CN102306955A - 小区配电自动化系统 - Google Patents

Abstract

一种小区配电自动化系统，包括调度中心、数字电视信号发送基站和馈线端的微机综合保护装置；所述调度中心分别与微机综合保护装置和数字电视信号发送基站通信；所述数字电视信号发送基站连接各个用户的数字视频变换盒；所述调度中心包括服务器、前置机和多个工作站；前置机进行数据的采集与下发；服务器进行数据的存储和运算；工作站对线路监测与控制；各个工作站通过局域网与服务器连接，服务器通过局域网与前置机连接；服务器通过前置机与所述微机综合保护装置和数字电视信号发送基站通信。

Description

小区配电自动化系统

技术领域

本发明适用于实现双电源10kV单环网居民小区供电线路的配电自动化，包括馈线自动化和用户自动化。

背景技术

随着智能电网概念的提出，高级配电技术以及用户侧需求逐渐被重视。

馈线自动化(FA)是配电自动化(DA)和高级配电自动化(ADA)都必须面对的一个关键技术，要想保证电力系统的稳定运行，就一定要提高FA的安全可靠性。

目前FA的实现方式根据设备分为重合器-电流次数型负荷开关、重合器-电压时间型负荷开关和重合器-重合器等几种方式，其中重合器-重合器的配合方式由于减少了线路开关的重合闸次数，不会对线路设备造成更大的损害，因此逐渐替代了其他方式而被普遍使用。

根据控制方式，FA的实现方式又分为本地控制与远程控制两种方式，而两种方式又各有利弊，本地控制方式由于设备直接由通讯总线连接，反应速度快故障处理及时；相比之下远程控制方式并不具备这样的优点，但是远程控制由于为工作人员提供了可视化界面，在故障处理时将自动控制与人工干预结合在一起，具有很好的灵活性。

强调用户侧需求是智能电网的主要发展方向之一，用户自动化的目的就是引导用户如何从电力消费者转换成一个电力运行的参与者。

发明内容

本发明目的是一种可供居民小区实现馈线自动化与用户自动化的配电自动化系统。本系统由基于配电自动化软件系统，由微机综合保护装置和光纤通讯模块组成。配电自动化软件系统安装在调度中心的服务器上，通过光纤通讯与安装在开关以及配电变压器上的微机综合保护装置连接。

配电自动化软件系统可采用多机配置，分为前置机、服务器以及相关工作站三种节点。系统使用大型商用关系型数据库SQL Server。以VC++、VB、Java应用软件为开发平台。Excel2000简体中文企业版办公工具软件作为报表的支撑软件。

具体技术方案如下：

一种小区配电自动化系统，包括调度中心，数字电视信号发送基站和馈线端的微机综合保护装置；所述调度中心分别与微机综合保护装置和数字电视信号发送基站通信；所述数字电视信号发送基站连接各个用户的数字视频变换盒；

所述调度中心包括服务器、前置机(前置机也是工业计算机)和多个工作站；前置机进行数据的采集与下发(此处的数据主要包括10KV线路中的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、开关继电保护投退状态、开关保护定值、开关分合闸状态)；服务器进行数据的存储和运算；工作站对线路监测与控制(此处的线路是指10KV配电网线路；检测的信息主要包括10KV线路中的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、开关继电保护投退状态、开关保护定值和开关分合闸状态；控制的对象包括开关分合闸、开关保护投退、开关保护定值修改和遥测数据召唤)。各个工作站通过局域网与服务器连接，服务器通过局域网与前置机连接；服务器通过前置机与所述微机综合保护装置和数字电视信号发送基站通信。

本系统的故障处理采用本地控制与远程控制相结合，两种方式互相配合，或者在一种方式失效时以另一种方式单独控制；

所述本地控制是指配电网线路中的开关故障时不依赖远程通信系统自动分闸、重合闸实现故障隔离；远程控制是指远程服务器遥控开关分合闸操作从而排除故障；

两种控制方式的配合主要是在配电网中的开关自动操作与工作人员的监督控制相结合，实现人机互动，更加灵活、智能。

所述服务器装有配电自动化软件系统，该软件系统对线路进行拓扑分析，为工作人员提供故障处理策略；所述对线路进行拓扑分析包括确定故障位置、列出故障隔离所需要分闸的开关和列出故障恢复所需要合闸的开关，最终由工作人员确认执行；

