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现代配电自动化系统结课论文

广西科技大学

普通本科课程结课论文

课程名称现代配电自动化系统

学院职业技术教育学院

专业电力系统及其自动化

班级电气（职）132

学号201501405125

姓名雷松霖

指导教师吴国强

2016年12月4日

目录

摘要………………………………………………………………………1

0.引言……………………………………………………………………2

1.配电自动化概念及其功能……………………………………………2

1.1配电自动化概念及其历史…………………………………………2

1.2配电自动化的功能…………………………………………………3

2.配电自动化系统的组成………………………………………………4

3.配电自动化通信系统…………………………………………………6

3.1国内外配电网通信现状……………………………………………6

3.2配电自动化的通信方式……………………………………………6

3.2.1电力线载波………………………………………………………6

3.2.2光纤通信…………………………………………………………7

3.3配电自动化通信方式的选择………………………………………7

4.馈线自动化……………………………………………………………8

4.1馈线自动化的定义…………………………………………………8

4.2馈线自动化的功能…………………………………………………8

4.3馈线自动化的作用…………………………………………………9

4.4馈线自动化的发展…………………………………………………10

5.配电自动化给配电网带来的变化……………………………………10

6.结束语…………………………………………………………………11

参考文献…………………………………………………………………12

摘要（Summary）

随着我国经济和社会的发展，城市化进程加快，我国城市和工业区越来越密集，客观上造成电网网络变得更加复杂。

同时，用户对于用电多样性需求增加，对于用电质量要求越来越高。

配电自动化和智能电网已经成为全球电网发展的主流趋势。

随着计算机技术与网络通信技术的发展，配电自动技术利用现代计算机、网络通信技术、电子技术等技术将配电网数据、用户信息、电网结构、地理信息等诸多信息搭建起一个完整的自动化信息系统，能够实现配电网信息实时收集与分析，电网实时监控，自动检测分析故障区及其故障原因，进行自动隔离和恢复供电等，能够建设因故障引起停电面积，提高供电质量。

同时配电自动化给供电企业管理带来新的变化，优化了人员结构，科学调度相关人员，大大节约了供电企业人力成本。

因此，研究和探讨配电自动化技术对于我国电网智能化建设具有特殊意义。

关键词：

配电网；自动化；系统 

Withthedevelopmentofeconomyandsocietyinourcountry,theprocessofurbanizationisspeedingup,theurbanandindustrialareasarebecomingmoreandmoreintensive,whichmakesthenetworkbecomemorecomplicated.Atthesametime,theuserneedstoincreasethedemandforelectricity,thepowerqualityrequirementsaregettinghigherandhigher.Distributionautomationandsmartgridhasbecomethemaintrendofthedevelopmentoftheglobalpowergrid.Withthedevelopmentofcomputertechnologyandnetworkcommunicationtechnology,automatictechnologyusingmoderncomputerandnetworkcommunicationtechnology,electronictechnologytodistributionnetworkdata,userinformation,networkstructure,geographicinformationandotherinformationtobuildacompleteautomationinformationsystem,torealizethedistributionnetworkreal-timeinformationcollectionandanalysis,real-timemonitoringautomaticdetection,faultanalysisandfaultzone,automaticisolationandrestorationofpowersupply,toconstructionduetofailurecausedbytheblackoutarea,improvethequalityofpowersupply.Atthesametime,thedistributionautomationhasbroughtnewchangestothepowersupplyenterprisemanagement,optimizingthepersonnelstructure,scientificschedulingrelatedpersonnel,greatlysavingthepowersupplyenterpriselaborcost.Therefore,itisofspecialsignificancetostudyanddiscussthepowerdistributionautomationtechnologyintheintelligentconstructionofChina'spowergrid.

Keywords:

distributionnetwork；automation；system

1.引言

随着我国经济和社会的发展，我国电网发展水平已越来越高，电网规模越来越大。

配电网作为整个电力网络的最后一个分系统，在整个电力的输送和分配中是最为基础的系统，很大程度上决定了用户的用电质量和电力公司的服务水平。

配电网的自动化是我国电网发展的必然趋势，借鉴国外配电网发展先进经验以及成果来看，配电网自动化能够极大提高电力公司的服务质量和企业的经济效益。

我国早期配电网自动化研究当中，由于受技术水平和指导思想的限制，配电网自动化水平并不高，没有发挥出配电网自动化的优势，造成这一结果的主要原因有技术不成熟、设计和建造观念差、配电网结构不合理、管理不善等诸多因素。

