淺析集SCADA、饋線自動化、配電管理自動化功能于一體的配電自動化系統(tǒng)構(gòu)造模型

1、淺析集 SCADA 、饋線自動化、配電管理自動化功能于一體的配電自動化系統(tǒng)構(gòu)造模型董智勇中信國安信息科技有限公司,北京摘要:配電自動化系統(tǒng)作為提高供電質(zhì)量和供電可靠性的一種重要技術(shù)手段成為了電力企業(yè) 爭創(chuàng)一流企業(yè)的必要條件。 本文主要闡述了該種配電自動化系統(tǒng)的組成, 并敘述了各部分功 能以及構(gòu)造模型。 尤其在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)層面上對一體化系統(tǒng)進(jìn)行有針對性的重點(diǎn)分析。 該構(gòu)造模 型實(shí)現(xiàn)的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)已投入實(shí)際運(yùn)行。關(guān)鍵詞:配電自動化;配電管理系統(tǒng); SCADA ;饋線自動化Simple Analysis on a kind of Electrical Distribution Automatic S

2、ystem Design Model that integrating the function of SCADA, Feed Line Automation and Electrical Distribution Management Automation into one bodyDong ZhiyongTeleinfoSoftwareCo.Ltd.,BeijingAbstract : As one of the important technological means to enhance power supply quality and stability, electrical d

3、istribution automatic system has been the first grade necessary condition for the power enterprises. This paper mainly explains the composition of this kind of electrical distribution automatic system, and specifies the function and design model of its various parts. Especially, the paper makes a pe

4、rtinent key analysis on the integrated system from the system-realizing layer. The electrical distribution network automatic system that realized through the design model has been devoted to practical operation.Key words:electrical distribution automation; electrical distribution management system;

5、SCADA; feed line automation1 引言隨著改革開放的逐漸深入, 電力逐步市場化, 用電的供需矛盾逐漸趨于平衡, 在此 背景下,用戶需求從“有電用”變成“有高質(zhì)量、高可靠性的電力能源用”,進(jìn)而提出對供 電質(zhì)量和供電可靠性要求的需求。 配電網(wǎng)自動化作為達(dá)到上述目標(biāo)的一種重要技術(shù)手段應(yīng)運(yùn) 而生。我國配電網(wǎng)絡(luò)的電壓等級為 10Kv,配電網(wǎng)絡(luò)自動化的監(jiān)控范疇涵括了 10Kv 開閉所、配 電所、出線開關(guān)、分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)、重合器、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)、箱式變、小區(qū)變、公 用配變、故障指示器、補(bǔ)償電容器等,因而從自動化的角度來看,具有設(shè)備多、測點(diǎn)多、覆 蓋面廣、總信息量大、測點(diǎn)容量小、

6、配電網(wǎng)受擴(kuò)容、城建影響大,配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接線變化頻繁 等特點(diǎn)。本著“故障檢測準(zhǔn)確、故障隔離迅速和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)慎重”的原則,配電網(wǎng)自動化從運(yùn)行管 理的模式上,正向著分層、分布式、開放系統(tǒng)的方向發(fā)展,配電終端設(shè)備逐漸智能化和一體 化,從提高配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和效率,提高供電質(zhì)量,降低勞動強(qiáng)度,充分利用現(xiàn)有設(shè)備 的能力,縮短停電時間和減少停電面積,歷史數(shù)據(jù)存儲和管理,歷史事件/事故報警記錄等 方面,為供電系統(tǒng)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和很高的安全保障。2 配電自動化系統(tǒng)設(shè)計原則配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)在配電規(guī)劃的基礎(chǔ)上,根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際供電條件、供電水平、 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和用戶性質(zhì),因地制宜地選擇方案及其設(shè)備類型。重要用戶多

7、、 負(fù)荷密度高、 線路走廊資源緊張, 用戶對供電可靠性較為敏感的區(qū)域是首 期實(shí)施自動化的區(qū)域。 在實(shí)施前必須經(jīng)過電網(wǎng)改造, 使供電半徑趨于合理, 網(wǎng)架和設(shè)備得到 加強(qiáng),線路間相互連接的條件。負(fù)荷密度小、雖經(jīng)改造、 ,但網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱,線路間不具備 互連但具有發(fā)展?jié)摿Φ膮^(qū)域, 應(yīng)按自動化目標(biāo)規(guī)劃, 視條件分步實(shí)施。 以輻射網(wǎng)絡(luò)供電為主 的區(qū)域,且未具備互聯(lián)條件,為提高供電可靠性,可按就地智能化目標(biāo)來規(guī)劃并組織實(shí)施。 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的建設(shè)必須首先滿足配電網(wǎng)自動化基本功能, 在條件具備時可以考慮 擴(kuò)展管理功能。 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)主站原則上應(yīng)該考慮與調(diào)度自動化系統(tǒng)一體化設(shè)計。 調(diào)度 自動化系統(tǒng)尚未建設(shè)

