1、配網(wǎng)自動化終端功能及應(yīng)用,2011.7.22,綱要,概述 配電自動化系統(tǒng)架構(gòu) 配電終端功能及性能指標(biāo) 幾種主要的通信方式介紹 實際應(yīng)用方案 新的技術(shù),什么是配網(wǎng)自動化,利用現(xiàn)代電子、計算機(jī)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將配電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)及離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息集成，構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網(wǎng)及其設(shè)備正常運行及事故狀態(tài)下的的監(jiān)測、保護(hù)、控制、用電負(fù)荷配電管理的現(xiàn)代化。,配網(wǎng)自動化的實踐意義,提高供電可靠性 改善電能質(zhì)量 節(jié)能降損，優(yōu)化運行，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行水平 提高配網(wǎng)現(xiàn)代化管理水平 提高服務(wù)水平，改善用戶形象合理規(guī)劃，科學(xué)決策,配電自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),三層結(jié)構(gòu)模式

2、主站層 子站層 終端層 這種模式適用于配電網(wǎng)絡(luò)較大，信息相對集中的情況，其總體成本較高 兩層結(jié)構(gòu)模式 主站 終端 這種模式適用于配電網(wǎng)絡(luò)較小，信息分散的情況，其總體成本較低,配網(wǎng)自動化結(jié)構(gòu),主站層,子站層,終端層,主站系統(tǒng),一個平臺 實時信息系統(tǒng)平臺 四個應(yīng)用系統(tǒng) EMS DMS 廣域測量系統(tǒng) 公共信息平臺,主站系統(tǒng)（組件）,告警服務(wù),SCADA,新應(yīng)用,PAS,DTS,DMS,AGC,集 成 總 線,報表工具,圖形工具,歷史數(shù)據(jù)服務(wù),平臺為應(yīng)用提供的服務(wù),系統(tǒng)管理 歷史(商用)數(shù)據(jù)服務(wù) 告警服務(wù) 權(quán)限及責(zé)任區(qū)服務(wù) 實時數(shù)據(jù)庫服務(wù) 圖形工具包 數(shù)據(jù)庫界面 報表工具包 公式計算服務(wù) ,配電主站的

3、業(yè)務(wù)范圍,深圳EMS系統(tǒng)配置圖,子站設(shè)備,通信子站 配電子站： 區(qū)域DA； 區(qū)域性SCADA； 通信； 站內(nèi)當(dāng)?shù)毓δ埽?遠(yuǎn)程診斷維護(hù)； 參數(shù)設(shè)置； 遠(yuǎn)方讀表； 數(shù)據(jù)管理；,終端設(shè)備,一次設(shè)備 二次設(shè)備,一次設(shè)備,電氣一次設(shè)備是指直接用于生產(chǎn)、輸送、疏導(dǎo)、分配和消耗電能的電氣設(shè)備。它包括發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、自動開關(guān)、接觸器、刀開關(guān)、母線、輸電線路、電力電纜、電抗器、電動機(jī)、接地、避雷器、濾波器等。,二次設(shè)備,二次設(shè)備是指對一次設(shè)備的工作進(jìn)行控制、保護(hù)、監(jiān)察和測量的設(shè)備。如測量儀表、繼電器、操作開關(guān)、按鈕、自動控制設(shè)備、計算機(jī)、信號設(shè)備、控制電纜以及提供這些設(shè)備能源的一些供電裝置(如

4、蓄電池、硅整流器等)。,什么是配電終端,DTU FTU RTU TTU,饋線終端設(shè)備（FTU）,FTU 是裝設(shè)在饋線開關(guān)旁的開關(guān)監(jiān)控裝置。這些饋線開關(guān)指的是戶外的柱上開關(guān)，例如10kV線路上的斷路器、負(fù)荷開關(guān)、分段開關(guān)等。一般來說，1臺FTU要求能監(jiān)控1臺柱上開關(guān)，主要原因是柱上開關(guān)大多分散安裝，若遇同桿架設(shè)情況，這時可以1臺FTU監(jiān)控兩臺柱上開關(guān)。,開閉所終端設(shè)備（DTU）,DTU一般安裝在常規(guī)的開閉所（站）、戶外小型開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、小型變電站、箱式變電站等處，完成對開關(guān)設(shè)備的位置信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能量等數(shù)據(jù)的采集與計算，對開關(guān)進(jìn)行分合閘操作，實現(xiàn)對饋線開關(guān)的