　　进入21世纪以来，随着计算机技术以及网络通信技术的飞速发展，计算机系统强大的自动化处理能力以及网络通信能力都为配电系统自动化发展带来了新的发展契机。

近年来随着我国电网改造不断深入，我国电网开始步入智能电网时代。

配电网自动化建设是电网智能化的重要组成部分。

从技术层面来说，配电网自动化能够在正常情况下有效监视配电运行情况，当遇到故障或者异常情况时，能够及时分析和发展故障或异常发生地点及其原因，帮组管理人员快速处置异常情况；配电网自动化能够自动分析出合理的配网运行电压，高效控制配电网无功负载，提高配电网供电稳定性及其质量，实现配电网经济高效运行。

从配电网管理层面来说，配电网自动化能够极大减少人力资源的重复浪费，减小因故障引起的配电网停电面积，提高用电服务水平。

总体来说，自动化配电网能够快速获取、分析配电网实时信息，为管理人员的管理和决策提供最直接有效的信息，大大缩短故障处置时间、减小处置影响、提高电网经济效益以及客户用电质量，使得电力公司和用户都能够得到双赢。

配电自动化技术向智能化方向发展趋势越来越明显，在未来一段时间内，配电自动化的实际应用方面还有需要改进和完善的地方，积极研究和探讨配电自动化对于我国智能电网建设和提高电网服务水平。

1配电自动化概念及其功能 

　1.1配电自动化概念及其发展历史 

　　配电自动技术主要是利用现代计算机、网络通信技术、电子技术等技术将配电网数据、用户信息、电网结构、地理信息等诸多信息搭建起一个完整的自动化信息系统。

在该系统中配电自动化系统主要控制配电网运行极其控制，主要进行电压/无功控制、负载管理、保护协调、故障分析及处理工作、自动抄表等诸多工作。

配电自动化系统能够实现配电网监测、控制、保护等工作，能够将供电管理很多部门有机结合起来，提高工作以及管理效率，改进供电质量，满足客户多样化用电要求，提高用电经济性。

　　配电自动化从出现到至今，大致经历了三个主要的发展阶段，第一阶段是馈线自动化系统阶段，馈线自动化主要是指变电站到用户之间的馈电线路自动化研究，其主要功能日常用电检测及优化，故障情况下进行故障检测、隔离以及故障修复等诸多工作。

馈线自动化系统一般比较简单，设备主要是重合器和分段器，并没有复杂的通信技术和计算机系统控制。

这一阶段的代表产品主要有日本东芝的重合器和电压时间型分段器，以及美国Cooper公司的重合器及其重合器配合模式。

第二阶段是配电自动化系统，随着计算机技术与网络通信技术的发展，新型配电自动化系统利用这些技术实现配电网络的实时监视、协调、分析、设备自动化操作等功能。

该系统能够实现配电网数据收据与分析、电网地理信息管理、用户信息管理等功能，实现电网远程监视与控制，故障及时发现、分析及处置，合理隔离故障区，提高供电企业服务质量。

随着城市化进程加快，电网呈现出负荷密集等特点，配电网密集程度越来越大，复杂的配电网给故障分析与处置、日常运行监管等都带来极大不便，配电自动化系统为解决上述问题，提高用户用电质量及自身服务水平，集实时应用和信息管理为一体的配电自动化系统应用而生，这也是配电系统发展的第三阶段，并逐渐成为当今配电自动化发展的主流趋势。

该配电自动化系统能够实现全覆盖，实时监管整个配电网实时分析和处理各种配电网问题，同时支持客户服务，根据客户需求及时调整配电计划。

该系统涉及信息较多，包括供电企业自身运行管理、设备建设与维护管理、用户需求分析管理等诸多方面的计算机控制的自动化控制系统。

1.2配电自动化的主要功能

配网自动化最主要的功能为利用自动化技术综合全面管理配电系统，改善普通的配电系统的不足之处，完善普通配电结构的功能，使整个电力系统更好地运行。

配电自动化功能很多，主要是采集数据并惊醒控制，监控配电系统的运行状态，及时发电配电系统中存在的问题，管理好配电设备，维护好设备安全，根据检测数据的结果，做好检修管理，停电管理，负荷管理，通过对自动化设备的建设，完善计量计费功能，将数据上传网络，并在网络分析，使配电系统的工作管理，网络重构，营业管理及相关系统通信的功能完成更加简便可行。

