三亚城市配网自动化建设方案研究.doc

Error! Bookmark not defined.三亚城市配网自动化建设方案研究才志远，刘宗歧（华北电力大学电气与电子工程学院，北京市昌平区回龙观镇北农路2号 102206)摘 要：配电自动化(DA）是对配网设备进行远方实时监视、协调及控制的一个集成系统，是现代计算机技术和通信技术在配电网监视与控制上的应用。合理建设配电自动化可以有效提高配电网运行的可靠性和效率，提高电能的供应质量，降低劳动强度和充分利用现有设备的能力,从而对于用户和电力公司均带来可观的收益。本文在结合三亚供电局配网网架结构、相关设备及各类信息系统建设现状的基础上，从自动化系统体系结构、配网主站建设、配网终端建设、信息系统集成规划、配网开关改造等方面的内容研讨配电自动化的规划与应用，并详细的提出分阶段建设改造计划，最后对三亚供电局配电自动化系统的发展进行了展望。关键词:配电网自动化;信息集成；配电终端0 引言近年来，智能电网4-5已成为电力界的热门话题,被认为是改变未来电力系统面貌的电网发展模式。智能电网包括智能输电网和智能配电网(smart distribution grid， SDG）两方面内容,其中，SDG具有新技术内容多、与传统电网区别大的特点，对于实现智能电网建设的整体目标有着举足轻重的作用，而配电自动化工程的实施将为智能配电网的实现打下基础.可以认为配电自动化是电力系统输电网调度自动化系统在配电网中应用的延伸和发展3。英国、美国、日本等发达国家在20世纪50年代开始已经研究和推广应用配电自动化1-2,而我国一直到20世纪末才逐步建立配电自动化相关的技术标准和规范.值得注意的是，每个电力公司的配网都有其特殊性，比如地理环境、范围和规模、管理模式、用户性质等，这往往决定了该公司的配电自动化最佳模式8.为积极践行南网方略，按照海南电网公司建设国际旅游岛生产技术发展的总体要求及三亚配网自动化规划工作的实际需求，保证三亚供电局配网自动化建设的合理性、科学性、先进性、持续性、经济性和实用性，对三亚供电区域内的B类、C类供电区域进行配网自动化总体规划。旨在切实、全面地提高三亚供电局的管理水平、服务水平和技术水平，提升配电网运行的自动化水平,保障三亚配电系统的安全、稳定、可靠、经济运行10-11。有效提升三亚电网运行管理水平,为三亚的国际旅游岛建设提供有力保障。1 配电自动化原理及其体系结构1。1配电自动化的定义原国家经贸委2002年发布的“配电自动化系统规范”指出，配电自动化是利用现代计算机及通信技术，将配电网的实时运行、电网结构、设备、用户以及地理图形等信息进行集成，构成完整的自动化系统,实现配电网运行监控及管理的自动化、信息化11。根据国际供电会议组织（CIRED1995)第2工作组的报告,配电自动化功能可分为两部分：把配电网实时监控、自动故障隔离及恢复供电、负荷管理等功能，称为配电网运行自动化功能；而把离线的或实时性要求不强的设备管理、停电管理、用电管理等功能，称为配电网管理自动化功能.具体来说,人们将以数据采集与监控（SCADA)系统为平台，完成配电网运行自动化功能的实时系统称为配电自动化系统（DAS）；以地理信息系统（GIS)为平台，完成配电管理自动化功能的系统称为配电自动化管理系统,又称自动绘图/设备管理/地理信息系统（AM/FM/GIS)，简称配电GIS系统12。同时与输电网的能量管理系统EMS相对应，完成配电网运行及管理自动化功能的系统称为配电网综合自动化系统，简称配电管理系统(DMS）。其他单项自动化系统包括自动抄表系统(AMR）、客户服务系统（CIS）以及负荷管理系统等.1。2配电自动化体系结构建设原则配电自动化体系结构决定了配网监控数据的流程、通信系统的结构以及管理工作的流程,是规划的重中之重。选择一种实用的、稳定的、可持续发展的体系结构对于整个配网自动化的建设和发展都是至关重要的.