北京四方华能电网控制系统有限公司姜兴杰
[摘要] 针对配电自动化具体实施中的若干目的性和环节性问题提出建议。
[要害词] 配电自动化FTU分层散布式监控系统电力市场
1、引言
配电自动化是西方蓬勃国家70年月提出的概念,今朝在日本、欧美已获得了充实成长。我国近年来也已展开了很多试点工作。对于配电自动化,《配电系统自动化设计导则》中针对其特点给出了很确切的界说:“哄骗现代电子、计较机、通讯及网络技术,将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地舆图形进行信息集成,组成完整的自动化系统,实现配电网及其装备正常运行及事故状态下的监测、庇护、控制、用电荷配电治理的现代化”。配电自动化系统(DAS)在纵向结构分属于配电治理系统(DMS),横向与110kV变电站综合自动化、调剂自动化、电力MIS等慎密联系关系。从今朝实施的需求和现状看,配电网自动化实行的模式应是SCADA与GIS合一,“营配合一",且与地调、电力MIS等慎密集成的系统。
2、配电自动化实施目的
配电自动化在我国的兴起主要是缘于城网改造口持久以来配电网建设不受重视,结构亏弱,致使发电容冗余的同时供配电能力低下。由此国家出台城网改造的政策、资金,并提出要积极稳步推动配电自动化。配电自动化实现的方针可以回结为:提高电网供电靠得住性,切实提高电能,确保向用户不中断供电;提高城乡电力网整体供电能力;实现配电治理自动化,对多项治理进程提供信息支持,改善服务,提高治理水安然平静劳动生产率;削减运行维护费用和各类消耗,实现配电网经济运行;提高劳动生产率及服务,并为电力系统电力市场的改造打下秀的技术根蒂根基。
从以上这些方针可以看出,对于电力企,配电自动化的实施的具体意义在于：近期可以年夜幅度提高供电靠得住性,同时具有减人增效,下降经营成本的作用;远期的意义即针对在秀一次网络的根蒂根基上的自动化系统可化运行,连结能平衡,削减尖峰负荷,进而具有推延新建项目的潜在经济效益。
依照现代企的成长纪律,配电自动化的系统实施是整个配电网络技术水平、治理水平的位、全进程的提高,是未来能够实现多方面、庞大的经济效益的根蒂根基。对于国家整体,在我国今朝经济和供电条件下它更能作为一种根蒂根基举措措施的化促进国平易近经济成长,并起到实现经济和社会两重效益的作用。
3、配电自动化的实施应面向用户并顺应经济成长水平
配电自动化是属于整个电力系统中的一个分支,配电网领域又是整个电力系统与涣散的用户直接相连的部门,是对社会生活变化为敏感的部门,电力作为商品的属性也集中体现在配电网这一层上。配电自动化是作为市场经济的产物诞生于市场经济蓬勃、年夜大都国家电力平易近营化的西方;当市场需要更高的供电,电力公司必需在剧烈的市场竞争中哄骗新技术下降运行费用,配电自动化应运而生。配电自动化的实施也是一个自然的进程，由于它直接向用户接进的特点,它的变化成长始终指导顺应着经济的成长。
西方蓬勃国家于80年月末,起头运用配电自动化技术。90年月以来,欧美一些国家前后开放电力市场,由于各电力企忙于进行体系体例转换,配电自动化实施工作一度放缓。今朝,为了下降运营成本,提高供电靠得住性和供电,争取更多的用户,各供电企正在积极地展开配电自动化工作。日本在70年月就起头进行高电压年夜容的配电方式,以解决年夜城市的配电问题,并着手开发依靠配电装备及继电庇护进行配电网络自动化运行的方式,从80年月到现在已完成了计较机系统与配电装备配合的配电自动化系统,在主要城市的配电网络上投进运行,其中年夜规模的配电自动化系统可控制约4000个以上的中压开关,中小规模的配电自动化系统也可控制约1500个中压开关。