配电自动化论文范文

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1引言

随着我国加入WTO，电力供应将逐步从卖方市场走向买方市场，电力用户对电能质量提出了更高的要求，国际一流供电企业的供电可靠性指标要求：农村用户≥99．5％，供电系统用户≥99．99％（市中心＋市区＋城镇）。而要实现这一目标，传统的配电网结构及保护、运行和管理方式已经不适应电力市场发展的需求，迫切需要新的配电模式和配电自动化及管理系统来解决这个矛盾。

配电自动化及管理系统是利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配电网实时信息、离线信息、用户信息、电网结构参数、地理信息进行集成，构成完整的自动化管理系统，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理。它是实时的配电自动化与配电管理系统集成为一体的系统。

2配电自动化及管理系统

2．1配电自动化及管理系统的等级划分及结构

根据配电网规模、地理分布及电网结构，分为特大型、大中型和中小型系统。主要由主站系统、子站系统、远方终端、通信系统组成。其组成结构分别见图1（特大型配电自动化及管理系统组成结构）、图2（大中型配电自动化及管理系统组成结构）和图3（中小型配电自动化及管理系统组成结构）。

2．2配电自动化及管理系统的主要功能

2．2．1配电自动化及管理系统的主站

配电自动化及管理系统主站是整个配电自动化及管理系统的监控、管理中心。其主要功能有实时功能和管理功能：实时功能：数据采集、数据传输、数据处理、控制功能、事件报告、人机联系、系统维护、故障处理等。

管理功能：指标管理、地理信息系统（GIS）、运行管理、设备管理（FM）、辅助设计（AM）、辅助工程管理、应用软件等。

2．2．2配电自动化及管理系统的中心站

在特大城市的配电自动化及管理系统中可设中心站，是下属主站经加工处理后的信息汇集、管理中心。主要负责全局重要信息的监视与管理，特大城市电力部门可根据各自实际情况，确定本局配电自动化及管理系统中是否设置中心站。

2．2．3配电自动化及管理系统子站（或称配电自动化系统中压监控单元）

配电自动化及管理系统子站是为分布主站功能、优化信息传输、清晰系统结构层次、方便通信系统组网而设置的中间层，实现所辖范围内的信息汇集、处理以及故障处理、通信监视等功能。具体功能有：数据采集、控制功能、数据传输、维护功能、故障处理、通信监视等。

2．2．4配电自动化及管理系统远方终端

配电自动化及管理系统远方终端是用于中低压电网的各种远方监测、控制单元的总称，它包括配电柱上开关监控终端FTU（FeederTerminalUnit）、配电变压器监测终端TTU（TransformerTerminalUnit）、开闭所、公用及用户配电所的监控终端DTU（Distribu－tionTerminalUnit）等。具体功能有：数据采集、控制功能、数据传输、维护功能、当地功能等。

3实现配电自动化及管理系统过程中值得注意的问题

3．1规划和建设好配电网架

规划和建设好配电网架，是实现配电自动化及管理系统的基本条件。常用的配网接线有树状、放射状、网状、环网状等形式，其中环网接线是配网最常用的一种形式。将配电网环网化，并将10kV馈线进行适当合理的分段；保证在事故情况下，110kV变电容量、10kV主干线和10kV馈线有足够的转移负

荷的能力。

3．2加强领导，统筹安排，分步实施

配电自动化及管理系统的开发和应用，是从传统的管理方式向现代化管理方式的飞跃，其涵盖的内容十分广泛，涉及部门诸多，为此，必须加强领导，统一规划，因地制宜，分步实施，以实现最佳的投入产出比。