三亚供电局配电自动化体系结构应遵循以下原则：1)应具有开放性，能够根据配电网的发展逐步扩展配电网监控范围；2）应具有稳定性，纵向贯通上下级配电网运行管理流程,横向实现配电网自动化系统的信息共享；3）应建立统一的数据采集、配调监控及系统管理平台，实现配调业务的集中或分区管理;4）系统结构模式的选取应遵循三亚电网的特点、适应其发展需求。1。3配电自动化体系结构技术方案配电自动化系统硬件设备按分层分布式结构设计，如图1所示可分为三层：第一层为主站层,以AM/FM/GIS为统一的配电数据平台，实现配电SCADA系统、配电GIS、配电MIS一体化功能。通过全面共享GIS数据，满足配电调度、生产管理等业务的需要。第二层为子站层,为分担主站数据处理任务、优化信息传输、方便通信系统组网而设置的中间层。主要用来实现对多个终端设备的信息汇集、处理以及故障处理、通信监视等功能。第三层为终端层,主要负责对线路、开闭站、配电室、环网开关柜、配电变压器等进行数据采集和控制.图1 配电自动化体系结构图根据中国南方电网配电网自动化规划导则及海南配电自动化实用技术导则关于配电自动化体系结构的规定，对于一级地区宜选择“分区采集、分区应用”或“集中采集、分区应用的系统结构，结合三亚城市供电区域划分情况,充分考虑三亚供电局配网规模及实施配网自动化区域的特点,配网自动化体系结构选用“集中采集、分区应用模式,即在三亚市局的调度中心建设配网自动化主站，在城区周边的区/县供电局建设区域远程监控工作站（规划年中只建设城区监控工作站).市局主站系统完成整个配网运行监视和配电运行管理，分区的远程工作站完成各区的配网操作，实现整个配网系统的“集中采集、分区应用”.2 配电网自动化信息集成2。1 配电网自动化信息集成原则按照南方电网配电网自动化规划导则的要求，配网自动化系统必须遵循IEC61970/IEC61968标准。而IEC61970/IEC61968 CIM模型是贯穿整个电力系统业务范围的企业信息模型。三亚供电局按照统一信息模型的建设思路对配网自动化系统以及其他相关自动化系统进行优化集成,以配网自动化系统建设为契机，逐步实现三亚供电公司信息一体化建设。具体原则如下:1)充分考虑与已有的自动化系统的数据交换与系统兼容,遵循IEC61970 /IEC61968标准，在现有自动化的基础上，统一构建数据采集及生产管理平台，做到各个相关自动化系统及管理系统最大程度的信息共享.2)遵循南方电网关于电力设备编码的有关规定,采用统一信息模型及设备编码，实现与其他自动化系统优化集成.3）保证数据唯一性.为确保各种数据在所有系统中的一致性，原则上要求一类数据只能由相关的维护单位从一个应用系统录入,保证该类数据只有唯一的数据源，同时可以提供给其它应用系统共享，从根本上避免数据的重复录入。4）遵循安全分区、网络专用、横向隔离和纵向认证的原则，按照南方电网电力二次系统安全防护技术实施规划的要求配置安全防护设备。2。2配电网自动化信息集成方案按照电监会电力二次系统安全防护总体方案关于网络安全区域划分的规定，采用以下方式实现配电网相关自动化系统的集成:系统间的集成关系采用基于消息交换总线的架构从体系结构和实现机制上实现多个安全区系统间的互连互通,以面向服务体系SOA(Services Oriented Architecture）作为项目的整体结构体系,基于IEC 61968 / 61970的国际标准，尤其是把对这些标准的支持实现在消息交换总线的核心组件中,以服务为基本单元对分布式企业计算系统的各种应用进行封装，建立网络计算中的服务提供者与消费者之间服务协同软件平台,提供在数据、流程和应用等不同服务粒度层次上的业务集成与信息整合，使应用系统达到真正意义上的信息共享与服务集成。通过信息交互总线的建立,支持多系统间的业务流转和功能集成，完成各个应用子系统之间的信息共享，最终实现生产控制大区与信息管理大区无缝衔接，达到对整个配网的智能化管理和应用。从三亚供电局实际情况出发，结合配电自动化技术导则要求,本次信息系统集成整合计划建立起符合IEC61968/IEC61970要求的信息交互总线。