5、故障識別、隔離和對非故障區(qū)間的恢復(fù)供電。部分DTU還具備保護(hù)和備用電源自動投入的功能。,配變終端設(shè)備（TTU）,TTU監(jiān)測并記錄配電變壓器運行工況，根據(jù)低壓側(cè)三相電壓、電流采樣值，每隔12分鐘計算一次電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能等運行參數(shù)，記錄并保存一段時間（一周或一個月）和典型日上述數(shù)組的整點值，電壓、電流的最大值、最小值及其出現(xiàn)時間，供電中斷時間及恢復(fù)時間，記錄數(shù)據(jù)保存在裝置的不揮發(fā)內(nèi)存中，在裝置斷電時記錄內(nèi)容不丟失。配網(wǎng)主站通過通信系統(tǒng)定時讀取TTU測量值及歷史記錄，及時發(fā)現(xiàn)變壓器過負(fù)荷及停電等運行問題，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析電壓合格率、供電可

6、靠性以及負(fù)荷特性，并為負(fù)荷預(yù)測、配電網(wǎng)規(guī)劃及事故分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如不具備通信條件，使用掌上電腦每隔一周或一個月到現(xiàn)場讀取記錄，事后轉(zhuǎn)存到配網(wǎng)主站或其它分析系統(tǒng)。 TTU構(gòu)成與FTU類似，由于只有數(shù)據(jù)采集、記錄與通信功能，而無控制功能，結(jié)構(gòu)要簡單得多。為簡化設(shè)計及減少成本，TTU由配變低壓側(cè)直接變壓整流供電，不配備蓄電池。在就地有無功補(bǔ)償電容器組時，為避免重復(fù)投資，TTU要增加電容器投切控制功能。,遠(yuǎn)程終端設(shè)備（RTU）,遠(yuǎn)程終端設(shè)備（RTU）是安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場的電子設(shè)備，用來監(jiān)視和測量安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場的傳感器和設(shè)備。RTU將測得的狀態(tài)或信號轉(zhuǎn)換成可在通信媒體上發(fā)送的數(shù)據(jù)格式。它還將從中央計算機(jī)發(fā)

7、送來得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成命令，實現(xiàn)對設(shè)備的功能控制。,FTU&DTU功能及性能,高性能的軟、硬件平臺 全面高效通信管理功能 極強(qiáng)的的抗干擾性能 智能電源功能 先進(jìn)的饋線自動化功能（FA） 配電自動化功能（DA) 基礎(chǔ)功能測控,硬件原理圖,VxWorks操作系統(tǒng),VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS），是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實時操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星

8、通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等。在美國的 F-16、FA-18 戰(zhàn)斗機(jī)、B-2 隱形轟炸機(jī)和愛國者導(dǎo)彈上，甚至連1997年4月在火星表面登陸的火星探測器上也使用到了VxWorks。,通信接口及通信規(guī)約,通信接口： 10/100M以太網(wǎng)接口； GPRS無線接口（選配） 433M無線維護(hù)接口（選配） RS232維護(hù)接口 通信規(guī)約-通信雙方約定的數(shù)據(jù)、控制命令等的表示及傳輸規(guī)則，相當(dāng)于語言 常用前置規(guī)約簡介（CDT、DISA、XT9702、IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、DNP、 SC1801 、S5、4F),抗干擾的能力,絕緣性能 絕緣電阻:裝置所有電路與外殼之間

9、絕緣電阻在標(biāo)準(zhǔn)實驗條件下，不小于100M。 介質(zhì)強(qiáng)度:裝置所有電路與外殼的介質(zhì)強(qiáng)度能耐受交流50Hz，電壓2kV（有效值），歷時1min試驗，而無絕緣擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象。當(dāng)復(fù)查介質(zhì)強(qiáng)度時，試驗電壓值為規(guī)定值的75%。 沖擊電壓 裝置的導(dǎo)電部分對外露的非導(dǎo)電金屬部分及外殼之間，在規(guī)定的試驗大氣條件下，能耐受幅值為5kV的標(biāo)準(zhǔn)雷電波短時沖擊檢驗。 抗干擾能力 裝置能承受GB/T14598.131998規(guī)定的嚴(yán)酷等級為級的振蕩波干擾試驗； 裝置能承受GB/T14598.141998規(guī)定的嚴(yán)酷等級為IV級的靜電放電干擾試驗； 裝置能承受GB/T14598.92002規(guī)定的嚴(yán)酷等級為級的射頻電磁場輻射干擾試

