.國家電網公司科學技術項目可行性研究報告 技術 3 乏的難題 4 養 4 外配網自動化建設的普遍性及迫切性 4外配網自動化研究的現狀 5 目研究內容——建立完整模擬配電網全故障的配網自動化模擬實驗室 6目實施方案 8擬實驗室各部分功能及技術特性 9 九、項目經費預算(單位：萬元) 31 .配網自動化系統和開發配網技術配網自動化是實現智能配電網的重要組成部分，是智能電網的具體體現。其以一次網架和設備為基礎，以配網自動化系統為核心，綜合利用多種通信方式，實現對配化、電網分析應用及與相關應用系統互聯等功能，主要由配電主站、配電終端、配電子站(可選)和通信通道等部分組成。配網自動化的實施可有效改善供電質量，提高供電可靠率；與用戶建立更密切、更負責的關系；極大地提高配電網調度、生產、運行的管理水平；從而為供電企業帶來巨大的經濟和社會效益。配網自動化技術是服務于城鄉配電網改造建設的重要技術，配網自動化系統的安全穩定運行關乎到配網的安全穩定，長期以來配網的建設未得到應有的重視，尤其是設備技術性能落后，事故頻的關鍵技術要實現重大突破。所以針對配網現狀及深入貫徹“十二五”精神，建立配網自動化模擬實驗室，研究和開發配網自動化技術是立足于國情，城市電網的實際要求，真正解決配網實際技術問題的手段，對提高技術裝備的可靠性，完善設備的自動化程度及故障判斷能力具有重大意義。并且國家提出的“三集五大”將管理方式由粗放向精益、組織機構由松散型向集團型、資源利用由分散向集約轉變，而配網自動化一個主站多個終端的結構方式非常符合“三集五大”針對業務領域進行的管理創新。城市的不斷發展和高新產業的不斷增加，對于電網的供電要求也變得越來越高、電網的自動化改造和建設智能電網滿足了工業、城市生活對于供電安全性、高可靠性的需求，然而隨著配網自動化建設的不斷加快、對配網自動化技術的要求和創新也越.解決配網自動化現場測試手段缺乏的難題通過建立具備配網自動化全故障處理全面測試能力的實驗室，全面模擬配網在實際中各種運行場景及故障場景，通過試驗研究解決配網自動化的系統測試關鍵技術，復雜配電網建模與分析關鍵技術，通過解決大規模配電網快速仿真的關鍵技術，和智能配電網故障現象模擬與故障定位關鍵技術，對于解決配網自動化現場測試手段缺乏動化行業技術進步通過配網自動化模擬實驗室的研究和技術創新有助于排查暴露并解決配網自動化系統的設計和建設缺陷，提高配網自動化實用化水平，將配網自動化系統對供電可靠電網自動化專業性人才培養本系統能完成配電網自動化各類人員的技術培訓，有助于快速了解配網自動化技2.1.國內外配網自動化建設的普遍性及迫切性配網自動化的建設，各國根據實際特點對配網的自動化提出了不同需求。例如日近年來，隨著國網公司對城市配電網建設和改造力度的不斷加強，城市配網網架結構、裝備水平和運行水平得到持續改善，城市配電網管理水平也得到不斷改進，城市供電可靠性的要求也越來越高。如何不斷完善城市配電網，滿足日益增長的優質供我國城市大多處于快速發展階段，電力負荷增長迅速，配網規模不斷擴大，發展的重點仍是滿足負荷的快速發展需求。隨著我國社會經濟的快速發展，負荷需求增長的要求越來越高，迫切需要進行可靠性和經濟性相關的研究，提出與可靠性要求相適.2.2.國內外配網自動化研究的現狀配網自動化是智能電網的重要基礎之一，是智能電網的具體體現，它極大的改進了客戶服務，人們會從日常生活中直接感受到它帶來的許多益處。配網自動化的核心理念是利用現代信息、通信、控制技術、提升電網的智能化水平。