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配网自动化技术现状及发展趋势-国网电力科学研究院 沈兵兵


配电自动化技术

现状与发展趋势
国网电力科学研究院
沈兵兵 配电分公司副总经理/教授级高工

2009年9月

配电自动化技术现状与发展趋势

目 录
? 配电自动化技术的研究和开发现状 ? 配电自动化技术的发展趋势 ? 配电自动化技术的研究规划 ? 配电自动化在智能电网中的作用

配电自动化技术现状与发展趋势

一、配电自动化技术研究和应用现状

配电自动化技术现状与发展趋势

国内配电自动化系统的三种类型
配电自动化系统(DA) 以馈线自动化(FA)为主的实时应用系统。国内第一轮配电自 动化绝大多数试点项目都属于这类系统。 调/配一体化系统 将调度自动化和配电自动化合为一体的实时应用系统。最近几 年各级供电企业的配电调度得到较多的应用,有较好的实用性。 配电管理系统(DMS) 实时应用和管理应用相结合,面向供电企业所辖的整个配电网 的自动化及管理系统。工业发达国家的配电自动化项目基本属于 这类系统。国内大中型供电企业已开始应用。

配电自动化技术现状与发展趋势

调配一体化系统
可做到:调/配一体化; 调/配/集控一体化; 调/配/集控/GIS一体化

配调自动化(D-SCADA)

配电自动化(DA)

变电站集控(SCC)

AM/FM/GIS

统一的基本系统平台

国网公司农电部重点科技项目——县级电网调/配/集控/GIS一体化 系统(OPEN 2000D),2006年获省部级科技进步二等奖。首先在双流 县供电局饮用,现已在中小型供电企业得到较广泛的推广使用。

配电自动化技术现状与发展趋势

配电自动化管理系统(DMS)
DMS = DSCADA + DA + DPAS + DWM 其中:DWM = AM/FM/GIS + OMS OMS(停电管理系统) = TCM(故障报修管理) + SWITCHING(操作票和工作票管理) + WFM(现场工作管理) + MOBILE-COMPUTING(移动作业管理)
新一代配电网自动化管理系统(OPEN-3200) ,获2007年国网公司 科技进步一等奖和中国电力科学进步二等奖。在世行贷款项目——南京城 区配电调度自动化项目中首先实施,现已在几个省会城市或大中城市得到 应用。

配电自动化技术现状与发展趋势

基于主站的自愈控制技术
四步自愈法:自愈控制系统将配电 网的运行状态定义为紧急状态、恢 复状态、异常状态、警戒状态和安

安全状态 预防控制 校正控制 警戒状态

全状态。四步自愈法的核心是:根
据城市电网所处的运行状态,通过 一定的控制策略实施相应的控制,

异常状态 恢复控制

使配电网从当前运行状态向一种更
好的运行状态转移。

恢复状态

紧急状态

紧急控制

配电自动化技术现状与发展趋势

馈线自动化的实现方式
馈线自动化采用就地、集中两种方式实现。其中,支 线、幅射供电线路采用就地控制方式,局部范围内实现快 速控制。配电主干环路采用集中控制的方式,通过主站系 统协调,借助通信信息传输来实现控制; 1. 电压型就地控制
故障隔离和自动恢复送电由开关自身完成,不需要主站控制, 因此在故障处理时对通信系统没有要求,所以投资省见效快;

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馈线自动化实现方式(续)
2. 电流型集中控制
采用配电自动化主站系统,加配电测控终端的方式实现。由 终端设备检测电流以判别故障类型,故障信息传送到主站,由主 站确定故障区段,然后由主站系统发遥控命令控制开关动作,完 成故障隔离并恢复非故障区供电。

3. 光纤快速差动型(就地或集中)
系统具备专用的保护信息通道,通过比较相连开关间流过的 故障电流来快速隔离故障,可以通过主站,也可以通过局部范围 内的通信共享来获取相关的信息来做出判断。

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配电自动化的通信方式
配电通信系统一般可以分为两个层次,分别为配电主站到配电

子站(配电汇接站)通信网络,配电子站(配电汇接站)到配电终端 设备的通信网络。其中,配电主站和配电子站(汇接站)的通信一般 利用现有骨干光纤通信网;配电子站(汇接站)到配电终端的通信网 络,一般采用光纤、载波、无线等,因地制宜。 配电通信系统目前采用多种通信技术组合,包括光纤专网、无线 专网、无线公网、中压配电线载波等。
我们在配电载波技术和装置(PLC 75系列)上取得突破,并在上 海、福建、广东等地的电缆、尤其是混合线路上得到较广泛的使用。

