配电网Word格式.docx

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第三阶段：

集实时应用和生产管理应用于一体的配电网管理系统逐渐占据了主导地位，它覆盖了整个配电网调度、运行、生产的全过程，还支持客户服务。

系统结合了配电网自动化系统、配电网GIS应用系统、配电生产管理系统等，并且与营销管理系统相结合，实现配电和用电的综合应用功能。

1.4.2　国内配电网自动化发展

1.4.3　配电网自动化发展趋势

1.5　配电网自动化系统建设的难点、存在的问题及解决办法

1.5.1　配电网自动化系统建设的难点

1.测控对象多

2.终端设备工作环境恶劣、可靠性要求高

3.通信系统复杂

4.工作电源和操作电源获取困难

5.我国目前配电网现状落后

1.5.2　配电网自动化系统建设存在的问题

1.系统功能定位未能反映供电企业的实际需求

（1）原有配电网自动化系统的指标具有不合理性

（2）原有配电网自动化系统的功能设置不合理

2.部分设备和系统的实用化程度不足

3.系统建设和运行维护存在不足

4.缺乏系列行之有效的规范化标准

1.5.3　解决办法

1.分阶段推进实用化工作

2.明确功能定位，规范技术架构及系统配置

3.规范实用化验收测试及日常维护流程

第2章　配电网及一次设备

2.1　配电网接线

•1）网架结构应布局合理、成熟稳定

•接线方式满足Q/GDW156《城市电力网规划设计导则》和Q/GDW370《城市配电网技术导则》等标准要求。

2）一次设备应满足遥测和（或）遥信要求，需要实现遥控功能的还应具备电动操动机构。

3）实施馈线自动化的线路应满足故障情况下负荷转移的要求，具备负荷转供路径和足够的备用容量。

4）配电网自动化实施区域的站、所应提供适用的配电终端工作电源，进行配电网电缆通道建设时，应考虑同步建设通信通道。

2.1.1　放射式接线

1.单回路放射式接线

2.双回路放射式接线

3.树枝式接线

2.1.2　网格式接线

2.1.3　环式接线

1.“N-1”接线

（1）“2-1”手拉手接线

（2）“3-1”接线

（3）“4-1”接线

2.多分段多联络接线

3.“4×

6”接线

2.2　配电网一次设备

2.2.1　配电变压器

配电变压器：

电压35kV及以下、容量2500kV·

A以下、直接向终端用户供电的电力变压器。

作用如下：

1）满足用户用电电压等级的需要。

2）向广大用户提供电能。

2.2.2　断路器

2.2.3　负荷开关

2.2.4　隔离开关

2.2.5　熔断器

2.3　开闭所

图2-20　开闭所常见接线方式

a）单母线接线　b）单母线分段接线　c）双母线接线

2.4　环网柜和电缆分支箱

图2-21　双侧电源环网供电图

2.5　配电站和箱式变压器

图2-22　环网柜配电单元

2.5.1　配电站

1.主接线方式及要求

（1）安全性

（2）可靠性

（3）灵活性

（4）经济性

2.5.2　箱式变压器

2.6　配电网的接地方式

1.不接地方式

2.自动跟踪接地电流的谐振接地方式

3.小电阻接地方式

4.消弧线圈和中等阻值电阻并联可控的接地方式

第3章　配电网自动化数据通信

3.1　数据通信系统的基本组成

1.数据通信系统是软硬件的结合体

图3-1　配电网自动化数据通信系统示例

图3-2　广义数据通信系统模型

2.广义数据通信系统模型

3.发送与接收设备

4.传输介质

5.通信软件

3.2　通信系统的性能指标

3.2.1　有效性指标

1.数据传输速率

数据传输速率是单位时间内传送的数据量。

（1）比特率

（2）波特率

2.频带利用率

频带利用率是指单位频带内的传输速率。

3.协议效率

协议效率是指所传输的数据包中的有效数据位与整个数据包长度的比值，一般用百分比表示。

4.通信效率

通信效率定义为数据帧的传输时间同用于发送报文的所有时间之比。

3.2.2　可靠性指标

数据通信系统的可靠性可以用误码率来衡量。

3.3　数据传输方式和工作方式