國外對配網自動化而在國內配網自動化的技術水平還比較薄弱，雖然有過配網自動化的研究成果，然而仍有許多重大技術難題需攻克研究解決，例如配網的現場測試驗證技術的落后，嚴重影響配網的建設，阻礙配網實際功能的正常發揮，現今國內配網自動化實驗室還很少，只有陜西等個別省市擁有，而配網自動化的建設也同樣需要不斷創新的技術來完善。綜上所述，配網自動化模擬實驗室的建立為科研人員研究解決配網技術難題、隨著城市的發展，在配網自動化技術不斷進步的同時，各種類型的負載大量接入增大了的電網的復雜性，為配網自動化帶來了新的難題。人們開始注意到以提高供電電網的大量不可控干擾時刻在考驗著配網自動化系統主站在不斷變化的擾動環境中對配網的判斷準確性和策略可靠性，與子站、終端、通信、開關設備、繼電保護、備用經驗和事實證明近年來國內外的重大的電網事故，往往不是因為某個元件的故障造成的，而是由配網自動化系統在擾動環境中，從判斷錯誤、策略失誤到某個故障元件引發的一連串連鎖反。為了避免和防止此種類型的干擾對配網的影響，需要進行大配網自動化作為電力系統的一個新興領域，近年來發展迅速。目前國內的配電網.已全面鋪開，但就各種配網自動化的運行模式、作用等并沒有定論，有關安全性、可靠性研究工作還需要展開。從已經投運的配網運行現場看，各試點現場在投運前都沒有很好的測試方法驗證系統的安全性和可靠性。因此，只是實現簡單的數據采集、故障檢測等基本功能，而封閉了故障判斷、隔離和恢復，以及其他的高級應用功能。因此配網自動化在缺乏仿真手段時缺少了固有的優勢，導致實用化進程緩慢。更為嚴重的是某些配網自動化現場因測試條件不具備而使得配網自動化系統的綜上所述，建設配網自動化模擬實驗平臺是非常必要的。用來對系統、設備等進行運行前的測試及驗證，和新技術的開發以保證系統真實運行時的安全性、可靠性，4.1項目研究內容——建立完整模擬配電網全故障的配網自動化模擬實驗室模擬實驗室建設方案人機交互工作站等功能于一體，搭建系統運行硬件環境。建設通信網絡：建設單網以太網通信網絡，與硬件設備構成單機單網運行模式。建設配電網調度主站系統一套，級分析功能。建設配電網模擬測試臺一臺，模擬三條配電網線路及分段開關、聯絡開關，并實現互聯。可以模擬配電網故障。建設配電網柱上開關終端單元(FTU)12臺，：1)模擬功能該系統可模擬配網自動化的正常運行方式和故障運行方式及故障后的判斷、隔離系統包括數據庫存儲、前置通信、數據處理、人機展現、查詢統計等功能部分，以上.FTU...FTU通信子站交換機FTU...FTU通信子站交換機數據展現等各項功能配電高級應用系統完成配電網網絡建模、潮流計算、運行方式優2)試驗研究功能利用本系統，通過對已建配電網自動化系統的模擬搭建及運行，可進行正常運行情況的模擬及網絡優化、故障狀態模擬及網絡恢復重構演示、實際配電網自動化系統3)測試功能本系統可接入不同廠商的配電終端，對其功能進行測試，亦可接入不同廠商的主4)人員培訓功能系統能完成配電網自動化各類人員的技術培訓，包括線路工作過程的學習培訓、現場操作與參數整定培訓、接線培訓、參數整定培訓、遠程操作控制培訓、故障模擬模擬實驗室體系結構配網自動化模擬試驗系統由FTU、模擬控制臺，區域子站、主站系統及網絡等部分組成。配網自動化仿真測試平臺可采用目前先進的分層分布式可裁剪系統架構，分配電主站系統FTU模擬控制臺.處理服務、高級應用服務、人機界面、數據庫等程序模塊。也可將這些程序服務安裝配網自動化主站系統采用單機單網硬件結構，結構簡潔、易建、易維護，保證系配網自動化主站系統在數據庫存儲設計上使用面向對象技術，減少了數據庫存儲信息的冗余，提高了數據庫訪問的效率；在系統模型設計上，把電網靜態拓撲作為系統固有特性進行存儲，動態拓撲結合開關狀態動態生成，提高了系統拓撲模型構建的作。