第2章配网自动化系统设计思想 第2章配网自动化系统设计思想 依据配网自动化的可靠性原则，实施配网自动化的首要目标是提高配电网的 供电可靠性。实现高度可靠的配网自动化系统要遵循的原则有： (1)具有可靠的电源点： (2)具有可靠的配电网网架（规划、布局、线路）： (3)具有可靠的设备（一次智能化开关、二次户处TU、TTU等）： (4)具有可靠的通信系统（通信介质、设备）： (5)具有可靠的主站、子站系统（计算机硬件、软件、网络）。 2.1配网自动化系统设计原则 2.1.1系统的结构和功能 到目前为止，配电自动化系统还没有一套国家或行业标准正式出台，来规定 配电自动化系统的结构与功能。由于《配电系统自动化功能规范》（文献[1]）得 到了大家的普遍认可，所以本文主要按其规范从结构上根据配电系统容量划分 大、中、小型配电自动化系统，三种形式的系统构成框图分别如图2一1、图2 -2、图2-3所示。 不过在实际设计中可以设计成中型系统的三层结构，而将主站软件设计成模 块化，配置扩展灵活的系统，可以很方便地配置成大型系统和小型系统，这样既 减化了设计又使用户购买的系统方便扩容，极大地保护了用户的利益。 11
第2章配网自动化系统设计思想 第2章 配网自动化系统设计思想 依据配网自动化的可靠性原则，实施配网自动化的首要目标是提高配电网的 供电可靠性。实现高度可靠的配网自动化系统要遵循的原则有【12】： (1)具有可靠的电源点； (2)具有可靠的配电网网架(规划、布局、线路)； (3)具有可靠的设备(一次智能化开关、二次户处FrU、1]Ⅲ等)： (4)具有可靠的通信系统(通信介质、设备)； (5)具有可靠的主站、子站系统(计算机硬件、软件、网络)。 2．1配网自动化系统设计原则 2．1．1系统的结构和功能 到目前为止，配电自动化系统还没有一套国家或行业标准正式出台，来规定 配电自动化系统的结构与功能。由于《配电系统自动化功能规范》(文献【1】)得 到了大家的普遍认可，所以本文主要按其规范从结构上根据配电系统容量划分 大、中、小型配电自动化系统，三种形式的系统构成框图分别如图2一l、图2 —2、图2—3所示。 不过在实际设计中可以设计成中型系统的三层结构，而将主站软件设计成模 块化，配置扩展灵活的系统，可以很方便地配置成大型系统和小型系统，这样既 减化了设计又使用户购买的系统方便扩容，极大地保护了用户的利益
城市配电网自动化主站系统功能研究 配电动化中心站 达城主站… ■区上站 区域主站 父电子站 足电站 配地站 电终 电终嘴 电终端 图2一1大型配电自动化系统 网度自动化主站 RTU 配电自动化系统主站 44 配电子站■ 配电了站 配地子站 电终端 配电 电终 增 电终 图2一2 中型配电自动化系统 配电调慢自动化系统主站 选 配电f站 配电站 RTU 配电终端 电端 配电终 配电端 图2一3小型配电自动化系统 从功能上分为两层，即基础配电自动化层和配电管理层。基础配电自动化层 :现数据采集、运行工况监视与控制、故障实时处理：配电管理层主要包括： 运行管理、停电管理、设备管理、工程管理、电能计量管理及配电高级应用。 12
城市配I乜网自动化主站系统功能研究 图2—1大型配电自动化系统 l 调赝自动化拳站 RT'IJ l ● l 配咆自动化系线书站 l …… l …… 2 I 配电彳：站I 配l乜了站l l 配电子站l — I 一 一向 肉’…。囱 肉 图2—2中型配电自动化系统 图2—3小型配电自动化系统 从功能上分为两层，即基础配电自动化层和配电管理层。基础配电自动化层 。j：’誓‘÷；现数据采集、运行工况监视与控制、故障实时处理；配电管理层主要包括： 运行管理、停电管理、设备管理、工程管理、电能计量管理及配电高级应用。 12