3.3.1　数据传输方式

1.串行传输和并行传输

2.同步传输与异步传输

3.位同步、字符同步与帧同步

3.3.2　通信线路的工作方式

1.单工通信

2.半双工通信

3.全双工通信

3.4　数据通信的差错检测

3.4.1　差错控制方式

1.循环传送检错

2.前向纠错

3.自动要求重传

4.信息反馈

5.混合纠错

3.4.2　常用检错码

1.奇偶校验

2.水平一致校验

3.水平垂直一致校验

4.校验和

5.循环冗余校验

3.5　配电网自动化通信方式.

3.5.1　RS-232

3.5.2　RS-485

3.5.3　CAN总线

3.5.4　电力线载波通信

3.5.5　光纤通信

3.5.6　ZigBee无线传感器网络

3.5.7　GPRS通信

3.5.8　多种通信方式综合应用

3.6　配电网自动化常用的通信规约

3.6.1　电力负荷管理系统数据传输规约

1.帧结构

2.链路传输

3.配变监测终端与主站间通信报文解析

3.6.2　IEC60870-5-104规约

第4章　配电网馈线监控终端

4.1　馈线监控终端简介

4.1.1　馈线监控终端的功能及性能要求

1）遥测功能。

2）遥信功能。

3）遥控功能。

4）远方控制闭锁与手动操作功能。

5）对时功能。

6）统计功能。

7）事件顺序记录（SequenceofEvent，SOE）功能。

8）事故记录功能。

9）定值远方修改和召唤定值功能。

10）自检和自恢复功能。

11）通信功能。

1）故障录波功能。

2）微机保护功能。

3）电能采集功能。

4.1.2　馈线监控终端的构成

馈线监控终端作为一个独立的智能设备，一般由1个或若干个核心模块馈线终端单元、外置接口电路板、蓄电池、充电器、机箱外壳以及各种附件组成。

4.1.3　馈线终端单元的硬件

1.交流量采集回路

2.数字量输入回路

3.数字量输出回路

4.通信接口及人机界面

5.CPU

图4-1　馈线终端单元的硬件框图

4.1.4　馈线终端单元的软件

1.测控功能

2.故障检测功能

3.报文转发功能

4.1.5　环网柜和开闭所的馈线终端单元

图4-3　馈线终端单元

a）多个馈线终端单元组网　b）CAN接口示意图

4.2　馈线监控终端数据采集原理

4.2.1　概述

4.2.2　模拟量采集的基本原理

1.模拟量的采样离散化

2.采样方式

（1）异步采样和同步采样

（2）多通道采样

3.采样保持器和A/D转换器

1）分辨率。

A/D转换时，A/D转换器对模拟输入量的辨别能力称为分辨率。

2）输入模拟量的极性。

它指A/D转换器要求输入信号是单极性或双极性电压。

3）量程。

它指A/D转换器输入模拟电压的范围。

4）精度。

A/D转换器的转换精度有绝对精度和相对精度两种表示方法。

5）转换时间。

A/D转换器完成一次将模拟量转换为数字量的过程所需要的时间。

4.2.3　交流采样算法

衡量算法优缺点的主要指标有：

计算精度、响应时间和运算量。

消除噪声分量的影响提高参数计算的精度基本途径：

一．是首先采用性能完善的滤波器对输入信号进行滤波处理，然后根据滤波后得到的有效信号进行参数计算。

二．是将滤波与参数计算算法相融合，通过合理设计，使参数计算算法本身具有良好的滤波性能，在必要的情况下，再辅以其他简单滤波。

算法计算速度含义：

一．是指算法的数据窗长度，即需要采用多少个采样数据才能计算出所需的参数值。

二．是指算法的计算量，算法越复杂，运算量也越大，在相同的硬件条件下，计算时间也越长。

4.2.4　数字滤波原理

1.基本概念

（1）模拟滤波器

1）无源低通滤波器。

2）有源低通滤波器

（2）数字滤波器

2.非递归型数字滤波器

1）抑制故障信号中的衰减直流分量的影响。

2）提取故障信号中的故障分量。

3.递归型数字滤波器

当滤波方程式（4-29）中的滤波系数bj不全为0时，滤波器的输出y（n）不仅与当前和过去的输入值x（n-i）有关，还取决于过去的输出值y（n-j），这种反馈和记忆是递归型滤波器的基本特征。