8、, 不應(yīng)先行建設(shè)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)。 新建調(diào)度自動化系統(tǒng)應(yīng)綜合考慮配 電網(wǎng)自動化需求。電網(wǎng)規(guī)模較大,基礎(chǔ)條件成熟,可以統(tǒng)一規(guī)劃、分別建設(shè)。配電網(wǎng)自動化 通信建設(shè)應(yīng)該與調(diào)度自動化通信、集中抄表系統(tǒng)通信等結(jié)合起來,并考慮今后發(fā)展的裕量。 主站系統(tǒng)設(shè)計原則應(yīng)遵循各項國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),具有安全性、可靠性、實(shí)用性、擴(kuò)展性、開 放性、容錯性,滿足電力系統(tǒng)實(shí)時性的要求,具有較高的性能價格比。3 配電自動化系統(tǒng)功能分布集 SCADA、饋線自動化、配電管理自動化功能于一體的配電自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)理如下圖 所示的由計算機(jī)硬件、系統(tǒng)軟件、支撐軟件、應(yīng)用軟件加上不同的通信手段和終端裝置(單 元所組成的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 3.

9、 1主站系統(tǒng)配電主站系統(tǒng)是一個全開放的、 面向 10KV 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的專業(yè)配置平臺, 是整個 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)監(jiān)控和管理的核心, 主要負(fù)責(zé)各個區(qū)域配電子站或終端設(shè)備的實(shí)時信息采 集、控制和有效的管理,保證整個配電系統(tǒng)處于最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)內(nèi)置全面、高效可靠的 DA 故障定位、故障隔離和快速恢復(fù)供電算法模塊,適合于從簡單放射狀配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、手 拉手環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)到復(fù)雜網(wǎng)格狀供電網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)并發(fā)故障的自動故障定位、自動/手動故障隔離、 自動/手動恢復(fù)供電。 系統(tǒng)提供安全、 可靠和方便的故障仿真模擬和閉瑣功能, 全在線配置、 對象化建模、通訊規(guī)約全面、人機(jī)界面友好可靠。配電主站系統(tǒng)應(yīng)用軟件的主體部分是

10、SCADA/DA系統(tǒng),SCADA 系統(tǒng)完成基本的數(shù)據(jù)采集 和系統(tǒng)監(jiān)視控制功能,DA 系統(tǒng)完成配電網(wǎng)自動化管理功能。配電主站系統(tǒng)具有很高的安全 性、 可靠性、 實(shí)時性以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力, 它主要包括以下功能模塊:數(shù)據(jù)采集及處理, 配電網(wǎng)自動化管理,遙控/遙調(diào)功能,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理,接口規(guī)約管理,人機(jī)界面,實(shí)時數(shù) 據(jù)庫,歷史數(shù)據(jù)處理,報警處理,報表曲線,事故追憶,地理信息系統(tǒng)(GIS ,自動著色及 潮流計算,負(fù)荷預(yù)測,電壓無功優(yōu)化及控制(AVQC ,網(wǎng)絡(luò)建模及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?用電管理,仿 真培訓(xùn)。3. 2子站系統(tǒng)配電子站層是整個配電自動化系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié), 它位于配電區(qū)的變電站或開閉所 內(nèi),是配電

11、網(wǎng)自動化系統(tǒng)的中間層,可與上級主站、所轄區(qū)域內(nèi) FTU 或其它智能終端設(shè)備 通信,實(shí)現(xiàn)遙測、遙信和遙控數(shù)據(jù)的搜集和轉(zhuǎn)發(fā),完成所轄區(qū)域故障識別、故障隔離和恢復(fù) 供電以及遠(yuǎn)動功能等。大型配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)遠(yuǎn)期(規(guī)劃規(guī)模子站為 32個,中型系統(tǒng)為 16個,小型系統(tǒng)為 8個。子站與主站通過 SDH 光纖網(wǎng)互連。子站集中處理本區(qū)域內(nèi)的配電網(wǎng)的全部饋線自動化功能, 子站與主站協(xié)調(diào)處理, 即子站 處理本區(qū)域的配電網(wǎng) DA 故障定位和故障隔離, 恢復(fù)供電由主站處理子站只負(fù)責(zé)本區(qū)域的數(shù) 據(jù)采集和轉(zhuǎn)發(fā)能。它主要包括以下功能:監(jiān)視、控制所管轄范圍內(nèi)的 RTU、DTU、FTU、TTU, 實(shí)現(xiàn)“四遙”功能。數(shù)據(jù)采集,子站