第2章配树自动化系统设计思想 配电自动化建设是一个面广、量大、投资巨大的工程，各地必须分期投入分 步实施，配电自动化系统也必须适应配电网的这一特点，这就要求配电自动化系 统必须遵循以下原则： (1)系统设计标准化，尽可能采用全球国际标准，最大限度地保证产品的 兼容性。 (2)系统具有开放性，支持后续的二次开发。 (3)系统高度模块化，用户有选择地挑选急需的模块。 (4)系统具有先进性，系统设计必须采用当今最先进的技术，以保证系统 有较长的生命周期。 2.1.2主站系统设计 主站系统设计应该层次化、模块化。所谓层次化就是将软件分为两个层次： 基础平台层和应用模块层，使得功能扩充与修改仅增加或修改功能模块，而不改 变作为核心、作为基础的平台层，这样系统可靠性高，可扩充性强。模块化指系 统在基础平台之上尽可能按功能进行模块化，使得功能可方便地增加、修改和精 简以适应不同的投资规模。 网络结构设计硬件上应设计为双网平衡、分流互为备份的模式，以增加带宽 与通讯可靠性。软件上设计成C/S和B/S模式。凡属于运行管理和维护的工 作站全采用C/S模 式，可以经授权进行控制操作和修改各类数据库，凡属于仅浏览查阅性质的工作 站全采用B/S模式，工作站仅使用正就可以访问配电自动化系统的各类数据 和画面，但不能修改，这样既减轻了配电自动化主站系统的网络负担又提高了主 站系统的网络数据安全性，最大限度地扩展了主站系统网络覆盖范围。 主站系统应留有与其他自动化系统的接口，如留有与负荷控制的接口，与营 业自动化系统的接口，与自动抄表系统的接口，与客户服务中心的接口等，以实 现信息共享，消除各种自动化孤岛。 2.1.3子站、终端的设计 子站、终端在硬件上要求采用工业级芯片，特别是柱上FTU,除了有工业 13
第2章配网自动化系统设计思想 配电自动化建设是一个面广、量大、投资巨大的工程，各地必须分期投入分 步实施，配电自动化系统也必须适应配电网的这一特点，这就要求配电自动化系 统必须遵循以下原则： (1)系统设计标准化，尽可能采用全球．国际标准，最大限度地保证产品的 兼容性。 (2)系统具有开放性，支持后续的二次开发。 (3)系统高度模块化，用户有选择地挑选急需的模块。 (4)系统具有先进性，系统设计必须采用当今最先进的技术，以保证系统 有较长的生命周期。 2．1．2主站系统设计 主站系统设计应该层次化、模块化。所谓层次化就是将软件分为两个层次： 基础平台层和应用模块层，使得功能扩充与修改仅增加或修改功能模块，而不改 变作为核心、作为基础的平台层，这样系统可靠性高，可扩充性强。模块化指系 统在基础平台之上尽可能按功能进行模块化，使得功能可方便地增加、修改和精 简以适应不同的投资规模。 网络结构设计硬件上应设计为双网平衡、分流互为备份的模式，以增加带宽 与通讯可靠性。软件上设计成C／S和B／S模式。凡属于运行管理和维护的工 作站全采用C／S模 式，可以经授权进行控制操作和修改各类数据库；凡属于仅浏览查阅性质的工作 站全采用B／S模式，工作站仅使用IE就可以访问配电自动化系统的各类数据 和画面，但不能修改，这样既减轻了配电自动化主站系统的网络负担又提高了主 站系统的网络数据安全性，最大限度地扩展了主站系统网络覆盖范围。 主站系统应留有与其他自动化系统的接口，如留有与负荷控制的接口，与营 业自动化系统的接口，与自动抄表系统的接口，与客户服务中心的接口等，以实 现信息共享，消除各种自动化孤岛。 2．1．3子站、终端的设计 子站、终端在硬件上要求采用工业级芯片，特别是柱上F1U，除了有工业 13
