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1、厦门大学硕士学位论文城市配电网自动化主站系统功能研究姓名：彭晖申请学位级别：硕士专业：控制工程指导教师：余臻;苏雪源20090601摘要本文主要讨论的是l O k V 中压配电网的自动化设计方案。随着经济的发展，电力用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高，电压波动和短时的停电都会造成巨大的损失，因此，在电网改造中对自动化的程度也要求越来越高。有的地方在早期实施配网自动化的过程中，没有成熟的系统设计思路，对主站、子站系统功能定位不明确，只是照搬主网自动化建设的模式，因此在运行中难免会出现系统功能不满足要求或者许多功能用不上问题。另外，由于配网设备分布点多面广，数量庞大，因此配网自动化系统的软硬
2、件功能和结构也应适应其特点。根据配网设备建设和运行的特点，借鉴在实施配网自动化中的经验，本文在配网自动化主站的建设和系统功能上提出了统一的方案，对主站系统软硬件功能的层次化分工进行了研究和探讨。通过统一应用标准，解决了主站功能认识不统一，应用程度不同的问题。在实际应用过程中，该方案得到了福建省电力公司及各地市局配电自动化技术和管理人员的普遍认可。目前，福建省配电自动化主站系统建设的原则均采用该模式，省内各地市电业局在建设配电自动化主站系统时均不同程度参考和借鉴了厦门的经验。关键词：配电网自动化，主站层，子站层，通讯层，终端接入方式，功能设计A B S T R A C TT h i sa r t
3、 i c l em a i n l yd i s c u s s e st h eD e s i g no fD i s t r i b u t i o nA u t o m a t i o no f10 k Vm i d-v o l t a g e W i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y t h ec u s t o m e r so fe l e c t r i c i t yd e m a n dm o r ea n dm o r eh i g h l yo nt h eq u a l i t yo fe l e c t r i
4、 ce n e r g ya n dt h er e l i a b i l i t yo fp o w e rs u p p l y,b o t hf l u c t u a t i n go ft h ev o l t a g ea n ds h o r tp o w e rc u tm a yr e s u l ti nb i ge x p e n s e，S Oa u t o m a t i cd e g r e ei nt h ee l e c t r i c 鲥dr e c o n s t r u c t i o ni sr e q u e s t e dm o r ea n dm
5、 o r e I nt h ep r o c e s so fa c t u a l i z i n gD i s t r i b u t i o nA u t o m a t i o ni n c h o a t e l y s o m ed i s t r i c t sd i dn o th a v em a t u r ed e s i g n i n gi d e ao ft h es y s t e m，t h e yo r i e n t e dt h eh o s ts i t ea n dt h es u b s i d i a r ys i t ei n d e f i n
6、 i t e l y,a n do n l yc o p i e dt h em o d eo ft h ec o n s t r u c t i o no fh o s ts i t ea u t o m a t i o n,S Oi ti sh a r dt oa v o i dt h a tt h es y s t e mf u n c t i o nc o u l dn o ts a t i s f yt h ed e m a n do rm u c hf u n c t i o nm i g h tb eu n u s e dw h e nt h es y s t e mw a sr
