配电自动化系统第一章(矿大)

中国矿业大学信电学院电气安全与智能电器研究所刘建华Email：[e-mail]电话：133826799662020/3/15教材：《配电自动化系统（第二版）》，刘健等编著，中国水利水电出版社，2003《电网调度自动化与配网自动化技术（第二版）》，王士政主编，中国水利水电出版社，2006年4月《实用配电网技术》，李景禄编著，中国水利水电出版社，2006年3月《配电网自动化系统试验》，刘东编著，中国水利水电出版社，2004年12月主要参考书目2020/3/15关于本课程的教学全部多媒体教学课堂讲解、提问，思考题、作业相结合目标：熟悉配电自动化系统的基本结构和组成，实现手段、特点及其相关知识，巩固和拓展已学电力系统知识。2020/3/15本课程主要内容（Outline）概述配电自动化的通信系统开闭所和配电变电所内自动化（变电站综合自动化）馈线自动化配电SCADA系统的组织远方抄表与电能计费系统负荷控制和管理系统配电自动化地理信息系统配电自动化的计算机系统2020/3/15第1章概述配电系统自动化(DistributionSystemAutomation,DSA)或配电网自动化：运用计算机技术、自动控制技术、电子技术、通信技术及高性能配电设备等手段，对配网进行离线与在线智能监控管理，使配网始终处于安全、可靠、优质、经济、高效的最优运行状态。配电系统自动化是继调度自动化、变电站自动化后发展起来的电力系统自动化新领域，覆盖面大。目的：提高供电可靠性和供电质量，减少停电时间、面积，使调度员根据监视情况，在控制中心通过遥控、遥调实现明智、必要的操作，降低运行费用，实现配电管理现代化。2020/3/15供电可靠性、供电质量要求供电可靠性、供电质量是电力系统的两大考核指标。均有相关标准及规范。1998年国家电力公司提出的考核指标：供电可靠性：城市电网可靠率达到99.9％，大城市市中心区达到99.99％；供电质量：电压合格率≥98％（严格的供电质量包括：频率合格：49.8Hzf50.2Hz，电压：合格：VminVVmax；谐波含量低；电压波动与闪变幅度小）。为达到上述指标，要求采用提高供电自动化水平，实现配电系统自动化。2020/3/15电能主要来源截至2007年底，中国电力装机容量达到7.13亿千瓦。火电：5.54亿千瓦，占77.70%水电：1.45亿千瓦，占20.34%核电：885万千瓦，占1.24%（11台）风电：403万千瓦，占0.57%中国是全球第一大煤炭生产国、世界第五大石油生产国，志在发展新能源与可再生能源.2020/3/152020年的电力发展展望预计到2020年全国需要的发电量为4.3万亿kWh，相应的装机容量为9.5亿kW左右。煤电为6亿kW，占63%(电量3万亿kWh，占4.3万亿kWh的70%)；水电2亿kW，占21.1%(电量为7000亿kWh，占16%)；抽水蓄能电站2500万kW，占2.6%；新能源发电装机2.9亿kW，约占总装机的17%。核电装机将达到8600万kW，占5%风电装机接近1.5亿kW，太阳能发电装机将达到2000万kW，生物质能发电装机将达到3000万kW。2020/3/15火电我国首座装备4台国产100万千瓦超超临界机组的浙江华能玉环电厂。2020/3/15水电三峡水电站总装机容量达1820万kW,70万kW机组26台,2009年全部投产年均发电量847亿千瓦。2020/3/15风电新疆达坂城2号风电场装有157台风机,总容量达8.28万kW,是中国最早开发和规模最大的风电场之一。2020/3/15核电江苏连云港田湾核电站2台106万千瓦的机组于2007年投入商业运行。俄罗斯设计。2020/3/151.1配电网及其特点配电网（DistributionNetwork)：电力系统中二次降压所低压侧直接或降压后向用户供电的网络。或：电力系统发电、输电和配电中直接面向电力系统用户的系统。或：110kV及以下电压的线路和设备构成的电力网。发电升压变压器或升压变电站降压变电站超高压或高压高压或中压供电配电（用电）输电用电10kV0.4kV用电0.4kV10kV10kV配电电力系统各环节示意图2020/3/15配电网组成及特点组成：馈线（架空线或电缆）、降压变、断路器、各种开关（也包括继保、自动装置、测量、计量仪表、通信、控制设备）。电压：≥1kV称高压（35kV、6~10kV、3kV）；≤1kV称低压（一般指220V、380V）。配电网特点：1）负荷集中(深入城市、居民点)、传输功率较小、距离较短、用户类型要求变化大；2）中性点不直接接地。本课程重点：主要讨论10kV电压级的设备和线路构成的电力网。2020/3/15配电网的体系结构环状网（手拉手）网格式接线辐射网树状网2020/3/151.2配电自动化的概念配电自动化是90年代首先由美国而后到其它工业发达国家逐步发展起来的，其内容也在不断变化，目前还无一个严格的定义。配电管理系统(DistributionManagementSystem,DMS)：从发电、配电到用电过程的监视、控制和管理的综合自动化系统。配电自动化系统(DistributionAutomationSystem,DAS)：使配电企业在远方实时监测、协调和操作配电设备的自动化系统。DMS、DAS关系：DAS是窄义的配电系统自动化；DMS是广义的配电系统自动化，是实现所有功能的总称。2020/3/15DMS与DAS的涵盖关系SCADADASGISDMS电源进线监控开闭所与变电站自动化（SA）配电系统馈线自动化(FA)变压器巡检与无功补偿配电自动化系统地理信息系统（）负荷监控与管理（LCM）需方管理远方抄表与计费自动化（AMR）配电管理系统网络拓扑网络分析（潮流计算）高级应用网络优化（负荷均衡化、降低线损的网络重构、无功/电压优化）短路电流计算调度员培训模拟系统（DTS）客户呼叫服务系统（TCS）工作管理系统（WMS）2020/3/151.