所述对线路进行拓扑分析的方法是：

拓扑分析需要在数据库中建立配电网络结构的模型，模型中包括线路电压、电流、开关属性、线路属性、负荷等数据，开关、线路和负荷通过节点连接；在模型建立时需要输入模型的初始状态数据，拓扑分析的过程就是将实时数据数据库中的数据进行比较分析，当电网中的数据与上一次采集到的数据的变化超过设定值时，系统会从数据库中寻找相应的处理方案；

分析结果对应的处理策略包括：显示线路中故障点位置、列出需要分闸的线路开关和需要合闸的联络开关名称。

配电自动化软件系统根据电网实施运行数据分析计算，将实时电费价格通过数字电视信号基站下发到各个用户的数字视频变换盒；

配电自动化软件系统将存储于数据库中的用户本月电力消费情况通过数字电视信号基站定时下发到各个用户的数字视频变换盒。

所述调度中心与微机综合保护装置和数字电视信号发送基站通过光通信装置进行通信；光通信装置包括上位机通信模块、光缆终端设备和第一分光器；

所述前置机的信号输出端连接上位机通信模块的信号输入端，上位机通信模块的信号输出端连接光缆终端设备的信号输入端，光缆终端设备的信号输出端连接第一分光器的输入端，第一分光器的输出端分别连接微机综合保护装置通信和数字电视信号发送基站；

所述第一分光器的输出端与数字电视信号发送基站之间还连接有下位机通信模块；

所述第一分光器与微机综合保护装置之间还连接第二分光器；所述微机综合保护装置有多个，各个微机综合保护装置对应连接一个光网络分配单元，各个光网络分配单元与第二分光器的输出端连接；所述微机综合保护装置与光网络分配单元之间设有通过下位机通信模块；

所述第一分光机将接收到的一路信号装换成多路信号，以广播的形式发送到下位机通讯模块，下位机通讯模块安装在微机综合保护装置和数字电视信号发送基站。

上位机通信模块、光缆终端设备和下位机通信模块的构成，具体来说，光缆终端设备可以使用GP-167型光缆终端盒；由于服务器发出的信号时RS232信号，下位机识别的是RS485信号，所以上位机通讯模块和下位机通讯模块就可以用DSP做的一个小的信号转换器。

微机综合保护装置包括控制器、遥测模块、遥控模块、遥调模块、遥信模块和电源管理模块；

下位机通信模块接收到的信号传给微机综合保护装置的内部总线；遥控模块、遥调模块、遥信模块分别通过光电隔离单元连接到内部总线；所述遥测模块通过A/D采样模块连接内部总线；

所述控制器接收来自遥测模块、遥控模块、遥调模块和遥信模块的数据，并输出控制信号给电源管理模块；

保护功能有三段式电流保护、重合闸和低频减载保护，并且作为环网开关监测终端的FTU还具有检测一端失压自投入的机制。

三段式电流保护：线路上的电流互感器采集到电流值，由内部总线传输到控制器(CPU)，当电流值超过设定好的保护定值时，控制器下发分闸指令，使开关断开；如果重合闸保护投入了的话，在开关断开时，经过延时时间T后，自动合闸；如果是瞬时故障则已经排除，如果是永久性故障则分闸，并闭锁；

低频减载：控制器对于检测到的频率进行分析，当频率小于设定值时，对开关下达分闸操作，从而使负载减小，线路能够稳定运行；

失压自投投入的机制：电压互感器检测到电压信号上传后，联络开关的危机综合保护装置预先设定的，一侧没有电压信号后，控制器下发合闸指令，开关合闸，线路合环操作。

本系统具有以下主要功能：

馈线自动化功能(FA)：以通信技术、计算机技术和控制技术为实现手段，对于线路中出现的故障，经过软件后台拓扑分析，可以及时准确的定位、切除故障，并生成非故障区域恢复供电策略，由工作人员操作执行。

数据采集与监测功能(SCADA)：对电网的实时运行数据进行采集，并以可视化界面显示给操作人员。

用户自动化功能：通过采集电网实时运行数据，根据电网实际负荷运行情况，设置实时电价以及计算用户当月电力消费情况，并定时发送数据到下位机，并通过数字电视信号基站转发至用户，以电子菜单(EPG)形式呈现，供用户查看。