3．3解决好实时系统与管理系统的一体化问题

由于配电自动化（DA）涉及的一次设备成本较大，目前一般仅限于重要区域的配网使用，而AM／FM／GIS则可在全部配网使用。若使用一体化可通过AM／FM／GIS系统在一定程度上弥补DA在这方面的不足［1］，故配电自动化及管理系统的实时SCADA和AM／FM／GIS的一体化颇为重要。所谓一体化，就是指GIS作为计算机数据处理系统平台的一个组成部分，整个系统的实时性和数据（包括图形数据）的一致性得以保证［2］，使得SCADA和AM／FM／GIS通过一个图形用户界面（GUI）集成在一起，从而提高系统的效率和效益。

3．4配置合理的通信通道

通信系统信道的选用，应根据通信规划、现有通信条件和配电自动化及管理系统的需求，按分层配置、资源共享的原则予以确定。信道种类有光纤、微波、无线、载波、有线。主干线推荐使用高中速信道，试点项目建议使用光纤。

3．5选择可靠的一次设备

对一次开关设备除满足相应标准外，还应满足配电自动化及管理系统的如下要求：

4结语

配电自动化及管理系统具有实时性好、自动化水平高、管理功能强之特点，能提高供电可靠性和电能质量、改善对用户的服务，具有显著的经济优越性和良好的社会综合效益。配电自动化及管理系统的建设是一项系统工程，所以要在按照城网建设规划的前提下，因地制宜，积极采用、合理选用、推广应用配电自动化及管理系统。

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二、配电自动化发展新动向

变电站自动化的发展，使供电可靠性有了很大的提高，但是，要进一步缩短故障停电时间，很大一部分取决于馈线自动化的发展。必须在馈电线路上装设电动开关，配置馈线终端设备FTU，对一些分支线路，还应装设故障指示器，并利用通信系统，向系统提供馈线运行数据和状态，执行系统下达的馈线开关遥控操作命令。非线性负载、电动机直接起动、不平衡负载、焊接设备以及家用电器设备增多，降低了电压质量。电压质量对现代电子设备及计算机系统影响极大。为此，提出系统应对电压进行连续测量和质量分析，噪声越限告警。同时，要根据实际需要选择不同的无功补偿方式。集成化、智能化和综合化是一发展趋势。早期配电自动化的实施采用发展独立的、单项自动化系统来解决问题，如直接的负荷控制、大用户的远程抄表等，由于配电自动化的功能之间存在着不同程度的关联，其中大部分要求很难满足，且还无法克服在扩大应用规模时确认所需投资的合理性所遇到的困难。这种按"功能定向"的方法，已造成综合化水平非常低并带来若干反面影响，如功能重叠、数据的重复、灵活性很差和维修费用高等。另外，配电自动化系统作为一个庞大复杂的、综合性很高的系统性工程，包含众多的设备和子系统，各功能、子系统之间存在着不同程度的关联，其本身及其所用技术又处于不断发展之中，对任一家制造商而言，根本不可能包揽一切。在馈线自动化方面，现有馈线终端设备不仅具有常规的遥测、遥信和遥控功能，且还集成了自动重合闸、馈线故障检测和电能质量的一些参数的检测功能，甚至集成了断路器的监视功能，且有进一步与断路器、开关相结合，机电一体化，发展成为智能化开关的趋势。显著地降低了建设、运行和维护的综合成本，为提高供电可靠性，创造了有利的条件。

故障定位和自动恢复送电可以明显地缩短停电时间。有效地解决这一问题，必须以数字式继电保护、馈线自动化和DMS系统为基础。对于故障定位，国外有人提出使用三种技术综合处理：故障距离计算法、线路故障指示器法以及不同线路区间故障概率统计法，这些信息结合在一起进行模糊逻辑处理。