7、 u n n i n g B e c a u s et h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ke q u i p m e n td i s t r i b u t ew i d e l y,t h ea m o u n to ft h ee q u i p m e n ti sv e r yl a r g e,t h ef u n c t i o na n df r a m e w o r ko ft h eD i s t r i b u t i o nA u t o m a t i o ns y s t e m Ss 0 1 a r ea n dh a
8、 r d w a r es h o u l da d a p tt oi t sc h a r a c t e r i s t i c A c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co ft h ec o n s t r u c t i o na n dr u n n i n go fd i s t r i b u t i o nn e t w o r ke q u i p m e n t，u s i n gt h ee x p 既i e n c co fi m p l e m e n t i n gD i s t r i b u t
9、i o nA u t o m a t i o nf o rr e f e r e n c e，t h i sa r t i c l ea d v a n c e su n i f o r n ls c h e m eo nt h ec o n s t r u c t i o no fD i s t r i b u t i o nA u t o m a t i o nh o s ts i t ea n dt h es y s t e mf u n c t i o n,i ta l s od i v i d e st h ew o r kt ot h ef u n c t i o no fh o
10、s ts i t es y s t e ms 0 1 a r ea n dh a r d w a r ea n dm a k et h ef u n c t i o no fe a c hl e v e lS o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e f i n i t e A c c o r d i n gt ou n i f o r m l ya p p l i e ds t a n d a r d，t h i sa r t i c l eS o l v e s t h ed i s u n i o no fu n d e r s t a n d i n g
11、t h eh o s ts i t ef u n c t i o na n dt h ed i f f e r e n c eo fa p p l i e dd e g r e e I nt h ep r o c e s so fa c t u a la p p l i c a t i o n,t h i ss c h e m ei sg e n e r a l l yr e c o g n i z e db yF u j i a nE l e c t r i cP o w e rC o m p a n ya n dt h eD i s t r i b u t i o nA u t o m a
12、 t i o nt e c h n i c i a n sa n dm a n a g e r so fa l le i t yb u r e a u R e c e n t l y,a l lt h ep r i n c i p l eo ft h ec o n s t r u c t i o no fF u j i a nD i s t r i b u t i o nA u t o m a t i o nh o s ts i t es y s t e ma d o p t st h i sm o d e，a l lt h ec i t yo fF u J i a nm o r eo rl
