第五章 配电自动化,张永健,第一节 配电自动化概述 通常把电力系统中二次降压变电所低压侧直接或降压后向用户供电的网络，称为配电网（Distribution Network）。它由架空线或电缆配电线路、配电所或柱上降压变压器直接接入用户所构成。 配电自动化是对配电网上的设备进行远方实时监视、协调及控制的一个集成系统。,杆变,杆变,杆变,变电所,变电所,箱变,开闭所,调度中心,中心站,中心站,从变电、配电到用电过程的监视、控制和管理的综合自动化系统，称为配电管理系统DMS （Distribution Management System ）。 配电网数据采集和监控（SCADA） 配电变电站自动化 馈线自动化,从变电、配电到用电过程的监视、控制和管理的综合自动化系统，称为配电管理系统DMS （Distribution Management System ）。 线损管理 配变巡检及低压无功补偿 地理信息系统、网络分析和优化 需方管理（包括负荷监控及管理和远方抄表及计费自动化、反窃电）,第二节 馈线自动化 馈线自动化就是监视馈线的运行方式和负荷。 当故障发生后，及时准确地确定、迅速隔离故障区段，并恢复健全区段供电。 当故障发生后，及时准确地进行“故障定位、故障隔离、负荷转移” 。,一、馈线自动化的控制方式 1馈线自动化可分为两种基本类型 1)采用具有就地控制功能的线路自动重合器和分段器, 实现配电线路故障的自动隔离和恢复供电的功能, 无远方通讯通道及数据采集功能。,一、馈线自动化的控制方式 1馈线自动化可分为两种基本类型 2) 采用远方通讯通道, 具有数据采集和远方控制功能的馈线自动化。该系统除一次设备外, 还包括配电远方终端(FTU), 通讯通道, 电流、电压传感器, 电源设备等, 实现配电线路故障的自动隔离和恢复供电的功能。,二馈线自动化设备介绍 1重合器 重合器是一种自身具有控制及保护功能的智能化开关设备。它能检测故障电流并按预先整定的分合操作次数自动完成分合操作，并在动作后能自动复位或闭锁。,二馈线自动化设备介绍 2。分段开关 配电网中用来线路分区段的自动开关设备。具有闭合短路电流及开合负荷电流的能力，不具备切断短路电流的能力 。,二馈线自动化设备介绍 2。分段开关 当线路发生故障时，根据动作规定进行分合闸，隔离故障区段。,3.故障指示器 短路故障指示器是利用电磁原理，依靠指示牌转动位置的变化或颜色的变化或灯光的闪动来指示故障的发生。故障指示器一般安装于馈电线路干线，分支线及用户进线处。,3.故障指示器,三。重合器与电压时间型分段器配合（辐射状网 ）,在4区段发生故障后，重合器1跳闸，导致线路失压，造成分段器2、3、4、5、6均分闸；,分段器采用电压时间型配合，有压时合闸，失压分闸。 该辐射状网正常工作时重合器、分段器均处于合位。,事故跳闸15s后，重合器1第一次重合，若线路为瞬时性故障则分段器2、3、4、5、6逐个有电后合闸重合成功，恢复整个区域供电。,三。重合器与电压时间型分段器配合（辐射状网 ）,分段器采用电压时间型配合，有压时合闸，失压分闸。 该辐射状网正常工作时重合器、分段器均处于合位。,在4区段发生故障后，重合器1跳闸，导致线路失压，造成分段器2、3、4、5、6均分闸；,事故跳闸15s后，重合器1第一次重合。,QS2得电后7S合闸，QS3得电后7S合闸，QS4得电后14S合闸，事故为永久性，QR1跳闸，QS2、QS3、QS4失电分闸。由于QS4合闸后即分闸，被合闸闭锁。,QR1延时5S第二次重合，QS2、QS3分别得电后7S合闸，区段1、2、3恢复供电，QS4闭锁不合闸。近电源侧无故障区段恢复供电。,配电网采用环网结构，开环运行。 