三、电力线载波技术取得重大突破

DPL技术是针对能够加强本地、区域性以至全球范围的家庭和中小型公司的数据访问性能和响应性能，采用改进的因特网规约(IP)以及复杂的专用电子装置来沿低压配电电缆网络传输MHz级的数字高频信号，同时监视导致信息失真的脉冲信号以及其他形式的电干扰，从而实现了利用配电网络为家庭和中小公司提供数字电话、传真及因特网通信服务的手段。该项技术的优越性体现在：对于电力公司来说，配电网络是现成的，因而应用DPL技术的投资远小于其他宽带通信系统；由于配电系统连至千家万户，通过该网络可为用户提供极方便的因特网服务；该技术使得由调制的低压网络传送的因特网和数据访问的速度比目前最快的综合数字服务网络ISDN的速度提高了10倍，比与普通电话线连接的高速调制解调器快20倍；但目前推广应用DPL技术存在一些因难：将变电站转化为与因特网相连的网关，还需要在变电站中安装开关以及异端高速回馈光纤网络以承载变电站和因特网之间的数据传输；DPL这项技术，还需要进一步发展和证实，而其他技术，如低能无线(low-powerradio)、电缆调制解调器或不对称数字电话用户线(asymmetricdigitalsubscriberline)等高速通信系统都已商业化或即将商业化，因而至少在最近两年内，DPL技术是一项相对比较贵的选择方案。

无论是固态补偿器STATCOM还是动态电压恢复器(DynamicVoltageRestorerDVR)直流储能装置的容量决定了对每次电压下跌进行调节的持续时间，可以从几个Hz到几秒钟。若应用超导储能器(MicroSuper-conductingMagneticEnergyStoragy-SMES)，可适用于短时间大功率的存储和释放场所。有了用户电力设施，用电的质量和可靠性仍需供电方和用电方合作解决，所以双方的信息畅通和工况变化的透明度是十分重要的，这有赖于供电信息化程度的提高。用户和供电者合作可以共同把扰动减少到几乎没有。不论是雷击、开关切换还是负荷大变动等，都不使其干扰电力用户的运作。

四、用户电力技术的应用

用户电力(CustomPower)技术是NarainG.Hingorani任职于美国电力科学研究院(EPRI)时和柔性输电(FACTS)技术一起提出的。其核心内容是电力电子设备的应用。该项技术可以解决电压突升、突降和瞬时断电等配电系统扰动所引起的种种问题，可补偿电压下降及短时断电，对谐波进行有效滤波，补偿相电流的不平衡，改进功率因素。其对提高供电质量方面，有广阔的前景，值得研究。

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2自动化通信系统的主要功能及可行性分析

配电终端互相间的通信，就是指各FTU能够实现与所属TTU互相间的通信。因为各FTU与其所属TTU距离比较小，电缆通信方式作为一种性价比很高的通信手段，具有高度的稳定性，所以可在各FTU与所属TTU间设立电缆，并应用RS-485的通信方式。对于通信系统的介质，应选用具有屏蔽功能的普通通信电缆及双绞线。各FTU将从所属TTU收集到的信息、数据不予任何加工、处理，直接传送到主站系统，统一由主站系统进行数据的加工、处理。相反，来自配电网中心主站的指令下达到对应的FTU，经过FTU的判断，当为FTU指令时，将由FTU作出回应；经过FTU的判断，如果为TTU指令时，则FTU需要把指令传送给TTU，这是应由TTU作出回应。原因是FTU不会对属于TTU的指令做出任何回应，因此，针对FTU及TTU的应用类型不会受到任何限制。到2010年，国内供电企业基本已建成覆盖全部变电站的光纤通信网。以此为基础，以变电站为起点建设10kV线路段的电力通信网，即可完成配网段的电力专网。配电自动化通信系统的可行性主要体现在技术方面，即光纤、PON技术已经成熟，供应厂商有华为、中兴等知名企业，在电力行业中已有很多应用实例，是国网公司电力光纤、配电自动化、调度通信系统等项目的推荐技术。无线宽带方面，国内有自主知识产权的Mcwill、LT800产品，也有Wimax等国际标准产品，且已在少数省网公司的用电信息采集系统以及铁路、机场等工业专网中有所应用。