模擬控制臺模擬配電網饋線線路和一次設備，模擬各條饋線段故障、正常及開關的分合及指示。模擬控制臺上模擬的一次設備包括出線開關、分段開關或斷路器，以模擬實驗室設計理念本項目的設計理念是通過研究對配網自動化系統在不同場景下的各種運行狀態，解決現今配網存在的各種技術問題，特別是現場測試困難問題，開發和創新新的技術項目實施方案2.1.現場試驗的地點和試驗計劃配網自動化模擬實驗室的地點為河北省石家莊電科院。試驗系統采用大唐移動通信設備有限公司提供的配網自動化模擬系統，在系統建設完成后，選定“DATS-1000”4.2.2.項目承擔單位及協作單位的分工及項目的組織協調工作項目承擔單位為石家莊電科院在項目中具體現場運行資料，參與理論研究的論證.1)軟件系統特點項目協作方為大唐移動通信設備有限公司，在項目中負配網自動化模擬實驗室的4.2.3.合作方式、知識產權和成果分享的范圍展項目。由甲方出資，且監督項目進度，雙方約定，履行本合同產生的發明創造和技術成果歸甲乙雙方所有，就技術成果產生的專利權、使用收益權、轉讓權、申請獎勵權、成果發布權等權屬按以下條款處乙方不得單獨申請專利。乙方取得專利權的，未經甲方許可，不得轉讓專利權或許可甲乙雙方均享有本合同產生的技術秘密的使用權，但乙方僅能在甲方許可的范圍履行本合同產生的技術成果(包括技術秘密)申請獎勵的權利歸甲方享有。未經本合同所產生研究成果的發表權由甲乙雙方共同享有。未經甲方許可，乙方不得項目組成員個人發表有關項目研究內容的論文須征得甲乙雙方的同意，乙方應制定相使用履行本合同產生的技術成果參與國際標準、國家標準或行業標準等的制定或4.2.4.本項目研究需要購買儀器、設備及材料情況由于實驗室大部分設備為大唐移動通信設備有限公司提供和搭建，需購買相應的4.3模擬實驗室各部分功能及技術特性配電系統主站軟件a)標準化b)多層次、多平面的圖形系統c)圖模一體化設計。d)完善的故障處理功能e)基于組件的架構系統各個功能有獨立的組件技術實現，系統具有高內聚、低耦合特性，保證系統f)跨平臺技術2)基本功能a)數據采集站信息的采集,包括兩部分內容:FTU實時信息和配電網模擬測試臺產生的故障信息，b)數據處理數據處理軟件主要對信息采集子系統發來的數據進行判斷、計算、處理生成實時數據庫，提供實時數據服務；對實時數據進行比較統計處理，生成歷史數據，存入歷高級應用軟件讀取歷史數據庫存儲網絡圖模信息，同時接收數據處理軟件發來的用功能，如潮流計算、網絡重構、故障處理、負荷預測等，把結果發送到人機交互子c)控制調節d)事件和告警ADAe)事故追憶和重演事故追憶功能將配網事故發生前后較長一段時間內的配網的運行狀況記錄下來，f)實時計算實時計算分為：基本計算和通用計算。常用計算完成自有的模板計算處理，如電力系統常用公式計算等；而通用計算支持能以公式表達的各類數學運算，通過解析公g)拓撲著色拓撲著色功能根據繪制的設備之間的連接關系和當前的開關、刀閘狀態判別電網實時結線方式，對各種不同狀態的設備進行著色。拓撲著色模塊可以根據實時開關狀態判斷出當前系統的電氣島個數、電氣島設備組成、設備是否帶電等信息等，并以不h)歷史信息管理歷史信息管理子系統包括：歷史信息查詢和歷史信息統計功能，其中歷史信息查.i)系統監測管理CPU負載、內存和磁盤使用情況等；監視全系統各設備等的運行情況(值班、備用、測試、離線、故障、停運等)，診a)故障檢測與定位vii.