配电网DMS与输电网EMS的关系发电厂配电网高压变电站输电线用户能量管理系统(EMS)配电管理系统(DMS)AGC需方管理配电SCADA调度自动化DMS与EMS区别：DMS与输电网自动化的能量管理系统EMS(EnergyManagementSystem)处同一层次，但目标不同，EMS管理发电、输电，DMS管理配电、负荷2020/3/15500KV200KV电网110KV电网10KV馈线发输电系统网省调SCADA/AGC/EMS高压配电系统地调SCADA/DMS中压配电系统配调SCADA/DMSEMS与DMS软件关系2020/3/15调度自动化1我国电网采用五级调度管理：国家调度中心(国调)、网局调度中心(网调)、省级调度中心(省调)、地区调度中心(地调或市调)、县级调度中心(县调)。国调：是我国电网调度的最高级（现在的国家电网公司，南方电网不属于国家电网管辖），在该中心，通过计算机数据通信与各大区调度中心相连接，协调确定各大区之间的联络线潮流和运行方式，监视、统计和分析全国电网的运行情况。网调：（国家电网公司下属东北、华北、华中、华东、西北5大电网公司），按统一调度、分级管理原则，负责超高压网的安全运行并按规定的发电计划及监控原则进行管理，提高电能质量和经济运行水平。2020/3/15调度自动化2省调：（各省、自治区、直辖市电网公司），按统一调度、分级管理原则，负责省内电网的安全运行并按规定的发电计划及监控原则进行管理，提高电能质量和经济运行水平。地调：（各省地级市电力局、电业局、供电局），采集当地网的各种信息，进行安全检测，进行有关站点开关的远方操作，变压器分接头的调节，电力电容器的投切等。县调：（各县级市供电局），为我国电网调度的最低级，主要监控10KV及以下农村电网的运行。2020/3/15调度自动化3调度自动化的基本内容：输电SCADA系统：现场数据的实时采集，采集各种部件（变压器、线路等）的电压、电流、功率等和各断路器的分、合状态，在此基础上实现系统监视和控制。EMS：根据实时采集数据，进行各种模拟和计算，决定安全和经济运行方式。配合各种高级软件，实现状态估计、潮流计算、经济运行计算、静态安全运行分析、动态安全运行分析。2020/3/15调度中心调度中心发电厂发电厂变电站变电站发电厂发电厂变电站变电站电力线路通信线路馈线馈线馈线馈线调度中心职能：1）电力生产的指挥控制中心；2）根据国务院颁布的电力调度管理条例行使准军事化的管理职权。2020/3/152.配电管理系统的内容配电SCADA系统（Supervisorycontrolanddataacquisition,SCADA）地理信息系统（GeographicInformationSystem,GIS）需方管理系统（DemandSideManagement,DSM）网络分析和优化（NetworkAnalysis,NA）工作管理系统（WorkManagementSystem，WMS）调度员培训模拟系统（DispatcherTrainingSystem,DTS）2020/3/15配电SCADA系统电源进线监控：对配网进线变电所开关位置、母线电压、线路电流、有功、无功、电度量监视与控制。开闭所与变电站自动化(SA)：开闭所、小区变开关位置、继保、接地选线、电压电流、有功无功、电度量的远方监视,开关远控，变压器远方有载调压。馈线自动化(FeederAutomation,FA)：正常时远方实时监视馈线分段开关与联络开关状态、电流、电压，实现远方合闸、分闸；故障时，实现故障寻址、自动隔离故障区段，恢复对非故障区段的供电。FA是DAS的一个主要功能，是技术难度大，表征DAS成败的关键。变压器巡检及无功补偿：箱式变、各种变压器参数的远方监视，补偿电容器的自动投切和远方投切。2020/3/15地理信息系统（GIS）设备管理(FacilitiesManagement,FM)：将变电站、馈线、开关、电杆等设备的技术数据反映在地理背景图上。用户信息系统(CIS)：将用户名称、地址、帐户、电话、用电量和负荷、供电优先级、停电记录进行处理,以尽快判断故障影响的范围。SCADA功能：SCADA上报的实时数据信息与GIS相结合，便于操作、管理人员动态分析配网运行情况。停电管理系统(OutageManagementSystem,OMS)：接到停电投诉后，GIS通过CIS和SCADA，快速查明故障地点，选择合理操作顺序和路径，自动将处理信息转给投诉电话应答系统。2020/3/15需方管理系统（DSM）使电力供需双方共同管理，提高可靠性，节省费用，包括：负荷监控与管理(LoadControl&Management,LCM)：综合分析用户用电量，分时电价，天气预报，供暖特性等，确定最优运行和负荷控制计划，引导用户转移负荷，平坦负荷曲线。远方抄表与计费自动化(AutomaticMeterReading,AMR)：通过通信手段将远方用户电表数据，传到控制中心，自动生成电费报表、曲线。2020/3/15网络分析和优化（NA）功能：减少线损，改善电压质量，降低运行成本。包括：网络接线分析，配电网潮流分析，短路电流计算（配网故障下支路电流与母校电压计算），负荷模型的建立与校核，配电网状态估计（主配网电量估计、沿馈线电量估计），配电网负荷预测，安全分析，网络结构优化和重构，配电网电压调整及无功优化。2020/3/15工作管理系统（WMS）监测运行设备，分析采集的数据，判断设备磨损状态，实现预防性检修。具体包括：网络分析，提出最佳停电方案；运行管理；设备检修管理；配电工程设计，接受完成用户申请报装接电的设计任务；施工管理，根据设计和工作任务，制定施工计划并实施事故管