3通信系统自动化技术规约

因为馈线自动化系统中具有多个通信点，然而通信的数据信息量太少，所以这种在调度自动化过程中选用相对较多的循环式CDT规约以及查询式的POLLING花费时间过长的办法并不适合实际问题的解决。当前，世界电工委员会确定的IEC870-5-101规约是目前来说较为适合配电自动化系统的通信规约。

3.1IEC870-5-101规约用户数据分类

在自动化的配电系统信息数据传输中，对于很多信息数据极为重要，必须立刻进行传输，它们拥有很高的传输优先性；而对于一些数据信息传输的优先性很低，可以进行比较慢的传输。从以上原则的角度考虑，在实际配电自动化系统中，为了确保优先、迅速传输事故状态数据信息以及迅速实现事故识别，并迅速完成事故状态的隔离及恢复供电，把负荷开关的变更状态及电力系统的事故信号等关键信息作为优先数据信息来进行解决；而电流、电压以及功率等其它的测量量则作为二级的用户数据信息来进行解决；对于有关脉冲量及统计量都为视为慢数据信息来进行处理。

3.2通信系统规约程序流程

对于主站向终端的指令时有初始化、对时、总召唤、一级数据信息查询、二级数据信息查询、刀闸（或为开关）以及全站总复归等等，而对于终端的回应报文则有遥测量、遥信量以及确认等。通过初始化等相关步骤，主站方面就可针对终端进行常规的报文询问，此后将依据回答报文以及标志位的不同，发射出不同的报文，以此得到所需要的数据信息。IEC870-5-101规约在平衡传输过程中，询问呼唤二级用户信息数据变化以及定点呼唤每组返送的信息数据有没有FT1.2帧长样式操控中的要求访问位ACD-1。当出现上述情况，主站则利用“请求一级用户信息数据”来向终端实施请求。IEC870-5-101规约处在非不平衡的传输过程中时，将会应用快速-校对、验证-过程采集一级用户的数据信息。

4配电自动化通信技术优势

综合运用EPON、宽带无线、PLC、WSN等技术率先建立基于复合通信的电力用电信息实时采集系统，建设跨业务“配用电一体化通信网络平台”，开展配网自动化建设，可有效促进电网安全、可靠、高效供电，提高服务水平。从技术与实践两方面研究电力通信网建设方式和运维模式，对建设具备系统自愈、用户互动、高效运行和分布式能源灵活接入等功能的智能电网具有决定性作用。

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2配电线路自动化功能

配电线路自动化可以实现对馈电线路的进行快速的故障定位、故障隔离、非故障区域供电恢复，最大限度的降低了因电网运行故障引起的停电范围，有效缩短了故障恢复时间。同时，配电线路自动化还实现了对10kV架空线环网配电网正常运行状态的实时、动态监控。而实现10kV架空线环网配电线路自动化功能，需要具备如下几点要求：⑴在分支线或用户出门处设置用户分界开关，达到自动切除故障的目的，从而缩小停电时间和停电面积；⑵越靠近电源侧的开关，在跳闸后所引起的停电范围便也越大，因此，应该尽量减少靠近电源侧的开关动作次数；⑶馈线出线开关跳闸会影响整条馈线的全部供电区域，应该通过增设分段开关的措施，尽可能在出线开关跳闸之前隔离故障区域，以减少出线开关动作次数；⑷馈线开关控制器应该根据需求，合理、灵活地配置多种通信模块，在开关动作后，控制器便可将预警信号上传至后台，从而缩短检查人员对故障的查找时间；⑸馈线出线开关可依靠自动化开关自动切除永久性故障区域，提高变电站出线开关重合闸成功率。