13、e s sc o n s u l t st h ee x p e r i e n c eo fX i a m e no nc o n s t r u c t i n gD i s t r i b u t i o nA u t o m a t i o nh o s ts i t es y s t e m K e yw o r d s：D i s t r i b u t i o nA u t o m a t i o n，M a s t e rS t a t i o nL a y e r，S l a v eS t a t i o nL a y e r，C o m m u n i c a t i o
14、nL a y e r，T e r m i n a lC o n n e c tM o d e，F u n c t i o nD e s i g n i n g厦门大学学位论文原创性声明本人呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立完成的研究成果。本人在论文写作中参考其他个人或集体已经发表的研究成果，均在文中以适当方式明确标明，并符合法律规范和厦门大学研究生学术活动规范(试行)。另外，该学位论文为()课题(组)的研究成果，获得()课题(组)经费或实验室的资助，在()实验室完成。(请在以上括号内填写课题或课题组负责人或实验室名称，未有此项声明内容的，可以不作特别声明。)声明人(签名)勃峰k，年易月fD
15、 日厦门大学学位论文著作权使用声明本人同意厦门大学根据中华人民共和国学位条例暂行实施办法等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交学位论文(包括纸质版和电子版)，允许学位论文进入厦门大学图书馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。本学位论文属于：()1 经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文，于年月日解密，解密后适用上述授权。()2 不保密，适用上述授权。(请在以上相应括号内打“”或填上相应内容。保密学位论文应是已经厦门大学保密委员会审定过
16、的学位论文，未经厦门大学保密委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用上述授权。)声明人(签名)：年月日第1 章前言第1 章绪论1 9 9 9 年国家电力公司在配电系统自动化规划设计导则中提出了“配电自动化系统”的概念，其定义为：“利用现代电子、计算机、通信及网络技术，将配电网在线数据、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”1 1 1。配网自动化的范围：1 1 0 k V 及以下电力网络属于配电网络，它包括高、中、低压配电网络，要讨论的配网自动化特指1 0 k
17、 V 中压配电网自动化。配网自动化的任务：(1)使整个配电网网损降至最小，提供优质的供电质量。(2)在整个配电网事故情况，系统能适时分析确定事故原因，排除因瞬间故障造成的不必要的停电事故；对于永久性故障，系统将及时分隔故障段，进行电网重构，保障非事故线路段尽快恢复供电。1 1 配电自动化产生的背景及意义配电自动化这一术语，是2 0 世纪9 0 年代由美国提出的，但迄今为止，对配电自动化及其相关的一系列技术，国际上尚无统一的定义和规范。一般地，配电自动化系统(D i s l i i b u t i o nA u t o m a t i o nS y s t e m，D A S)是一种可以使配电企
18、业在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系鲥2 H 4 1。配电自动化是电力系统实现现代化的必然趋势，其主要意义在于：有利于在配电网正常运行时，通过监视配网运行工况，优化配网运行方式；有利于在保证供电可靠性的前提下，确保电力用户用电的时效性，满足电力用户的供电需求；有利于满足和确保供电的质量，符合高新技术装备和居民家用电器的要求，避免高峰低谷，电压幅值和频率以及谐波对用户所产生的不良影响；有利于降低电网的损耗，提高网络的供电能力，减少用户的停电机率；由于采用了自动化设备，当配电网发生故障或异常运行时，能快速隔离故障区段，及时恢复非故障区域用户的供电，缩短对用户的停电时间，减少停电面积
