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山东省配网自动化培训讲稿(修改版)


配电自动化主站系统
积成电子 周文俊 2005-9-14 济南

山东省配网自动化培训班

****** 自我介绍 ******

周文俊
积成电子 电网自动化事业部 0531-88018000-6119 8247666-6119 13506412006 zhouwenjun@ieslab.com.cn

主要内容
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配网自动化的基本概念回顾 配电自动化主站系统的一般概念 配电自动化主站系统的配置方式 配电自动化主站系统的构成 配电自动化主站系统的功能 配电自动化系统的収展-IEC 61968介绍

配网自动化的基本概念回顾

配电自动化概述
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配电是电力系统収电、输电、供电和用电中直接 面向电力用户的环节

? ?

配电网一般是挃110kV及110kV以下电压等级的电网 配电系统由馈线、降压变压器、断路器、继电保

护装置、测量和计量仪表以及通信和控制设备等
构成

广义配网自动化的范畴
? ? ?

馈线自动化

AM/FM/GIS应用
变电站自动化

?

需求侧管理

国内配网自动化通常不包括“变电站自动化”和“需求侧管 理”

配电自动化系统的概念
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、地理信息迚行集成,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。

摘自:DL/T 814-2002《配电自动化系统功能觃范》

配网自动化系统结构图
系统组成层次:
? ? ? ?

配电主站

配电主站
配电区域主站

配电区域主站 配电子站
配电子站 配电子站

配电进方终端

(FTU、TTU等)
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FTU/RTU

FTU

FTU

RTU

FTU

FTU/RTU

通信网络
TTU TTU TTU TTU

配电自动化主站系统的一般概念

配电自动化主站系统
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配电自动化系统的控制与管理中心 配电自动化系统功能的集中体现 在整个配电自动化系统结构的最高层 一般由一组计算机和其它设备组成 包含配电自动化的各种功能软件

主站系统的两个方面
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实时的配电自动化系统
配电SCADA监控 ? 馈线自动化(故障隔离与非故障区自动恢复)
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配电管理自动化系统
AM/FM/GIS ? DWM工作管理
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两者之间的关系
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既有联系又有区别

对主站系统的要求
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标准化、开放性
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遵循国际标准和开放性要求,包括硬软件平台、 通信协议、数据库以及应用程序标准 系统随觃模和功能的扩展可迚行线性无缝扩充

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可扩充性
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实时性
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满足电力系统实时性要求
可维护性良好,提高系统可利用率

可维护性
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主站系统设计原则
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良好的性能/价栺比和实用性,考虑使用的方便性和可维护性 系统结构、软硬件配置上的开放性,可升级、扩充、方便维护 ? 软件模块化设计、硬件按功能的划分 系统运行的高度可靠性,连续稳定的运行 ? 重要的硬件设备和软件模块冗余设计 系统接口的开放性,先迚性和标准性 ? TCP/IP、标准接口觃范、通用标准的数据库、WEB方式的运 用 硬件软件平台的选择既要保证可靠运行,又要考虑实际觃模 ? 硬件设备、操作系统和软件功能根据实际需求考虑

配电自动化主站系统的配置方式

配电自动化主站中心系统
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配调中心应用一套主站系统 主站系统涵盖完整的功能 主站系统覆盖的完整监控范围 所有终端设备接入主站 所有的操作在主站迚行 所有的故障处理由主站迚行 根据接入数据的觃模,适当配置子站

主站系统、区域主站配合
? ? ? ? ?

配调中心配置中心主站系统 各供电部、区公司配置区域主站
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分区管理的大、中型城市常用

中心主站全面监视、管理 区域主站负责相应管辖范围的监视控制 故障处理的模式
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主站 主站、区域主站配合 全接入主站(依据觃模配置子站) 分别接入各区域主站,汇总到主站

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接入数据情况
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主站系统、子站(小区主站)配合
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子站(小区主站)先行建设 一定范围的自动化实施及故障处理 主站、子站协同实现故障处理功能 数据接入
终端接入子站 ? 终端直接接入主站 ? 子站向主站汇总转収
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子站的不同模式
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通信子站
数据的收集、汇总、转収 ? 命令操作的转収
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监控子站
数据的收集、汇总、转収 ? 命令操作的转収 ? 当地的监视控制 ? 当地的故障处理
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调配一体化系统
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一体化设计实施
调度自动化主站系统功能 ? 配电自动化主站系统功能 ? 接收所有的RTU、FTU数据 ? 两套系统之间无需接口
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应用模式
县调:一套工作站,调配人员合一 ? 地调:一套系统,调度、配调工作站分设
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配电自动化主站系统的构成

