某供电公司配电自动化系统分析
日期：2008-11-5 23:11:17 来源：中国自动化网
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摘 要：承德城区配网自动化项目涉及城区45台户外开关、15座开闭所、121台小区变与台变。配网系统设计采用JN－6000分层设置，分级处理的原则。实现了全网的配网监控、馈线自动化及配网管理功能，提高了承德城区配网自动化的运行水平和供电可靠性。
关键词：配电自动化；跨平台系统；介绍；实时
Power Distribution Automation System in Chengde Power Supply Corporation
Abstract：There are 45 outdoor switchers，15 switch stations and 121 residential－area transformers or on－pole transformers in－volved in the distribution network automation project.The system design adopts JN－6000 principle of multi－layer arrangement，and being treated by grades，thus realizes the functions of full distribution grid supervision，feeder automation，and distribution grid management，which upgrades the level of automation of distribution grid in Chengde district and improves the reliability of power supply.
Key words：power distribution automation；beyond platformsys－tem；introduction；real－time
1 系统总述
承德供电公司2003年进行了配网的试点运行，几乎涉及整个城区配电网，累计实现三遥的户外开关45台，开闭所15台，小区变与台变121台。配网自动化工程完成后，将实现城区配网SCADA功能、配网高级应用分析功能、基于地理信息系统的配网管理功能和配网的馈线自动化功能。
承德城区配网自动化系统采用JN－6000配网自动化/配网管理系统，并根据承德城区配网点多、面广的特点，采用分层分级控制的原则。系统结构见图1。
1.1 配电网监控和管理中心层(主站端)
中心层是整个配电自动化监控和管理系统的核心，采用JN－6000配电主站系统，主要负责采集、管理整个系统中区域工作站(子站)的上传数据；负责数据的处理、存储，事故的报警，远方的控制，事故的隔离，无故障区域的供电恢复；负责与多个子系统的接口，实现数据共享；负责完成10kV配电信息的管理和维护。
1.2 配电监控子站
因为配网中监控设备点多、面广，不可能把所有的站端监控设备连接到配电主站上，必须增设中间级站，称为配电子站，由配电子站管理其所辖光环上的开闭所、柱上开关、配电变压器上的配电终端监控设备和智能电能表，完成“数据集中器”的功能。根据实际情况和需求，共设立4个配电子站，所有现场信息通过配电子站送入配调中心。监控子站还具有所辖区域内故障诊断、隔离、恢复的功能。配电子站在变电站或大型开闭所等光纤汇接点内，本工程将子站放置在调度设备机房内，通过光纤与所属馈线的监控终端通信，经以太网方式与配网自动化主站通信。采用JN－6000配电自动化子站系统。
1.3 配电终端设备层
配电终端设备层是整个系统的底层，完成柱上开关(FTU)、配电变压器(TTU)、开闭所(DTU)等各种现场信息的采集处理及监控功能。
2 通信系统设计
通信系统是实现配电自动化的重要环节，为满足配网实时监控和馈线自动化的需要，采用以下设计方案。
2.1 主站与子站通信
主站与子站之间采用光纤双环自愈网方式，根据承德城区配网的特点采用了3个光纤环网的设计。
光缆采用单模光缆，累计长度达42.9km。光接口设备采用十维光MODEM，主要性能指标如下：
a.每路可300bit/s～38.4kbit/s任意接入(最多可达36个通信)；
b.集中监控方式；
c.通道自动申请与人工分配；
d.自愈功能；
e.组网灵活，可单环/双环；
f.主站端的光MODEM设备，根据光缆2m带宽特点，利用分时机制，实现对子站设备的点对点通信；
g.终端与子站之间最大距离为10km。
2.2 FTU与TTU通信
FTU与TTU的通信采用485转音频的方式，累计铺设屏蔽双绞线300km，并采取就近接入的原则，30多个开闭所或FTU挂接户外的121个TTU。主要性能指标如下：
a.每对芯可挂接30台终端设备；
b.采用半双工的通信方式，提供标准RS485口，通信速率9600kbit/s；
c.最大传输距离可达10km。
3 功能设计
承德城区配网自动化系统从功能上分为4个子系统：配网SCADA系统、配网高级应用软件、基于GIS的配网管理系统、馈线自动化系统。下面就后3个子系统分别予以介绍。
3.1 配网高级应用软件功能的设计
配电网具有三相不平衡，线路R/X(电阻/电抗)比值大、环网接线、开环运行的特性，要求使用详细的元件模型，并能模拟平衡或不平衡系统，辐射型、网络型和混合型系统，以及单相、两相和三相系统，部分非遥测数据只能通过静态数据补缺的方法来代替，靠操作员和现场人员的电话联系，或间接使用负荷预报来跟踪这些数据的变化。软件实现了网络拓扑、状态估计、潮流计算分析、短路电流计算、无功电压控制、线损计算、网络重构、故障定位、故障隔离与恢复送电、负荷预报等功能。这些模块采用基于三相分开模型与单线模型可选择的方式来处理，解决了配电网三相不平衡所带来的问题；在模型上细化了元件属性，可根据元件机械属性自动计算电气属性；基于负荷特性的分类及比例处理。
3.1.1 网络拓扑
用于确定配电网的设备连接关系和带电状态，检测辐射网络是否出现合环现象，给状态估计和潮流计算提供网络模型(电气岛)。
3.1.2 状态估计
采用软件手段，在硬件测量信息基础上，计算出系统状态变量的值，并进一步计算出所有相关的量。这样可充分发挥硬件的潜力，提高数据精度，补充已有量测的不足，排除不良数据的影响，提高实时数据的可靠性和质量。它是为提高量测数据精度，利用一次采样得到一组多余信息的测量方法。
状态估计从不完整的SCADA数据和母线负荷预测数据获得完整的实时网络状态，包括实时量测量和非实时量测量两大部分。
3.1.3 短路电流计算
可在配电网出现短路故障情况下确定各支路电流和母线电压。正常运行时，检验保护特性和检查现行系统开关的断路能力，当结线方式变化时，程序可自动计算、校核和告警。
3.1.4 电压/无功优化