19、，这样就有利于提高设备的故城市配电网自动化主站系统功能研究障判断能力和自动隔离故障、恢复非故障线路的供电条件；有利于提高配电网设备的自身可靠性运行能力，大大地减轻运行人员的劳动强度和维护费用；由于实现了配电系统自动化，可以合理控制用电负荷，从而提高了设备的利用率；采用配变负荷监测终端，可以为负荷调配及网架改造与优化提供准确的依据，提高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。配电自动化系统的主要目的之一在于尽量减少停电面积和缩短停电时间，为此必须能够采集配电网上的实时数据(即遥测和遥信)并对其进行分析，使调度员能够随时监视网上运行情况，从而做出调度决策。此外，还要求能够在
20、控制中心通过遥控和遥调对配电网进行操作，达到缩短故障处理时间和降低劳动强度的目的。配电自动化系统有助于使配电网的潜力得以最大限度地利用，并且确保提供给用户的电能质量能满足要求。因此，电力公司和用户都能从配电自动化中得到收益，例如馈线开关的远方控制，在断电并且故障检修之后，可遥控开关合闸而不需要爬杆手工操作；在紧急情况下(比如带电线路经导电物体与地接触时)，能迅速断开开关。这些都会带来效益。目前实现配电自动化所需要的技术已经成熟，电力公司根据各自电网的具体情况确定合适的实现方案。根据我国当前电网管理体系及实际情况，实施配网自动化的配电网一般是指l O k V 及以下直接面向最终用户的中低压配电网
21、。国外，一般也是在3 砌4 k V 的中低压配电网开展配网自动化工作。长期以来，由于受到”重发、轻供、不管用什思想的影响，我国的配电网设备落后、供电可靠性差、自动化水平很低。近几年来，随着国民经济的发展和用户对供电可靠性要求的提高，配网自动化逐渐引起研究人员和供电部门的重视。自2 0 世纪9 0 年代后期开始，上海、天津、广州、兰州等地的电力部门先后开展了配电自动化的试点工作。1 9 9 8 年，国家投巨资遗f j 二城乡电网改造，加强和完善了配电网络的网架结构和一次设备，促进了配电自动化的发展，更多地区开展了配网自动化的试点工作。随着计算机和通信技术的发展，配电自动化技术的发展也越来越趋向成
22、熟。2第1 章绪论1 2 国内外配电自动化的发展现状1 2 1 国外配电自动化的现状国外配电网自动化的发展较早。在一些工业发达国家中，配电自动化系统受到了广泛的重视，国外的配电自动化系统已经形成了集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统(D M S)，其功能已多达1 4 0 余种5】【6】。国外著名电力系统设备的制造厂家基本都涉足配电自动化领域，如德国西门子公司、法国施耐德公司、美国C O O P E R 公司、摩托罗拉公司、英国A B B 公司和日本东芝公书刊号等，均推出了各具特色的配电网自动化产品。作为提高配电系统可靠性和改善用
23、户服务的重要手段，西方发达国家早在2 0 世纪7 0 年代就提出了配电自动化的概念，并且有了不同程度的应用。英、美等国的配电线路多为放射形，电压为1 4 4 k V，中性点直接接地。线路上多采用智能化重合器与分段器相配合，并大量采用单相重合闸，提高供电的可靠性。线路重合器直接采用高压合闸线圈，并具有多次重合功能，各级重合器之间利用重合次数及动作电流定值差异来实现配合。在无人变电站增设了可靠的通信及检测装置，可准确地反应变电站的运行工况。其发展大致经历了三个阶段：第一阶段实现故障自动隔离，进行自动抄表；第二阶段从2 0 世纪8 0 年代中期开始，进行了大量的配电自动化的试点工作及馈线自动化、营业
24、自动化、负荷控制的试点工作，但大部分为各自独立的新时期自动控制系统；第三阶段从2 0 世纪9 0 年代中后期开始，由于计算机及网络通信技术的发展、以及电力工业的市场化改革，以配电管理系统、配电自动化、用户自动化为主要内容的综合自动化成为配电网自动化的发展应用方向。日本从2 0 世纪5 0 年代开始在配电线路上采用自动隔离故障区段、并向健全区段(无故障区)恢复送电的按时限顺序送电装置；2 0 世纪6 0-,7 0 年代研究开发了各种就地控制方式和配电开关的远方控制装置；2 0 世纪7 0 年代后半期开始利用计算机构成自动控制系统；其后由于电子技术、计算机技术及信息传送技术的发展，配电自动化计算机
25、系统及配电线路远方监控系统在实际应用中得到很大的发展。3城市配电网自动化主站系统功能研究新加坡公用电力局在2 0 世纪8 0 年代中期投运，并在2 0 世纪9 0 年代发展和完善大型配电网的S C A D A 系统。最初覆盖其2 2 k V 配电网的1 3 3 0 个配电站，目前已将网络管理功能扩展到6 6 k V 配网，大约4 0 0 0 个配电站。芬兰“E s p o oS a h k o 电力配电公司的配电自动化覆盖了该公司的8 5 0 0 0 个用户，八座1 1 0 k V 2 0 k V 的变电站，1 1 0 0 k m 的2 0 k V 馈电线和1 4 0 0 个2 0 k V 0