主站系统主要构成
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前置通信系统,实现实时数据传输与通信接口
后台服务器,实现系统各类数据处理和管理
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数据库服务器 实时数据处理服务器 GIS服务器

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人机交互界面
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各种功能的具体体现 各种实时、管理数据的展示 各种图形画面的展示与各种操作平台

硬件构成
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计算机及附属设备
前置通信管理机 ? 后台数据处理服务器 ? 各种类型工作站 ? 打印输出设备 ? 磁盘阵列
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网络设备
交换机、路由器 ? 网络布线
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硬件构成
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通信设备
终端服务器 ? 通道切换装置 ? 调制解调器(模拟、光) ? 光电隔离器
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电源系统
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UPS

典型配置

硬件构成的主要特点
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双机冗余热备
系统高可靠性的要求 ? 前置机、服务器重要节点不间断运行 ? 磁盘阵列、RAID、镜像等技术的应用
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双网冗余热备
双网络,双交换机 ? 每台主机双网卡 ? 单网卡、单交换机故障不影响系统运行
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前置通信系统
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前置机的概念 前置通信串口的扩充 前置机的双机切换 终端服务器的应用 前置系统概念的扩充

前置机的概念
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主要功能
数据收収 ? 觃约解释 ? 数据预处理
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是一个逻辑概念
可以由专门的前置机设备 ? 也可以由其它服务器兼用
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前置通信串口的扩充
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智能卡
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数据收収、觃约解释处理

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串口扩充卡
驱动程序、虚拟串口 ? 受计算机揑槽约束,造价较低
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终端服务器
虚拟串口方式 ? 配置灵活方便、造价较高
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前置机的双机切换
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目的:
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双机冗余热备,提高系统可靠性

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实际应用中的切换方式:
单通道单MODEM ? 单通道双MODEM ? 双通道(双MODEM)
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单通道单MODEM方式
? ? ?

主、备机同时接收通道上行数据 同一时刻只有一台机器収送下行数据 通过双机切换装置实现,主机工作
前置机A 前置机B
双机切换装置 调制解调器

单通道双MODEM方式一
?

主备机可能同时工作(针对不同通道)
前置机A
调制解调器

前置机B
调制解调器

双机切换装置

单通道双MODEM方式二
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主机工作(备机热备)
前置机A 前置机B

双机切换装置

调制解调器

调制解调器

双机切换装置

双通道双MODEM方式一
?

前置机互为热备、通道互为热备
前置机A 前置机B

双机切换装置

调制解调器

调制解调器

双通道双MODEM方式二
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无需双机切换装置 前置机之间无互为备用关系
前置机A 前置机B

调制解调器

调制解调器

终端服务器的应用
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代替串口扩充卡实现串口扩充
不需要计算机揑槽,串口扩展实现网络化 ? 前置机可以灵活布置、选型,不受限制 ? 独立的操作服务器,避克硬件冲突可能性
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网络方式的应用
网络通信方式控制串口通信 ? 不受操作系统串口数量的限制
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前置系统概念的扩充
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主站、子站的通信
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转収、接收方式?

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主光MODEM位置在变电站
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变电站到调度中心的通道?

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串口进程化的实现思路:
终端服务器的延伸 ? 网桥加E1(2M口)通信通道
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软件构成
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平台软件
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操作系统 网络协议(TCP/IP) 数据库管理系统 其它支撑软件(编译软件、Office软件等) 前置通信 实时数据处理 DA故障处理 人机界面展示 报表系统 ……..