城市配电网白动化主站系统功能研究 级宽温要求外，还要求低功耗设计，因为TU要考虑户外密封，不可能有散热 孔。再者抗干扰设计也是非常重要的，特别是TU,它就在柱上开关旁边，又 挂在杆子上最容易受到外界干扰，要对电源输入、信号输入、输出回路采取抗干 扰措施，如浪涌抑制、静电屏蔽、脉冲群抑制等，软件上也要有相应的抗干扰算 法。 通讯接口要留有RS232和RS485以及10/100MBPS的RJ45以太网接口， 使得通讯适应性强。另外通讯规约要采用EC标准，因为现在有地方性标准向全 球国际标准靠齐的倾向，只有采用全球-国际标准，才能保证不同国家、不同厂 商的设备互连。我国已颁布了1EC60870一5一101的等效标准，另一网络标准即 104即将颁布，所以在通讯规约设计时优先采用101和104规约。 2.1.4馈线自动化实现方案 馈线自动化中相间故障处理最为重要，即故障检测、故障定位、故障隔离， 非故障区供电恢复最为重要。实现馈线自动化的原则是)： (1)变电站出线开关不跳或少跳（最好让开关本身只重合一次）： (2)尽量使靠近电源侧的开关少动作： (3)短路电流没有流过的开关尽量不动。 实现馈线自动化功能的方法很多，总结起来有基于重合器、分段器的电压一 时间型，基于FTU的电流型和基于FTU的智能保护型。 电压一时间型不需要通讯，但出线开关重合三次以上才能隔离故障，恢复非 故障区的供电，整个过程时间较长，对于环网约lmi血。这种方式仅适合网架结 构简单，用户不很重要的场合。 电流型需要安装FTU及通讯线路，故障时FTU将故障信息上报至主站系统， 由主站系统的馈线自动化算法进行判断决策，使出线一次重合就可以隔离故障， :复非故障区的供电。另外，还可以采集分段开关处的电量和非电量信息，将其 传到配调中心，供运行监视与分析。这种方式适合任何形式的网架结构，该模式 中，分段开关可以是负荷开关。 智能保护型也是基于FTU及通讯网络的一种模式，在这种模式中各FTU之 间可以通讯，使故障处理不依赖于子站和主站。这种模式中故障隔离最快，但 14
城市配电网自动化主站系统功能研究 级宽温要求外，还要求低功耗设计，因为FTU要考虑户外密封，不可能有散热 孔。再者抗干扰设计也是非常重要的，特别是FTU，它就在柱上开关旁边，又 挂在杆子上最容易受到外界干扰，要对电源输入、信号输入、输出回路采取抗干 扰措施，如浪涌抑制、静电屏蔽、脉冲群抑制等，软件上也要有相应的抗干扰算 法。 通讯接口要留有RS232和RS485以及10／100MBPS的RJ45以太网接口， 使得通讯适应性强。另外通讯规约要采用IEC标准，因为现在有地方性标准向全 球．国际标准靠齐的倾向，只有采用全球．国际标准，才能保证不同国家、不同厂 商的设备互连。我国已颁布了IEC60870一5—101的等效标准，另一网络标准即 104即将颁布，所以在通讯规约设计时优先采用101和104规约。 2．1．4馈线自动化实现方案 馈线自动化中相问故障处理最为重要，即故障检测、故障定位、故障隔离， 非故障区供电恢复最为重要。实现馈线自动化的原则是【131： (1)变电站出线开关不跳或少跳(最好让开关本身只重合一次)； (2)尽量使靠近电源侧的开关少动作； (3)短路电流没有流过的开关尽量不动。 实现馈线自动化功能的方法很多，总结起来有基于重合器、分段器的电压一 时间型，基于FTU的电流型和基于FTU的智能保护型。 电压一时间型不需要通讯，但出线开关重合三次以上才能隔离故障，恢复非 故障区的供电，整个过程时间较长，对于环网约lmin。这种方式仅适合网架结 构简单，用户不很重要的场合。 电流型需要安装FTU及通讯线路，故障时FTU将故障信息上报至主站系统， 南主站系统的馈线自动化算法进行判断决策，使出线一次重合就可以隔离故障， ‘p?复非故障区的供电。另外，还可以采集分段开关处的电量和非电量信息，将其 传到配调中心，供运行监视与分析。这种方式适合任何形式的网架结构，该模式 中，分段开关可以是负荷开关。 等{7能保护型也是基于FTU及通讯网络的一种模式，在这种模式中各FTU之 间可以通讯，使故障处理不依赖于子站和主站。这种模式中故障隔离最快，但 14