26、 4 k V的配电变电站。国外的配电自动化的发展经历了从各种单项自动化林产，号称为“多岛自动化”的配电系统，向开放式、一体化和集成化的综合自动化方向发展的过程。目前已经具有相当的规模，并且从提高配电网运行的可靠性效率，提高供电质量，降低劳动强度，充分利用现有设备的能力，缩短停电时间和减少停电面积等方面，均带来了可观的经济效益和社会效益。目前，国外正致力于研究配电自动化专家系统和配电网仿真培训系统等。并且在研究通过负荷分配的优化来减少网损，对变压器负荷进行管理，以最大限度地利用变压器容量并降低系统有功损耗，以及按即时电价对用户负荷进行管理等。1 2 2 国内配电自动化的现状我国配电自动化工作起步
27、较晚【7 1。随着我国经济的发展，无论城、乡对供电可靠性要求越来越高。农网从1 9 8 7 年开始引进美、日等国的重合器、分段器等自动化设备，提出了一些配电自动化方案，并在一些地区进行了试点。从试点结果看出，引进的自动配电开不太符合我国实际，如自动开关分、合次数过多，故障定位时间过长等。为适合我国配电网的特点，一些科研机构研制了一些适合我国配网实际的自动配电开关及其控制装置，克服了上述缺点，较好地实现了控制目标。我国的配网自动化仍处在起步阶段，大多数地区的试点工程主要以馈线自动化为主，功能较为单一：在系统集成上，各个单项自动化自成一体，缺乏综合考虑；在应用层次上，还仍处于初级发展阶段，缺乏高级
28、应用，如网络重构、自动无功电压调整还处在理论研究阶段。在我国，一般认为配网自动化的发展大致分为三个阶段：第一阶段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等，不4第1 章绪论需要建设通信网和计算机系统，其主要功能是在故障时通过自动化开关设备相互配合实现故障隔离和健全区域恢复供电。这一阶段的配电自动化系统的自动化程度较低，具体表现在：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，恢复健全区域供电时，无法采取安全和最佳措施；隔离故障时需要经过多次重合，对设备的冲击大等。第二阶段的配电自动化系统是基于通信网络、馈线
29、终端单元(F T U)和后台计算机网络的配电自动化系统，它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域和恢复健全区域供电。随着计算机技术的发展，产生了第三阶段的配电自动化系统，它是在第二阶段的配电自动化系统的基础上，增加了自动控制功能，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另一个特征是形成了集配电网S C A D A系统、配电地理信息系统、需方管理(D S M)、调度员仿真调度、故障呼叫服务系统和工作票管理等一体化的综合自动化系统。目前我国架空线的配电自动化方案主要有两种，一种是“日本”方式的重合
30、分段方案，另一种是欧美方式的断路器(或断路器负荷开关交叉)的手拉手环网方案。手拉手供电方式是近几年我国供电网广泛采用的一种供电方式，实际上是将以往的放射接线改造成双电源供电，中间以联络开关将两段线路连接起来。在正常运行时联络开关打开，以减少短路电流和可能出现的环流等，当线路失去一端电源时，可以合上联络开关，从另一端电源对失去电源的线路上的柱上变压器和高压用户供电。实现故障的自动隔离、非故障区段的恢复可以采取多种方法，取决于自动化装置的技术特点和整体方案。一般有就地控制和主站控制两种方式，就地控制以馈线终端单元之间的配合为主，不需要通信通道，通过对线路过流或失压的监测，以及对开关分合闸的逻辑控制
31、实现故障区段的隔离和非故障区段的供电恢复；主站控制方式需要有可靠的通信通道，通过主站软件对F T U 上传信息的分析判断，制定合理的隔离策略和网络重构策略，远方控制配电开关实现故障区段的隔离和非故障区段的供电恢复。我国目前配电网的现状仍十分落后，首先要对配网的拓扑结构进行改造，使5城市配电网自动化土站系统功能研究之适合于自动化的要求，如馈线分段化、配网环网化等，分段开关也需更换为能进行电动操作的真空开关或断路器，并且应具有必要的互感器。开闭所和配电变电所中的保护装置，应能提供一对信号接点，以作为事故信号，区分事故跳闸和人工正常操作，开关柜的操作机构应具有防跳跃机构等。但是我国现在的配电网和上述