10、驗； 裝置能承受GB/ T14598.101996規(guī)定的嚴(yán)酷等級為IV級的電快速瞬變脈沖群干擾試驗； 裝置能承受GB/T17626.51999規(guī)定的嚴(yán)酷等級為IV級的浪涌干擾試驗； 裝置能承受GB/T17626.61998規(guī)定的嚴(yán)酷等級為級的射頻傳導(dǎo)干擾試驗； 裝置能承受IEC 60255-22-7:2003規(guī)定的嚴(yán)酷等級為A級的工頻干擾試驗； 裝置能承受GB/T17626.81998規(guī)定的嚴(yán)酷等級為級的工頻磁場干擾試驗； 裝置能承受GB/T17626.91998規(guī)定的嚴(yán)酷等級為級的脈沖磁場干擾試驗； 裝置能承受GB/T17626.101998規(guī)定的嚴(yán)酷等級為級的阻尼振蕩磁場干擾試驗； 裝置能

11、滿足GB/T14598.162002規(guī)定的傳導(dǎo)發(fā)射限值要求； 裝置能滿足GB/T14598.162002規(guī)定的輻射發(fā)射限值要求。 機(jī)械性能 工作條件：裝置能承受嚴(yán)酷等級為1級的振動響應(yīng)、沖擊響應(yīng)檢驗； 運輸條件：裝置能承受嚴(yán)酷等級為1級的振動耐久、沖擊耐久及碰撞檢驗。,智能電源模塊,主電源模塊支持雙路電源輸入，支持交、直流供電方式。正常情況下，應(yīng)為交流供電方式，一旦交流電源中斷，裝置在無擾動情況下自動切換到直流供電方式；當(dāng)交流電源恢復(fù)供電時，裝置自動切回交流供電方式。主電源模塊能實現(xiàn)對供電電源的狀態(tài)監(jiān)視，并能將電源供電狀況以遙信方式上報到上級系統(tǒng)。 主電源模塊使用蓄電池作為直流電源時，根據(jù)用戶

12、的不同需求可以配置不同容量的蓄電池，主電源模塊具備對蓄電池智能充放電功能，電池欠壓等狀態(tài)以遙信方式上報到上級系統(tǒng)。,FA饋線自動化功能,先進(jìn)的饋線自動化（FA）算法與處理流程，支持故障在線仿真。終端饋線自動化功能包括故障檢測和故障在線仿真。故障檢測以回線為單位，實現(xiàn)三段式過流檢測、零流檢測、故障跳閘、一次重回閘（可選）、過負(fù)荷告警（可選）、PT斷線/失壓告警（可選）等功能，支持故障錄波，故障信息通過傳統(tǒng)虛擬遙信方式和專用故障信息通道上送。,配電自動化（DA）,DTU對所轄區(qū)域進(jìn)行配網(wǎng)故障診斷、隔離和恢復(fù)供電 部分代替子站的功能,FTU&DTU主要功能-測控,基于高速ARM作為核心，支持雙以太網(wǎng)

13、技術(shù)，功耗低，可靠性高，具有完善周密的電路設(shè)計和強(qiáng)大的技術(shù)支持。 16位AD采樣，模擬量采集精度更高。 光電隔離輸入 常開繼電器控制開關(guān),性能指標(biāo),電壓測量范圍：0300 V，測量準(zhǔn)確度不超過0.5%； 電流測量范圍：050 A，測量準(zhǔn)確度不超過0.5%； 有功功率、無功功率、功率因數(shù)測量準(zhǔn)確度不超過1.0%； 頻率測量準(zhǔn)確度不超過0.2%； 采集容量可擴(kuò)展，最大支持48路模擬量； 狀態(tài)量輸入：單板20個無源接點，可擴(kuò)展 SOE分辨率：不大于2ms 控制輸出：接點容量：AC250V,5A；DC30V,5A；單板容量12路，可根據(jù)需要擴(kuò)展。 故障電流最大為10IN（IN為額定輸入電流） 裝置采用

14、符合IEC60297-3標(biāo)準(zhǔn)的高度為4U、寬度為19英寸的機(jī)箱，裝置結(jié)構(gòu)采用嵌入式安裝方式，前插件形式，箱前接線；采用防水、防塵、抗振動設(shè)計，外殼封閉，適合安裝于開關(guān)柜等環(huán)境條件較為惡劣的現(xiàn)場運行。,環(huán)境條件,環(huán)境溫度:工作：-4085； 大氣壓力：86106kPa（相當(dāng)于海拔高度2km及以下）； 相對濕度：不大于95%，無凝露； 其它條件：裝置周圍的空氣中不應(yīng)含有帶酸、堿、腐蝕或爆炸性的物質(zhì)。 外殼防護(hù)等級IP54，IP67，IPXX（防塵、防水）,配電領(lǐng)域的通信方式,光纖通信 無線公網(wǎng)GPRS通信 配電線載波通信 工業(yè)總線（RS485、CAN）,SDH數(shù)據(jù)網(wǎng),光纖自愈環(huán)、光纖以太網(wǎng)、無源光