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几种通信方式的比较
通信电缆 (双绞线) 传输速率 传输距离 可靠性 1Mpbs 几个km 可靠性:高 噪音影响:小 光纤通信 几个Gpbs 适合长距离通信 可靠性:高 噪音影响:无 无线 几个Kpbs 几个km 可靠性:中等天 气有些影响,也 受其他因素影响 电力线载波 几个Kpbs 几个km, 可中继 相线耦合干扰大, 可靠性:低 利用电缆屏蔽层 通信干扰小,可 靠性:中等 GPRS 115kpbs 在GPRS网内不受 限制 可靠性:中等 同时通信数量过 大时通信质量下 降。

成本
安装及 维护 评价

便宜
不方便,涉及 路面开挖、移 杆等麻烦 适宜于站内通 信

稍微贵些
不方便,涉及路 面开挖、移杆等 麻烦 适合配电主干通 信或新建线路预 先埋设

便宜
方便

较为便宜
较为方便,涉及 耦合设备安装 适合城市电缆供 电系统

运行费用与数据 量相关
方便

城市建筑影响较 大,适宜于郊区 和农村

适合不带控制的 配电监测系统

配电自动化技术现状与发展趋势

前阶段配电自动化应用存在的问题
? 对配网自动化的认识和定位不清楚,应用主体不明确,导致后期的应 用没有具体的受益者。 ? 对配电自动化系统缺乏统一细致的规划,存在“盲人摸象”的现象, 提不出完整而准确的需求。 ? 简单地将馈线自动化等同于配电自动化,只关注于局部区域的馈线自 动化试点而没有立足对整个配电网实现科学管理,导致投入产出比很不 明显 。 ? 容易套用调度自动化的建设思路,过分强调实时应用,而没有针对配 电信息量大面广的特点,忽视了对其它系统的相关数据利用和整合,造 成配电系统的信息缺口很大,模型不完整,后期的应用无法实用化。 ? GIS在配电建模上缺乏深入的研究,只满足了静态应用(即图资管理) 而不能满足动态应用(如实时应用和分析计算)。

配电自动化技术现状与发展趋势

前阶段配电自动化应用存在的问题(续)
? 配电网架比较薄弱,一次设备存在缺陷,配电自动化应用基础不牢固。

? 配电终端的稳定性、可控性、可维护性不够,尤其是抗恶劣环境和装 置电源的性能有待提高。
? 针对配电的通信技术不够成熟,通信手段和方式应用不恰当。 ? 配电自动相应的技术政策、标准、规范等出台很少,满足不了应用的 需要,企业缺乏有强有力的部署和协调。 ? 配电自动化涉及供电企业内部的生产管理环节较多,因此存在管理体 制对自动化系统的不适应,或者说是自动化系统对不同的管理体制的适 应性不强。造成 工作职责界定不清楚,运行管理工作跟不上,系统应用 和数据维护工作很薄弱。

配电自动化技术现状与发展趋势

二、配电自动化技术的发展趋势

配电自动化技术现状与发展趋势

配电自动化标准制定的现状
? ? ? ? ? DL/T1080(即IEC 61968) 《电力企业应用集成 配电管理 的系统接口》(陆续发布中) DL/T 721-2000 《配电自动化系统远方终端》 DL/T 814 -2002 《配电自动化系统功能规范》 (正在修订) Q/GDW xx-2007 《城市配电网实用型配电自动化技术导则》 (未下发,待批) 《配电自动化技术导则》(制订中)

?
?