微机综合保护装置，集保护、控制、FTU/RTU/TTU等多功能于一体。由下位机通讯模块、遥测模块、遥控模块、遥调模块、遥信模块、电源管理模块组成。保护功能有三段式电流保护、重合闸、低频减载保护等，并且作为环网开关监测终端的FTU还具有检测一端失压自投入的机制。

本系统采用的通讯方式为光纤通讯，通讯模块由上位机通讯模块、光缆终端设备、无源分光机、光网络分配单元和下位机通讯模块组成。上位机通讯模块安装在软件系统所在的调度中心，无源分光机将上位机发送的一路信号装换成多路信号以广播的形式发送到下位机通讯模块，下位机通讯模块安装在微机综合保护装置和数字电视信号发送基站。

附图说明

图1为本发明的小区配电自动化系统结构图；

图2为本发明的配电自动化软件系统的功能框图；

图3为本发明的微机综合保护装置的结构简图。

具体实施方式

一种小区配电自动化系统，包括调度中心，数字电视信号发送基站和馈线端的微机综合保护装置；所述调度中心分别与微机综合保护装置和数字电视信号发送基站通信；所述数字电视信号发送基站连接各个用户的数字视频变换盒；

所述调度中心包括服务器、前置机(前置机也是工业计算机)和多个工作站；前置机进行数据的采集与下发(此处的数据主要包括10KV线路中的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、开关继电保护投退状态、开关保护定值、开关分合闸状态)；服务器进行数据的存储和运算；工作站对线路监测与控制(此处的线路是指10KV配电网线路；检测的信息主要包括10KV线路中的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、开关继电保护投退状态、开关保护定值和开关分合闸状态；控制的对象包括开关分合闸、开关保护投退、开关保护定值修改和遥测数据召唤)。各个工作站通过局域网与服务器连接，服务器通过局域网与前置机连接；服务器通过前置机与所述微机综合保护装置和数字电视信号发送基站通信。

本系统的故障处理采用本地控制与远程控制相结合，两种方式互相配合，或者在一种方式失效时以另一种方式单独控制；

所述本地控制是指配电网线路中的开关故障时不依赖远程通信系统自动分闸、重合闸实现故障隔离；远程控制是指远程服务器遥控开关分合闸操作从而排除故障；

两种控制方式的配合主要是在配电网中的开关自动操作与工作人员的监督控制相结合，实现人机互动，更加灵活、智能。

所述服务器装有配电自动化软件系统，该软件系统对线路进行拓扑分析，为工作人员提供故障处理策略；所述对线路进行拓扑分析包括确定故障位置、列出故障隔离所需要分闸的开关和列出故障恢复所需要合闸的开关，最终由工作人员确认执行；

所述对线路进行拓扑分析的方法是：

拓扑分析需要在数据库中建立配电网络结构的模型，模型中包括线路电压、电流、开关属性、线路属性、负荷等数据，开关、线路和负荷通过节点连接；在模型建立时需要输入模型的初始状态数据，拓扑分析的过程就是将实时数据数据库中的数据进行比较分析，当电网中的数据与上一次采集到的数据的变化超过设定值时，系统会从数据库中寻找相应的处理方案；

分析结果对应的处理策略包括：显示线路中故障点位置、列出需要分闸的线路开关和需要合闸的联络开关名称。

配电自动化软件系统根据电网实施运行数据分析计算，将实时电费价格通过数字电视信号基站下发到各个用户的数字视频变换盒；

配电自动化软件系统将存储于数据库中的用户本月电力消费情况通过数字电视信号基站定时下发到各个用户的数字视频变换盒。

所述调度中心与微机综合保护装置和数字电视信号发送基站通过光通信装置进行通信；光通信装置包括上位机通信模块、光缆终端设备和第一分光器；

所述前置机的信号输出端连接上位机通信模块的信号输入端，上位机通信模块的信号输出端连接光缆终端设备的信号输入端，光缆终端设备的信号输出端连接第一分光器的输入端，第一分光器的输出端分别连接微机综合保护装置通信和数字电视信号发送基站；