32、要求尚存在较大的差距。因此为了实现配电自动化，往往必须把对传统配网的改造纳入工程之中，从而进一步增加了实施的困难。1 3 配电自动化系统的功能配电自动化有三个基本的功能要求，即对配电网进行安全监视、控制和保护【9】。安全监视功能是指通过采集配电网上的状态量(如开关位置和保护动作情况等)和模拟量(如电流和功率等)以及电度量，从而对配电网的运行状况进行监视。控制功能是指远方控制开关的合闸或跳闸以及有载调压设备升压或降压，以达到满足电压质、无功补偿和负荷平衡的目的。保护功能是指检测和判断故障区段，并隔离故障区域，恢复正常区域供电。1 4 我市中低压配电网现状概况1 4 1 配电网络设备概况表1-1配
33、网设备资产数(万元)1 9 3 7 8 4 3 8l O k V 配电线l O k V 总回路数(回)7 6 3路其中专用馈线数(回)1 0 7其中公用馈线数(回)6 5 6公用线路总长度(k m)3 5 6 6 5 7其中架空裸导线(k m)3 4 9 1 9 5其中架空绝缘导线(h)6 0 4 4 5 4其中电缆线(1 a n)2 6 1 2 9 2 16第l 章绪论其中电缆条数(条)7 9 0 1I 2 5 0 A 馈线(回)5 9 52 5 0 A I 3 0 0 A 馈线(回)9 1放射性馈线(回)5 0有联络不实现N 1 馈线(回)8 4N 1 馈线(回)6 2 9平均供电半径(k
34、 m)2 8 2绝缘化率9 0 2 lN 1 率8 2 4 4电缆化率7 3 2 6柱上负荷开关(台)1 7 8柱上开关柱上断路器(台)8 6 5其中油开关(台)4 4配变总台数(台)9 6 4 7配变总容量(k、，A)5 8 5 6 2 1 0用户专变台数(台)6 1 2 6配电变压器用户专变容量(k、，A)3 7 7 6 4 9 0公变台数(台)3 5 2 1公变容量(k、，A)2 0 7 9 7 2 0公用杆上配变台数(台)1 2 6 4杆上配变公用杆上配变容量(k V A)4 3 4 4 3 5开闭所(座)2 7 9站内公变台数(台)2 9 6站内公变容量(k V A)2 3 1 2
35、9 0开闭所其中：站内变容量1 5 0 0 k V A(座)1 7 8其中：1 5 0 0 k V A 3 0 0 0 k V A(座)37城市配电网自动化主站系统功能研究配电站(座)6 1 9站内公变配变台数(台)1 1 8 2站内公变配变容量(k V A)9 0 6 6 9 5配电站其中：站内变容量1 5 0 0 k V A(座)3 0 0其中：1 5 0 0 k V A 3 0 0 0 k V A(座)1 5配电室(座)2 8 l配电室站内公变台数(台)4 2 2站内公变容量(k V A)2 9 0 3 2 0公用箱式变(座)3 5 7箱式变公用容量(k、，A)2 1 6 9 8 0户外
36、环网站(座)8 6 2环网站户内环网站(座)O1 0 k V 户外电缆分支箱(座)1 0 8总长(k m)5 0 6 9 0 61其中：裸线(k m)3 9 1 7 3 90 4 k V 线路其中：绝缘线(k m)l8 2 9 2 0 7其中：低压电缆(1)2 8 4 8 1 1 51 4 2 运行情况配网自动化实施的目的在于减少停电时间带来的经济效益，而对配电网络分析的目的在于验证配电自动化实施的合理性。第1 章绪论表1-2变电站1 0 k V 馈出线电网最大负荷用户总数平均馈线负荷平均馈线用户数6 2 2 条1 9 0 1 0 9 M W约7 4 万3 0 6 M W 条1 1 9 0 户
37、由表1-2 可看出，排除专用线路及工业用户，当故障或检修时，停电影响的馈线上的用户数量将可能超过1 1 9 0 户，影响负荷3 0 0 0 k V A，用电居民和商业集中区的用户密度还会更高，每小时减少的电量销售也将越明显。表1-31 0 k V 开关单元电缆回路架空回路满足N 1 馈线比例1 4 8 0 78 6 7 29 2 56 8 由表l 一3 可看出，我市线路绝缘化率和缆化率均达到比较高的水平，满足N-1 的线路达到了6 8，也就是说，在故障停电时，近7 0 0,6 的地区在切除故障之后能恢复非故障段的供电。配电自动化最重要的作用之-O p 在于有效减少故障停电时间并恢复非故障段供电