由于配电自动化工作的深进,电网供电靠得住性获得显著的提高,日本96年至97年度平均每户停电0.1次,每次平均8分钟,靠得住性居之首。香港电灯公司的3000多个中压开关全数可以远控。韩国、台湾于90年月也完成下场部配电系统的馈线自动化,并建立了自己配电自动化实验网络。与其它方面的现代化一样,配电技术的现代化是建立在一定工根蒂根基之上的,而上述国家的90年月均是已实现经济起飞、经济获得了充实成长的阶段,是社会技术经济成长到一定水平的产物。
98年我们国家决议投巨资进行城乡电网改造,反映了我们国家综合国力的增强:国家电力公司配合国家计委作出了实施方案,分批投进城市电网建设和改造项目,三年国家将投进资金数千亿元。另外凭据国家成长委员会计投资(1998)1509号的批复,国家将投进1368亿元,用于我国农网的建设与改造,拉开了开国以来年夜规模的农村电网建设的序幕。全国城乡电网建设与改造的资金投进快要3000亿元。这样年夜规模的城乡电网建设与改造加上1"6年在济南召开的全国电力工技改会议提出的‘把技术前进作为九五时代成长我国电力工的主要标的目的,的方针,势必极年夜促进配电自动化工作的展开,配电自动化已成为电力自动化的热门技术,是电网成长的年夜势所趋。
但对于在我国的实施与国外又有很年夜分歧:1、我国对电力是国家垄断经营,还没有真正实现电力市场化;2、我国事实还属成长中国家且各地成长很不服衡。实施的目的既是为顺应终端用户的需求,这类需求既会因分歧用户、因地、因行而异,又是变化的。假设不尊重经济和市场成长的需求变化,必然要遭遇挫折,好比曾一度兴起的负荷治理控制系统,很多电局自安装上以后就一直没阐扬过作用,既不能给用户拉闸限电又欠好集成进抄表营系统,投资因而酿成浪费。关于差异,好比东部沿海地域一个县的供电可能年夜于内陆不蓬勃省份一个地域的供电;作为实施根蒂根基的一次网络和变电站综合自动化的水平各地域间差距更年夜。假设周全的实施配电自动化,首先应斟酌的是:
1.对于提高供电靠得住性,首先是要将它看做一个持久的市场行为。
2.供电靠得住性的提高是一个受多种身分制约、用多种手段有用协作后的成效,尤其依靠于系统治理水平的提高。可以从国外的例子看配网建设的历程,以日本关西电力公司为例,在60-70年月主要在改良一次装备,80年月为知足城市情况计划要求而年夜采用地下电缆后,年夜年夜提高了供电靠得住性,到达每户年停电次数0.05次/年,尔后改造的重点转为采用各类综合手段提高供电,如采用不停电施工削减计划停电;开发哄骗配电自动化实现装备的远方监视、控制、协调,消除操作中工钱身分可能致使的毛病。从而使停电时间削减到每户每一年3分钟的水平。众所周知60-80年月正是日本经济高速成长的黄金时期,从以上可见在那时计较机通讯技术条件下实施配电自动化:1、肯定有壮大的利益驱动外因(用户对电能的高要求),2、单纯的经由过程改造一次举措措施即能到达每户年停电次数0.05次/年,关西电力公司在实施自可见一斑。
所以我们建议一个供电企在安装配电自动化是首先研究的应是客户持久的、变化的、潜在的需求,按现代的营销模式作市场查询拜访、顾客群细分等,将配电自动化的实施同时作为整个电力营销策略中的一环来处置;其次实事求是,综合企内已有的线路网络水平、调剂自动化和变电站(开闭所)自动化水平、人员素、治理改造配套来制定实施的进度和规模。
4、配电自动化产物应具有进步前辈性、开放性和服务的可延续性