故障過流原始信號(A、B、C、3I0、3U0過流信號)。根據變電站保護和出線斷路器的動作等上述故障信息，首先判斷所發生的故障是瞬時性故障還是永久性故障。如果出線斷路器重合閘成功，則故障為瞬時性故障，不運行狀態下通常是輻射狀網、樹狀網或者是處于開環運行的環網，因此，判斷故障區段只須根據饋線沿線各開關是否流過故障電流就可以了。假設饋線上出現了故障，顯然故障區段位于從電源側到末梢方向最后一個經歷了故障電流的開關和第一個未經歷判斷故障發生的饋線及具體的饋線段可以通過多種方法來實現。其中，最常用的方法是啟發式搜索算法：從饋線首端節點開始沿閉合開關執行寬度優先搜索，并且根據饋線段與開關的關聯關系來找到各饋線段相聯的開關，根據上述的故障檢測、定位b)故障隔離.故障檢測、定位任務完成后，接下來的工作就是故障的隔離。故障隔離時，首先根據饋線段與開關的關聯表，搜索出該饋線的邊界開關，然后針對這些開關，形成一個故障隔離的方案，并按照這個方案逐個操作故障區段的邊界開關，以達到隔離故障c)故障恢復故障隔離后，對那些不存在故障的區段，應該恢復對它們的供電，這就是要進行故障恢復。故障恢復的任務是在不對電網結構作重大改變并能滿足約束條件的前提下上游區段的恢復非常簡單，方案也是唯一的，即取出發生故障的饋線的出線開關，合上該開關即可。當配電網中多條饋線發生永久性故障時，只要對每一條饋線合上其出4)高級應用功能a)網絡拓撲網絡拓撲又稱為網絡結線分析，主要功能是依據實時開關狀態和網絡元件狀態將網絡結點模型(物理模型)化為計算用母線模型(數學模型)，并將有電氣聯系的母線器、饋線的計算用節點數，形成新的網絡接線，隨之分配測量和注入量等數據，給有關的應用程序提供新的接線方式下的信息與數據。網絡拓撲分析是各種應用軟件的前提，它的主要要求是可靠、快速和有效，因此它必須能夠不受結線方式、開關狀態等因素的影響，形成正確的母線模型。此外，網絡拓撲分析還要求能夠正確處理各電氣b)潮流計算配電系統潮流計算是配電系統分析的一項重要內容，根據給定的網絡結構及運行條件確定整個網絡的狀態，計算出各個節點的電壓幅值、相角、網絡中功率分布及網絡的功率損耗等。潮流計算數據為配電網的控制、優化和管理提供理論依據和決策指系統中的潮流計算功能在系統實時態及研究態下均可進行。實時態下進行潮流計算出以電源點為參考的各節點電壓，電流，功率的幅值及相角。為網絡優化，故障分.析提供相關數據。實時態的電網潮流計算不需用戶操作。研究態的電網潮流在用戶由實時態切換至研究態時由計算服務器將當前實時態的電網運行數據加載后自動進行計c)網絡重構以某種計算方法，給定目標值最優或次優為目標進行計算，得出通過切換分段開關的狀態和聯絡開關的分合狀態，改變網絡的拓撲結構，以在饋線或者變電站之間轉本功能在保證配電網呈輻射狀，滿足饋線熱容，電壓降落要求和變壓器容量，開關額定電流等前提下，采用啟發式算法，以最小功率損耗、負荷平衡等為目標，給出本功能在實時態和研究(仿真)態均能進行。實時態下的網絡重構步驟發起的遙控命令將會下發遠動裝置執行；研究態下的網絡重構步驟發起的遙控命令將不會下發d)仿真操作系統進入研究態時，培訓學員以姓名和口令登錄方可進入仿真斷面，各種仿真結可進行故障、過流設置，并通過系統得出隔離和恢復方案，并通過方案的模擬執行得出恢復后的網絡運行狀態，帶電區域潮流顯示醒目明了，和非帶電區域有明顯區仿真數據至少有兩個典型配網接線及相應的仿真數據庫，在系統啟動前人工配置配網自動化設備a)遙測b)遙信.c)遙控d)故障監測e)通信功能能與上級站進行通信，將采集和處理信息向上發送并接受上級站的控制命令。