联络开关4处于打开状态。,三。重合器与电压时间型分段器配合（环状网 ）,当2区段发生永久性故障后，重合器1跳闸，导致联络开关左侧线路失压，造成分段器2、3均分闸，并起动分段器4的计时器； 经2次重合后，区段1恢复供电，2、3分段器打开，隔离故障。,三。重合器与电压时间型分段器配合（环状网 ）,重合器1第一次跳闸后，经过38s的时限后， 联络分段器4自动合闸，将电供至3区段；又经过7s的时限后，分段器3自动合闸。此时由于2段区域存在永久性故障，导致联络开关右侧的线路的重合器6跳闸，从而右侧线路失压，造成其上所有分段器均分闸。,三。重合器与电压时间型分段器配合（环状网 ）,由于分段器3合闸后未达到时限(5s)就又失压，该分段器将被闭锁；联络开关以及右侧的重合器和分段器又依顺序合闸，而分段器3因闭锁保持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了非故障区段供电。,三。重合器与电压时间型分段器配合（环状网 ）,三。重合器与过流脉冲计数式分段器配合,采用重合器和过流脉冲计数型分段器配合，计数次数均整定为2次。正常运行时重合器QR1和分段器2、3、4均为合。,当3段发生永久性故障后，重合器QR1跳闸，分段器3计过电流一次，由于未达到整定值(2次)，因此不分闸而保持在合闸状态。,经一段延时后，重合器第一次重合；由于再次合到故障点处，重合器再次跳闸，并且分段器3的过流脉冲计数值会达到整定值两次。,分段器3的过流脉冲计数值会达到整定值两次，因此分段器3在重合器QR1再次跳闸后的无电源时期分闸闭锁。,又经过一段延时后，重合器QR1进行第二次重合，而分段器3闭锁保持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段供电。,重合器与电压时间型分段器配合及与过流脉冲计数式分段器配合分析 （1）隔离故障的时间较长。 （2）当采用重合器与电压-时间型分段器配合隔离开环运行的环状网的故障区段时，会使联络开关另一侧的健全区域所有的开关都分一次闸，造成供电短时中断，更加扩大了事故的影响范围。,四馈线自动化方案 采用远方通信通道及FTU馈线自动化系统,采用远方通信通道及FTU馈线自动化系统 FTU的性能要求 （1）遥信功能。FTU应能对柱上开关的当前位置、通信是否正常、贮能完成情况等重要状态量进行采集。若FTU自身有微机继电保护功能的话，还应对保护动作情况进行遥信。,采用远方通信通道及FTU馈线自动化系统 FTU的性能要求 （2）遥测功能。FTU应能采集线路的电压、开关经历的负荷电流和有功功率、无功功率等模拟量。一般线路的故障电流远大于正常负荷电流，要采集故障信息必须能适应输入电流较大的动态变化范围。要求响应速度快，而且要滤出基波信号。,采用远方通信通道及FTU馈线自动化系统 FTU的性能要求 （3）遥控功能。FTU应能接受远方命令控制柱上开关合闸和跳闸，以及起动贮能过程等。 （4）统计功能。FTU还应能对开关的动作次数和动作时间及累计切断电流的水平进行监视。 （5）对时功能。FTU应能接受主系统的对时命令，以便和系统时钟保持一致。,采用远方通信通道及FTU馈线自动化系统 FTU的性能要求 （6）事件顺序记录(SOE)。记录状态量发生变化的时刻和先后顺序。 （7）事故记录。记录事故发生时的最大故障电流和事故前一段时间(一般是1min)的平均负荷，以便分析事故，确立故障区段，并为恢复健全区段供电时进行负荷重新分配提供依据。,采用远方通信通道及FTU馈线自动化系统 FTU的性能要求 （8）定值远方修改和召唤定值。