38、。1 5 本文的主要工作本文根据配网设备建设和运行的特点，借鉴在实施配网自动化中的经验，在配网自动化主站的建设和系统功能上提出了统一的方案，对主站系统软硬件的功能进行层次化分工进行了研究和探讨。通过统一应用标准，解决了主站功能认识不统一，应用程度不同的问题。并在实际应用过程中得到了福建省电力公司及各地市局配电自动化技术和管理人员的普遍认可。第一章作为全篇论文的引言，首先论述了配电网自动化发展的背景和意义，全面系统地总结了配电网自动化在国内外的研究发展现状，并介绍了厦门中低压配电网现状概况，最后阐明了本文的主要任务。第二章深入研究了配电网自动化系统的设计原则，为下文的系统优化设计提供参考准则。第
39、三章着重讨论配网自动化系统主站的软件层次设计方案，详细论述了主站系统各模块的功能设计，最后通过一张软件结构示意图清楚地展示了各模块之间的关系O城市配电网自动化主站系统功能研究第四章主要讨论子站层、通讯层和终端接入方式的设计方案，以及系统与主网调度自动化系统等系统互联的实现方式，并对配网终端自动化设备接入方式加以改进，以减少子站系统故障次数。第五章提出了评价系统的运行指标和可扩展性，分析了安全与共享问题、投入规模与使用效率问题的相关情况和解决方法。第六章从经济效益和社会效益两方面对所设计的配网自动化系统进行评价。第七章对全文的主要研究成果进行了总结，指出了今后有待进一步开展的工作。l O第2 章
40、配网自动化系统设计思想第2 章配网自动化系统设计思想依据配网自动化的可靠性原则，实施配网自动化的首要目标是提高配电网的供电可靠性。实现高度可靠的配网自动化系统要遵循的原则有【1 2】：(1)具有可靠的电源点；(2)具有可靠的配电网网架(规划、布局、线路)；(3)具有可靠的设备(一次智能化开关、二次户处F r U、1 等)：(4)具有可靠的通信系统(通信介质、设备)；(5)具有可靠的主站、子站系统(计算机硬件、软件、网络)。2 1 配网自动化系统设计原则2 1 1 系统的结构和功能到目前为止，配电自动化系统还没有一套国家或行业标准正式出台，来规定配电自动化系统的结构与功能。由于配电系统自动化功能
41、规范(文献【1】)得到了大家的普遍认可，所以本文主要按其规范从结构上根据配电系统容量划分大、中、小型配电自动化系统，三种形式的系统构成框图分别如图2 一l、图22、图2 3 所示。不过在实际设计中可以设计成中型系统的三层结构，而将主站软件设计成模块化，配置扩展灵活的系统，可以很方便地配置成大型系统和小型系统，这样既减化了设计又使用户购买的系统方便扩容，极大地保护了用户的利益。城市配I 乜网自动化主站系统功能研究图2 1 大型配电自动化系统l调赝自动化拳站R T I Jll配咆自动化系线书站ll2I配电彳：站I配l 乜了站ll配电子站lI一一向肉。囱肉图2 2 中型配电自动化系统图2 3 小型配
42、电自动化系统从功能上分为两层，即基础配电自动化层和配电管理层。基础配电自动化层。j：誓；现数据采集、运行工况监视与控制、故障实时处理；配电管理层主要包括：运行管理、停电管理、设备管理、工程管理、电能计量管理及配电高级应用。1 2第2 章配网自动化系统设计思想配电自动化建设是一个面广、量大、投资巨大的工程，各地必须分期投入分步实施，配电自动化系统也必须适应配电网的这一特点，这就要求配电自动化系统必须遵循以下原则：(1)系统设计标准化，尽可能采用全球国际标准，最大限度地保证产品的兼容性。(2)系统具有开放性，支持后续的二次开发。(3)系统高度模块化，用户有选择地挑选急需的模块。(4)系统具有先进性
43、，系统设计必须采用当今最先进的技术，以保证系统有较长的生命周期。2 1 2 主站系统设计主站系统设计应该层次化、模块化。所谓层次化就是将软件分为两个层次：基础平台层和应用模块层，使得功能扩充与修改仅增加或修改功能模块，而不改变作为核心、作为基础的平台层，这样系统可靠性高，可扩充性强。模块化指系统在基础平台之上尽可能按功能进行模块化，使得功能可方便地增加、修改和精简以适应不同的投资规模。网络结构设计硬件上应设计为双网平衡、分流互为备份的模式，以增加带宽与通讯可靠性。软件上设计成C S 和B S 模式。凡属于运行管理和维护的工作站全采用C S 模式，可以经授权进行控制操作和修改各类数据库；凡属于仅
44、浏览查阅性质的工作站全采用B S 模式，工作站仅使用I E 就可以访问配电自动化系统的各类数据和画面，但不能修改，这样既减轻了配电自动化主站系统的网络负担又提高了主站系统的网络数据安全性，最大限度地扩展了主站系统网络覆盖范围。主站系统应留有与其他自动化系统的接口，如留有与负荷控制的接口，与营业自动化系统的接口，与自动抄表系统的接口，与客户服务中心的接口等，以实现信息共享，消除各种自动化孤岛。2 1 3 子站、终端的设计子站、终端在硬件上要求采用工业级芯片，特别是柱上F 1 U，除了有工业1 3城市配电网自动化主站系统功能研究级宽温要求外，还要求低功耗设计，因为F T U 要考虑户外密封，不可能