主f)通信規約g)就地操作i)定值下裝、上傳功能j流定值；k)延時速斷定值、時間常數、使能；l)重合閘時間、使能。m)自診斷、自恢復功能n)時間設置、遠方對時。FTUa)性能指標.b)功率消耗Ac)交流回路過載能力d)裝置精度e)裝置檢測故障電流精度f)時間順序記錄g)通信h)電源系統.0電網模擬臺本模擬臺是專為電力系統終端和主站系統對配電線路故障所作出的判斷與處理的1)測試臺構成a)組成：設備柜體一臺(1600X400X1400mm3)連接電纜一套(12根)b)供電：Hzc)通信：d)外形：.e內部開關連接方式：本測試臺采用全鋼結構，美觀大方，操作簡便。內部采用繼電器模擬線路開關，并具有和實際開關相類似的電壓互感器和電流互感器，各個線路開關模擬單元與終端單元用航空插頭連接，所有接線通過接線端子轉接，易于教學過程中根據需要更改接頭電纜將測試臺與終端單元連接，f圖42)使用操作方法a)按照系統要求連接好設備與終端，依次給終端和設備通電。b)主站設置聯絡開關。c)繼電保護測試儀接于欲模擬故障發生處。d)合上所有開關。e)繼電保護測試儀輸出超出過流設定值之電流，即可模擬終端單元控制開關來隔離f)調整繼電保護測試儀輸出電流至過流設定值之下，主站即可模擬故障恢復而自動3)模擬測試臺示例出線1abcdefghABCDEFGH出線2.2323IJklijkl2323IJklijkl出線1abcdefghABCDEFGH出線2出線1出線1abcdefghABCDEFGHijklabcdefghABCDEFGHIJkl.配電網仿真器建模與配置器實時數據庫故障模擬器配電網仿真器建模與配置器實時數據庫故障模擬器4.3.4配電網全場景模擬主站注入測試系統1)配電網全場景模擬主站注入測試系統簡介主站注入測試系統為純軟件環境，可安裝在基于Windows操作系統(windows7配電網全場景模擬系統主要含配電網圖摸仿真平臺、故障模擬測試模塊及通信接配電自動化主站系統通信管理器規約解析器人機交互界面圖入模擬軟件平臺主要內容及功能：a)測試軟件平臺構成主站注入測試裝置模擬配電網各種正常運行及故障情況的場景，仿真配電網開關及配網自動化終端的有關功能，將配電網及開關、終端的數據信息通過通信接口注入被測的配網自動化主站系統，并通過接收主站的遙控命令等互動過程，實現對主站系.b)主要功能利用圖摸一體化技術方法，實現配電網主接線圖及各種設備的模擬，建立仿真計算的拓撲模型。除實現配網潮流計算、短路電流計算、拓撲分析等基本功能外，實現柜、iii關等各型開關，初iv載參數，配置負荷節點的負荷及變化規律(如負荷曲線、隨機波動幅度)。負荷節點的負.實現配電網主接線圖模擬仿真的參數數據及仿真配置數據存儲管理；實現各種設備(線路、開關、自動化終端、負載、故障點等)參數數據及遙測、遙信、遙控數據點表配置；其他各種測試所需參數數據及配置數據的管理。配電網故障點設置模擬，多重故障設置模擬；故障性質(相間永久短路故障、相間瞬時短路故障等)參數設置模擬。通信規約及參數配置；試驗方案導入、存儲管理平臺：實現已有試驗方案的命名存儲、已有試驗方案導軟件仿真模塊主要方案功能及技術指標：a)主站注入測試配電網場景仿真方案主站注入測試裝置模擬配電網各種正常運行及故障情況的場景，仿真配電網開關及配網自動化終端的有關功能，將配電網及開關、終端的數據信息通過通信接口注入被測的配網自動化主站系統，并通過接收主站的遙控命令等互動過程，實現對主站系b)主要功能v開關等不同開關設備及不同饋線自動化模式的故障處理.vii不僅能給主站注入正常和故障狀態下配電網的數據，而且c)主要技術指標故障模擬方式：單點故障、多重故障(10處)。