4.几种常用的非递归型数字滤波器

（1）差分滤波器

（2）加法滤波器

（3）积分滤波器

（1）差分滤波

（2）积分滤波

4.2.5　开关量输入/输出

1.开关量输入

（1）消抖滤波与信号整形电路

（2）开关量输入电隔离方法

（3）开关量输入电路分类

2.开关量输出

1）光电隔离。

2）继电器隔离。

4.3　馈线监控终端实例

1.F2010B型馈线终端单元内部的硬件结构

（1）微处理器系统

（2）逻辑功能电路

（3）信息交互电路

（4）直流电源

2.F2010B型馈线终端单元的外部接口

4.4　馈线故障指示器

第5章　电力用户用电信息采集终端

5.1　智能电能表

5.1.1　智能电能表的功能

1.数据存储

2.冻结

3.通信

4.费控

5.1.2　安全认证

1.ESAM模块

2.智能电能表信息交换安全认证

5.2　专变及公变采集终端

5.2.1　专变及公变采集终端简述

5.2.2　专变及公变采集终端的功能

5.2.3　专变及公变采集终端的通信协议

5.3　集中抄表采集终端

5.3.1　集中抄表终端简述

1.集中器

2.采集器

3.手持抄表器

手持抄表器的主要功能如下：

1）设置功能。

通过本地通信信道对集中器或采集器进行参数设置。

2）抄收功能。

通过本地通信信道抄收集中器、采集器或电能表的电能数据。

3）导入功能。

通过有线RS-232接口将现场设置的参数和抄收的用户电能数据导入主站数据库。

5.3.2　集中抄表终端的功能

5.3.3　集中抄表终端的通信协议

5.4　专变采集终端设计

5.4.1　概述

5.4.2　终端硬件设计

1.系统部分

（1）CPU

（2）存储器

包括3部分：

外扩RAM、外扩NORFLASH程序存储器和外扩NANDFLASH数据存储器。

2.接口部分

（1）GPRS模块接口电路

（2）RS-485接口电路

5.4.3　终端软件设计

1.μC/OS-II及其在LPC2220系统上的移植

2.应用程序结构

（1）数据

（2）任务

3.通信软件

（1）通信底层硬件操作与串口API

（2）GPRS通信

（3）多功能电能表通信

（4）单总线温度传感器DS18B20通信

4.负控规约解析

第6章　配电网馈线自动化

6.1　馈线自动化模式

1.就地控制模式

（1）利用重合器和分段器

（2）利用重合器和重合器

（3）利用点对点通信

2.远方集中监控模式

远方集中监控模式由变电站出线断路器、各柱上负荷开关、馈线监控终端、通信网络、配电主站组成。

6.2　基于重合器的馈线自动化

6.2.1　重合器的功能

重合器是一种具有控制及保护功能的开关设备，它能按照预定的开断和重合顺序自动进行开断和重合操作，并在其后自动复位或闭锁。

6.2.2　分段器的分类和功能

1.电压-时间型分段器

2.过电流脉冲计数型分段器

6.2.3　重合器与电压-时间型分段器配合

1.辐射状网故障区段隔离

图6-2　辐射状网故障区段隔离的过程

a）正常运行　b）～f）故障隔离过程　g）故障隔离

1）辐射状网正常工作的情形。

2）在c区段发生永久性故障后，重合器A跳闸，导致线路失电压，造成分段器B、C、D和E均分闸。

3）事故跳闸15s后，重合器A第一次重合。

4）经过7s的X时限后，分段器B自动合闸，将电供至b区段。

5）又经过7s的X时限后，分段器D自动合闸，将电供至d区段。

6）分段器B合闸后，经过14s的X时限后，分段器C自动合闸。

7）重合器A再次跳闸后，又经过5s进行第二次重合，分段器B、D和E依次自动合闸，而分段器C因闭锁保持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段供电。

