电力系统规划与可靠性讲座7_电力系统自动化规划(XXXX_0

电力系统规划与可靠性（第7专题:电力系统自动化规划）2015版武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程及其自动化专业选修课张莲梅email：[e-mail]电力系统自动化规划1概述2电力通信系统规划3电网调度自动化系统规划4变电站自动化系统规划5配电自动化系统规划概述电力系统自动化的组成电力系统自动化规划的意义电力系统自动化规划的原则电力系统自动化规划的步骤电力系统自动化的组成【现代电力系统自动化】由电厂自动化、电网调度自动化、变电站自动化、配电自动化等部分组成。它是信息技术、通信技术、计算机及网路和自动控制等技术在电力系统中的综合应用。【电网调度自动化】通过设置在各电厂和变电站的远动终端（RTU）采集电网运行的实时信息，通过信道传输到设置在各调度中心的主站上（MS），主站根据收集到的全局信息，对电网的运行状态进行安全分析、负荷预测以及自动发电控制、经济调度控制等。电力系统自动化的组成【变电站自动化】将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化设计，利用计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现全变电站的主要设备和输、配电线路的自动测量、监控和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能，又称变电站综合自动化。【配电自动化】指一种可以在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系统，主要是指配电变电站自动化和馈线自动化。配电自动化包括配电网数据采集和监控（SCADA）、配电地理信息系统（GIS）和需求管理（DSM）几个部分。电力系统自动化规划的意义电力系统自动化规划是电力自动化系统设计和实施的前提和依据，在进行电力自动化系统建设之前做好自动化系统的规划工作将大大提高电力自动化系统的可用性和扩展性，使系统具有较高的投入产出比和性能价格比。电力系统自动化规划的原则【改造和发展规划相协调】电力系统自动化的规划不可单纯为自动化而自动化，必须与电力一次网络和设备的改造和发展规划相协调，实现整体投资的技术经济综合优化。【处理好局部与整体、近期与远期的关系】电力系统自动化规划应该处理好局部与整体、近期与远期的关系，分阶段投资和实施，分层次推广，并使分阶段建设的各电力自动化子系统协调发展，最终形成一个相互匹配的电力自动化系统。【数据结构和接口规范】电力系统自动化规划应该纳入电力系统规划和电力企业信息整体规划当中，应按照国际标准数据结构和接口规范规划，既要考虑信息共享，又要具有网络安全防护措施，保障系统的信息安全。电力系统自动化规划的原则【利用现有资源】最大限度地利用现有电力自动化系统和电力设施资源。非标准系统可通过必要转换接人标准系统，延长可用期限。应尽量选用模块化设计产品，便于功能扩展和技术升级，满足系统发展要求，避免重复投资。【因地制宜灵活配置】电力自动化通信系统的实施应该因地制宜，考虑多种通信方式的综合应用，发挥光纤、无线、专线电缆、载波等多种通信方式的各自优点，灵活配置。【综合考虑经济效益和社会效益】电力系统自动化规划应综合考虑经济效益和社会效益，从提高供电安全性、可靠性和节能降耗，减少运行维护费用和工作量，提高电力企业工作效率和管理水平的角度出发，定量分析投资效益。电力系统自动化规划的步骤①电力自动化现状与一次系统发展需求分析。②确定电力自动化系统的建设目标。③电力通信系统规划。④电力自动化系统结构规划。⑤电力自动化终端规划。⑥电力自动化主站系统规划。⑦电力自动化方案预算与经济性评估。电力通信系统规划输电网通信规划配电网通信规划输电网通信规划输电网通信规划：一般指从发电厂、变电站到调度中心的长距离通信规划，主要纳入现有的国家电力数据网络（SPDnet）建设和规划体系中。