利用标准规范的公共信息模型,将配网资源数据进行一体化设计,并针对各个与配网相关的应用系统设计统一的数据交换模型，完成数据的统一表达和信息共享，实现各个应用系统之间纵向和横向信息集成.改造整合后整个配网信息系统总体构架如图2所示。图2 配网信息系统总体构架图3 技术原则与总体技术方案3。1总体原则综合三亚市的配电网络结构、配电设备状况、社会用电需求和可靠性指标要求等多方面因素,坚持“经济实用、技术先进、因地制宜、分步实施、合理利用、适当改造、统筹兼顾、协调发展”的工作原则,对三亚市配电网自动化系统进行规划设计。具体应遵循以下原则:1）配电网自动化建设应始终坚持以全面提高配电网运行及管理水平为主要目的，以提高供电可靠性，以配电网实时监控为技术手段的原则.2)统一规划,分步实施:对整个三亚市的配电网络进行统一规划，分区域,分阶段实施。初期阶段,首先实施关键节点,其他节点结合一次设备改造实施，最终达到对配电网络的全面监视与控制。3）配电网自动化建设应与三亚供电局供电可靠性规划和三亚市中低压配电网规划紧密结合,配电网线路和一次设备新建和改造时必须考虑满足配电网自动化的需求,按统一标准配置实现配电网自动化所需的自动化设备电源、配电终端、通信装置等设备.4）简化网架结构，提高环网率。对配电网自动化实施的重要节点，需要整体更换开关站时,建议根据旧开关站的残值情况,进行综合利用（作为备品备件或调换到其他地方利用）。5）建设多种通信方式相结合的配电网自动化通信系统.在充分利用现有电力通信网络基础上，采用多种通信方式,逐步建设和发展配电网自动化通信网络.在通信系统建设初期时,要考虑到可扩展性,以方便后期系统的接入。6）配电网自动化建设应遵循安全、可靠、稳定的原则，提高实用化水平。遵循国家有关部门关于信息安全的有关规定。从系统架构、软硬件技术、通信系统、功能体系等各个方面保证系统运行的安全、可靠和稳定。7）配电网自动化建设应遵循开放性原则，应具备良好的可扩展性和可用性.通过符合IEC61970/IEC61968等国际标准的统一接口规范。8）采用标准化、模块化、多功能、可扩展、少维护、低功耗的配电自动化终端设备.有效降低配电网自动化建设的工程难度，提高配电运行管理部门对配电自动化设备的运行管理水平和工作效率.3。2配电终端配置原则配电自动化终端是中压电网的各种远方监测、控制单元的总称，包括柱上开关监控终端FTU、环网柜监控终端FTU、配电变压器监测终端TTU、开闭所监控终端DTU等。配电自动化终端设备具有量大、运行环境复杂，安装、维护工作难度大等特点。在大面积推广配电自动化终端的情况下，为避免重复建设和系统终端设备间不匹配的情况，应进行配电终端的标准化,实行市场准入制度.监控点供电区三遥点二遥点一遥点B类1)联络开关；2）具备电动机构或三遥改造条件的分段开关；3）新建的联络开关和分段开关.1）不具备电动机构或三遥改造条件的分段开关；2）新建的分支开关.位于故障易发区域，有利于故障定位但没有开关或开关无法进行“三遥”、“二遥”改造的节点。C类1)联络开关；2）具备电动机构或三遥改造条件的关键分段开关;3）新建联络开关和关键分段开关。1)不具备电动机构 或三遥改造条件的关键分段开关;2)新建分支开关和非关键分段开关。表1 配电监控选点及配置原则依据南方电网的指导原则和广州及深圳的经验：原则上只在A、B类区域选取关键节点做为三遥点、其他类型供电区域原则上只做两遥或一遥。考虑到三亚市区只有B、C类供电区域，且配电网规模不大,规划在B类供电区（中心城区）的主干线路上的重要节点和C类供电区（一般城区）主干线路上的关键节点做“三遥”，其他都统一做“两遥”或“一遥”.选取的“三遥点、“两遥”点和“一遥”点须满足表1所示的监控选点及配置原则.4 分阶段规划建设方案配网自动化的实施，需要投入大量的人力物力，尤其是配网自动化终端的安装调试及开关改造工作,还要涉及到线路停电问题.