12、實(shí)時采集其連接設(shè)備的狀態(tài)量、模擬量和脈沖量(其中 還包括子站通信系統(tǒng)、通道的狀態(tài)信息 。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),向主站系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā) RTU、DTU、FTU、TTU 的數(shù)據(jù), 向主站系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā) TTU 的數(shù)據(jù), 向主站系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā) DTU 的數(shù)據(jù), 向主站系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)子站系 統(tǒng)自身的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。 控制和調(diào)節(jié), 接收主站系統(tǒng)下發(fā)的控制和調(diào)節(jié)命令, 實(shí)施現(xiàn)場設(shè)備 的控制和調(diào)節(jié),如開合一個開關(guān)、改變變壓器的分接頭位置,調(diào)節(jié) FTU 整定參數(shù)等。子站系 統(tǒng)可以用多種規(guī)約與 RTU、DTU、FTU、TTU 及其它智能設(shè)備通訊。作為饋線自動化 FA 主體, 實(shí)現(xiàn)所管轄范圍內(nèi)的故障定位、故障段隔離、非故障段的自動恢復(fù)供電。子站間相互通

13、信, 協(xié)調(diào)和實(shí)現(xiàn)子站范圍之間的饋線自動化 FA 功能。子站系統(tǒng)具有自診斷和遠(yuǎn)方(主站診斷 功能, 本地可以監(jiān)視和診斷系統(tǒng)本身以及所管轄范圍內(nèi)的終端設(shè)備。 子站定期接收主站的時 鐘同步信號,并對站端系統(tǒng)各終端對時。對各個通道進(jìn)行監(jiān)視,當(dāng)通道故障時,可向主站發(fā) 送報警信息;對通道故障進(jìn)行統(tǒng)計;統(tǒng)計通道停運(yùn)時間并記錄,向主站發(fā)送統(tǒng)計信息。數(shù)據(jù) 子站主要具備如下控制功能: 10KV出線開關(guān)進(jìn)行直接控制, 通過 MODEM 與變電站 RTU 相連, 直接控制 10KV 出線開關(guān)。站通過子站向終端(如 FTU發(fā)遙控命令3. 3通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)是配電自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵之一,配電自動化系統(tǒng)需要借助于有效的通信手

14、段, 將控制中心的控制命令準(zhǔn)確地傳送到裝配在現(xiàn)場的遠(yuǎn)方終端, 并將現(xiàn)場的遠(yuǎn)方終端采集的信 息收集傳回控制中心和普通工程不同的是, 配電自動化工程往往測控點(diǎn)多、 而且分散, 通信 通道線路長、施工運(yùn)行環(huán)境惡劣,因此,一方面要合理設(shè)計,選用滿足配電自動化系統(tǒng)的通 信設(shè)備, 另一方面又要切合配網(wǎng)資金不足的實(shí)際, 降低通信系統(tǒng)的造價。 通訊方式主要有以 下幾種:配電線載波, 脈動控制技術(shù), 工頻控制技術(shù), 電話線, 無線(擴(kuò)頻通信, 現(xiàn)場總線, 光纖通信,混合通信方式多種方式并存,共同完成一個配電自動化通信系統(tǒng)。4 配電自動化系統(tǒng)典型方案模型4.1大中城市配電自動化系統(tǒng)典型方案a 通訊網(wǎng)方案選擇:SD

15、H光纖同步通訊網(wǎng),FDDI 光纖分步式數(shù)據(jù)接口通訊,ATM 光纖通 訊網(wǎng), 自愈式光纖通訊網(wǎng), 組網(wǎng)方案選擇主站至子站單獨(dú)建高速主干網(wǎng)、 子站至終端建通訊 子網(wǎng)。b 計算機(jī)系統(tǒng)方案選擇:2臺以上服務(wù)器、磁盤陣列、n 臺工作站、集線器、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng) 卡、光端機(jī)等。服務(wù)器、工作站選用 RISC 級硬件設(shè)備,如 ALPHA、SUN、HP 等。網(wǎng)絡(luò)操作系 統(tǒng)可選 UNIX、WINDOWS NT 4.0及以上。工作站操作系統(tǒng)可選 UNIX、WINDOWS NT 4.0及以上、 WINDOWS98以上,推薦使用 UNIX 或 UNIX 與 NT 混合。數(shù)據(jù)庫可選 DB2、SYBASE、ORACLE 等。 GI