（1）自愈配电技术

配电自动化系统中馈线自动化的故障诊断、定位、隔离以及恢复供电的基本功能表现为：

系统发生故障时，迅速隔离有问题的元件或将用户快速切换到其他可靠的电源上，在很少或不用人为干预的情况下使系统迅速恢复供电。

能够实时监测故障前兆和评估配电网的健康水平，在故障发生前，将设备状况告知系统并发出预警信息，以是的系统能够及时采取相应的控制措施或通知检修人员进行维护。

在只能电网的背景下，该功能需要进一步升级为适应分布式发电的双向能量流下的馈线自动化功能。

（2）互动技术

鼓励用户参与电力系统的运行和管理，和用户建立双向实时通信，告知用户其电力消费的成本、实时电价、电网日前的状况、计划停电信息等，同时也支持用户根据这些信息制定适合自身的电力使用方案。

在智能电网的背景下，该功能需要进一步升级为适应用户双向互动的业务功能。

（3）分布式电源和储能系统的接入技术

安全、无缝的容许光伏发电、风力发电、小型燃气轮机、燃料电池等各种不同类型的分布式发电系统和储能系统接入，并做到“即插即用”。

过高速通讯网络实现对运行设备的在线状态监测，并进行优化控制和调整，使电气设备运行在最好的状态，江都电网运行的费用，并使电气设备的潜力充分发挥出来。

2.配电自动化系统的组成

配网自动化系统一般由下列层次组成：

配电主站、配电子站（常设在变电站内，可选配）、配电远方终端（FTU、DTU、TTU等）和通信网络。

配电主站位于城市调度中心，配电子站部署于110kv/35kv变电站，子站负责与所辖区域DTU/TTU/FTU 

等电力终端设备通信，主站负责与各个子站之间通信。

 馈线终端设备（FTU） 

FTU 是装设在馈线开关旁的开关监控装置。

这些馈线开关指的是户外的柱上开关，例如10kV线路上的断路器、负荷开关、分段开关等。

一般来说，1台FTU要求能监控1台柱上开关，主要原因是柱上开关大多分散安装，若遇同杆架设情况，这时可以1台FTU监控两台柱上开关。

配变终端设备（TTU） 

TTU监测并记录配电变压器运行工况，根据低压侧三相电压、电流采样值，每隔1～2分钟计算一次电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能等运行参数，记录并保存一段时间（一周或一个月）和典型日上述数组的整点值，电压、电流的最大值、最小值及其出现时间，供电中断时间及恢复时间，记录数据保存在装置的不挥发内存中，在装置断电时记录内容不丢失。

配网主站通过通信系统定时读取TTU测量值及历史记录，及时发现变压器过负荷及停电等运行问题，根据记录数据，统计分析电压合格率、供电可靠性以及负荷特性，并为负荷预测、配电网规划及事故分析提供基础数据。

如不具备通信条件，使用掌上电脑每隔一周或一个月到现场读取记录，事后转存到配网主站或其它分析系统。

TTU构成与FTU类似，由于只有数据采集、记录与通信功能，而无控制功能，结构要简单得多。

为简化设计及减少成本，TTU由配变低压侧直接变压整流供电，不配备蓄电池。

在就地有无功补偿电容器组时，为避免重复投资，TTU要增加电容器投切控制功能。

开闭所终端设备（DTU） 

DTU一般安装在常规的开闭所（站）、户外小型开闭所、环网柜、小型变电站、箱式变电站等处，完成对开关设备的位置信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等数据的采集与计算，对开关进行分合闸操作，实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电。