所述第一分光器的输出端与数字电视信号发送基站之间还连接有下位机通信模块；

所述第一分光器与微机综合保护装置之间还连接第二分光器；所述微机综合保护装置有多个，各个微机综合保护装置对应连接一个光网络分配单元，各个光网络分配单元与第二分光器的输出端连接；所述微机综合保护装置与光网络分配单元之间设有通过下位机通信模块；

所述第一分光机将接收到的一路信号装换成多路信号，以广播的形式发送到下位机通讯模块，下位机通讯模块安装在微机综合保护装置和数字电视信号发送基站。

上位机通信模块、光缆终端设备和下位机通信模块的构成，具体来说，光缆终端设备可以使用GP-167型光缆终端盒；由于服务器发出的信号时RS232信号，下位机识别的是RS485信号，所以上位机通讯模块和下位机通讯模块就可以用DSP做的一个小的信号转换器。

微机综合保护装置包括控制器、遥测模块、遥控模块、遥调模块、遥信模块和电源管理模块；

下位机通信模块接收到的信号传给微机综合保护装置的内部总线；遥控模块、遥调模块、遥信模块分别通过光电隔离单元连接到内部总线；所述遥测模块通过A/D采样模块连接内部总线；

所述控制器接收来自遥测模块、遥控模块、遥调模块和遥信模块的数据，并输出控制信号给电源管理模块；

保护功能有三段式电流保护、重合闸和低频减载保护，并且作为环网开关监测终端的FTU还具有检测一端失压自投入的机制。

三段式电流保护：线路上的电流互感器采集到电流值，由内部总线传输到控制器(CPU)，当电流值超过设定好的保护定值时，控制器下发分闸指令，使开关断开；如果重合闸保护投入了的话，在开关断开时，经过延时时间T后，自动合闸；如果是瞬时故障则已经排除，如果是永久性故障则分闸，并闭锁；

低频减载：控制器对于检测到的频率进行分析，当频率小于设定值时，对开关下达分闸操作，从而使负载减小，线路能够稳定运行；

失压自投投入的机制：电压互感器检测到电压信号上传后，联络开关的危机综合保护装置预先设定的，一侧没有电压信号后，控制器下发合闸指令，开关合闸，线路合环操作。

具体到本例，如图1所示，本系统采用多机配置，分别是用来数据采集与发送的前置机，数据存储与运算的服务器，以及供工作人员执行检测与控制的若干工作站。安装有配电自动化软件系统的主机，操作系统为Windows xp系统，服务器上安装有SQL Server大型商用数据库。

软件系统通过光纤通讯，主动向微机综合保护装置召唤遥测数据，而微机综合保护装置具有遥信变位、越限主动上发功能。服务器根据定时上传的遥测数据对线路的负荷进行分析与计算得出该时间段内电费价格，由工作人员确认下发。通过数字电视信号基站的转发，用户只需安装基本型的数字视频变换盒(机顶盒)就可以接收到系统定时发送的实时电费价格以及用户本月的电力消费情况，用户可以通过EPG功能来浏览该项信息。

对于线路的故障处理，本系统通过本地控制和远程控制两种方式的配合来实现。当线路出现故障时，微机综合保护装置检测到故障电流后，执行开关的本地分闸操作，如果是瞬时性故障，则通过一次重合闸操作将故障排除；如果是永久性故障，重合闸后合于故障闭锁。从而故障上游的重合器分闸闭锁，此时软件系统通过SCADA监控界面发出警告，并又系统运算分析，生成一套故障处理策略包括故障隔离(故障段下游的开关分闸闭锁)和非故障区域的恢复供电。由工作人员确认执行。

如果通讯出现故障，则环网开关的微机综合保护装置会控制环网开关延时合闸，非故障区域恢复供电。当本地设备出现故障时，工作人员可以在软件系统的主机上下发指令，远程遥控开关分合闸，实现故障的及时处理。

Claims (6)

1.一种小区配电自动化系统，其特征是包括调度中心，数字电视信号发送基站和馈线端的微机综合保护装置；所述调度中心分别与微机综合保护装置和数字电视信号发送基站通信；所述数字电视信号发送基站连接各个用户的数字视频变换盒；

