毕业设计—论电力系统远程通信及网络管理(编辑修改稿)

毕业设计—论电力系统远程通信及网络管理(编辑修改稿)内容摘要：

tion Grid）是智能电网的重要组成部分。 智能电网 =智能输电网 +智能配电网 智能电网与传统电网的区别在配电网上表现的更为明显，发展智能电网应把配电网作为重点。 为适应“数字信息时代”的步伐，智能化配电网将成为今后的发展方向，而智能化配电网的核心之一就是各种信息的可靠准确传输，因此，采用何种技术和方案构建高效率、高质量、高可靠的通信网络承载智能化配电网各种业务信息，已成为急需研究的问题。 通过对智能化配电网的基本结构和通信需求的分析， 结合智能化配电网各种新业务对通信网提出的新要求，阐述了配电网通信系统规划的原则和步骤 ，论证了各种最新通信技术和通信装备在智能化配电网通信系统中应用的可行性和经济性， 提出了配电网通信网络应采用层次化的组网结构，充分利用现有通信资源，积极采用最新通信技术和最新通信装备，为配电网各项业务提供安全性保障和高质量服务。 为更进一步改善供电可靠性，降低运行损耗，提高电能质量和经济效益， 国家电网公司提出建设智能化配电网的战略构想。 智能化配电网即通过先进的计算机技术、 数字系统控制技术和宽带网络通信技术，实现对电网运行的全面、高效、精确的掌控，从而保证电网的安全可靠运行，企业效益的持续提高， 社会满意度不断提升和社会的和谐发展。 智能化电网是智能化配电网的进一步延伸，是对电力系统、通信系统和信息系统毕文远：论电力系统远程通信及网络管理 20 的高度集成。 通过电子化控制， 在非常大的弹性范围内提供广泛的需求响应，配电网进行智能的控制，以“自愈”的方式处理紧急状况， 可以即时地将问题和事故就地处理并更正，从而避免了连锁效应，从根本上提高了系统的稳定性， 并且可以正确及时地响应能源市场和电力公司的业务需求， 是一个从整个电力行业的整体出发， 站在更高的角度提出的十分具有前瞻性、创造性的先进观点和理论。 通信系统是建设智能化配电自动化系统的基础。 配 电自动化要借助可靠的通信手段，将控制中心的控制命令下发到各执行机构或远方终端，同时将各远方监控单元（ ETU、 DTU、FTU、 TTU 等）所采集的各种信息上传至控制中心， 以实现智能化配电网的各种功能。 智能化配电网通信模式初步研究 智能化配电网管理系统发展趋势 由于智能化配电网的发展变化， 与之相对应的智能化配电网管理系统也有新的发展， 一般应具备以下主要功能。 1）管理规模逐步扩大，网络越来越复杂 ,双电源向多电源发展。 2） DA（ Delayed Action，延迟作用）方案由自 动分段 /重合器向电流型 /集中控制发展。 3）配电自动化系统基本模式分层控制得到确认。 4） 管理的功能由单一配电 SCADA 向 SCADA/DA/DMS/DG（分散发电） /DSM（需方用电管理） /电网效益和实用的配网规划工具综合管理系统发展。 5） AM/FM/GIS 配电管理向 SCADA/DA 一体化发展。 6）一次 /二次系统逐步统一向智能化开关发展。 智能化配电网管理系统对通信系统的主要需求 智能化配电网通信模式的设计主要取决于相应配电网的规模和要求2020届电气工程及其自动化毕业设计（论文） 21 实现的具体希望水平。 由于智能化配 电网系统拥有众多的配变、用户变、箱 变、开闭所、配电变压器、柱上开关、分段开关、并联补偿电容器、 用户电能表和重要负荷等电气设备，站点一般会有成百上千甚至上万个之多，地域分布广、种类多、运行状态复杂、自然环境恶劣，要对这些设备进行实时监控就需要安装大量的 RTU、 FTU、 DTU、 TTU 等终端设备， 规模较大的配电网还要配置子站因此，智能化配电网的通信信息有如下特点： ①通信节点数量相对较大； ②通信节点间距离短； ③每个通信节点的数据量小。 针对这些特点， 智能化配电网对通信系统有如下要求： ①通信可靠性 要高； ②效能费用比要高；③配电通信的实时性要快；④具备停电和故障时的通信能力。 ⑤使用和维护方便；⑥具备可扩充性。 智能化配电网通信系统网络结构选择 智能化配电网管理系统的基本架构 智能化配电网的主要特点是数据量庞大，网络结构复杂。 由于面对用户，网络运行方式变化多而快，要求处理问题及时，这些特点直接影响智能化配电网管理系统的结构。 所以，我国的智能化配电网管理系统结构多按下述原则考虑配电网管理系统通常都设计成开放的积木式结构。 优点是可以采取分期实施的策略，在系统建设初期 , 可以先控制在适 当的规模和实现基本的功能 , 然后根据需要逐步扩充容量和全面实现预期功能。 