根据状态估计、潮流计算结果和系统结构参数，通过对电容器组的投切和变压器抽头的调节实现网损最小化，变压器负载平衡及电压、潮流限值。
3.1.5 网络重构
网络重构包括网络线损最小、配变负荷均匀分配、提高电压质量、尽可能减少停电次数、平衡供电等。本系统针对这些目标对网络重构给出了具体的结果和优化决策方法。
3.1.6 负荷预报
负荷预报有短期和超短期两种。按预报范围和目的可分为区域负荷预报和母线负荷预报。区域负荷预报主要用于购电计划与供电计划，母线负荷预报主要用于状态估计和潮流计算。采用基本的加权最小二乘法，其中以时间、天气等事件作为加权因子。系统各模块既有一定的独立性又相互关联，具有层次清楚、速度快、精度高、操作方便等特点。
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
关键词：配电自动化；跨平台系统；介绍；实时
plcjs.技.术_网
Power Distribution Automation System in Chengde Power Supply Corporation
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
Abstract：There are 45 outdoor switchers，15 switch stations and 121 residential－area transformers or on－pole transformers in－volved in the distribution network automation project.The system design adopts JN－6000 principle of multi－layer arrangement，and being treated by grades，thus realizes the functions of full distribution grid supervision，feeder automation，and distribution grid management，which upgrades the level of automation of distribution grid in Chengde district and improves the reliability of power supply.
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Key words：power distribution automation；beyond platformsys－tem；introduction；real－time
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1 系统总述
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承德供电公司2003年进行了配网的试点运行，几乎涉及整个城区配电网，累计实现三遥的户外开关45台，开闭所15台，小区变与台变121台。配网自动化工程完成后，将实现城区配网SCADA功能、配网高级应用分析功能、基于地理信息系统的配网管理功能和配网的馈线自动化功能。
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承德城区配网自动化系统采用JN－6000配网自动化/配网管理系统，并根据承德城区配网点多、面广的特点，采用分层分级控制的原则。系统结构见图1。
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P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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1.1 配电网监控和管理中心层(主站端)
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中心层是整个配电自动化监控和管理系统的核心，采用JN－6000配电主站系统，主要负责采集、管理整个系统中区域工作站(子站)的上传数据；负责数据的处理、存储，事故的报警，远方的控制，事故的隔离，无故障区域的供电恢复；负责与多个子系统的接口，实现数据共享；负责完成10kV配电信息的管理和维护。
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1.2 配电监控子站
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因为配网中监控设备点多、面广，不可能把所有的站端监控设备连接到配电主站上，必须增设中间级站，称为配电子站，由配电子站管理其所辖光环上的开闭所、柱上开关、配电变压器上的配电终端监控设备和智能电能表，完成“数据集中器”的功能。根据实际情况和需求，共设立4个配电子站，所有现场信息通过配电子站送入配调中心。监控子站还具有所辖区域内故障诊断、隔离、恢复的功能。配电子站在变电站或大型开闭所等光纤汇接点内，本工程将子站放置在调度设备机房内，通过光纤与所属馈线的监控终端通信，经以太网方式与配网自动化主站通信。采用JN－6000配电自动化子站系统。
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1.3 配电终端设备层
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配电终端设备层是整个系统的底层，完成柱上开关(FTU)、配电变压器(TTU)、开闭所(DTU)等各种现场信息的采集处理及监控功能。
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2 通信系统设计
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通信系统是实现配电自动化的重要环节，为满足配网实时监控和馈线自动化的需要，采用以下设计方案。
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2.1 主站与子站通信
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主站与子站之间采用光纤双环自愈网方式，根据承德城区配网的特点采用了3个光纤环网的设计。
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光缆采用单模光缆，累计长度达42.9km。光接口设备采用十维光MODEM，主要性能指标如下：
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a.每路可300bit/s～38.4kbit/s任意接入(最多可达36个通信)；
