配电网和配电自动化系统第1章课件.ppt

1、第一章 概述第一节第一节 电力系统和配电系统电力系统和配电系统第二节第二节 配电系统的发展和现状第配电系统的发展和现状第第三节第三节 中压配电网特点中压配电网特点第四节第四节 配电自动化系统及其功能配电自动化系统及其功能第五节第五节 实施配电自动化的效益和难点实施配电自动化的效益和难点第一节 电力系统和配电系统一、电力系统的组成l 电力系统是由发电厂、输电系统、配电系统和电力用户组成的整体，是将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一个统一系统。l 它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电网、配电网将电能输送到用户，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，完成

2、电能从生产到使用的整个过程。l 电力系统还包括保证其安全可靠运行的继电保护装置、安全自动装置、调度自动化系统和电力通信等相应的辅助系统，这些辅助设备或系统称为二次设备或系统。图1 电力系统结构示意图l 由于发电厂与负荷中心多数处于不同地区，电能无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都必须在同一时间内完成，电能生产、输送、分配和消费的设施在同一地域内有机地组成一个整体，完成整个电能的生产、消费过程。电能生产必须时刻保持与消费平衡。l 1.发电厂发电厂l 在电力系统中，电网按电压等级的高低分层。不同容量的发电厂和负荷应分别接入不同电压等级的电网。大容量主力发电厂应接入骨干主网，较大容量的发电厂应

3、接入较高电压的输电网，容量较小的可接入较低电压的输（配）电网。l 2.输电网输电网l 在现代电力系统中既有超高压交流输电，又有超高压直流输电，这种输电系统通常称为交、直流混合输电系统。l 输电网由厂站（发电厂升压站、变电站）、和输电线路构成。厂站由变压器、开关、母线、刀闸及相关的二次设备等组成。厂站用以切断或接通、改变输电网络或者调整电压、变换电压并分配电能。l 一般输电网的电压等级为110kV以上电压等级。l 输电系统中的变电站按电压等级分为升压变电站和降压变电站，按变电站在电网中的地位可以分为：l(1)升压变电站 电力系统送端变电站，将发电厂的电压升成高压，直接或通过输电线路接入输电网。l

4、(2)枢纽变电站 位于电力系统的枢纽点，它的电压是系统最高输电电压，目前电压等级有220kV、500kV、330kV、750kV、1000kV和其它变电站连成环网，全站停电后，将引起系统解列，甚至整个系统瘫痪，因此对枢纽变电站的可靠性要求较高。枢纽变电站主变压器容量大，供电范围广。l(3)中间变电站 以交换潮流为主，起系统功率交换的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集23个电源，同时兼有降压给当地用户供电（地区一次变电站），这样的变电站全站失压后，将引起区域电网的解列，造成大面积停电。l(4)地区一次变电站 地区一次变电站位于地区网络的枢纽点，是与输电网相连的地区受电端变电站，任务是直接从主

5、网受电，向本供电区域供电。全站停电后，可引起地区电网瓦解，影响整个区域供电。电压等级一般采用220kV、330kV、500kV、750kV或1000kV。地区一次变电站主变压器容量较大，出线回路数较多，对供电的可靠性要求也比较高。l 3.配电网配电网l 配电网是从地区一次变电站变压器的低压侧为分界，将电能分配到用户的电网，作用是将电力分配到配电变电站后再向用户供电，也有一部分电力不经配电二次变电站，直接分配到大用户，由大用户的配电装置配电。l 在我国配电系统中，通常称35kV110kV系统为高压配电系统，620kV系统为中压配电系统，380V/220V系统为低压配电系统。当然，这几个部分也不能

6、只按电压来区分，而必须考虑系统设施的功能。按供电区域的用电特性，配电网可分为城市配电网、农村配电网和工厂配电网等；l 配电网中的主要设施有，一次变电站低压侧，地区二次变电站，终端变电站，以及为了延伸终端变电站母线的开闭所，及公网配电线路、配电变压器、配电负荷开关、环网柜及配网中各种二次设备等设施组成。下面给出主要配电设施：l(1)地区二次变电站 由一次变电站高压线路供电，将电压由高压降为中压，由中压线路直接向本地区负荷供电的变电站，供电范围小，主变压器容量与台数根据电力负荷而定。l(2)终端变电站 从一次或二次变电站得到电能，直接向用户供电的变电站。全站停电后，引起终端用户停电。l(2)开闭所