8）又经过7s的X时限后，分段器D自动合闸，此时由于c区段存在永久性故障，导致联络开关右侧线路的重合器跳闸，从而右侧线路失电压，造成其上面的所有分段器均分闸。

9）联络开关以及右侧的分段器和重合器又依顺序合闸，而分段器D因闭锁保持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段供电。

图6-3　环状网开环运行时故障区段隔离的过程

a）正常运行　b）～h）故障隔离过程　i）故障隔离

2.环状网开环运行时的故障区段隔离

3.重合器与电压-时间型分段器配合的整定方法

（1）分段器的时限整定

1）确定分段器合闸时间间隔，并以联络开关为界将配电网分割成若干以变电站出口重合器为根的树状（辐射状）配电子网络。

2）在各配电子网络中，以变电站出口重合器合闸为时间起点，分别对各个分段器标注其相对于变电站出口重合器合闸时刻的绝对合闸延时时间，并注意不能在任何时刻有两台及两台以上的分段器同时合闸。

3）某台分段器的X时限等于该分段器的绝对合闸延时时间减去其父节点分段器的绝对合闸延时时间。

（2）联络开关的时限整定

1）确保开环运行方式，即不会出现两台联络开关同时合闸的现象。

2）可以事先确定营救策略的优先级，比如，L1为第一方案，L2为第二方案，…，Lm为第m方案。

3）第一方案失灵后可启动第二方案，第二方案失灵后可启动第三方案，以此类推。

4）在采用第二方案、第三方案……或备用方案时，同样可确保开环运行方式，即不会出现两台联络开关同时合闸的现象。

图6-6　重合器与过电流脉冲计数型

分段器配合处理暂时性故障的过程a）正常运行　b）故障隔离过程

c）故障消失

图6-5　重合器与过电流脉冲计数型分段器配合隔离永久性故障区段的过程

a）正常运行　b～d）故障隔离过程　e）故障隔离

6.2.4　重合器与过电流脉冲计数型分段器配合

1.隔离永久故障区段

1）该辐射状网正常工作的情形。

2）在c区段发生永久性故障后，重合器A跳闸，分段器C计过电流一次，由于未达到整定值2次，因此不分闸而保持在合闸状态。

3）经一段延时后，重合器A第一次重合。

4）由于再次合到故障点处，重合器A再次跳闸，并且分段器C的过电流脉冲计数值达到整定值2次，因此分段器C在重合器A再次跳闸后的无电流时期分闸并闭锁。

5）又经过一段延时后，重合器A进行第二次重合，而分段器C保持在分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段的供电。

2.隔离暂时性故障区段

6.2.5　基于重合器的馈线自动化系统的不足

1）采用重合器或断路器与电压-时间型分段器配合时，当线路故障时，分段器不立即分断，而要依靠重合器或位于变电站的出线断路器的保护跳闸，导致馈线失电压后，各分段器才能分断。