《配电自动化建设与改造技术原则》(制订中)
《配电网调控一体智能技术支撑系统功能规范》(待批)

配电自动化技术现状与发展趋势

当前配电自动化的关注点
? 加快制定(或修订)配电自动化的建设导则、技术标准和规范,对配电 自动化系统的构架、内容和建设模式等做出明确的定义和规定。 ? 供电企业应根据本地区配电系统的现状和发展规划以及本企业的实际需 求,选择合适的配电自动化建设模式,做好总体设计和分步实施方案。 ? 遵循IEC 61970和IEC 61968标准,针对配电的特点定义CIM模型和相关 系统间的接口,这是提高配电自动化系统实用性的关键所在。 ? 针对配电管理量大面广的特点,突出资源整合,将企业现有的各个与配 电有关的计算机系统的数据(包括实时、准实时、非实时),通过信息 交换总线(IEB)实现互连和共享,最大可能地扩大配电信息的覆盖面。 ? 重点设计和解决好DMS/SCADA和GIS之间的关联,尤其是在模型导入、图 形交换、和拓扑合并要考虑周密,形成有效的互补。

配电自动化技术现状与发展趋势

当前配电自动化的关注点(续)
? 以配网调度为首要应用主体,着重解决配调的“盲调”现象;在全网拓 扑的支持下,应具备具有配电特色的实用功能,例如,电源点追踪、接 线分析、解合环潮流、区域潮流/负荷分析、配电线路/设备操作预演等。 ? 强调对配电数据的监测(实现两遥),慎重选择对配电设备的控制(实 现三遥),做到投资省,见效快,用较短的时间实现对整个配电网(即 全部配电设备)的科学管理。 ? 在提高配电终端的可靠性和耐用性的前提下增强其灵活性,可以方便地 按需要配置和升级,支持多种通信方式;加强配电终端的自身处理能力, 满足相对独立于主站的区域配电故障智能化处理的需要。 ? 考虑好配电自动化系统应用的扩展性和延伸性(尤其是与需方侧管理的 结合)。例如实现与95598客服中心的关联,建立停电管理系统,把配 电和用电的应用结合起来,缩短停电处理时间,提高客户满意度。 ? 应急机制的完善,提高抗自然灾害能力,如分布式电源的接入等。

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配电自动化系统的信息来源
? 实 时 信息: EMS、DSCADA、DA、PLMS …… ? 准实时信息: 客户报修电话(TCM)、外勤巡视汇报(MC) ? 非实时信息: 基础资料(电网模型、设备信息、客户信息、人员信息)、 停电计划、操作票、气象数据等
配电数据库
AM/FM/GIS

工作计划 操作票 客户报修

正常操作
配电调度

事故处理
排除故障

外勤巡视

SCADA

DA(FA,SA)

恢复送电

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配电自动化系统的信息流程
AM/FM/GIS - 电网模型 工作计划 配电图形数据库

操作票

客服CIS系统

客户来电
用户信息数据库

故障分析系统 统计报表 配电管理系统 (DMS) 故障数据库
抢修或生产任务派遣 多媒体显示系统 配电调度员
配电生产管理 能量管理系统 负荷管理系统 LMS

接线员/自动电话系统

报警 / 事件 数据库

D-PMS

EMS

现场工作人员

配电自动化技术现状与发展趋势

IEC 61968标准和系统集成
IEC 61968 (DL/T 1080)标准为电力企业内部各应用 系统间的信息共享提供了接口规范和实现机制。运用信息 交换总线(IEB)可将若干个相对独立的、相互平行的应用 系统/模块(信息孤岛)以松耦合机制整合起来,组成一个 既各自独立又相互关联的高效应用体系。使其为配电的管 理服务,也为后续的综合分析、辅助决策等高端应用创造 必备的条件。

配电系统接口方式的变革
原先的接口方式
调度自动化系统 地理信息系统

遵循61968标准的方式
调度自动化系统 地理信息系统

EMS

AM/FM/GIS

EMS

AM/FM/GIS

配电自动化系统

生产管理系统

配电自动化系统

DSCADA/DA

PMIS

DSCADA/DA

信 息 交 换 总 线

生产管理系统

PMIS

配变监测系统

营销管理系统

配变监测系统

用电营销系统

DTM

CIS

DTM

I E B

CIS

负荷管理系统

故障报修系统

负荷管理系统

故障保修系统

PLMS

TCM

PLMS

TCM

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三、配电自动化技术研究与应用规则

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构建配电自动化系统的原则和目标
? 以覆盖全部配电设备为基本考虑

? ?