7、 是为了延伸扩展上级变电站的母线，在靠近供电负荷区域，设置用于接受电能并能向周围的几个用电单位供出电能的电力设施。其特征是电源进线侧和出线侧的电压相同。中压电网中的开闭所一般用于10kV电力的接受与分配。l(3)配电线路 将电能分配到用户的线路，按结构分为架空配电线路和电缆配电线路，中压配电线路按用途分为公网配电线路和直送用户配电线路。l 中压架空配电线路设置分段开关和分支开关，连接配电变压器。中压电缆配电线路上有电缆分支箱，环网柜等。二、配电系统的运行l 1.电能生产、输送、分配及使用的特点电能生产、输送、分配及使用的特点 （1）电能是现代社会的主要二次能源 （2）暂态过程迅速 （3）不能大

8、量储存 （4）对质量的有严格的要求l 2.对配电系统的运行要求对配电系统的运行要求l 运行的基本要求是安全、可靠、优质、经济。配电网运行时，这四者之间关系在保证安全、可靠和合格电能质量的前提下，使配电网运行处于最经济状态。l 1)配电网运行的安全性和可靠性配电网运行的安全性和可靠性l 配电网必须有合理的结构，由于受遮断容量和运行方式的限制，在配电网络中，大都采用“闭环结构开环运行”的方式，即网络本身是环形的，但在正常运行情况下断开其中的一些线路，使它呈辐射形(即树枝形)，而在发生故障后,通过开关操作将失去电源的负荷转移到其他线路上去，仍然能对用户继续供电，这样可以提高配电可靠性。配电网网架结构

9、足够合理和可靠后，为了保证配电网在正常运行和故障情况下，能及时调整或恢复用户的供电，需要采用自动化的系统，例如馈线自动化系统快速实现故障的隔离和恢复。l 2)配电网的负荷配电网的负荷一般，按对供电可靠性的要求将负荷分为三级:l(1)一级负荷 对这些负荷的中断供电，将可能造成生命危险、设备损坏、破坏生产过程、使大量产品报废，给国民经济造成重大损失，使市政、人民生活发生混乱等。l(2)二级负荷 对这一级负荷的中断供电，将造成大量减产，交通停顿，使城镇居民生活受到影响等。l(3)三级负荷 所有不属于一、二级的负荷，如工厂的附属车间、小城镇等负荷属于第三级负荷。l 对一级负荷要保证不间断供电;对第二级

10、负荷，如有可能，也要保证不间断供电。l 3)配电网运行的经济性配电网运行的经济性 l 配电网线路长、设备多，配电网的线损率达到49%左右，通过合理安排配电网的运行方式，能够有效降低线损率。l 通过无功优化，即通过补偿电容器的设置改变网络中的无功分布，达到降低线损改善电压质量的目的。l 改变变电站主变的运行方式，调整配电线路的配电变压器容量，使变压器运行在经济负荷区，能有效减少配电变压器的损耗。l 在用户侧，开展需求侧管理，通过用户的用电习惯的调整，达到电力需求在时序上的分布，转移电网的峰、谷负荷，能提高配电网运行的经济性。l 4)用户电流波形的畸变对配电网的影响用户电流波形的畸变对配电网的影响

11、 l 配电网中的冲击性负荷、不对称负荷和非线性负荷是电能质量的污染源，如电弧炉、整流器、调频设备、单相负荷、大功率电动机等。对配电网的电压波形产生了影响，造成了电压波形的畸变。波形的畸变导致实际配电系统的运行状态偏离理想状态，供电系统的电压幅值不再保持恒定不变，三相电压出现不平衡，以及产生谐波等。l 电压波形的畸变，会降低了电力设备的利用率，并会加速设备绝缘老化，造成设备的损坏，以及易引起保护装置发生误动，电能计量误差过大等，造成大量的直接或间接经济损失。第二节 配电系统的发展和现状l 从配电网网架、配电一次设备、配电自动化三个方面对发展过程进行总结：l 1)配电网的网架配电网的网架l 199

12、0年以前，高压配电网中，除发达地区的二次变电站具备双电源联络，大部分为单电源供电，即一条高压110kV或35kV线路T接多座变电站。中压配电网普遍采用树形结构的架空线路，部分线路设置了油式分段开关，分支线路采用跌落式保险。l 目前重要地区的配电二次变电站，实现了环网结构，即每一个二次变电站均有双电源供电。中压配电网根据规模、特点的不同，各配电网的规模结构也不尽相同，发展不平衡。目前城市配电网的重要负荷区域，中压配电线路通过分段器实现了馈线的分段，并实现了“手拉手”供电。农村配电网，形成多分段的辐射供电方式，个别区域实现了手拉手方式。l 城市的中压配电网在繁华区域和新建区域采用电缆线路，即采用电

