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1引言
1. 1配电自动化的国外现状
配电网自动化系统( distribution automation system, DAS)在上个世纪90年代首先由美国提出。DAS目前有多种模式,典型模式有美国和英国为代表的电流型模式,以日本为代表的电压型模式,以及FTU ( Feeder Terminal Unit) 模式。在近10 年韩国电力公司( Korea Electric Power Corp, KEP2CO)开发并安装了两种配电网自动化系统。一种是具有传统功能的小型DAS,主要应用于结构相对简单的小城市和乡镇。另一种主要是针对大城市开发的DAS,它具有双机热备份、更高的可靠性,包括更多的遥控功能,如馈线自动化、在线仿真、网络重构等。
1. 2配电自动化的作用及前景
配电网自动化是在配调中心利用现代电子技术和通信技术自动遥控操作配电设备的自动化系统。DAS能优化运行配电网,提高可靠性,增加配电网的运行容量以达到经济运行。随着改革开放的深入, 电力市场在中国将逐渐形成。安装一套DAS需要大资金的投入,但是效益也是显然的。配电网把电力系统和用户连接在一起,因此配电网的可靠性和电力质量直接影响到国家政策和人民生活。改造配电网实现自动化将提高配电网管理水平。DAS将增加经济和社会效益,改善供电可靠性,减少电力损失,提高供电质量。对未来几年,成功的配电自动化将是电力工业的热门话题。
●怎样的配电自动化工具将应用于实际方案?
●对于一个特定的系统,怎样的一种配电自动化模式是合适的?
●你所预期的结果是什么?
●对运行和管理配电自动化系统,什么是最好的方法?这些都是将来必须要做的工作。
1. 3配电自动化在中国的发展及我们的工作
随着城农网改造工作的开展,配电网自动化系统在中国得到了迅速发展。根据故障处理形式, DAS可以分为分布智能模式和集中智能模式两种。DAS分为采用配电自动化开关设备相互配合的馈线自动化和基于馈线终端设备( FTU)的馈线自动化。归纳起来DAS主要有以下三种模式:
●基于电流计数型自动化模式;
●基于电压时间型自动化模式;
●基于FTU型的自动化模式。
根据配电网实际,应采用那一种自动化模式? 在该种模式中分段如何进行? 分段开关的位置如何確定? 如何对实际的配电网进行优化配置? 等等问题,还没有一个成熟的经验可供借鉴和照搬。有鉴于此,经过大量调查并经过初步研究,我们提出了配电自动化模拟及培训系统研究课题。
近几年,一直对DAS进行着广泛讨论。但是,涉及到对DAS仿真的信息却很少。开发这个系统的目的是为DAS搭建一个模拟及培训平台。通过仿真系统,供电部门可将自己设想的自动化方案在这个系统上进行模拟及试验;已建成配电网自动化系统的供电部门,可在这个系统上对下一步可能的运行方案进行试验;也可通过这个系统对现有配网的相关运行人员进行培训,以达到熟练运行的目的。
2系统功能和特点
2. 1系统功能
1) 模拟功能
该系统可模拟DAS的正常运行方式和故障运行方式及故障后的网络重构过程。
模拟基于电流计数型的自动化工作模式。通过该模拟培训系统,可以模拟电流型自动化方案的故障隔离过程,故障后的网络恢复供电过程。
通过该模拟培训系统,可以模拟电压时间型自动化模式的送电过程、隔离故障过程及恢复非故障区段供电过程。可模拟实际网络的自动监视和远程操控功能,帮助实现配网的多种优化功能。模拟基于FTU型的自动化模式。通过该模拟系统,可以模拟FTU型的自动化模式的工作过程,通过通信网络,可以帮助实现该种配网的各种优化功能。
2) 预研功能
利用本系统,通过对未建线路的模拟搭建及运行,为用户配网自动化实施方案中柱上分段开关、柱上断路器、重合器等的最佳安装位置的确定,设备选型及参数确定等提供相关数据及技术支持。提高实际系统建设的科学性、合理性、可靠性、安全性、经济性等指标。
3) 试验研究功能
利用本系统,通过对已建配电网自动化系统的模拟搭建及运行,可进行正常运行情况的模拟及网络优化、故障状态模拟及网络恢复重构演示、实际配电网自动化系统的优化等。
4) 各类人员的培训功能
系统能完成配网自动化各类人员的培训,包括线路工作过程的学习与培训;现场操作与参数整定培训;重合器、分段器、柱上断路器等设备的控制接线、参数整定等培训;远程操作控制培训;故障模拟与排查培训;各种运行方式的模拟运行培训等。