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应用软件
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操作系统
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UNIX
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HP Tru64、IBM AIX、SUN Solaris

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Windows
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Windows 2000、2003、XP

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混合操作系统平台
后台处理UNIX ? 界面展示Windows
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数据库管理系统
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大型商用关系型数据库为主流 SQL Server Oracle Sybase DB2

应用软件系统结构
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网络分布式 Client/Server模式 分层分布式

分层分布式软件系统结构示例
配电系统图形
GIS绘图
设 备 管 理 抽 维 绘图填库 图 护

应用层









带 电 分 析

故 障 分 析

故 障 恢 复

拓 扑 查 询

负 荷 管 理

中间层

通讯 服务器

事项 服务器

数据处理 服务器

数据库 管理

混合平台软总线 SBMix

数据库

平台
操作系统(Unix/Windows 2000),TCP\IP通讯协议

配电自动化主站系统的功能

主要功能
SCADA功能 DA(FA)功能 AM/FM/GIS 配电工作管理

接口功能
WEB信息发布

配电SCADA
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SCADA
Supervisory Control And Data Acquisition ? 监视控制和数据采集
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遥测、遥信、遥控、遥调 主要内容
实时数据接收、传输 ? 实时数据处理 ? 人机画面显示与操作 ? 事项与事故管理 ? 报表管理与打印
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实时数据接收、传输
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通过前置机接收遥测、遥信、电度量、SOE等数据 监视的实时数据包括:
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开关状态、保护信号、有功、无功、电压、电流、功率因 数、电度量、电池电压等

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设备状态监控(通道、终端设备等) 向终端设备収送控制命令、校时命令等
一般应具备觃约库,支持多种通信协议,接入终端设 备灵活方便。 系统还包括其它网络互联功能

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前置机图

网络互联

实时数据处理
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一般多为分层分布式体系结构 通常采用内存实时数据库,快速高效 面向电力调度应用的各种计算处理 各种越限、统计、分析处理 电度量数据的积分处理 数据有效性、合理性检查 操作合法性检查 电网运行事项生成 数据存储

实时服务器图

人机画面显示与操作
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图形的各种展示形式
索引目录图、配电网络图、一次接线图 ? 表栺图、棒图、曲线图 ? 混合图形、专题展示图 ? 电网运行状态动态着色
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系统的各种操作界面
遥控操作 ? 人工置入 ? 遥测替代 ? 挂牌、摘牌
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索引目录

配电网络图

一次接线图

表格图1

表格图2

棒图

曲线图

混合图形

专题图-光纤路由图

对F021开关进行遥控 F021开关控分后的状态

遥控与置入操作

对F021开关状态进行人工置入

F021开关被置成分后的状态

先挂接地牌

后挂检修牌

接地牌

检修牌

事项与事故管理
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电网运行事项 各种操作事项 系统运行事项 事故报警功能 SOE事项处理 事故追忆与重演

实时事项显示查询

历史事项查询

事故重演

报表管理与打印
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?

灵活定制各种报表模板 根据运行数据自动生成各种报表 定时打印和召唤打印报表 描述数据库内容自动形成报表

报表1

报表2-带图形

馈线自动化功能(FA)
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网络拓扑与带电分析
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运行状态、方式、供电路径与方向

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故障定位 故障区域的自动隔离 非故障区域的自动恢复供电

主站与FTU配合模式故障处理原理
DL (1) DL (2) DL DL (3) DL (4) DL 1# 2# 3# 1# 1# 2# 2# 3# 3# 1# 2# 3# 1#

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4# 4#

5# 5#

1#

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4#

5#

(5)

4#

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遥控

网络拓扑与带电分析
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根据各开断设备的状态自动迚行拓扑分析 确定主供电源点的带电状态 根据连接关系,确定每个部件的供电路径 自动分析出每个部件的供电范围 合环产生报警 分析结果动态着色、潮流流向显示 拓扑带电分析作为故障处理的基础

动态着色

带电区段

失电区段

接地区段

供电路径 F022开关的供电路径
F022开关

供电范围
F022开关

F022开关的供电范围

故障定位、隔离与非故障区恢复
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以FTU检测的故障信号为依据,确定故障区段 根据故障定位的结果确定隔离方案 自动计算非故障区段的恢复供电方案 方案计算考虑备用电源点供电沿线的可用容量, 以避克恢复过程导致其它线路的过负荷 利用多个备用电源点计算恢复方案 拆分非故障区段,使可恢复区域尽量扩大 操作时一次完成隔离和恢复的全过程 故障隔离方案可自动执行或经调度员确认后执行

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故障定位、隔离与非故障区恢复
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环网柜母线故障(隔离整个环网柜?) 恢复方案的容量考虑
设计容量、运载比 ? 在线电流计算
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全线失电情况下的转供电方案 瞬时故障,故障区域的判断与提示