45、有散热孔。再者抗干扰设计也是非常重要的，特别是F T U，它就在柱上开关旁边，又挂在杆子上最容易受到外界干扰，要对电源输入、信号输入、输出回路采取抗干扰措施，如浪涌抑制、静电屏蔽、脉冲群抑制等，软件上也要有相应的抗干扰算法。通讯接口要留有R S 2 3 2 和R S 4 8 5 以及1 0 1 0 0 M B P S 的R J 4 5 以太网接口，使得通讯适应性强。另外通讯规约要采用I E C 标准，因为现在有地方性标准向全球国际标准靠齐的倾向，只有采用全球国际标准，才能保证不同国家、不同厂商的设备互连。我国已颁布了I E C 6 0 8 7 0 一5 1 0 1 的等效标准，另一网络标准即1
46、 0 4 即将颁布，所以在通讯规约设计时优先采用1 0 1 和1 0 4 规约。2 1 4 馈线自动化实现方案馈线自动化中相问故障处理最为重要，即故障检测、故障定位、故障隔离，非故障区供电恢复最为重要。实现馈线自动化的原则是【1 3 1：(1)变电站出线开关不跳或少跳(最好让开关本身只重合一次)；(2)尽量使靠近电源侧的开关少动作；(3)短路电流没有流过的开关尽量不动。实现馈线自动化功能的方法很多，总结起来有基于重合器、分段器的电压一时间型，基于F T U 的电流型和基于F T U 的智能保护型。电压一时间型不需要通讯，但出线开关重合三次以上才能隔离故障，恢复非故障区的供电，整个过程时间较长，
47、对于环网约l m i n。这种方式仅适合网架结构简单，用户不很重要的场合。电流型需要安装F T U 及通讯线路，故障时F T U 将故障信息上报至主站系统，南主站系统的馈线自动化算法进行判断决策，使出线一次重合就可以隔离故障，p?复非故障区的供电。另外，还可以采集分段开关处的电量和非电量信息，将其传到配调中心，供运行监视与分析。这种方式适合任何形式的网架结构，该模式中，分段开关可以是负荷开关。等 7 能保护型也是基于F T U 及通讯网络的一种模式，在这种模式中各F T U 之间可以通讯，使故障处理不依赖于子站和主站。这种模式中故障隔离最快，但1 4第2 章配网自动化系统设计思想F 1 U 的
48、定值整定配合较复杂，仅适宜于网架结构比较简单的场合，在这种模式中，分段开关必须为断路器。纵观这几种模式，可以看出，电流模式比较灵活，适宜于任何网架结构。此种模式下，从出现故障到故障隔离，再到非故障区段恢复供电，整个过程大约需要2 0 s 左右，对于大多数场所，这个速度已可以满足要求，况且这种模式中分段开关可以是负荷开关，一次投资也较少，故应大力推广电流模式。配电自动化建设是一个长期的、发展的过程，配电自动化设计也要适应这种发展，一定要始终坚持标准化、模块化，采用当今先进的技术，使自动化系统具有可扩性、开放性，从而有更长的生命周期，最大限度地保护用户的利益。2 2 配网自动化系统设计思路配电自动
49、化系统从整体上可大致分为终端层、子站层、通讯层和主站层【1 4】-【1 7 1，如图2 4 所示。(1)终端层终端层完成对开关、配电变压器等的数据采集，并可执行对相应设备的控制命令。本系统采用N A R ID A T-1 系列F T U 作为采集模块，为主站进行数据统计和分析提供了丰富的数据。(2)子站层子站层负责收集终端层的数据，并向主站层转发，同时，将主站层下发的命令，转发给终端层。随着计算机技术的发展，子站层承担的功能可以逐渐集中到主站，以提高系统整体的可靠性和反应速度。(3)通讯层通讯层主要指通讯通道(信道部分)，是终端设备与主站系统之间交互的通路。根据终端设备的架设位置和对通讯速率要
50、求的不同，可采用光纤、载波等多种通道。通讯层负责完成采集终端和子站、主站系统的连接。各采集模块用R S 4 8 5方式通过光M o d e m 接入光纤主干网，最后汇集到子站中，然后通过网络方式集中上送到主谢18 1。(4)主站层主站层是整个系统的最上层，完成对所采集信息的汇总、分析、存储，为操1 5城市配l U 目自*#系统功能 究作人员提供各类操作界面，并可将操作人员下达的命令通过通讯通道F 发给终端执行。图2 4 典型的配电自动化系统如图2 4 所示，终端设备通过通讯层连接到主站计算机网络中。接八方式可通过光纤环网、光纤直连(在主站的终端服务器入口处通过光M 直接连入光纤)或其他通讯方式