2. 2系统特点
系统采用模块化结构,软硬件相结合的仿真方案,可以仿真目前国内外大多数配网自动化系统的工作过程。
1)用户可随配电网自动化的改造进展,对仿真系统逐步搭建,不会造成设备及资源的浪费;
2)可使模拟系统在最逼近实际系统的状态下工作,因此各种仿真运行结果,比较真实可靠,可作为实际系统操控运行前的重要参考,大大提高实际系统运行的可靠性、安全性、经济性;
3)系统可动态演示相应电气线路和电气元件的得电、失电、接通、断开等工作状态,使整个电气系统的工作过程变得直观、形象、生动,可大大提高培训及操控的演练效果。
3系统的体系结构和软件设计及实现
系统由模拟柜和控制中心及显示部分构成。
3. 1模拟柜
模拟柜由三部分构成:配网一次设备模拟部分,模拟控制器部分及负荷模拟部分。
配电网一次设备的模拟部分就与提高配电网馈线自动化水平较密切的一些新式设备进行模拟,主要包括重合器(Recloser) 、分段器( Sectionalizer) 和远方终端( FTU、DTU、TTU) [ 8 ]。
模拟控制器其工作原理为:就地或远程给定工作模式及相应参数,模拟控制器将以相应模式进行工作,并进行相应的电压、电流采集处理. 例如,若设定为电压工作模式,利用模拟控制器可以模拟该种模式下的送电、隔离故障及故障后恢复非故障区段的工作过程。负荷模拟部分是为高级应用而设计。对于配电网可模拟线路负荷和用户负荷,特别是极限负荷。
3. 2控制中心部分
本部分硬件由计算机、通讯控制器及其它计算机辅助设备构成。软件由四部分构成:控制中心界面设计软件、系统运行情况演示软件、远程操作控制软件,线路仿真及计算软件。模拟控制中心部分采用面向对象的方法进行系统设计。在集成的MicrosoftVisualC + + 6. 0开发环境下,对系统进行编程、调试,使系统易扩充、易维护。配电网所需参数及运行结果存储与Access数据库中,用户可方便的通过系统对数据库进行修改和维护。
控制中心界面设计软件,采用与用户实际配网自动化系统尽可能相一致的用户界面。
系统运行情况演示软件,选用较为典型的配网自动化系统线路,进行配网自动化三种不同工作模式的演示,其工作过程既可在计算机显示器及终端模块看到,也可在演示屏上看到。
远程操作控制软件,可进行远程操控、参数设置、数据采集及处理等。
线路仿真及计算软件,这部分软件结合整个模拟硬件系统,可完成下述功能:
一是正常运行情况的模拟,利用通讯控制器可直接得到实际系统各种相关数据,以此为根据,进行各种参数计算,用实际系统的相关参数及计算结果对模拟系统进行操控,并通过改变模拟系统有关参数及开关状态等获得不同情况下的运行参数,预分析不同情况下线路的运行结果,从而为用户配网的最佳运行提供较为合理的方案。
二是故障状态模拟,配电网发生故障时,尽快隔离故障,恢复供电是配网自动化系统本身解决的问题,但恢复供电是否最佳却难以作到。这部分软件结合整个模拟硬件系统可进行故障重演、在此基础上依据故障发生前一刻的电网数据计算并提供最佳解决方案及帮助判断故障原因。同样,也可用这种方式在模拟系统上进行各种故障的预演。
三是进行配电网预构:利用本软件及其它模块构件,用户可在实施配网自动化前,构建系统并进行各种测试及操演,以确认分段及测点位置是否合理、实施方案是否最佳等问题
3. 3显示部分
显示部分由硬件及软件构成。硬件除可采用背投、投影仪构成系统外,本系统开发研制了一种基于平面管的综合显示屏。这种综合显示屏既可提高演示效果、又可降低显示成本。综合显示屏由线路显示屏及相应软件构成。显示屏采用单片机控制的数码平面管显示方式,线路构成形式与用户的实际配电网线路构成完全一致,配合研发的软件系统,可以动态演示模拟培训系统所能完成的多种运行情况,显示模拟系统各测控点电流、电压、有功功率、无功功率等参数的变化。当系统采用来自实际配网自动化系统测控点的数据时,显示屏即是一个实际配网自动化系统的大显示屏。因此,利用模拟系统中综合显示部分及模拟控制中心部分中的一部分硬件,可以很方便的构成实际配网自动化系统控制中心的综合显示屏。
4结论
本论文报告了DAS仿真系统的整个实验研究。仿真模型符合实际的DAS。多种DAS方案的仿真可由本系统完成,为配电网自动化的运行和优化提供帮助。配电网自动化在我国尚处于起步阶段,其建设、完善、优化等还须做大量工作。该系统正是考虑到实际配电网的需要,在现有实际配电网的基础上,为配电网自动化的建设搭建了一个应用研究平台。