16、S 平臺可選 SMALLWORLD、GROW、ARCINFO、MAPINFO 等。應(yīng)用平臺可選 UNIX、NT 環(huán)境,推 薦基于 UNIX 平臺的應(yīng)用系統(tǒng)。c 一次系統(tǒng)方案選擇:架空線優(yōu)先選擇能多次重合的柱上開關(guān),架空線可選柱上開關(guān), 電纜系統(tǒng)選擇帶開關(guān)的環(huán)網(wǎng)柜,已有一次設(shè)備的選擇有實(shí)力的廠家進(jìn)行電動改造。d 二次系統(tǒng)方案選擇:架空線優(yōu)先選擇帶保護(hù)、 帶四遙、 帶智能網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的柱上開關(guān) FTU, 電纜系統(tǒng)選擇帶多條線路測量和控制及故障檢測功能的環(huán)網(wǎng)柜控制器, 開閉站或配電變電站 選擇高可靠性的 DTU。e DMS 及高級應(yīng)用:配網(wǎng)運(yùn)行管理(推薦選用 ,配網(wǎng)停電管理(推薦選用 ,配網(wǎng)工作 票及操

17、作票管理,配網(wǎng)設(shè)備管理(推薦選用 ,狀態(tài)估計(推薦選用 ,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?推薦 選用 ,配網(wǎng)潮流(推薦選用 ,短路計算(推薦選用 ,電壓無功優(yōu)化,網(wǎng)絡(luò)重構(gòu),配網(wǎng)負(fù) 荷預(yù)測。f 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案選擇:架空系統(tǒng)優(yōu)先選擇集中控制加就地智能的饋線自動化,架空系統(tǒng) 可選擇集中控制的饋線自動化,電纜系統(tǒng)優(yōu)先選擇集中控制為主就地智能為輔的饋線自動 化,電纜系統(tǒng)可選擇集中控制的饋線自動化。4.2小城市配電自動化系統(tǒng)典型方案a 通訊網(wǎng)方案選擇:優(yōu)選自愈式光纖通訊網(wǎng),可選進(jìn)口電臺無線通訊, (不推薦 電力線 載波通訊。b 計算機(jī)系統(tǒng)方案選擇:2臺以上服務(wù)器、n 臺工作站、集線器、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)卡、光端機(jī) 等。服務(wù)器、工作站選

18、用 INTEL 級硬件設(shè)備,如 IBM、COMPAQ、DELL、HP 等。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 可選 WINDOWS NT 4.0及以上、UNIX,推薦使用 NT。工作站操作系統(tǒng)可選 UNIX、WINDOWS NT 4.0及以上、WINDOWS98以上,推薦使用微軟系列。數(shù)據(jù)庫可選 DB2、SYBASE、ORACLE 等。 GIS 平臺可選 SMALLWORLD、GROW、ARCINFO、MAPINFO 等。應(yīng)用平臺可選 UNIX、NT 環(huán)境,推 薦基于 NT 平臺的應(yīng)用系統(tǒng)。c 一次系統(tǒng)方案選擇:架空線優(yōu)先選擇能多次重合的柱上開關(guān),架空線可選柱上開關(guān), 電纜系統(tǒng)選擇帶開關(guān)的環(huán)網(wǎng)柜,已有一次設(shè)備的選擇

19、有實(shí)力的廠家進(jìn)行電動改造。d 二次系統(tǒng)方案選擇:架空線優(yōu)先選擇帶保護(hù)、 帶四遙、 帶智能網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的柱上開關(guān) FTU,電力自動化時代 電纜系統(tǒng)選擇帶多條線路測量和控制及故障檢測功能的環(huán)網(wǎng)柜控制器， 開閉站或配電變電站 選擇高可靠性的 DTU。 e DMS 及高級應(yīng)用：配網(wǎng)運(yùn)行管理（推薦選用） ，配網(wǎng)停電管理（推薦選用） ，配網(wǎng)工作 票及操作票管理，配網(wǎng)設(shè)備管理（推薦選用） ，狀態(tài)估計，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?，配網(wǎng)潮流，短路 計算，電壓無功優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，配網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測。 f 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案選擇：架空系統(tǒng)優(yōu)先選擇集中控制加就地智能的饋線自動化，架空系統(tǒng) 可選擇集中控制的饋線自動化，電纜系統(tǒng)優(yōu)先選擇集中控制為主就地智能為輔的饋線自動 化， 電纜系統(tǒng)可選擇集中控制的饋線自動化， 電纜系統(tǒng)可選擇變電站出口與溶斷器配合的方 式。 5 結(jié)論 在實(shí)踐過程中集 SCAD