SPDnet数据网络设计的原则：选择高可靠性、高带宽的通信方式和传输通道，建立高性能、综合多种业务的网络平台，提供实时数据通信业务、非实时数据通信业务、视频及多媒体通信业务。应具有高度灵活性，能支持多种协议，提供各种不同接口，以满足目前及未来的网络需求。应具有良好的可扩展性，网络设备应能支持网络的平滑扩容，保证在网络的增长过程中，网上业务不会受到影响。输电网通信规划应具有高度的可靠性、安全性及可保证的服务质量，以满足电力系统实时调度、报价结算等特殊业务的需求。应具有按业务、部门等组建虚拟专用网的能力，以满足不同业务的需要，提供业务及用户群问的隔离，保证安全性，并为现有网络的接入提供方便。必须采用符合国际标准的协议和接口，满足与其他网络的互联要求。应具有较完善的网络管理功能，宜采用统一的网络管理平台，以简化管理程序，提高网络运行管理水平。应采用成熟、先进的网络技术，以保证网络的稳定、可靠运行。输电网通信规划SPDnet数据网络的基本组网技术：数字数据网(DigitalDataNetwork，DDN)采用标准G.703接口和动态带宽分配（可选）；分组交换采用标准x.25和帧中继技术；路由器采用OSPF和IP路由协议。数字数据网：利用数字信道提供半永久性连接的电路，传输数据信号的数字通信网络，通过该网络向用户提供全程端对端数字数据业务。它是全透明网，可支持任何协议。它以同步方式传输数据，采用PCM数字信道传输方式，传输速率每话路64kb/s，组网方式采用网状拓扑结构，网内任何两节点间中继阻断时，业务可自动迂回，不会中断。数字数据网是采用数字交叉连接和数字复用技术组成的提供高速数据传输业务的网络，是一个传输速率高、质量好、网络时延小、全透明、高流量、网管简便的理想的数字数据网。X.25分组交换技术：组网纠、检错能力强，但网络传输速度不高，处理延时大，纠、检错过程复杂。SPDnet在初期基于当时通道条件的限制，才选用X.25分组交换网。帧中继技术（framerelay）：采用与X.25相同的统计复用技术，但简化了X.25技术复杂的传输确认与纠错的过程，把重传功能推向网络外部的智能化外部终端，提高了传输速度，降低了端到端的延时，很好地满足了数据用户高速及突发性强的特点。ATM技术：采用异步时分复用的方法，将信息流分成固定长度的信元，进行高速交换。由于ATM采用统计复用技术，可以动态分配带宽，对于具有突发性特点的数据业务来说极为有利，同时ATM以固定长度的信元传送用户业务，又可以保证对延时敏感的用户的需求。输电网通信规划SPDnet中的各级网络互联：一是网、省、地区调度主控端到被控端——变电站、电厂RTU（RemoteTerminalUnit）的通信；二是网、省、调度间的计算机系统及到部分厂站计算机系统的互连。RTU与调度端的连接：路由器方式。RTU通过协议转换器将所用协议转换至TCP/IP及标准的网络用户层协议，经串口或厂、站局域网与路由器连接，通过V3.5接口接入当地的ATM设备。局域网方式。RTU通过协议转换器将所用协议转换至TCP/IP及标准的网络用户层协议，接入厂、站局域网，通过局域网接口接入当地的ATM设备。RTU通过V2.4接口接入当地的ATM设备，在调度端系统通过其前置机以V2.4接口接入节点机。输电网通信规划网络安全问题：根据电力系统各业务部门上下级联系较多，有很多内部信息交流要求安全、保密、不同业务部门横向联系较少的特点，数据网络应提供虚拟专用网络服务，使各部门可在此数据通信网络上建立自己的虚拟专用网（VPN）。不同种类的应用、网络也应根据各自的需要建立各自的VPN，以免彼此间的影响，实现各自的网络性能要求。VPN功能应允许单个物理网同时分化成多个逻辑网络，每个逻辑网络拥有自己的逻辑子网号，子网间完全分开，以确保相互之间安全隔离。输电网通信规划配电网通信规划：一般指城市的配电站或配电终端设备到配电调度中心的通信规划。由于配电设备分布广，通信节点数量大，而节点间数据通信量小，通信线路布线困难（如架空线入地引起），城市高楼造成无线电波绕射困难等特点，配电网通信网络的设计和规划难度高，必须因地制宜地考虑多种通信方式的综合应用，发挥各种通信方式的优点，综合配置配电网通信系统。