部分DTU还具备保护和备用电源自动投入的功能。

在大输电投资周期过后，配电网投资比例开始提升：

经历了输电投资2008-2010的高峰，输电投资已经逐步回落，在GDP增速和用电弹性双重下滑的大背景下，短期无法出现较大的需求增量。

未来电网将进入结构性建设，即110kv以下的配网段将成为投资的重点。

根据国家电网投资数据，1-7月重点城市电网项目投资完成332亿元，其中35KV投资总额约23亿元，占比6.9%，较比较提升了2.4个百分点。

配网自动化的投资动力-实现了自动化、集约化和权利回收的诉求：

年初国网一号文件提出了“三集五大”的战略方向，反映了国网对提高大电网驾驭能力、加强专业化、精益化管理的意图。

“三集五大”本质上体现了国网对加强电网垄断和控制力的诉求-即在实现效率提升、集约化的同时，削减了地方机构，实现管理的扁平和权力的中央化。

而配网自动化很好的满足了这一点。

利用计算机、通信与信息技术，可以有效地对配电网实时运行、电网结构、设备、用户进行自动化管理，在提高供电质量和管理效率的同时，大幅减少了对底端人力需求。

这将有助于国网从正金字塔管理向倒金字搭管理的模式转型。

同时配网段拓扑结构复杂是电网各个环节中最适合进行自动化和智能化改造的部分。

国内配网自动化比率仍然大幅低于国际平均水平，空间依然很大：

配网自动化建设在大多数城市仅仅局限于试点。

覆盖率仅仅为试点城市的1/5-1/4。

整体配网自动化的覆盖率约在10%，而国外如日本，配网自动化的覆盖率高达80%的水平。

测算了主要设备和软件的投资。

一个中等规模的城市做配网自动化改造需要设备价值在7亿以上。

假设每年建设10个城市配网自动化全覆盖的情况下，市场容量将超80亿。

若每年实施5个城市，市场容量将超40亿。

可见未来配网自动化的市场空间是值得期待的。

主站系统壁垒高，是配网自动化的核心：

天拓咨询认为主站系统是配网自动化最为核心的环节，包括主要的人机接口、数据存储与处理、具体应用功能集成等的计算机系统。

主站系统供应商也是产业链中最为关键的角色，主要原因不仅仅在于主站系统占据了技术制高点，具有较高的利润率水平，同时拥有主站系统的生产能力的企业一般也有能力对子站系统和终端的软件进行生产和集成。

同时更熟悉整体系统解决方案的主站系统企业将在未来软件升级，子站、终端等的后续扩展市场上拥有天然优势。

从行业竞争来看，国网系企业有显著的垄断优势：

从配网自动化主站系统招标的统计数据来看，国电南瑞集团（包括国电南瑞和北京科东）占据了75%以上的主站系统市场份额。

许继电气则垄断了山东境内的配网自动化招标。

而非国网系的企业只能零星获得少量主站和部分终端订单，无法撼动国网系企业的整体垄断优势。

3.配电自动化通信系统

　3.1国内外配电网通信现状

目前，国家电网公司的电力通信专网已颇具规模，MSTP/SDH技术得到广泛应用，基本建设了覆盖到各级变电站的光纤骨干网。

据统计，光纤覆盖了95%以上的110/IOkV变电站和75%以上的35/10kV变电站，并且具备向下延伸的能力。

35kV及以上的中高压配电网采用电力专用光纤网络，通信问题基本解决。

而10kV及以下的中低压配电网通信尚待解决，也是制约配电自动化系统的关键和难点。

在电力负荷控制系统和大用户远程抄表系统中采用23OMHz无线专用通道和GPRS/CDMA公网通信技术;配电自动化系统使用光（Modem），少量使用光纤通信方式（xPON无源光网络技术）和23OMHz专用无线通信方式;低压抄表通信方式多使用窄带电力线载波PLC、短距离无线通信、EIARS485双绞线等通信式。

23OMHz专用无线通信方式带宽有限，用于点对多点业务，难以用于时间敏感的业务应用;光M通信方式没有充分利用光纤资源，可靠性和实时性得不到保障;GPRS/CDMA公网通信技术不适用于配电网干线通信，在安全性、稳定性、实时性方面尚无法得到可靠保证，并且难以适应时间敏感的保护与控制业务且要支付运行费用;标准光纤以太网不支持环网功能。