以信息资源综合利用为重要手段 以提高配电管理水平为主要目的

? 以配电调度/生产指挥为应用主体

配电自动化技术现状与发展趋势

先进配电自动化的主要特征
1. 完全符合国际标准的系统构架和数据模型

2. 可以对超量实时数据进行准确可靠的处理
3. 具备基于配电拓扑的分析应用和实用功能

4. 针对配网调度和故障抢修的“停电管理系统”
5. 采用信息交换总线实现与相关系统的互联

6. 各种通信方式综合应用支持配电信息传输

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配电自动化系统的配置和实施原则 强调监测 慎选控制 突出管理 分步到位 力求实用

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配电自动化系统的五种建设模式(1)
简易型
1)系统简介 简易型配电自动化系统是基于就地检测和控制技术的一种系统。它采 用故障指示器获取配电线路上的故障信息,由人工现场巡视故障指示器 翻牌信号获得故障定位,也可利用GSM等无线通信方式将故障指示信号上 传到相关的主站,由主站来判断故障区段;在一次设备具备条件的情况 下,采用重合器或配电自动开关,通过开关之间的时序配合就地实现故 障的隔离和恢复供电。 2)主要特点 可不需要通信系统和主站而独立工作,结构简单,成本低、易于实施。 3)适用范围 适用于农村单辐射配电线路和城市中无专门通信条件区域的配电线路。

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配电自动化系统的五种建设模式(2)
实用型
1)系统简介
实用型配电自动化系统是利用多种通信手段(如光纤、载波、无线公网/专网 等),以两遥(遥信、遥测)为主,并具备简单遥控功能的实时监测系统。它的 主站具备基本的SCADA功能,对配电线路、开闭所、环网柜等的开关、断路器以及 重要的配变等实现数据采集和监测,对部分具备条件的一次设备可实行遥控。根 据配电终端数量或通信方式的需要,该系统可以增加配电子站(或通信汇接站)。 在一些没有条件或没有必要实时监测的线路,依然可以采用简易型的配电自动化 模式。该系统既可以是独立的配电监控系统,在有配调机构情况下也可做成调度 和配电监控一体化的系统。

2)主要特点
结构比较简单、以监测为主、具备简单的控制功能,对通信系统要求不高, 投资比较节约、实用性强。它主要为配电运行管理部门和配网调度服务。

3)适用范围
适用于中等规模配电网且已设立或准备设立配网调度机构的供电企业。

配电自动化技术现状与发展趋势

配电自动化系统的五种建设模式(3)
标准型
1)系统简介
标准型配电自动化系统是在实用型的基础上增加基于主站控制的馈线自动化功 能(即FA:故障定位、隔离、恢复非故障区供电),有条件区域还可实现网络重构。 它对通信系统要求较高,一般需要采用光纤通信,它还需要比较完善的配电一次网 架且相关的配电设备具备电动操作机构和受控功能。该类型系统的主站具备完整的 SCADA功能和FA功能,当配电线路发生故障时,通过主站和终端的配合实现故障区段 的快速切除与自动恢复供电。它与上级调度自动化系统和配电GIS应用系统的实现互 连,具备完整的配网模型和丰富的配电数据,因此可以支持基于全网拓扑的配电应 用功能。它主要为配网调度服务,同时兼顾配电生产和运行管理部门的应用。

2)主要特点
系统结构完整、自动化程度较高,成本较高。

3)适用范围
适用于多电源、多分段的城市配网自动化建设,其中馈线自动化建议在新区或 电缆化程度较高的区域里实施。

配电自动化技术现状与发展趋势

配电自动化系统的五种建设模式(4)
集成型
1)系统简介 集成型是在标准型的基础上扩展配电管理功能和综合应用功能,通过 基于IEC61968标准的信息集成总线实现与各类相关实时系统和管理系统 (如:生产管理系统、营销管理系统以及ERP系统)的接口,并具有配电 网的高级应用分析软件功能。 2)主要特点 系统结构完整、自动化程度高、管理功能完善、运行方式灵活,投资 较大。。 3)适用范围 适用于大中型城市较大规模、结构复杂的配网自动化建设;供电企业 内部各类相关系统已经建立且应用比较成熟。

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配电自动化系统的五种建设模式(5)
智能型
1)系统简介 智能型是在集成型配电自动化系统基础上扩展对于分布式电源、微网 以及储能装置等设备的接入功能,实现智能自愈的馈线自动化功能以及 与智能用电系统的互动功能,并具有与输电网的协同调度功能,以及多 能源互补的智能能量管理网分析软件功能。 2)主要特点 系统结构完整、功能完善、智能化程度高、运行方式灵活,管理相对 复杂、投资大,建成后综合效益好。 3)适用范围 适用于配电一次网架结构完善、已完成集成型配电自动化系统建设的 供电企业,且已开展分布式电源或微电网及储能建设、智能化用电营销 系统建设等。