15、網(wǎng)絡(luò),EPON,以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)，是一種采用點到多點（P2MP）結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接入網(wǎng)絡(luò)，是一種光纖通信技術(shù)。,傳統(tǒng)：點到點網(wǎng)絡(luò)光纖直連或星型連接； EPON：點到多點 傳統(tǒng)：分光需有電源； EPON：分光器（無需電源） 傳統(tǒng)：通常需要兩根光纖遠(yuǎn)距離傳輸； EPON：單纖傳輸,EPON媒質(zhì)的性質(zhì)是共享媒質(zhì)和點到點網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。在下行方向，擁有共享媒質(zhì)的連接性，而在上行方向其行為特性就如同點到點網(wǎng)絡(luò)。 下行方向：olt發(fā)出的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報經(jīng)過一個1:n的無源光分路器或幾級分路器傳送到每一個ONU。N的典型取值在464之間（由可用的光功率預(yù)算所限制）。這種行為特征與共享媒質(zhì)網(wǎng)絡(luò)相同。在下行方向，因為以

16、太網(wǎng)具有廣播特性，與EPON結(jié)構(gòu)和匹配：OLT廣播數(shù)據(jù)包，目的ONU有選擇的提取。 上行方向：由于無源光合路器的方向特性，任何一個ONU發(fā)出的數(shù)據(jù)包只能到達(dá)OLT，而不能到達(dá)其他的ONU。EPON在上行方向上的行為特點與點到點網(wǎng)絡(luò)相同。但是，不同于一個真正的點到點網(wǎng)絡(luò)，在EPON中，所有的ONU都屬于同一個沖突域來自不同的ONU的數(shù)據(jù)包如果同時傳輸依然可能會沖突。因此在上行方向，EPON需要采用某種仲裁機(jī)制來避免數(shù)據(jù)沖突。,分光器,EPON組網(wǎng)常見拓?fù)湫问?EPON配網(wǎng)接線圖節(jié)選,EPON環(huán)形網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,EPON“手拉手”形網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,EPON鏈形網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,中壓載波,混合線路的中壓載波通信主備組網(wǎng)

17、方案,GPRS,其他,無線專網(wǎng) 微波通信 衛(wèi)星通信,終端設(shè)備近來的一些新技術(shù),虛擬子站 超級電容 IEC61850的應(yīng)用 ,新的技術(shù)-就地DA，虛擬子站,新的技術(shù)-超級電容（釩電池）代替蓄電池,目前傳統(tǒng)的配電終端FTU的后備電源主要采用鉛酸蓄電池和鐵鋰電池技術(shù)，該技術(shù)在使用溫度環(huán)境范圍及安全性上存在局限性，目前平均壽命一般在13年，而且需要對電池進(jìn)行特殊的管理維護(hù)，整個后備電源達(dá)不到工業(yè)級產(chǎn)品的性能指標(biāo)，無法實現(xiàn)免維護(hù)及長使用壽命的要求。 超級電容器具有以下顯著特點： a.功率密度高于現(xiàn)有各類蓄電池（鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池及燃料電池）； b.能量密度是電解電容器的30100倍； c.充電時間僅需數(shù)十秒至數(shù)分鐘； d.在100%深度充放電循環(huán)的條件下，使用壽命可達(dá)110萬次； e.性能穩(wěn)定、安全性高，可終身免維護(hù)； f.生產(chǎn)、使用、儲存和拆解均不產(chǎn)生污染，是理想的綠色環(huán)保電源。,新的技術(shù)-IEC61850在配電自動化領(lǐng)域的應(yīng)用,IEC61850是針對變電站定義的，目前的配電自動化領(lǐng)域已有利用GOOSE報文來實現(xiàn)裝置間快速通訊，實現(xiàn)就地故障隔離的功能，這在技術(shù)上是可行的。 若采用61850的語義來給配電終端建模，并以61850標(biāo)準(zhǔn)上送遙測遙信值到配電主站，需要解決下面幾個問題： 1）IEC61850的建模對象要從變電站