13、缆线路供电。l 2)配电网的一次设备配电网的一次设备l 一次配电设备，近10多年来从绝缘方式、制造工艺、设备可靠性均有了质的飞跃。开关设备的体积减少了1/31/6。配电变压器采用非晶合金的低能耗变压器。城市架空导线普遍采用绝缘线。电缆头附件也由原现场绕包过渡到预制电缆头或冷缩工艺电缆头。l 开关设备的灭弧方式；开关操作机构l 配电变压器单位损耗大大降低，产品由全部油式绝缘的产品过渡到油式和干式变压器绝缘。l 目前，10kV架空配电线路，按照全绝缘、全防护的原则进行建设。城市电力架空路线逐渐被电缆替代，城市无杆化将成为城建工作的重要组成部分。l 3)配电自动化配电自动化l 配电网的运行管理由90

14、年代前，配电系统通过电话、完全人工方式的调度，发展到目前采用自动化技术实现配电系统的三遥监控，部分配电网实现故障自动隔离和恢复，以及调度中心采用具有GIS（Geographic Information System）和配电DMS（Distribution Managemant System）功能的配电调度自动化系统。配电网中的变电站（开闭所）也已普遍采用变电站综合自动化技术，达到了无人值班的水平。l（1)变电站自动化发展l 第一阶段，以RTU为核心的变电站自动化系统 l 第二阶段，90年代微机保护的广泛应用图1-2 以RTU为基础的变电站自动化系统图1-3变电站综合自动化系统的集中式结构示意图

15、l 第三阶段，分散式变电站自动化系统的应用l 第四阶段，数字化变电站兴起 l(2)配电调度自动化l 上世纪90年代以前，我国的配电网调度、运行管理采用电话和人工方式。90年代开始，我国陆续开展了地区调度自动化和县级调度自动化的建设工作，开始在变电站安装RTU，逐步建设了高压配电网的调度系统。90年代末，地区级的调度自动化得到了普及，并且达到了实用化的水平。通过1998年开始的配电网的多年改造，配电网的网架结构得到了极大的改善。变电站综合自动化系统已得到广泛的应用，促进了县级调度自动化和配电自动化的建设工作。国家电网公司2009年制定了企业标准Q/GDW 382-2009配电自动化技术导则。配电

16、自动化技术导则的制定，是对配电自动化系统试点经验的总结，标志配电自动化建设工作的开展已从试点建设过渡到在导则的指导下，进行实用化建设和应用配电自动化的成果的阶段。第三节 中压配电网特点l1.地域集中，设备众多，容量小l2.负荷密集及重要场所大量采用电缆供电l3.现代配电网的容性电流变大及其危害l4.普遍采用非直接接地方式l5.配电设备工作条件恶劣l6.中压配电网运行方式多变l7.电能质量监测和治理l8.单相接地选线第四节 配电自动化系统及其功能l 一、配电自动化系统的架构一、配电自动化系统的架构l 配电自动化系统是一个采用计算机及网络技术、通信技术、电子技术等建成的实现对配电网进行自动监视、控

17、制的综合自动化系统。具备配电SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）、馈线自动化、变电站（开闭所）自动化、配电网分析与运行优化并与相关系统互联的自动化系统。SCADA监视与控制对象包含了配电网中的变电站（开闭所）、馈线、电缆线路等，并能在线对配电网部分或全部元件的运行情况进行实时分析、协调和运行。配电自动化系统又称为SCADA/DMS（Distribution Management System）系统，SCADA系统是基础，DMS系统是配电自动化系统的核心。l 配电自动化系统一般分为三个层次，配电主站（配电调度中心）、配电子站（区域站）、配

18、电终端层，其中两层通信网是连接三个层次的桥梁。图1-4 配电自动化系统的构成图1-5 大规模配电自动化系统结构二、配电终端二、配电终端l(1)远方终端单元，简称RTU(Remote Terminal Unit)是监视和控制系统中,安装在现场用来采集现场的各类信息，并接收主站的控制和调节命令的装置。是调度自动化、配电自动化和过程控制自动化系统中的关键设备。l(2)馈线终端单元FTU 实现馈线段的模拟、信号量采样，远传和接收远方控制命令的终端设备。l(3)配电变压器终端单元TTU 实现配电变压器的模拟、开关量监视的远方终端设备。l(4)配电终端单元DTU 实现环网柜等设备的模拟测量、开关量采集，及

19、控制的终端设备。l 在现代分布式的自动化系统中，由微处理器（单片机）为核心,完成特定的功能，能向外部装置发送信息，并能接受外部指令的装置。统称为智能电子设备，简称IED(Intelligent Electronic Device)。三、配电自动化系统的通信网三、配电自动化系统的通信网l 通信网实现现场终端单元和配电子站，以及配电子站和主站的通信，是配电自动化系统的重要环节。l 配电通信系统可采用专网或公网，配电主站与配电子站之间的通信网为骨干层通信网络，配电主站(子站)至配电终端的通信通道为接入层通信网络。l 1)光纤专网 宜选择以太网无源光网络、工业以太网等光纤技术;l 2)配电线载波 可选