为保证配网自动化实施有序、平稳推进，避免重复投资，应遵循“统一规划,分阶段、分区域逐步实施的建设思路。根据三亚电网实际情况，在近五年期间，配网自动化建设宜分三步走。1）试点阶段(2011年），建设配电自动化主站系统，配置配电SCADA、馈线自动化等基本功能.选择近期线路联络变动小,联络方式标准、负荷稳定、满足转供条件的线路为主，对三亚10的线路及开关进行配电自动化试点改造。2）推广阶段（2012-2013年），配合市区配网一次线路的新建和改造情况，在满足配网自动化条件的线路中按实际需求进行改造,优先考虑改造试点阶段变电站的出线,避免自动化区域过度分散,最终使自动化覆盖率达到30。同时结合配网其他信息系统的建设情况，逐步开展信息集成建设，实现各区数据的优化共享.3）改进提高阶段（20142015年)，在总结前两阶段建设经验的基础上,结合配网一次改造情况，加大自动化覆盖率，争取在2015年达到50%。同时，结合配电系统自动化技术的发展，完善配电系统自动化功能，建立功能完备的配电自动化系统。4。1试点阶段建设规划1）主站系统建设开展配电自动化主站建设工程,进行配电自动化主站基础平台和应用支撑平台的建设,实现配网SCADA、故障处理、WEB浏览等功能。分析现有和近期在建的配网相关自动化系统的应用现状，根据实际情况制定各系统间的信息交互方案。建立配网调度自动化工作流程，配合配网自动化通信子站与终端建设，实现配网调度自动化。2）配电终端建设配网自动化建设初期投入产出效益不明显，本阶段的重点是投入适量资金,扩大配网自动化规模，在不对一次设备进行大量改造工作的前提下实现实用的自动化功能。根据供电区类别划分,本阶段选取三亚城区的中心城区B类片区开展配网自动化终端试点工程的建设，以上区域是三亚中心城区,供电负荷平均密度最高，配网一次设备及网络结构相对较好，大多数线路的环网单元及开关都满足配电自动化改造条件，并建设了光纤通信系统。按照监测选点原则,对三亚中心城区的B类片区的临春变、鹿回头变电站的10条线路实现配电自动化；11套位于电源联络位置的环网单元实现三遥功能，配置三遥自动化终端；其他7套能显著提高供电可靠性的环网单元实现两遥功能，配置两遥自动化终端。其中三遥开关改造53面，两遥开关改造31面。对相关线路的6个柱上开关实现两遥功能,配置两遥自动化终端.按照相关建设原则，在临春变和鹿回头各配置一套配电通信子站系统,接入相应变电站范围新建设的配电自动化终端；对相关自动化改造线路的箱式变电站及500kVA以上重要负荷的配变安装TTU终端，实现实时运行数据与故障信号的采集和远方传输；向配电主站接入2个开关站，对2个开关站的通信管理机进行更换,实现配电主站对开关站信息的直接采集；通信方式采用光纤通信、载波通信方式、无线通信等多种灵活的方式。序号项目数量 单位1变电站2座2线路9条3开关站2间4环网单元18套5三遥开关柜43面6两遥开关柜28面7架空开关5台8箱式及重要配变58台表2期工程配网规模及分类统计表一期工程配网规模及分类统计数据汇总如表2 所示。4.2推广阶段建设规划1）主站系统建设完善配网自动化基本功能；完成与调度自动化系统接口、GIS系统、生产管理等系统的信息集成；不断完善主站系统功能，实现拓扑分析、潮流分析、状态估计等配网高级分析应用功能。2）配电终端建设根据供电区类别划分，本阶段将规划范围扩大至三亚中心城区的C类片区及亚龙湾B类地区。结合配网一次系统改造，将配电自动化应用范围扩展到荔枝沟站、田独站、河西站以及亚龙湾站。按照监测选点原则,在市区B、C类供电区及亚龙湾6个变电站供电范围内，对12条线路实现配电自动化；14套位于电源联络位置的环网单元实现三遥功能（每套环网柜按照4回线统计），配置三遥自动化终端；其他7套能显著提高供电可靠性的环网单元实现两遥功能,配置两遥自动化终端。其中三遥开关改造79面，两遥开关改造33面。对相关线路的20个柱上开关实现两遥功能,配置两遥自动化终端。