018/9/22,配电自动化的发展第三阶段,主要特征：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。 主要功能：配电管理系统和人工智能 主要设备：FTU、通信网络、配电自动化计算机系统、高级应用软机,2018/9/22,实现配电自动化的难点分析,测控对象多（进线变电站、10kV开闭所、小区变电所、配电所、分段开关、串连电容器、用户电表和重要负荷） 计算机要求高（软、硬件）；站端设备的可靠性、可维护性要高；每台设备的成本要低 站端设备大

15、多在户外（工作环境恶劣 2575，湿度95；需采用工业级芯片；防雨、散热、防雷等） 通信系统建设复杂（没有统一通信手段、通信规约能单独满足） 控制电源和工作电源提取困难 目前配电网现状，为实现配电自动化，必须把对传统配网的改造纳入工程中，增加了实现困难。,2018/9/22,第二章 配电自动化的通信系统,配电自动化系统需要借助于有效的通信手段，将控制中心的控制命令准确的传送到为数众多的远方终端，并且将反映远方设备运行情况的数据信息收集到控制中心。,2018/9/22,配电自动化通信系统,数据通信系统的传输方式 （按信息传输的方向和时间 ） 单工通信信息只能由A站向B站发送 半双工通信可以切换方

16、向的单工方式 全双工通信可同时进行双方向的信息发送,2018/9/22,配电自动化通信系统的组成及作用,数据终端设备 ：采集电网中的一些信息，如各种电气量、开关量等，并把这些信息转变成数字信号以便于传输。RTU、TTU、FTU 数据传输设备 ：将数据终端设备送来的基带数字信号变成适用于远距离传送的数字载波信号，Modem）、复接分接器、光端机 数据传输通道 ：完成信号的传输任务，是信号远距离传送的载体 DCE和DTE之间的接口：RS232、RS485,2018/9/22,配电系统自动户的通信方式及特点,2018/9/22,1、光纤通信 一种玻璃丝，主要材料为二氧化硅,优点： 传输频带很宽，通信容量大（最大可在140MB以上） 传输衰耗小，适合长距离传输（最长为1000km以上） 体积小，总量轻，可绕性强，敷设方便 输入与输出间电隔离，不怕电磁干扰 保密性好，无漏信号和串音干扰 抗腐蚀，抗酸碱，可直埋地下 缺点： 强度低，不如金属线 连接困难 分路和耦合不方便 弯曲半径不宜太小,