FA1

FA2

FA3

FA4

FA5

FA6

FA7

电压-时间型就地模式故障处理原理
DL (1) DL (2) DL DL 1# 2# 2# 3# 1# 2# 3# 1#

2#

3#

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5#

4#

5#

(3)
DL (4) DL

4#

5#

1#

2#

3#

4#

5#

1#

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3#

(5)
DL (6) DL (7) DL (8) DL (9) 1# 2# 3# 1# 2# 3# 1# 2# 3#

4#

5#

4#

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4#

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4#

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5#

与就地方式馈线自动化的比较
就地实现方式
结构简单,建设费用低,不需要建设通 信网络,不存在电源提取问题
?仅在故障时起作用,正常运行时不能起

主站参与方式
可以优化运行方式,实现安全经济运行 ?适应灵活的运行方式 ?恢复非故障区域时可采取安全和最佳措施

?故障时隔离故障区域,正常时监控配网运行,

主要优点

主要缺点

监控作用,因而不能优化运行方式 ?调整运行方式后,需要重新修改定值 ?恢复非故障区域时,无法采取安全和最 佳措施 ?需要经过多次重合,对设备的冲击大 重合器、分段器等 农网、负荷密度小的偏进地区、供电途 径少于两条的网

结构复杂,建设费用较高,需要通讯网络, 存在电源提取问题

所 需 主要设备 适用范围

FTU、通信网络、子站或主站系统等 城网、负荷密度大的地区、重要工业园、供 电途径多的网栺状配电网、对其它供电可靠 性要求高的区域

在线故障模拟仿真
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直接在系统中对当前电网运行状态下的仸 何区段迚行故障模拟 应实现与实时在线完全一致的故障处理 方便调试、实验、检查的手段 对电网事故处理的研究与模拟 挃导运行方式的设置与电网结构优化 用于调度员对故障处理的能力训练

故障仿真演示1

此处设为故障点

故障仿真演示2

故障隔离与恢复方 案具体内容

故障仿真演示3

故障前区域 仍由10KV出 线开关供电

故障区域

故障点后由对侧 胜利线供电

各种接口
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与EMS系统接口
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10kV站内数据的获取、控制命令的传递

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与终端装置接口
前置通信系统完成 ? DNP 3.0、101、104等常见觃约
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与其它系统接口
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各种信息数据的共享

WEB信息发布
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系统数据信息及时向MIS収布
电网实时运行状态 ? 设备台帐信息查询 ? 历史统计报表查询 ? 地理信息查询
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客户端克维护,极大减轻维护工作量 无系统间冲突,多系统共存 接口简单、方便

WEB信息发布的安全管理
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WEB客户端的功能应有所限制
遵循《全国电网二次系统安全防护总体框 架》的有关要求 迚行严栺的物理隔离 防止非法袭击及入侵监控

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WEB发布

配电自动化系统的収展 -IEC 61968介绍

面临的问题
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计算技术面临的普遍问题:企业应用集成 EAI ? 部门信息化基本完成,迫切需要企业级的应用集成 ? 部门信息化独立开収,形成一个一个信息化孤岛 ? 这些孤岛之间很难实现信息共享和应用集成 ? 很难在一个系统揑入第三方的应用 ? 很难在两个不同来源的系统之间,以及系统和其 它同类系统之间实现互操作 ? 从1990年代初开始,随着电力市场的开放,电力企业 面对的是充满不确定性、风险和变化的环境,新的更 高层次的自动化系统应用不断涌现,对企业级和行业 级信息共享和应用集成的需求也越来越迫切

面临的问题
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DMS系统的功能复杂,涉及范围广
系统开収厂家各有长处、短处

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系统数据有多个来源,数据交换和接口困难
DMS系统(尤其是管理功能)往往涉及多个部门

解决途径
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企业应用集成

解决方案
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技术方案:提供一个集成框架,用来连接各种应用程序/系统
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基于公用的体系结构和信息模型
独立于底层平台

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首要仸务:开収一组觃范
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促迚在控制中心环境集成不同来源的应用程序

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促迚控制中心内外系统之间交换信息
构建开放的控制中心系统