配电网中可采用的通信方式：载波通信。以与要传输的信息路径相同的配电线路为传输媒介，通过结合滤波设备，将要传输的数据等低频低电压信号转变为能在高压线路上传输的高压高频信号，在线路上传输并在接收端将信号还原的通信方式。这种方式投资费用低，组网灵活，实时性强，但线路电磁干扰大，可靠新较低。配电网通信规划光纤通信。以光波为载体，以光纤为传输介质的通信方式。这种方式传输容量大，损耗小，可靠性高，无噪声影响。脉动控制技术。工作原理类似于载波通信，也是将高频信号注入到电力传输线上，只是其对信息的调制方式是通过让脉动有或无来实现的。这种通信方式采用频率较低，一般为100～500Hz，易受到系统谐波的影响，因此选择频率时要注意避开系统谐波频率。工频控制。也是利用电力传输线作为信号传输途径的一种双向通信技术，工作原理是利用电压过零的时机进行信号调制。与脉动控制技术相比，设备更简单，投资更节省。电缆通信。使用专用的或公用的通信电缆为设备之间的信道，是一种质量高的信息传送方式，但其中间转接站多，投资费用较大。配电网通信规划电话专线。电话线已被电力公司广泛应用于SCADA和继电保护中，长期的实践证明它是一种发展成熟的通信方式。利用电话线通信比较适合配电自动化系统，其通信可以达到较高的波特率，而且容易实现双向通信。但电话专线的租用费用往往比较高，并且电力公司无法完全掌握电话线通信的维护以确保其可靠运行。现场总线。连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，支持双向、多节点、总线式的全数字通信。RS485串行总线。一种改进的串行接口标准，可采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。无线通信。通过无线电波传输信号的通信方式，其建设成本、运行费用低，但受天气及其他地理环境因素影响。配电网通信规划配电网通信系统规划设计的原则：在配电网通信系统的规划中，配电自动化系统通信要具有较高的可靠件和抗干扰性，通信系统中的各种通信介质和通信设备要能够适应各种运行条件，具有很好的防潮、防雨、防晒措施，还要能够承受高电压、大电流、雷击等干扰。配电网通信系统速率的选择应该根据配电自动化的不同应用功能选择相匹配的通信速率。配电网通信系统应根据监控系统的需要来决定是否需要双向通信能力。对于要实现开关的状态采集控制的场合要求配电通信系统支持双向通信能力；对于仅需要采集测量而不需要控制构场合则单向通信即可。配电网通信规划配电网通信系统既要考虑通信设备的初始投资费用．又要考虑到通信系统的运行费用。配电网通信系统具有不受停电影响的适应性和故障恢复能力，即使在停电地区内通信仍能正常通信8～12h。配电网通信系统应该安装调试简捷，使用与维护方便。配电网通信系统应便于扩展，满足通信系统的节点随网架结构变化和用户设备增加的扩展性能。配电网通信的规划需要进行以下工作：确定通信网络总体结构。选择不同层次的通信方式。确定通信终端基本功能及性能要求。确定通信规约。配电网通信规划电网调度自动化系统规划SCADA系统规划能量管理系统（EMS）规划我国的电网调度体系采取统一调度和分级管理模式。电网调度机构主要分为五级：国家调度机构（简称国调），跨省、自治区、直辖市调度机构（简称网调），省、自治区、直辖市级调度机构（简称省调），省辖市级调度机构（简称地调），县级调度机构（简称县调）。有效的电网调度自动化系统可以帮助调度员正确地了解电网的信息并做出正确的控制与决策，保证电力系统能够运行在正常状态。电网调度自动化系统的规划主要分为监视控制与数据采集（SCADA）系统规划和能量管理系统（EMS）规划两个部分。电网调度自动化系统规划SCADA系统规划包括：终端设备与主站系统配置与规划两个方面。终端设备主要有厂站的RTU、PMU（PhasorMeasurementUnit）以及变电站自动化系统中的测控单元。SCADA的终端设备配置与规划原则:PMU最优配置原则