3配电线路故障处理及恢复供电模式

10kV架空线环网配电线路中，因馈线问题引起的停电问题比较普遍，一旦发生故障，必须尽快处理，才能保证供电的安全性与可靠性。而配电线路自动化，便能够在最短的时间内实现对故障的定位、隔离以及恢复供电。⑴利用故障指示器处理线路故障。于架空线配电线路上安装故障指示器，发生故障时，工作人员便可通过故障指示器及时查找到故障区段，然后再利用开关设备，对故障区段进行人工隔离，恢复正常区段的供电。该处理方式虽然简单、有效，但通过长期实践也发现，利用故障指示器处理线路故障时，造成的停电时间较长、供电的恢复也比较慢。⑵利用智能开关处理线路故障。基于故障指标器处理线路故障时存在的限制，遵循自动化处理的理念，又研制开发出了智能化开关设备，例如智能化分段器、重合器等。将智能化开关设备安装于10kV架空线环网配电线路上时，通过智能化设备之间的相互配合，便可在线路发生故障后进行就地自动隔离，进而及时恢复供电，见图1所示：⑶利用远程遥控处理线路故障。经过以上两个阶段的发展后，很多电力企业目前已加入了遥测、遥控、遥信的远程通信管理方式，该方式是指开关设备与馈线终端单元（FTU）集成，使之成为一个集传输、采集、控制功能于一体的智能型装置。将此装置与计算机控制中心相连接，便可进行实时通信，以远程遥控方式进行集中控制，当线路发生故障时，通过远程监控，可以一次性完成对故障的定位、隔离、恢复供电，以此来规避短路时电流对配电线路及其设备的冲击。

根据县级供电企业的发展现状，结合配电线路自动化运行的可行性、经济性要求分析可见，利用故障指示器处理线路故障时，虽然具有简单、有效等优点，但其所造成的停电时间较长、供电恢复比较慢，经济性要求难以满足，不建议选择。利用智能开关处理线路故障在目前供电企业中的应用也比较广泛，其能实现故障就地隔离、缩小停电范围，也无需使用其他通信手段，只通过重合器的多次重合及保护动作时间的配合，便能对线路故障进行自动定位、隔离，进而恢复供电，完全达到了按照规定的程序或指令自动进行操作或控制的要求，实现了“快、稳、准”的自动化目的，此种方式比较合理、经济的，可以推广应用。而第三阶段利用远程遥控处理线路故障属于智能化技术，其虽然比自动化技术更先进，但由于其要依靠通信才能运行，且装置结构较复杂，存在有一定的局限性，因此，应该研究基于无线通信的远程遥控装置，才能保证远程遥控的应用效果[2]。

4架空线路集中智能模式分析

4.1线路故障处理方式在10kV架空线环网配电线路自动化技术的应用下，对于线路故障的处理方式主要有集中控制方式与单元控制方式两种，最为常用的是集中控制方式。集中控制方式是指现场的FTU（馈线终端装置），将监测到的线路故障信息传达给主站，主站再根据配电网的实时拓扑结构，利用相应的算法对故障进行定位，再将命令下达到FTU，使开关跳闸，以此来隔离故障[3]。

4.2迅速恢复供电的设计文章就通过实例分析，探讨在架空线路集中智能模式下迅速恢复供电的设计：⑴可靠性预测模型。配电线路发生故障后，事件的模拟顺序为：①故障。发生故障，开关跳开，隔离故障；②上游恢复供电。将故障的上游分段打开；③下游恢复供电。因上开关断开，其他部分仍然失电，便可通过关合联络开关为下游恢复供电；④检修。排除故障，将配电线路自动化系统恢复到故障前的状态。⑵两级恢复供电。如图2所示，当故障发生后，馈线开关断开，馈线上所有用户被停电，若将上游第1个手动开关打开，A段和B段便能恢复供电，但要使A、B段同时恢复供电，便需要较长的时间。基于上述因素的制约，便可选择两级恢复供电方案：将上游第1个自动开关开断，让A段快速恢复供电，此时B段仍是停电状态，等待手动开关断开后，再合上自动开关，便可使B段恢复供电。这种方案中，A段恢复供电快速，B段恢复供电较慢，但两段都实现了在故障排除前恢复供电，同样的原理，在下游线路中也可使用两级恢复供电方案。