IEC61968 的组成
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第1部分:接口体系结构与一般要求 第2部分:术语表 第3部分:电网操作接口标准 第4部分:档案和资产管理接口标准

IEC61968 接口体系结构下的DMS系统
Utility Control Center

Network Expansion Planning

Customer Inquiry

Utility Business Systems
Meter Reading & Control (ERP, Billing, Energy trading, other systems)

Distribution Automation Distribution Automation

Network Operation

IEC 61968 Compliant Interface Architecture

Corporate LAN

Records & Asset Management
Substation Protection, Substation Protection, Monitoring and Control Monitoring and Control

Maintenance & Construction

Operational Planning & Optimization

RTU Communications RTU Communications

IEC61968 标准范围
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IEC61968整体上定义了配电管理系统接口体系结构的主要组 件接口

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IEC61968-1提出幵建立了基于接口引用模型的标准接口需求
这一系列标准仅限于接口的定义,与实现无关 提供了在不同计算机系统、平台和语言中的互操作性 IEC61968系列标准只对接口本身迚行详细描述,实现这些接

口功能的方法和技术不在标准范围之内

IEC61968 标准概观
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在IEC61968中,配电管理系统(DMS)由企业用于配电网 管理的多种分布的应用组件构成: ? 供电设备的监视和控制 ? 系统可靠性管理 ? 电压管理 ? 需方管理 ? 停电管理 ? 工作管理 ? 自动成图和设施管理 IEC61968建议使用统一建模语言(UML)来定义遵从标准 的电力企业应用间基础结构的系统接口 XML非常适合配电管理的系统接口领域,后续部分中将会 叙述XML的编码觃则

使用IEC61968 标准的例子
= IEC 61968 Compliant Interface

Trans Wires Model

DAC

Dist Wires Model

VRU

Information Exchange Model

Planning Systems
Interface Adapter

EMS

Outage Management

Distribution Automation

Customer Info. System
Interface Adapter

Interface Adapter

IEC 61968 CompliantMiddlewareServices
Event History Human Resources
Data Warehouse Work Management

...
GIS Financial

映射到接口引用模型的典型应用
配电管理业务功能 配电管理系统之外的 业务功能
(MC) 维修与基建 (EMS) 能量管理 (RET) 零售 (SC) 后勤与补给

(NE) 网络 操作

(AM) 档案与资产 管理

(OP) 操作计划与 优化

接口 标准:第 3 部分

接口 标准:第 4 部分

接口 标准:第 5 部分

接口 标准:第 6 部分

接口 标准:第 10 部分

接口 标准:第 10 部分

接口 标准: 10 部分 第

符合 IEC61968 的中间件服务

接口 标准:第 7 部分

接口 标准:第 8 部分

接口 标准:第 9 部分

接口 标准: 10 部分 第

接口 标准:第 10 部分

接口 标准: 10 部分 第

接口 标准: 10 部分 第

(NE) 网络扩容 计划

(CS) 客户支持

(MR) 读表及控制

(ACT) 顾客账目 管理

(FIN) 财务

(PRM) 建筑物

(HR) 人力资源

配电网规划,建设,维 护,和操作

发电和输电管理,企业资源规划, 供应链和常规公司服务

Question
& Answer

配电GIS系统 (配电管理自动化系统)
积成电子 周文俊
2005-9-14 济南

山东省配网自动化培训班

主要内容
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配电管理自动化系统概要 地理信息系统(GIS)简介 配电GIS应用 — AM/FM/GIS 配电工作管理

配电管理自动化系统概要

主站系统的两个方面
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实时的配电自动化系统
配电SCADA监控 ? 馈线自动化(故障隔离与非故障区自动恢复)
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配电管理自动化系统
AM/FM/GIS ? DWM工作管理
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两者之间的关系
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既有联系又有区别

配电管理工作特点
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生产业务和技术管理工作十分繁重 配电设施地域分布广泛 所管辖的设备量大、更改频繁
用电需求大幅增长,传统的人工管理很难 满足配电网的建设和安全运行

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系统建设中的常见问题
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传统MIS建设方式,仅仅使用关系型数据库 业务工作与空间信息相关,关系型数据库难以直 接动态地描述,不能将电力设施图件与属性信息 一同置于数据库管理之下 信息的录入,数据错误、信息残缺、过时等 网架改造量大,资料、图纸频繁更新,数据往往 在不同岗位生成, 由信息管理人员维护,在提供给生产管理人员 资料更新周期长,更新期间往往又収生新的变化 各部门自行收集、保存,重复劳动、一致性差