为了能够在故障发生时及时地起动事故记录等过程，必须对FTU进行整定，并且整定值应能随着配网运行方式的改变而自适应。为此，应使FTU能接收DAS控制中心的指定修改定值，并使DAS控制中心可以随时召唤FTU的当前整定值。,采用远方通信通道及FTU馈线自动化系统 FTU的性能要求 （9）自检和自恢复功能。 （10）远方控制闭锁与手动操作功能。 （11）远程通信功能。 （12）抗恶劣环境。 （13）具有良好的维修性。不停电检修。 （14）可靠的电源。,采用远方通信通道及FTU馈线自动化系统 各FTU分别采集相应柱上开关的运行情况，信息由通信网络发向远方的配电网自动化控制中心。各FTU还可以接受配网自动化控制中心下达的命令进行相应的远方倒闸操作。在故障发生时，各FTU记录下故障信息，传至DAS控制中心，经计算机系统分析后确定故障区段和最佳供电恢复方案，以遥控方式隔离故障区段、恢复健全区段供电。,第四节 配电网图资系统AM/FM/GIS 一、AM/FM/GIS的基本概念与功能 配电图资系统是自动绘图AM （Automated Mapping）、设备管理FM （Facilities Management）和地理信息系统GIS（Geographic Information System）的总称，也是配电系统各种自动化的基础。,设备台帐,第六节 配电网络重构 开环运行条件下的重构方案的选择，在针对当前负荷水平、当前辐射网状态，以保证对负荷的供电为前提，通过部分负荷的转移供电，以网损最小为目标函数，结合其它的约束条件，求取运行方式的优化，均匀负荷，消除过载，提高供电质量。 多目标非线性优化问题。,第六节 配电网络重构 配电网络重构可分为二种过程。 一种是对正常运行的辐射型配电网的负荷进行供电调整，在保证供电安全性可靠性的前提下，针对负荷的不断变动，从网络运行经济性出发，通过线路开关切换，改变负荷的供电电源，减少网损，达到优化运行的目的。 第二种是线路故障后的网络重构，主要考虑恢复用户供电，兼顾网损。,第六节 配电网络重构 1、优化调整,2、线路故障重构 恢复用户供电， 兼顾网损,第六节 配电网络重构 3、最优流算法 以闭合所有开关计算潮流分布，开断最小电流支路求解。,第六节 配电网络重构 4、开关交换法 通过成对的开关的打开与闭合，对比网损的变化求解。,第六节 配电网络重构 5、遗传算法，以进化的方式处理开关交换的组合，求取最优解。 6、模拟退火法，以随机搜索迭代过程寻求最优解。 7、人工智能法，包括专家系统法、人工神经网络法等，结合运行人员的运行经验和采用对样本的训练进行筛选和组合。,第六节 配电网络重构 全网的网络损耗为： Pw = (Pi2+Qi2)*Ri/U2 约束条件：,第六节 配电网络重构 在一条线路中加入一个负荷功率Piz+jQiz后所形成的网损为 Pw=(Pix+Piz)2+(Qix+Qiz)2*Ri/U2 =(Pix2+2PixPiz+Piz2+Qix2+2QixQiz+Qiz2)*Ri/U2 =Six2*Ri/U2+(2PixPiz+2QixQiz+Piz2+Qiz2)*Ri/U2 上式中第一项为线路原来电流所形成的网损，第二项为加入功率后形成的网损增量。 Pw=(2PixPiz+2QixQiz+Piz2+Qiz2)*Ri/U2 =(2PixPizRi/U2+2QixQizRi/U2+Piz2+Qiz2Ri/U2),第六节 配电网络重构 从公式可看出，由于网损与线路电流二次方成正比，转移功率后增加的网损不仅与转移功率有关，而且与线路中原有功率电阻乘积大小有密切关系。线路中原有功率电阻乘积越大，形成的网损增量就越大，因此，负荷的转移方向是向原线路功率电阻乘积小的方向转移。,