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四、配电自动化与智能电网的关系

配电自动化技术现状与发展趋势

智能电网和配电自动化的关系
? 配电自动化是智能电网的重要基础之一,需要通过配电自动化系 统采集尽可能多的配电信息,并向下延伸到低压用电信息的汇集。 ? 配电自动化和用电营销自动化的有机结合,直接面向最终电力 用 户,是智能配电网的具体体现,它将极大地改进客户服务。 ? 智能电网最终体现在配电和用电营销方面,渗透到家用电器,人 们会从日常生活中直接感受到它带来的许多益处。

? 智能配电网强调电力公司和电力客户之间的互动,用户可以通过 家里的电力智能控制终端(ICT)随时了解电网的供电情况,及时调 整家用电器的设定参数;用户还可以通过互联网登陆当地供电公司网 站,方便直观地观察和了解电网供电/停电情况和事故处理信息等。

配电自动化技术现状与发展趋势

面向智能配电网的自动化管理系统
可靠性分析报告 运行监视及优化
配电网运行监视 配网络模型动态变化管理 智能操作票 馈线自动化 配电终端
FTU/DTU/T TU

综合停电管理

抢修指挥

计划存档

抢修派遣

计划执行

广域分布式数据 采集处理 实时数据 基于GIS的统一建 模管理 静态电网模型

以拓扑分析为主体的配网 应用软件 网络优化 接警分析 调度计划

配电网智能调度 配电网快速仿真 配电网经济运行

客户电话进 入

检修申请

智能配电网一体化、可视化支撑平台

智能企业服务总线(遵循IEC 61968/61970)

GIS

CIS

TCM

PMS

LMS

AMR

EMS

配电自动化技术现状与发展趋势

智能配电网的研究方向
第一阶段:

● ● ●

智能配电网网架体系研究。
智能配电网标准模型及交换服务集成总线。

灵活、健全的通信体系,标准的信息模型。
智能设备、智能终端、智能电表、智能传感器的研 究开发。 智能配电网实验室的建立。



配电自动化技术现状与发展趋势

智能配电网的研究方向
第一阶段(续):


智能配电网生产、管理、报修等子系统一体化、可 视化支撑平台。 配电故障报修接警分析,95598呼叫中心的健全。 快速仿真、状态估计、潮流算法的研究。 在线风险预警技术分析研究。 储能技术的研究。

● ● ● ●

配电自动化技术现状与发展趋势

智能配电网的研究方向
第二阶段:

● ● ● ●

智能配电网运行优化重构技术。
智能配电网智能监视及自愈控制的可视化展现技术。

配电智能调度技术。
设备的不停电检修技术。 智能自愈控制高级应用软件

配电自动化技术现状与发展趋势

智能配电网的研究方向
第二阶段(续):



电能质量监测与协调机制的研究。
定制电力技术。



电动汽车充电站对配电规划、调度的研究。
分布式电源和微电网即插即用、智能接入及运行控 制。



配电自动化技术现状与发展趋势

谢谢各位!

配电自动化技术现状与发展趋势

实用型配电自动化系统结构图

简易型 配电自动化区域

配电自动化技术现状与发展趋势

标准型配电自动化系统结构图
上级调度 自动化系统
安全隔 离

配电GIS 应用系统 馈 线 自 动 化 区 域

简易型 配电自动化区域

配电自动化技术现状与发展趋势

集成型配电自动化系统结构图
企业GIS应用系统

生产管理系统PMS

营销管理系统CIS



企业资源计划ERP

基于IEC61968的信息交换总线或综合数据平台(安全III和IV区) 安全隔离 基于IEC61968的信息交换总线或综合数据平台(安全I和II区)

上级调度 自动化系统



负控 系统

配变采集与 监测系统

馈 线 自 动 化 区 域

简易型 配电自动化区域

配电自动化技术现状与发展趋势

智能型配电自动化系统示意图

分布式电源 接入

高级配电 自动化



与智能用电 系统互动

微网及储能 装置接入

集成型配电自动化系统

配电自动化技术现状与发展趋势

配电自动化系统五种模式的关系
智能型

集成型 标准型

实用型
简易型


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