城市配电自动化的内容是对城域所辖的全数柱上开关、开闭所、配电变压器进行监控和协调。既要实现FTU的三远功能,又要对故障的识别和控制功能。从而配合配电自动化主站实现城区配网运行中的工况监测、网络重构、化运行。为系统自动化的一部门,由于它直接面向用户且信息年夜,故要求它必需具有很进步前辈的顺应性和壮大的多系统接口能力。与其它自动化系统比,它在使用上的特点是协和谐集成,在充实数据共事的根蒂根基上阐扬集成后系统整体的性能以支持和带动电力企营和治理水平的提高。
配电自动化的内容和特点决议了配电自动化的系统结构应当是一个分层、分级、散布式的监控治理系统,应遵循开放系统的原则,按全散布式概念设计,依照一个城区全数实施设计,系统必需将变电站级作为一个完整的通讯/控制分层;系统整体设计可分为配调中心层、变电站层、中压网层、低压网层,以下分析这四层的具体设计实施。
(1)配调中心层
配调中心局域网是整个自动化系统的高层,采用高速以太网双机设置装备摆设、互为备用。该网络组成配网自动化的调剂中心(中心主站),由同享统一数据库的实现配网自动化分歧功能的工作站及服务器组成。系统硬件装备及接口合适工尺度。操作系统可选用中文WindowNT网络操作系统。在此根蒂根基之上提供配网自动化软件支持平台,包括数据库软件、人机交互软件、通讯软件、散布式的配电监控、治理运用软件。采用开放式和散布式的系统及面向对象技术,具有开放性和可扩大性。运用软件以配网实时数据库为根蒂根基,运用客户机/服务器模式,各自自力实现分歧的自动化功能。系统的接口能力及开放性全依靠于这一层的设计,,所以今朝配电调剂中心的建设务必需先斟酌:
·底层数据的统一同享(数据库,尺度接口);
·平易近ADA与地舆信息系统(GB)慎密集成;
·实时数据和治理数据的连系(“营配合一”,与电力MIS集成);
·进步前辈、灵活的发布和支持查询能力;
秀的集成后可实现数据同享,能极年夜的提高工作效率。北京四方华能公司配调后台除采用上述一系列进步前辈性设计外)网络采用TCP/IP协议,实时数据库采用尺度数据接口,具有极普遍的集成能力。
(2)变电站层
系统结构的第二层网络是配调中心主站与各变电站子站通讯的城域网。该网络哄骗各变电站原本的一路通道,光纤、电缆、载波、微波都可,可实现区域内SCADA功能及部门故障处置功能。变电站层的设计主要有两个缘由:一是进行信息分层,削减中心层负担和底层对中心层的依靠:二是因故障处置是需远控变电站(开闭所)出口断路器,它的实现必需经由过程安装在变电站的终端单元。变电站层的实现有两种方式:一是哄骗现有的现场智能装备实现,仅增加一套现场的远动通讯单元(或一发双收);二是再建一套带通讯的现场装配完成通讯和控制功能。
(3)中压网
系统结构的第三层网络是以中压10kV电力网络为依托的中压监测、控制网络。该网络由变电站子站、馈线出口庇护FTU、分段开关FTU、开闭所FTU、配电变压器FTU组成。这层网络完成配网自动化的主要的数据交换及控制,是配网自动化的焦点网络。所以这层网络的实施是配电自动化是否成败的要害,其中的难点是通讯方式和系统控制方式的选择,小电流接地选线定位。
·FTU:系统经由过程FTU的丈实现配网的SCADA功能,并能经由过程对各FTU的控制实现配网的故障识别、故障隔离、网络重构及配网的无功/电压控制和化运行等功能。FTU系列因需与开关、变压器配套,往往安装在户外且现场很恶劣的电气情况中,所以相对变电站综合自动他系统中的现场单元,它的抗干扰、抗震动和温度范围要求更高。国家电力公司在发布的技术条件要求中划定顺应温度需到达-40一85度,电磁兼容性需经由过程IEC四级瞬变干扰实验(IEC61000-4-4:1995)。此外,FTU内部需设置装备摆设蓄电池以使停电后照样工作。四方华能公司的CSF111系列FTU采用四方公司第三代微机庇护硬件的设计原则,由多种新技术和靠得住的隔离滤波措施来保证硬件的靠得住性,此外在智能充电器上增加了可以进行深充深放的功能以利于蓄电池的维护。FTU已于1999年11月份经由过程国家电力公司权威部门监测,而且已在现场成功运用。