对相关自动化改造线路的箱式变电站及500kVA以上重要负荷的配变安装TTU终端，实现实时运行数据与故障信号的采集和远方传输。建设4套通信子站，接入相应变电站范围新建设的配电自动化终端;向主站接入2个开关站,对2个开关站的通信管理机进行更换,实现配电主站对开关站信息的直接采集；环网柜及配电房按照C类供电区采用光纤，架空开关及电缆分支箱采用无线通信的方式。序号项目数量 单位1变电站6座2线路12条3开关站2间4环网单元21套5三遥开关柜79面6两遥开关柜33面7架空开关20台8箱式及重要配变131台表3 II期工程配网规模及分类统计表二期工程配网规模及分类统计数据汇总如表3 所示。4。3改进提高阶段建设规划1)主站系统建设继续完善主站系统功能，实现合环潮流、网络重构等配网高级分析应用功能.结合智能电网及分布式电源建设情况，开展智能化分析应用业务的调研分析,着重研究分布式电源接入监控、配网自愈及智能监视预警及与性控制等功能实现的可行性。继续完善配电自动化系统与其他系统的信息交互建设，整合配网自动化、GPMS系统、负控系统、调度自动化系统、营销系统等，消除信息化孤岛,实现数据融合，进行数据挖掘,为决策者提供数据服务。2）配电终端建设本阶段将规划范围扩大至海棠湾B类及创意新城片区。结合配网一次系统改造,将配电自动化应用范围扩展到天涯站，以及海棠湾站。按照监测选点原则，在三亚城区、亚龙湾、创意新城C类及海棠湾B类8个变电站供电范围内，对14条线路实现配电自动化;10套位于电源联络位置环网单元实现三遥功能（每套环网柜按照4回线统计），配置三遥自动化终端;其他14套能显著提高供电可靠性的环网单元实现两遥功能，配置两遥自动化终端。其中三遥开关改造39面，两遥开关改造49面。对相关线路的21个柱上开关实现两遥功能,配置两遥自动化终端.对相关自动化改造线路的箱式变电站及500kVA以上重要负荷的配变安装TTU终端,实现实时运行数据与故障信号的采集和远方传输。建设2套通信子站，接入相应变电站范围新建设的配电自动化终端；向主站接入3个开关站,对3个开关站的通信管理机进行更换,实现配电主站对开关站信息的直接采集；环网柜及配电房按照C类供电区采用光纤，架空开关及电缆分支箱采用无线通信的方式.序号项目数量 单位1变电站8座2线路14条3开关站3间4环网单元25套5三遥开关柜47面6两遥开关柜57面7架空开关20台箱式及重要配变188台表4 III期工程配网规模及分类统计表三期工程配网规模及分类统计数据汇总如表4 所示。5 结语目前三亚电网供电可靠性与国内先进水平相比还有一定的差距,与三亚经济与社会发展水平不相适应,根据三亚电网实际情况，配网自动化建设宜分三步走.首先在环城路以内市区实施,然后在主城区内实施，最后在公司管辖范围内负荷密度大、对供电可靠性要求高的区域内实施。在实施配电网自动化的初始阶段,特别是配电网基础设施尚不完善阶段（如：设备陈旧、网络不健壮、电源点分布不合理等），计划停电和限电是影响供电可靠性的主要因素，配电网自动化系统带来的主要是管理效益。当配电网络日趋完善、电力供应相对充足、变电站布点合理、配电设备能满足电网安全运行需求的条件下，计划性停电、限电时间和次数也将大大减少，此时配电网自动化系统的功能将在缩短故障停电时间、提高配电设备使用寿命和可靠性、合理分配潮流、降低网损、减少运行维护人员工作量等方面将发挥巨大作用,也必将带来巨大的管理效益、经济效益和社会效益。为贯彻南网公司“企业效益为重、社会效益优先”的经营理念，三亚供电局应尽快开展配电网自动化系统建设,为建设智能配电网奠定坚实的基础。另外还应积极跟踪分布式能源接入控制等新技术的发展，并结合三亚供电局系统建设及运行管理实际,在有条件的地区进行配电网智能化试点建设.参考文献1 Shirmohammadi, D。 Hong， H。W. 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