总体来看，我国建设的配电自动化系统不少是试验性工程，系统的稳定性、可靠性，特别是实用性有待考验。

系统单位投资过大，阻碍配电自动化的推广。

3.2配电自动化的通信方式

随着通信技术的发展，目前可选用的通信手段很多，根据实施的配电自动化系统的具体情况，选用恰当的通信方式 

3.2.1电力线载波 

电力线载波通信有如下优点：

（1）、安全为电业部门所控制，因而便于管理；

（2）、连接沟通电力公司所关心的任何测控点。

这种通信方式可以沿着电力线路传输到电力系统的各个环节，而不必考虑另外架设专用线路，并且PLC不必经过无线电管理委员会（FCC）的许可。

但也存在如下缺点：

（1）、数据传输速率较低；

（2）、容易受到干扰、非线形失真和信道间交叉调制的影响；（3）、配电线载波通信系统采用的电容器和电感器的体积较大、价格也较高。

载波信号耦合方式的选择对载波信号的高效传输和配电网的稳定运行是很重要的，城区电缆网适合采用电感耦合的电缆屏蔽层载波技术。

电感耦合装置（主要是耦合磁芯或磁环、高频信号线等）不直接与电力线相连，方便安装在如地下电缆沟、户外开关箱或配电分接箱内。

利用电缆屏蔽层作为耦合导体的，将磁环套在地埋绝缘电缆上,电缆屏蔽层和大地构成信号回路传输载波信号，这种间接耦合方式的耦合装置与高压电力线间无需直接连接，耦合装置体积小、安全可靠、可不断电安装。

3.2.2光纤通信 

光纤通信是以光波作为信息载体，以光导纤维作为传输介质的先进的通信手段。

光纤通信的主要特点是传输容量大、高速率、传输距离长、抗干扰性强、绝缘性能好等，尤其是抗电磁干扰和绝缘性能好这两大特点可应用于变电所、高压

线路等高电压强电磁干扰环境，是目前电力系统通信中正在逐步广泛应用的通信方式，除此之外，光纤成本不断下降，经济效益越来越显著。

目前光纤通信技术已经成熟，较其他通信方式都优越之外在它对于电磁干扰不敏感。

随着光缆技术的提高和生产成本的不断下降，光缆的性价比将继续提高，因此在配电自动化系统中，作为通信干道，光纤通信将被广泛地采用。

光纤的敷设简便，对于电缆线路，光缆可以方便地与配电电缆同沟敷设；对于无电缆沟的通道，可以架空架设，将它缠绕在电力传输线的相线上直接引到低处，但是往往需要外覆一个绝缘层以免光导纤维被飞物污染。

更可以缠绕在电力线的中性线上，这样就无须绝缘了。

3.3现场总线和RS-485 

现场总线（Field Bus）是近二十年来发展起来的新技术，它是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。

在配电自动化系统中，现场总线适合于用来满足FTU和附近区域工作站间的通信，以及变电站内自动化中智能模块之间的通信。

RS-485是一种改进的串行接口标准，RS-485最多可支持64~256个发送/接收器，其功能和安全性都能满足基本要求（如输入输出隔离、防静电、防雷击、微功耗等）。

因此，采用RS-485方式也是配电自动化系统的理想选择之一。

3.3配电自动化通信方式的选择

各种有线、无线通信方式种类繁多，各种通信方式拥有各自的特性。

在现场设计实施过程中，通信方式的选用应遵循“先进性、实用性、可行性、可扩展性”的原则，因地制宜地优化选择多种通信方式的建设方案。

（1）根据重要性选择：

实时监控设备的通信（如馈线自动化的通道）要求可靠、快速，可以考虑光纤通信。

实时监测设备的通信（如集中抄表、负荷控制等）一般只要求定时采集，在通信速率和可靠性方面大大降低要求，可以选择低价的通信方式，如无线扩频、电力载波或电话专线。

（2）配电控制中心（主站）至配电控制分中心（子站）之间的通信为配电自动化的总动脉，在容量、速率上有较高的要求，宜采用直通的高速以太网。

（3）在市区主要道路设计多个环网作为通信主干道连接至配电控制中心（主站）或配电控制分中心（子站）。

主干道的通信为配电自动化的主动脉，宜采用光纤双环自愈网，同时串接沿线的各厂站终端设备。

（4）在郊区由于配电设备分散、距离长，架设有线通信不经济，可根据地形配以无线扩频或电力线载波。

（5）主干道上光Moden分支的通信连接着分散的终端设备，采用光Moden辐射型式，选用光纤、双绞线、电力载波、无线扩频等方式。

 （6）集中抄表器至各抄表终端可充分利用低压配电线路载波。

（7）负荷管理（控制）主要面对分布广泛的客户，实时监测客户运行情况和传递部分电业局的信息，速率和可靠性要求大为降低，其通信优先采用无线扩频或中压配电线路载波。

4.馈线自动化

4.1馈线自动化的定义 

在工业发达国家的配电网中，广泛采用安装在户外馈电线路上的柱上开关、分段器、重合器、无功补偿电容器等设备，以减少占地面积与投资，提高供电的质量、可靠性及灵活性。

现在在我国各供电部门占也愈来愈多地采用线路上的设备。

这些线路上的早期设备自动化程度低，一般都是人工操作控制。

随着现代电子技