2）基于重合器的馈线自动化系统仅在线路发生故障时发挥作用，而不能在远方通过遥控完成正常的倒闸操作。

3）基于重合器的馈线自动化系统不能实时监视线路的负荷，无法掌握用户用电规律，也难于改进运行方式。

6.3　基于馈线监控终端的馈线自动化

6.3.1　系统概述

1）实时性。

2）容错性。

6.3.2　馈线故障区段定位算法简介

1.人工智能型配电网馈线故障区段定位算法

2.矩阵运算型配电网馈线故障区段定位算法

3.其他算法

6.3.3　基于网基结构矩阵的定位算法

1.网基结构矩阵D

2.故障信息矩阵G

3.故障判断矩阵P

6.3.4　基于网形结构矩阵的定位算法

6.4　馈线自动化系统设计

6.4.1　系统结构

6.4.2　硬件设计

1.故障指示器无线通信接口模块设计

2.故障采集器硬件设计

3.FTU硬件设计

6.4.3　软件设计

1.设备的地址编码

2.通信协议

3.通信软件设计

第7章　电力用户用电信息采集系统

7.1　系统方案

7.1.1　对象分类及采集要求

1.电能表配置要求

2.采集数据类别要求

7.1.2　预付费方式

1.主站

2.终端

3.电能表

1）电能表带读卡和储值功能。

2）电能表通过网络获取储值。

3）电能表执行网络指令

7.1.3　系统总体架构

1.系统逻辑架构

2.系统物理架构

7.1.4　主站设备配置

1.数据影响量评估

2.主站规模的选择

7.1.5　主站部署模式

1.部署模式

2.主站全省集中部署模式

3.主站省市两级分布部署模式

7.2　通信信道

适用于用电信息采集系统的远程通信网络主要有光纤专网、GPRS/CDMA1X/3G无线公网、230MHz无线专网、中压载波这4种网络。

7.3　公变监测系统

7.3.1　系统结构

1.系统主站

2.通信信道

3.采集设备

7.3.2　系统功能

1.数据采集

2.状态监测及报警

3.无功补偿

4.综合查询

5.统计分析

7.3.3　通信组网

1.远程通信

1）移动公网。

2）230MHz电台。

3）光纤以太网。

2.本地通信

本地通信有RS-485接口、红外、微功率无线、RS-232接口、USB等通信方式。

7.4　集中抄表系统

7.4.1　技术展望

7.4.2　系统结构

2.集中器

3.采集器

4.手持抄表器

5.电能表

6.通信信道

7.本地信道

7.4.3　采集设备通信组网

1.RS-485总线通信

2.低压电力线载波通信

3.微功率无线通信

4.红外通信

5.网络通信

第8章　配电网自动化主站系统

8.1　主站系统概述

8.1.1　设计原则

1.标准性

2.可靠性

3.可用性

4.安全性

5.扩展性

6.先进性

8.1.2　系统架构

8.2　主站系统的硬件

8.2.1　配置原则

1系统应采用标准化、网络化、分布化和系统化的开放式硬件结构。

2）系统采用标准化的通用软硬件产品。

3）系统主网络应采用冗余的双交换式局域网结构。

4）系统要求采用独立专用的数据采集与通信子网，配置独立的子网交换机，组成双局域网。

5）无线公网进行数据采集，必须考虑安全防护要求。

6）系统的规模及存储、处理能力满足系统的功能、性能及容量要求。

7）系统在单点故障时，做到信息不丢失，不影响主要功能

8.2.2　功能部署

1.数据采集服务器

2.SCADA服务器

3.配电网应用服务器

4.历史数据库服务器

5.动态信息数据库服务器

6.接口适配服务器

7.工作站

8.公网数据采集服务器

9.WEB服务器

8.3　主站系统的软件

8.3.1　配置原则

1）系统应采用先进的、成熟稳定的、标准版本的工业软件，有软件许可。

2）系统应采用成熟稳定的完整的操作系统软件。

3）数据库的规模应能满足配电网自动化主站系统基本功能所需的全部数据的需求。

4）系统应采用系统组态软件用于数据生成，应满足系统各项功能的要求，为用户提供交互式的、面向对象的、方便灵活的、易于掌握的、多样化的组态工具，宜提供一些类似宏命令的编程手段和多种实用函数，以便扩展组态软件的功能。

5）应用软件应采用模块化结构，具有良好的实时响应速度和可扩充性，具有出错检测能力。

6）当某种功能运行不正常时，不应影响其他功能的运行。

7）系统应具备良好的开放性。

8.3.2　功能部署

1.平台功能

（1）支撑软件

（2）数据库管理

（3）数据备份与恢复

（4）系统建模

（5）多态多应用

（6）多态模型管理

（7）权限管理

（8）报警服务

（9）报表管理

（10）人机界面

（11）系统运行状态管理

（12）WEB发布

2.基本功能

（1）数据采集

（2）数据处理

（3）数据记录

（4）控制与操作

（5）网络拓扑着色

（6）全息历史/事故反演

（7）信息分区及分流

（8）系统时钟和对时

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