所述调度中心包括服务器、前置机和多个工作站；前置机进行数据的采集与下发；服务器进行数据的存储和运算；工作站对线路监测与控制；各个工作站通过局域网与服务器连接，服务器通过局域网与前置机连接；服务器通过前置机与所述微机综合保护装置和数字电视信号发送基站通信。

2.根据权利要求1所述的小区配电自动化系统，其特征是该系统的故障处理采用本地控制与远程控制相结合，两种方式互相配合，或者在一种方式失效时以另一种方式单独控制；

所述本地控制是指配电网线路中的开关故障时不依赖远程通信系统自动分闸、重合闸实现故障隔离；远程控制是指远程服务器遥控开关分合闸操作从而排除故障。

3.根据权利要求1所述的小区配电自动化系统，其特征是所述服务器装有配电自动化软件系统，该软件系统对线路进行拓扑分析，为工作人员提供故障处理策略；所述对线路进行拓扑分析包括确定故障位置、列出故障隔离所需要分闸的开关和列出故障恢复所需要合闸的开关，最终由工作人员确认执行；

所述对线路进行拓扑分析的方法是：

拓扑分析需要建立配电网络结构的模型，模型中包括线路电压、电流、开关属性、线路属性和负荷等数据，开关、线路和负荷通过节点连接；在模型建立时输入模型的初始状态数据，拓扑分析的过程就是将电网中的实时数据和模型中的已有数据进行比较，当实时数据与上一次采集到的数据的变化超过设定值时，则进行相应的处理，处理策略包括：显示线路中故障点位置、列出需要分闸的线路开关和需要合闸的联络开关名称。

4.根据权利要求3所述的小区配电自动化系统，其特征是配电自动化软件系统根据电网实施运行数据分析计算，将实时电费价格通过数字电视信号基站下发到各个用户的数字视频变换盒；

配电自动化软件系统将存储于数据库中的用户本月电力消费情况通过数字电视信号基站定时下发到各个用户的数字视频变换盒。

5.根据权利要求2所述的小区配电自动化系统，其特征是所述调度中心与微机综合保护装置和数字电视信号发送基站通过光通信装置进行通信；光通信装置包括上位机通信模块、光缆终端设备和第一分光器；

所述前置机的信号输出端连接上位机通信模块的信号输入端，上位机通信模块的信号输出端连接光缆终端设备的信号输入端，光缆终端设备的信号输出端连接第一分光器的输入端，第一分光器的输出端分别连接微机综合保护装置通信和数字电视信号发送基站；

所述第一分光器的输出端与数字电视信号发送基站之间还连接有下位机通信模块；

所述第一分光器与微机综合保护装置之间还连接第二分光器；所述微机综合保护装置有多个，各个微机综合保护装置对应连接一个光网络分配单元，各个光网络分配单元与第二分光器的输出端连接；所述微机综合保护装置与光网络分配单元之间设有通过下位机通信模块；

所述第一分光机将接收到的一路信号装换成多路信号，以广播的形式发送到各个下位机通讯模块。

6.根据权利要求5所述的小区配电自动化系统，其特征是微机综合保护装置包括控制器、遥测模块、遥控模块、遥调模块、遥信模块和电源管理模块；

下位机通信模块接收到的信号传给微机综合保护装置的内部总线；遥控模块、遥调模块、遥信模块分别通过光电隔离单元连接到内部总线；所述遥测模块通过A/D采样模块连接内部总线；

所述控制器接收来自遥测模块、遥控模块、遥调模块和遥信模块的数据，并输出控制信号给电源管理模块；

保护功能有三段式电流保护、重合闸和低频减载保护，并且作为环网开关监测终端的FTU还具有检测一端失压自投入的机制；

三段式电流保护：线路上的电流互感器采集到电流值，由内部总线传输到控制器，当电流值超过设定好的保护定值时，控制器下发分闸指令，使开关断开；如果重合闸保护投入了的话，在开关断开时，经过延时时间T后，自动合闸；如果是瞬时故障则已经排除，如果是永久性故障则分闸，并闭锁；

低频减载：控制器对于检测到的频率进行分析，当频率小于设定值时，对开关下达分闸操作，从而使负载减小，线路能够稳定运行；

失压自投投入的机制：电压互感器检测到电压信号上传后，联络开关的危机综合保护装置预先设定的，一侧没有电压信号后，控制器下发合闸指令，开关合闸，线路合环操作。

Images