1. 1配电自动化的国外现状
配电网自动化系统( distribution automation system, DAS)在上个世纪90年代首先由美国提出。DAS目前有多种模式,典型模式有美国和英国为代表的电流型模式,以日本为代表的电压型模式,以及FTU ( Feeder Terminal Unit) 模式。在近10 年韩国电力公司( Korea Electric Power Corp, KEP2CO)开发并安装了两种配电网自动化系统。一种是具有传统功能的小型DAS,主要应用于结构相对简单的小城市和乡镇。另一种主要是针对大城市开发的DAS,它具有双机热备份、更高的可靠性,包括更多的遥控功能,如馈线自动化、在线仿真、网络重构等。
1. 2配电自动化的作用及前景
配电网自动化是在配调中心利用现代电子技术和通信技术自动遥控操作配电设备的自动化系统。DAS能优化运行配电网,提高可靠性,增加配电网的运行容量以达到经济运行。随着改革开放的深入, 电力市场在中国将逐渐形成。安装一套DAS需要大资金的投入,但是效益也是显然的。配电网把电力系统和用户连接在一起,因此配电网的可靠性和电力质量直接影响到国家政策和人民生活。改造配电网实现自动化将提高配电网管理水平。DAS将增加经济和社会效益,改善供电可靠性,减少电力损失,提高供电质量。对未来几年,成功的配电自动化将是电力工业的热门话题。
●怎样的配电自动化工具将应用于实际方案?
●对于一个特定的系统,怎样的一种配电自动化模式是合适的?
●你所预期的结果是什么?
●对运行和管理配电自动化系统,什么是最好的方法?这些都是将来必须要做的工作。
1. 3配电自动化在中国的发展及我们的工作
随着城农网改造工作的开展,配电网自动化系统在中国得到了迅速发展。根据故障处理形式, DAS可以分为分布智能模式和集中智能模式两种。DAS分为采用配电自动化开关设备相互配合的馈线自动化和基于馈线终端设备( FTU)的馈线自动化。归纳起来DAS主要有以下三种模式:
●基于电流计数型自动化模式;
●基于电压时间型自动化模式;
●基于FTU型的自动化模式。
根据配电网实际,应采用那一种自动化模式? 在该种模式中分段如何进行? 分段开关的位置如何確定? 如何对实际的配电网进行优化配置? 等等问题,还没有一个成熟的经验可供借鉴和照搬。有鉴于此,经过大量调查并经过初步研究,我们提出了配电自动化模拟及培训系统研究课题。
近几年,一直对DAS进行着广泛讨论。但是,涉及到对DAS仿真的信息却很少。开发这个系统的目的是为DAS搭建一个模拟及培训平台。通过仿真系统,供电部门可将自己设想的自动化方案在这个系统上进行模拟及试验;已建成配电网自动化系统的供电部门,可在这个系统上对下一步可能的运行方案进行试验;也可通过这个系统对现有配网的相关运行人员进行培训,以达到熟练运行的目的。
2系统功能和特点
2. 1系统功能
1) 模拟功能
该系统可模拟DAS的正常运行方式和故障运行方式及故障后的网络重构过程。
模拟基于电流计数型的自动化工作模式。通过该模拟培训系统,可以模拟电流型自动化方案的故障隔离过程,故障后的网络恢复供电过程。
通过该模拟培训系统,可以模拟电压时间型自动化模式的送电过程、隔离故障过程及恢复非故障区段供电过程。可模拟实际网络的自动监视和远程操控功能,帮助实现配网的多种优化功能。模拟基于FTU型的自动化模式。通过该模拟系统,可以模拟FTU型的自动化模式的工作过程,通过通信网络,可以帮助实现该种配网的各种优化功能。
2) 预研功能
利用本系统,通过对未建线路的模拟搭建及运行,为用户配网自动化实施方案中柱上分段开关、柱上断路器、重合器等的最佳安装位置的确定,设备选型及参数确定等提供相关数据及技术支持。提高实际系统建设的科学性、合理性、可靠性、安全性、经济性等指标。
3) 试验研究功能
利用本系统,通过对已建配电网自动化系统的模拟搭建及运行,可进行正常运行情况的模拟及网络优化、故障状态模拟及网络恢复重构演示、实际配电网自动化系统的优化等。
4) 各类人员的培训功能
系统能完成配网自动化各类人员的培训,包括线路工作过程的学习与培训;现场操作与参数整定培训;重合器、分段器、柱上断路器等设备的控制接线、参数整定等培训;远程操作控制培训;故障模拟与排查培训;各种运行方式的模拟运行培训等。
2. 2系统特点
