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中国配电网现状和配网自动化发展趋势分析

发布时间:2015-09-01 来源:中国自动化网 类型:产业分析 人浏览
关键字:

自动化 配电网

导  读:

预计到2020年,高压配电网变电容量达到21亿千伏安、线路长度达到101万公里,分别是2014年的 1.5倍、1.4倍,中压公用配变容量达到11.5亿千伏安、线路长度达到404万公里,分别是2014年的1.4倍、1.3倍。那么,中国配网现状如 何,未来又会如何建设?下面北极星输配电网为您整理了中国配电网现状分析以及配网自动化一些基本问题和未来的发展趋势。

  (一)配网自动化主站系统

  主站系统由三个子系统组成:配电SCADA主站系统;配电故障诊断恢复和配网应用软件子系统DAS;配电AM/FM/GIS应用子系统DMS构成

  1. 配电SCADA主站系统由前置机服务器(RTU服务器)、SCADA服务器、调度员工作站(MMI)、报表工作站、DA服务器、GIS服务器等组成。前置 机服务器:它包括若干台前置机服务器。其中一台为主前置机服务器,当服务器出现故障时,从前置机服务器中的一台自动成为主前置机服务器,以保证系统的正常 运行,这是由nap来完成的。主前置机服务器通过dater接收子站通过交换机发送来的数据,由vcterm经过规约解释存入当地内存,形成生数据实时共 享内存。主前置机服务器通过rawd向若干从前置机服务器发送生数据,各从前置机服务器通过datsrv接收主前置机服务器发送来的生数据形成自己的生数 据实时共享内存。

  SCADA服务器:它包括若干台SCADA服务器。其中一台为主SCADA服务器,当服务器出现故障时,从SCADA服务器中的一台自动成为主 SCADA服务器,以保证系统的正常运行,这是由nsp来完成的。主SCADA服务器通过datsrv接收主前置机服务器发送来的生数据,经过处理形成熟 数据。将形成的熟数据存入内存,形成实时库。同时将形成的熟数据存入硬盘,形成历史库,历史库全系统唯一只有一个。需要历史数据时,从历史库取数据。取数 据的方式有:polling方式;stream方式;sql方式。整个主站系统为一个局域网,通过交换机或HUB连接在一起。


  2.为保证配网自动化系统投运后,能够完全满足本系统的技术要求,必须对本系统起至关重要作用的配电故障诊断和恢复功能(即DA功能)进行联调测试。在进行DA联调测试前,必须保证以下条件完整无误:


  (1)主站置库完毕并经反复检查无误;


  (2)主站、子站和FTU之间的通讯正常;


  (3)对要进行DA测试的FTU进行遥测、遥控、遥信调试,并保证其功能正常;

  (4) 恢复无故障区段的供电时,必然涉及到变电站出口断路器,因此要对变电站的出口断路器进行遥控测试。另外,在DA测试中采用继电保护测试仪模拟故障引起开关 跳闸的方式启动配电自动化系统的DA功能,完成一次设备的实际动作。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远方控制两种方式。就地控制以馈线终端单元(FTU)之间的配合为主,不需要通信通道,通过对线路过流或过压的检测,以 及对开关分合闸的逻辑控制实现故障区段的隔离和非故障区段的供电恢复;主站远方控制方式需要有可靠的通信通道,通过主站软件对FTU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。

  3.配电管理系统DMS。

  (1) 从输电系统自动化的发展来看,中国目前已普及了以SCADA功能为主的地调自动化系统,但作为更高层次的能量管理系统(EMS)却尚未全面达到,尽管如 此,输电系统SCADA已经发挥了巨大的作用。由于配电系统较输电网更复杂、更分散,实现综合管理系统水平的配电管理系统(DMS)的难度也就更大。因 此,应当学习输电系统自动化发展经经验,在使用中不断提高系统自动化水平。

  (2)DF9100配电主站系统中的AM/FM/GIS是配电管 理系统的重要功能之一。它是将地理学空间数据处理、计算机技术与电力系统相结合,为获取、存储、检索、分析和显示电力设备的空间定位资料和属性资料而建立 的计算机化的数据库管理系统。其中AM为自动绘图,FM为设备管理,GIS是地理信息系统,AM/FM/GIS是配电管理系统DMS的基本平台。利用AM /FM/GIS集成DMS系统,建立统一的DMS数据库,为各子系统提供共享资料,从而减少资料的冗余度,保证资料的一致性,提供良好的全图形化的人机界 面。地理信息系统GIS的引入为电力系统应用提供了全新的表达形式,更具有现实性,更直观易用,并对现有应用进一步扩展,使其具备空间管理、运用能力,实 现更高一级的管理。

  (3)配电地理信息系统GIS与配电SCADA系统互联,使实时数据在地理信息图上显示并为GIS的空间分析子过程提供数据,该局配网GIS与 SCADA实时数据同步。配网GIS系统本身就支持SCADA实时数据的显示,但由于GIS系统运行在该局办公自动化10网段上,而SCAD系统运行在 191网段上,目前为了实现GIS系统的实时显示,利用WEBSRV(双网卡设置191和10段IP)机器作为CADA实时数据转发服务器,10段的 GISSRV(10网段的SCADA服务器)作为SCADA实时数据接受服务器,利用转发程序实现两个不同网段的实时数据同步。

  (二)配网自动化子站系统

  因为配网监控设备点多面广,配电SCADA系统的系统测控对象既包含较大容量的开闭所、环网柜,又包含数量较多、分布较广的柱上开关,不可能把所有的站端监 控设备直接连接到配电主站,因此必须增设中间一级,称为配电子站(SUB-STATION),由其管理其附近的柱上开关、开闭所、配电站端监控设备,完成 “数据采集器”、馈线监控、当地监控及馈线重合闸的功能;并将实时数据转送配电主站通信处理器,这样既能节约主干通道又使得配电自动化主站SCADA网络 可以继承输电网自动化的成熟成果。