第2章配网白动化系统设计思想 ℉TU的定值整定配合较复杂，仅适宜于网架结构比较简单的场合，在这种模式 中，分段开关必须为断路器。 纵观这几种模式，可以看出，电流模式比较灵活，适宜于任何网架结构。此 种模式下，从出现故障到故障隔离，再到非故障区段恢复供电，整个过程大约需 要20s左右，对于大多数场所，这个速度已可以满足要求，况且这种模式中分段 开关可以是负荷开关，一次投资也较少，故应大力推广电流模式。 配电自动化建设是一个长期的、发展的过程，配电自动化设计也要适应这种 发展，一定要始终坚持标准化、模块化，采用当今先进的技术，使自动化系统具 有可扩性、开放性，从而有更长的生命周期，最大限度地保护用户的利益。 2.2配网自动化系统设计思路 配电自动化系统从整体上可大致分为终端层、子站层、通讯层和主站层 [4H刀，如图2-4所示。 (1)终端层 终端层完成对开关、配电变压器等的数据采集，并可执行对相应设备的控制 命令。本系统采用NARI DAT-1系列FTU作为采集模块，为主站进行数据统计 和分析提供了丰富的数据。 (2)子站层 子站层负责收集终端层的数据，并向主站层转发，同时，将主站层下发的命 令，转发给终端层。随着计算机技术的发展，子站层承担的功能可以逐渐集中到 主站，以提高系统整体的可靠性和反应速度。 (3)通讯层 通讯层主要指通讯通道（信道部分），是终端设备与主站系统之间交互的通 路。根据终端设备的架设位置和对通讯速率要求的不同，可采用光纤、载波等多 种通道。通讯层负责完成采集终端和子站、主站系统的连接。各采集模块用RS485 方式通过光Modem接入光纤主千网，最后汇集到子站中，然后通过网络方式集 中上送到主站8)。 (4)主站层 主站层是整个系统的最上层，完成对所采集信息的汇总、分析、存储，为操 5
第2章配网自动化系统设计思想 F1U的定值整定配合较复杂，仅适宜于网架结构比较简单的场合，在这种模式 中，分段开关必须为断路器。 纵观这几种模式，可以看出，电流模式比较灵活，适宜于任何网架结构。此 种模式下，从出现故障到故障隔离，再到非故障区段恢复供电，整个过程大约需 要20s左右，对于大多数场所，这个速度已可以满足要求，况且这种模式中分段 开关可以是负荷开关，一次投资也较少，故应大力推广电流模式。 配电自动化建设是一个长期的、发展的过程，配电自动化设计也要适应这种 发展，一定要始终坚持标准化、模块化，采用当今先进的技术，使自动化系统具 有可扩性、开放性，从而有更长的生命周期，最大限度地保护用户的利益。 2．2配网自动化系统设计思路 配电自动化系统从整体上可大致分为终端层、子站层、通讯层和主站层 【14】-【171，如图2—4所示。 (1)终端层 终端层完成对开关、配电变压器等的数据采集，并可执行对相应设备的控制 命令。本系统采用NARI DAT-1系列FTU作为采集模块，为主站进行数据统计 和分析提供了丰富的数据。 (2)子站层 子站层负责收集终端层的数据，并向主站层转发，同时，将主站层下发的命 令，转发给终端层。随着计算机技术的发展，子站层承担的功能可以逐渐集中到 主站，以提高系统整体的可靠性和反应速度。 (3)通讯层 通讯层主要指通讯通道(信道部分)，是终端设备与主站系统之间交互的通 路。根据终端设备的架设位置和对通讯速率要求的不同，可采用光纤、载波等多 种通道。通讯层负责完成采集终端和子站、主站系统的连接。各采集模块用RS485 方式通过光Modem接入光纤主干网，最后汇集到子站中，然后通过网络方式集 中上送到主谢181。 (4)主站层 主站层是整个系统的最上层，完成对所采集信息的汇总、分析、存储，为操 15