系统采用模块化结构,软硬件相结合的仿真方案,可以仿真目前国内外大多数配网自动化系统的工作过程。
1)用户可随配电网自动化的改造进展,对仿真系统逐步搭建,不会造成设备及资源的浪费;
2)可使模拟系统在最逼近实际系统的状态下工作,因此各种仿真运行结果,比较真实可靠,可作为实际系统操控运行前的重要参考,大大提高实际系统运行的可靠性、安全性、经济性;
3)系统可动态演示相应电气线路和电气元件的得电、失电、接通、断开等工作状态,使整个电气系统的工作过程变得直观、形象、生动,可大大提高培训及操控的演练效果。
3系统的体系结构和软件设计及实现
系统由模拟柜和控制中心及显示部分构成。
3. 1模拟柜
模拟柜由三部分构成:配网一次设备模拟部分,模拟控制器部分及负荷模拟部分。
配电网一次设备的模拟部分就与提高配电网馈线自动化水平较密切的一些新式设备进行模拟,主要包括重合器(Recloser) 、分段器( Sectionalizer) 和远方终端( FTU、DTU、TTU) [ 8 ]。
模拟控制器其工作原理为:就地或远程给定工作模式及相应参数,模拟控制器将以相应模式进行工作,并进行相应的电压、电流采集处理. 例如,若设定为电压工作模式,利用模拟控制器可以模拟该种模式下的送电、隔离故障及故障后恢复非故障区段的工作过程。负荷模拟部分是为高级应用而设计。对于配电网可模拟线路负荷和用户负荷,特别是极限负荷。
3. 2控制中心部分
本部分硬件由计算机、通讯控制器及其它计算机辅助设备构成。软件由四部分构成:控制中心界面设计软件、系统运行情况演示软件、远程操作控制软件,线路仿真及计算软件。模拟控制中心部分采用面向对象的方法进行系统设计。在集成的MicrosoftVisualC + + 6. 0开发环境下,对系统进行编程、调试,使系统易扩充、易维护。配电网所需参数及运行结果存储与Access数据库中,用户可方便的通过系统对数据库进行修改和维护。
控制中心界面设计软件,采用与用户实际配网自动化系统尽可能相一致的用户界面。
系统运行情况演示软件,选用较为典型的配网自动化系统线路,进行配网自动化三种不同工作模式的演示,其工作过程既可在计算机显示器及终端模块看到,也可在演示屏上看到。
远程操作控制软件,可进行远程操控、参数设置、数据采集及处理等。
线路仿真及计算软件,这部分软件结合整个模拟硬件系统,可完成下述功能:
一是正常运行情况的模拟,利用通讯控制器可直接得到实际系统各种相关数据,以此为根据,进行各种参数计算,用实际系统的相关参数及计算结果对模拟系统进行操控,并通过改变模拟系统有关参数及开关状态等获得不同情况下的运行参数,预分析不同情况下线路的运行结果,从而为用户配网的最佳运行提供较为合理的方案。
二是故障状态模拟,配电网发生故障时,尽快隔离故障,恢复供电是配网自动化系统本身解决的问题,但恢复供电是否最佳却难以作到。这部分软件结合整个模拟硬件系统可进行故障重演、在此基础上依据故障发生前一刻的电网数据计算并提供最佳解决方案及帮助判断故障原因。同样,也可用这种方式在模拟系统上进行各种故障的预演。
三是进行配电网预构:利用本软件及其它模块构件,用户可在实施配网自动化前,构建系统并进行各种测试及操演,以确认分段及测点位置是否合理、实施方案是否最佳等问题
3. 3显示部分
显示部分由硬件及软件构成。硬件除可采用背投、投影仪构成系统外,本系统开发研制了一种基于平面管的综合显示屏。这种综合显示屏既可提高演示效果、又可降低显示成本。综合显示屏由线路显示屏及相应软件构成。显示屏采用单片机控制的数码平面管显示方式,线路构成形式与用户的实际配电网线路构成完全一致,配合研发的软件系统,可以动态演示模拟培训系统所能完成的多种运行情况,显示模拟系统各测控点电流、电压、有功功率、无功功率等参数的变化。当系统采用来自实际配网自动化系统测控点的数据时,显示屏即是一个实际配网自动化系统的大显示屏。因此,利用模拟系统中综合显示部分及模拟控制中心部分中的一部分硬件,可以很方便的构成实际配网自动化系统控制中心的综合显示屏。
4结论
本论文报告了DAS仿真系统的整个实验研究。仿真模型符合实际的DAS。多种DAS方案的仿真可由本系统完成,为配电网自动化的运行和优化提供帮助。配电网自动化在我国尚处于起步阶段,其建设、完善、优化等还须做大量工作。该系统正是考虑到实际配电网的需要,在现有实际配电网的基础上,为配电网自动化的建设搭建了一个应用研究平台。