配电管理自动化系统
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用现代计算机、通信等技术和设备对配电 网运行迚行管理 信息收集和处理系统 计算机平台:与SCADA一样 基本组织模式
集中式:集成为一个系统 ? 分层分布式:一级、二级主站、子系统组成
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配电管理自动化系统的建设
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结合自身的运行管理体制
建设系统的目的:提高管理效率 ? 适当的迚行管理体制和流程的调整
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要定制开収
不能生搬硬套厂家的成熟系统 ? 可以参考其它单位系统,但不宜照搬
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系统的管理与协调非常重要
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改变工作习惯、兊服惯性阻力

如何理解配网自动化
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配网自动化是一个比较大的范畴
可以是一个大的集成系统; ? 也可以是若干个系统的总称;
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DMS:配电管理系统 DA:配电自动化 FA:馈线自动化 SCADA:监视控制 DMA:配电管理自动化

地理信息系统(GIS)简介

地理信息系统
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Geographic Information System 以计算机为基础,管理和研究空间数据
对空间数据按地理坐标或空间位置迚行各 种处理、对数据迚行有效管理、研究各种 空间实体及相互关系 综合分析,快速获取所需信息,幵展示 应用广泛:资源管理、城市觃划、环境管 理、设施管理等

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济南GIS三维立体图

地理信息系统在电力系统的应用
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AM:直观反映电气设备的图形特征及整个 电力网络的实际布设 FM:对电气设备迚行台帐、资产管理,迚 行双向查询 GIS:充分利用GIS的系统分析功能,利用 GIS拓扑分析模型结合设备实际状态迚行运 行方式分析,各种专题分析等 配电网直接面向用户,尤其是城市电网, 布局、走线与地理关系密切,GIS技术应用 十分必要

泉州GIS概貌图

主要GIS平台
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电力系统应用较多的GIS平台
MapInfo ? ArcInfo ? Smallword ? GROW ? GeoStar
?

配电GIS应用 — AM/FM/GIS

配电GIS功能示例图
地图操作 图层管理 地图放大 地图缩小 地图漫游 标注 图元编辑 单个选择 矩形选择 圆形选择 测量尺 设置地图 编辑 工具窗口 地图编辑 选择标志符 选择字型 选择线型 统计与查询 地物查询 配变快速查询 变电站设备查询 数据管理 编码维护 变电站数据维护 输电线路数据维护

选择区域填充
画地物标志符 输入文字

输电线路设备查询
低压线路设备查询 配备分类统计

低压线路数据维护
10kV杆塔数据维护 表箱数据维护

中心点
污秽区 初始视图 上一视图

画直线
画折线 画区域 录入修改地物数据

台帐打印

变电站数据浏览
输电线路数据浏览 低压配网数据浏览

删除

基于GIS的生产管理
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?
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显示管理 设备管理 生产管理 运行监控 查询统计 辅助作图 系统设置

按设备类型 按类型进行资料管理 进行管理 设备资料

线路层次资料管理 线路层次
结构管理 高亮变红部分为 管理线路

该线路资料

查询统计1
统计区域

设备类型 查询统计结果

查询统计2
统计区域

统计结果

实时GIS展示

GIS上显示开关状态

在GIS图上对开关进行遥控

GIS上遥控后的状态
遥控后的开关及线路状态

自动创建的单线图

自动创建的全网图

WEB发布

配电工作管理

工作票管理
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生成、修改、保存操作票,迚行必要的安全校核
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开关计划 开关校核 确认和执行
工作许可票申请 工作许可票生成 线路操作及接地挂牌 工作票提交 工作票查询

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执行过程
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操作票管理
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操作票的准备和确认 操作票的生成 操作票的提交 操作票的执行 操作票查询 日志记录

配电规划与报装
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用户业扩 用户报装 最优接入点计算 工程概算报表

报装方案图

报装方案图

停电管理
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?
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事故及检修停电范围分析、显示 事故预演、重演 停电事项管理 故障投诉、电话报修 自动应答与手工应答相结合 计划停电的自动答复 判断故障位置幵确定抢修过程设备管理及 检修

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