  (三)配网自动化终端

  城市配网自动化终端负责对城域所 辖的柱上开关、开闭所、环网柜、配电变压器等进行监控,既要实现FTU、TTU等的三遥功能,又要实现对故障的识别和控制功能,从而配合配网自动化主站及 子站实现城区配网运行中的工况检测、网络重构、优化运行以及网故障时的故障隔离和非故障区域的恢复供电。

  为本系统配套的WPZD-110型 FTU,其容量为9路遥测量,8路遥信量,4路遥控量,具有与上级站通讯的RS-232接口,也有与下级站通讯的RS-485接口。其主要功能有:数据采 集和处理,远方控制与当地控制,故障识别、故障隔离和负荷转移,接受远方指令及转发采集的数据信息,具备相适应的通信功能等。该市城局配电网采 用环网结构,电源取自馈线的不同母线,按闭环方式运行。配电网络的构成有电缆和架空线路两种方式。其中架空线路双电源手拉手供电是以往最基本的形式。线路 主干线分段的数量取决于对供电可靠性要求的选择。理论上讲,分段越多,故障停电的范围越小,但同时实现自动化的方案也越复杂。那么要实现系统对各段的故障 能够自动准确识别并切除,且最大限度缩短非故障区域的停电时间的愿望,也就更有难度。

  三、通信

  配 网自动化的通信包括主站对子站、主站对现场终端、子站对现场终端、子站之间、现场终端之间的通信等广义的范围。通信是实施配网自动化的一个重点和难点,区 域不同、条件不同,通信方案也多种多样,主要有光纤、有线电缆、电力载波、微波、扩频等,但就目前配网自动化技术不够成熟的情况下,采用混合通信方案是比 较符合实际的原则。


  四、配网自动化实施中应注意的问题


  配网自动化的实施涉及的部门多,投 资大,是一项系统工程,因此配网自动化的规划是必不可少的,必须结合当地配电网的发展规划,制定详细的配网自动化的实施计划,整体考虑,分期分批实施,同 时要和供电企业内部信息化建设相协调。另外,从供电局的实际需要和发展需求出发,目前的配网自动化系统应该实现配(网)调(度)合一的设计,技术上统一平 台,管理上易于维护,经济上节约资金,同时也奠定了将来电力企业信息化的基础。在实施过程中,注重已有的调度自动化的升级改造与建设配网自动化统一考虑, 新上调度自动化与建设配网自动化统一考虑。


  配电线路设备的户外运行环境,对开关设备、配电终端设备等提出了更高的要求,必须考虑雷击过电压、低温和高温工作、雨淋和潮湿、腐蚀、风沙、振动、电磁干扰等因素的影响,在开关的外绝缘材料、电子设备的设计、元器件的筛选等方面应综合考虑其性价比。


  此外,配电自动化系统中的站端设备进行远方控制的频繁程度比输电网自动化系统要高得多,因此要求配电自动化系统中的站端设备具有更高的可靠性。


  配电终端设备中的电源用于控制开关动作,正常情况下从线路中取得,线路失电后的后备电源应具有较高的可靠性。


  在实施配网自动化后,降低了运行人员的劳动强度,提高了劳动效率,使运行人员对网络的运行状况掌握得更全面更快捷,为供电企业创造更好的经济效益和社会效益。配网自动化的实施,改变了配电网传统的运行管理方式,但对运行人员提出了较高的要求。


  五、配网自动化技术未来的发展趋势


  随着科技的发展,配电网自动化展现出配电系统的智能化、自动化,信息化和互动化的新特征。配电自动化技术的未来发展趋势体现在以下七个方面。


  1.配网自动化的综合型受控端


  新 型综合受控端基于高速SCADA系统,可以实现电网信息的快速采集和信号的综合处理,并且大大减少了受控端的数量,从而使系统的规模得到简化。这种受控端 不仅具有以往终端所具有的功能,还可以实时监测系统的潮流分布、电压情况、系统是否产生震荡、频率是否满足要求等,将这些信息传递给主控方,供进一步分析 使用。同时,这些受控端之间还可以进行相互通信,进一步提高数据的精确程度。


  2.配电线路载波通信技术和基于因特网的IP通信技术


  通 信系统一直是配电网自动化的难点之一。在10kV及以下的配电系统里,由于受控端数目多,对通信的要求也显著提高。因此,如果要实现系统潮流实时监测、频 率控制等需求,稳定的大容量的高速载波通信系统是必备的。该系统不仅可以满足上述需求,还可以为客户提供更多的生活服务,如电力线上网等。另外,光纤通信 具有容量大、可靠性高、传输速率高等优点,已成为主流通信系统的首选。随着成本的降低,采用光纤通信作为配电系统自动化的主干通信网已得到普遍共识。随着 通信技术的进步,基于城市光纤网的IP通信技术充分利用了光纤通信技术抗干扰能力强、误码率低、传递快速和IP通信方式的通用兼容性接口等优越性,可望成 为智能配电网自动化系统的前沿通信技术。


  3.定制电力技术


  定制电力技术是柔性配电系统的实际应用,它将智能电网技 术、柔性送电技术、云计算技术等高科技技术用于中低压配电网,用以消除谐波,防止电压闪变,保证各相对称,提高供电可靠性和经济性。主要由电压稳定器、快 速无功补偿器、频率检测器、高速断路器等设备组成。当系统出现突然增大负荷或者瞬间丢失大负荷时,该技术可以瞬间发现系统的变化,并满足极限情况下系统的 稳定,该技术应用于配网自动化中,可以实现系统实时优化,满足高层次用户的需求。

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