d)主站注入測試法仿真模塊的工作原理配電網仿真器的作用主要是模擬故障前的運行場景以及模擬供電恢復的效果；實時數據庫用以存放來自被測試系統、配電網仿真器、建模與配置器以及故障模擬器的測試用實時數據；建模與配置器的作用是形成測試模型；故障模擬器負責動態模擬故障現象；規約解釋器完成與被測試系統之間的信息交互；通信管理器的作用是保持鏈流計算：根據實時數據庫中各個負荷節點的負荷和網絡拓撲進行潮流計算，理器根據規約解釋器、建模與配置器、故障模擬器發來的命令初始化或更新庫中開關根據潮流計算結果更新庫中各個開關節點的電流、電壓、功率；根據故障模擬器負荷數據更新周期為建模與配置器所設置的負荷曲線的時間間隔，負荷數據更新在每個更新周期內，還需要更加頻繁地刷新負荷數據，具體方法是在負荷曲線數據的基礎上疊加一個取值范圍可以設置的均勻分布隨機數，負荷數據刷新周期可以秒為單.①故障場景配置：包括故障位置(可設包括置多處)、故障類型(永久、瞬時)、開關是否拒動，重合閘是否允許，是否漏報故障信息，是否發生越級跳閘等參數的配②故障現象模擬：根據故障場景配置和配電網仿真器中網絡拓撲的變化產生相應②通信規約配置：從規約庫中選擇配置包括南瑞配電、珠海許繼、積成電子、銀③行報文組織、下行報文解釋：根據配電網仿真器中實時數據庫形成上行報文，對來自被測試系統的下行報文進行解釋，將遙測和遙信結果放入配電網仿真器的實時數據庫，對于遙控報文根據故障模擬器設置的開關拒動與否狀態決定是否更新配電網仿真器的實時數據庫中相應遙信狀態，若否則組織遙控成功上行報文，否則組織遙控規約解釋器始終通過通信管理器保持將實時數據庫中的遙測和遙信數據與被測試P1)基本功能配電網終端二次同步注入測試設備能夠模擬配電網一次系統的實際故障現象與數.據，同步注入被測饋線的各配網自動化終端，對配網自動化系統的終端設備、開關設備、備用電源、繼電保護、通信、子站、主站等各個環節的性能進行全面的測試，并指揮計算機用于配電網短路電流計算，通過網絡等通信接口下載測試方案和注入2)主要測試功能：a故障模擬測試方式要求：ii繼電保護、備用vb)饋線故障模擬測試功能：i.可以測試各種饋線自動化故障處理過程，如全斷路器模式、斷路器——器——失壓脫扣型負荷開關(VSP5)配合模式、斷路器與分支斷路器配合的iviii程的工頻電流、電壓輸出序列故障過程設置及交互輸出.c接口適配功能：id模擬開關功能：iii.能夠設置開關動作時延(0~60s，1ms級)；CV5.1.1按計劃完成配電網自動化測試系統仿真模擬實驗室的建設在配網自動化系統的建設中，現場測試手段的匱乏、嚴重制約和影響著自動化系統的功能發揮，導致設計和建設隱患無法在早期及時發現并解決，發生故障時容易造成擴大停電范圍、甚至重大經濟損失等事故。本實驗室的建設解決了配網自動化的現場測試難題，充分發揮自動化系統供電可靠性、安全性、經濟高效性在實際應用中的5.1.2支撐配電網自動化的課題研究及新技術的開發的配電網自動化新課題，協助解決配網現有的技術難題，5.1.3為河北省未來配電網自動化建設提供技術保障通過對配網自動化各種狀態的模擬，研究電網在各種場景下的運行狀態，掌握大量實驗數據，為河北省未來配網自動化建設中的網絡重構，網絡優化工程規范等提供一手資料和建議幫助，測試檢驗自動化系統設備可靠及安全性，并對自動化系統在現場做整體的測試驗收工作，協助現場