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b.集中监控方式；
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c.通道自动申请与人工分配；
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d.自愈功能；
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e.组网灵活，可单环/双环；
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f.主站端的光MODEM设备，根据光缆2m带宽特点，利用分时机制，实现对子站设备的点对点通信；
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g.终端与子站之间最大距离为10km。
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2.2 FTU与TTU通信
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FTU与TTU的通信采用485转音频的方式，累计铺设屏蔽双绞线300km，并采取就近接入的原则，30多个开闭所或FTU挂接户外的121个TTU。主要性能指标如下：
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a.每对芯可挂接30台终端设备；
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b.采用半双工的通信方式，提供标准RS485口，通信速率9600kbit/s；
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c.最大传输距离可达10km。
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3 功能设计
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
承德城区配网自动化系统从功能上分为4个子系统：配网SCADA系统、配网高级应用软件、基于GIS的配网管理系统、馈线自动化系统。下面就后3个子系统分别予以介绍。
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3.1 配网高级应用软件功能的设计
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配电网具有三相不平衡，线路R/X(电阻/电抗)比值大、环网接线、开环运行的特性，要求使用详细的元件模型，并能模拟平衡或不平衡系统，辐射型、网络型和混合型系统，以及单相、两相和三相系统，部分非遥测数据只能通过静态数据补缺的方法来代替，靠操作员和现场人员的电话联系，或间接使用负荷预报来跟踪这些数据的变化。软件实现了网络拓扑、状态估计、潮流计算分析、短路电流计算、无功电压控制、线损计算、网络重构、故障定位、故障隔离与恢复送电、负荷预报等功能。这些模块采用基于三相分开模型与单线模型可选择的方式来处理，解决了配电网三相不平衡所带来的问题；在模型上细化了元件属性，可根据元件机械属性自动计算电气属性；基于负荷特性的分类及比例处理。
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3.1.1 网络拓扑
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
用于确定配电网的设备连接关系和带电状态，检测辐射网络是否出现合环现象，给状态估计和潮流计算提供网络模型(电气岛)。
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3.1.2 状态估计
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采用软件手段，在硬件测量信息基础上，计算出系统状态变量的值，并进一步计算出所有相关的量。这样可充分发挥硬件的潜力，提高数据精度，补充已有量测的不足，排除不良数据的影响，提高实时数据的可靠性和质量。它是为提高量测数据精度，利用一次采样得到一组多余信息的测量方法。
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
状态估计从不完整的SCADA数据和母线负荷预测数据获得完整的实时网络状态，包括实时量测量和非实时量测量两大部分。
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3.1.3 短路电流计算
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可在配电网出现短路故障情况下确定各支路电流和母线电压。正常运行时，检验保护特性和检查现行系统开关的断路能力，当结线方式变化时，程序可自动计算、校核和告警。
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3.1.4 电压/无功优化
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根据状态估计、潮流计算结果和系统结构参数，通过对电容器组的投切和变压器抽头的调节实现网损最小化，变压器负载平衡及电压、潮流限值。
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3.1.5 网络重构
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
网络重构包括网络线损最小、配变负荷均匀分配、提高电压质量、尽可能减少停电次数、平衡供电等。本系统针对这些目标对网络重构给出了具体的结果和优化决策方法。
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3.1.6 负荷预报
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负荷预报有短期和超短期两种。按预报范围和目的可分为区域负荷预报和母线负荷预报。区域负荷预报主要用于购电计划与供电计划，母线负荷预报主要用于状态估计和潮流计算。采用基本的加权最小二乘法，其中以时间、天气等事件作为加权因子。系统各模块既有一定的独立性又相互关联，具有层次清楚、速度快、精度高、操作方便等特点。
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