·通讯:可采用载波、光纤、双绞线、无线方式:集中方式的劣本文不作计议,但成长标的目的应是载波和光纤的夹杂使用。配电网载波确实有很多灾点,但它对网络具有自然的顺应性,随着技术成长它无疑将是配电层通讯的主流。今朝国外研制的配电载波可以在现场运用至2M的速度(可传输图像)。北京四方华能公司在国内率先推出具有进步前辈水平的网络化配电数字载波通讯技术(NDLC)。该技术以90年月中期泛起的DSP技术、现场总线技术、新一代数字载波原理为根蒂根基,是载波通讯技术跨时代的突破,到达ABB公司同类产物的不异性能,并在2000年1月成功经由过程国家电力公司监测。
·控制方式:配电自动化的控制模式主要分为两类:散布式就地控制、远方集中控制。前者主要运用于6、七十年月,仅仅实现故障隔离功能,不具有扩大性和通用性；远方集中控制依靠于壮大的通讯系统!适合于建立一个完整的、统一的自动化系统平台,现已成为主流。四方华能公司的CSDA2000系统采用综合智能式的远方集中控制方式,在FTU上置进一套通讯故障时启动的智能现场判定处置法式,紧急时刻转为散布式就地控制,这是一种集理方集中控制与庇护的局部控制势相连系的控制方式。
·小电流接地:配电网的一个主要故障是小电流接地,在我国今朝中性点不接地系统现状下定位仍是一个难题。现有的小电流接地庇护主要是哄骗各泛起的零序电流实现故障选线。由于现实中的种种技术缘由致使现有的小电流接地选线的准确率很低(20~30)。现实的配电网运行仍是采用“拉线法”进行选线,因而对新原理的小电流接地庇护的呼声越来越高。北京四方华能公司在国内提出基于全网通讯的小电流接地智能庇护系统。该庇护系统以小波技术、模糊技术为识别工具,在通讯系统的支持下实现了小电流接地的故障选线、定段。从而从基本上解决困扰配电网运行的小电流接地问题。这一功能在兰州铁路配网工程中已到达预期的效果。
（4）低压网
系统结构的第四曾网络是面向10kV/0.4kV配电变压器低压侧的合适的低压数据网。该网络由各配电变压器的低压侧动身，到各负荷节点竣事。实现对各负荷节点的丈与控制，如自动抄表、负荷控制，并经由过程中压网、城域网与配网自动化中心主站通讯。低压网在“营配合一”的系统中是用电营系统的主要网络，该网络的通讯很小，波特率仅为几百bps，通讯方式可采用载波、无线。因尽年夜部门用户是低压用户，且国家对99.99供电靠得住性的统计行将要求到0.4kV低压，“一户一表”也正在周全推行，故终的低压网的配电自动化势必是抄表、负荷经管、SCADA、需方治理（DSM）集成为一体的系统。对于低压网制约的主要问题仍是通讯问题，而今朝流行的有双绞线，低压载波；双绞线敷设坚苦，现有的低压载波运用有一定的坚苦。北京四方华能公司研制的载波系统可一样成功地运用于低压，今朝在贵阳市做的试点工作已初见成效。
上的配网自动化正履历两个深入的转变，一是由多岛自动化向开放式、综合集成的标的目的成长；二是电力市场的兴起与实施，对从电能表到配电治理软硬件都提出了新的要求。技术的不竭前进必然要求厂家有很强的后续研发能力和服务能力。对于电力自动化领域这一结尾的系统，它的实施必然还陪伴着一场治理的革命，这也需要厂家具有向电力企的治理需求提供完全技术支持的能力。所以在系统实施进程中选择好有实力、有延续服务能力的配套厂家，更为要害。