20、择电缆屏蔽层载波通信等技术;l 3)无线专网 宜选择符合国际标准、多厂家支持的宽带技术;l 4)无线公网 宜选择GPRS/CDMA/3G通信技术。l 具备遥控功能的配电自动化区域应优先采用专网通信方式;依赖通信实现故障自动隔离的馈线自动化区域宜采用光纤专网通信方式。l 采用无线公网通信方式时，应符合相关安全防护和可靠性规定要求四、四、SCADA系统系统l SCADA是以计算机为基础的生产过程监视、控制与调度自动化系统。在调度中心通过对远方测量数据、状态信息的采集，以及对远方设备进行控制和参数调节，实现对远方设备的监视和控制，当远方设备异常时，产生各种报警信号。l 一个SCADA系统在控制层面上

21、，至少具有两层结构，以及连接两个控制层的通信网络组成，这两层设备是处于测控现场的数据采集与控制终端和位于中控室的实现现场设备的集中监视、控制的计算机系统（称为主站）。l SCADA的主要功能是通过“四遥”实现对配电系统的监视和控制，在配电系统的电气量发生异常或开关量发生变位时，及时进行报警，并进行记录，以及辅助报表处理等。五、配电五、配电DMS1.配电DMS系统构成SCADA(DAS)GIS电源进线监控变电站（开闭所）自动化配电网馈线自动化变压器监视与无功补偿配电自动化配电地理信息系（）负荷监控与管理需方管理系统远方抄表状态估计配电管理系统网络拓扑分析负荷预测分析功能(软件)在线潮流计算短路计

22、算电压/无功优化配电网优化/重构调度员培训仿真（DTS）客户呼叫服务(TCS)其他管理l2.配电GIS系统l3.电力需方管理l4.配电系统分析 1）状态估计 2）网络拓扑 3)在线潮流计算 4)短路电流计算 5)电压/无功分析及优化 6)负荷预测 7)配电网络优化/重六、调度员培训仿真系统六、调度员培训仿真系统DTSl 配电网DTS（Dispatcher Train System）是用于培训配电网调度员的计算机数字仿真系统，从SCADA系统取得系统运行的相关信息,通过模拟配电网的各种运行状态，训练调度操作人员处理事件的能力。是配电系统仿真和调度自动化的结合，它通过建立实际配电网的数学模型，再现

23、配电调度操作和故障前后的系统工况，为调度员提供一个不影响实际系统运行的身临其境的调度环境。完成对配电调度员的培训。七、客户呼叫系统七、客户呼叫系统l 客户服务中心，采用计算机网络技术、自动呼叫分配ACD(Automatic Call Distribution)技术、计算机电话集成CTI(Computer Telephony Integration)技术、交互式语音应答IVR(Interactive Voice Response)技术、数据库技术以及因特网等技术于一体，实现与电力客户的交互，724h不间断的向用户提供与用电相关的信息查询/咨询、业务受理、故障报修、投诉与建议、停电预告、客户欠费提

24、示、催交电费、市场调查等多层次、全方位的服务。第五节 实施配电自动化的效益和难点l 一、实施配电自动化的效益一、实施配电自动化的效益l(1)扩大系统监控范围，保证有效管理l(2)提高配电网运行管理水平，实现运行管理现代化l(3)提高供电可靠性l(4)达到配电网经济运行的目的 l(5)提高用户服务水平l(6)提高劳动生产率，节省大量的人工和运行费用l(7)树立良好的供电企业形象l(8)合理推迟电网建设，有效利用有限的资金l 9)信息收集二、建设配电自动系统的难点二、建设配电自动系统的难点1)重视不够2)建设难度大、收益不确定l(1)配电自动化系统规模巨大l(2)大量终端设备安放在户外-工作环境恶

25、劣、可靠性要求高l(3)通信系统复杂综合采用各种通信技术l(4)设备之间的通信协议和规约的统一l(5)户外设备的工作电源和操作电源取得l(6)配电网网架及一次设备制约配电自动化系统的建设三、实施配电自动化应科学规划、分步实施三、实施配电自动化应科学规划、分步实施l（1）整体规划 l 配电自动化系统整体规划时需要考虑以下因素：1)投资收益 2)合理网架、可靠一次设备是基础 3)优先考虑重要用户多的区域 4)因地制宜 自动化系统的规模主要与系统所包含监控、监测对象数量有关。对于小规模自动化系统，由于监测、监控对象数量有限，系统构成较为简单。随着监控、监测对象数量的增多，系统构成的层次结构、主站系统的规模、通信系统的复杂程度都会随之增加，因而投资额会大幅度增长。l（2）统一设计，做好经济论证 以规划为指导，根据配电网的具体情况、电网故障类型、计算机和信息技术的发展水平及企业的经济实力等情况设计配电网实施方案，对方案进行相应的技术和经济论证。l（3）分阶段、分步骤实施