这样，既能见效快、便于实施，又不使规划远景受影响。 当前的配电网系统结构多分为 3 个层次 ,即地区调度中心、地区电网管理中心、分散现场操作区（馈电网络区域）。 毕文远：论电力系统远程通信及网络管理 22 配电通信网的结构 配电通信系统可利用专网或公网， 配电主站与配电子站之间的 通信通道为骨干层通信网络， 配电主站（子站）至配电终端的通 信通道为接入层通信网络。 其中： ， 在条件不具备的特 殊情况下，也可采用其它专网通信方式 作为补充。 骨干层网络应 具备路由迂回能力和较高的生存性。 2. 接入层通信网络应因地制宜， 可综合采用光纤专网、 配电线 载波、 无线等多种通信方式。 采用多种通信方式时应实现多种方 式的统一接入、 统一接口规范和统一管理， 并支持以太网和标准 串行通信接口。 智能化配电网通信系统基本架构 智能化配电网通信网络的构建应为一个 4 层的架构， 每层根据当地目前通信网络情况， 可以采用相同或不同的通信技术及设备，以满足配网管理系统的需求。 1）第 1 层：用户级通信。 电力公司（主站系统）内部间各 计算机系统之间的通信， 它们一般通过局域网相连，相互之间的通信为用户级通信。 该类信息主要通过调度中心内部通信网络实现， 多采用 LAN 技术，双绞线连接。 2）第 2 层：主站级通信（主站和主站间、主站和子站间通信）。 一个完整的配电管理系统包括配电自动化主站、配电自动化子站、远方监控单元 3 部分。 主站和主站间、主站和子站间通信有共同特点，其中一方必为计算机系统，另一方为计算机系统或其他监控单元，建议把它们分为一层。 主站级通信的另一个特点是通信距离比较远，可能为几 km，甚至几十 km。 2020届电气工程及其自动化毕业设计（论文） 23 实际上，配电 主（子）站系统还得和调度自动化系统进行通信，还应与变电站综合自动化系统或变电站远方终端 FTU 进行通信，把它们一并归类到主站级通信。 3）第 3 层：子站级通信（子站至现场监控设施（ FTU 间）的通信）。 主要指子站和现场监控单元间的通信。 该层的特点是通信距离短、 通信采集点多、数据量较小。 4）第 4 层：现场设备级通信（ FTU 与 TTU 之间和 TTU 之间的通信）。 各种远方监控单元相互之间也需要进行通信，这一层次为现场设备通信包括馈线远方终端 FTU 相互间的通信 配电变压器远方终端 TTU 相互 间的通信 以及 FTU 和 TTU 之间的通信等智能化配电网通信模式技术分析 配电网管理系统的通信需求分析 从智能化配电网管理系统的主要功能来看配电网管理系统所需的数据可主要分成 2 种 1 静态数据或结构性数据 该类数据说明了配电网有形的固定资产 由 3 个方面构成 电网及控制设备规格的技术数据 在电网显示图及地图上的地理数据 用户运行数据 如电网接线 负荷模型等 2 动态数据或配电过程性数据 该类数据是根据配电过程的事件而来的 需要连续不断地更新 由 5 个方面构成 :来自 RTU/FTU 的遥信数据和遥测抄表 现场工作班的信息 事故数据 工作计划数据 用户接口数据等 智能化配电网通信系统流量预测以一个典型的配电网络为例进行配电网通信系统带宽分析 具体的网架结构是地区调度中心下辖 A 变电站下挂着 B 开闭站 B 开闭站共有 6 条 10 kV 出线 分别连着 2 号配电室 3 号 8 号箱变 共计 7 个用户 每个配电室或箱变都有 2条 10 kV 进线为其供电 该配电网的通信系统主要需要传输 3 类数据 1 开闭站到用户之间的数据 现场设备级通信 开闭站到用户之间的数据毕文远：论电力系统远程通信及网络管理 24 需要采集的信息点较多 但 每个采集点的配网自动化信息数据量不大 依照 配电系统自动化规划设计导则 中的规定 每个 FTU/TTU 的最大传输速率是 kbit/s 即需要通信系统提供 kbit/s 的带宽即可 2 开闭站到变电站控制中心之间的数据 由于开闭站下的所有用户端数据都要经过开闭站传送到变电站 数据量比较大 以 A 变电站到 B 开闭站为例 B 开闭站下有 6 条 10 kV 出线 共计 14 个 FTU 按照每个 FTU 的最大传输速率为 kbit/s 计算 A 变电站与 B 开闭站间理论上的最大传输 带宽要求为 kbit/s 即需要通信系统至少提供 kbit/s 的带宽 3 变电站至地区调度中心的数据 因该网络地区调度中心只辖 1 个变电站 所以变电站至地区调度中心的数据宽要求等同于开闭站到变电站控制中心之间的数据 也为 kbit/s 假如地区调度中心下辖 200 个左右的变电站 带宽需要 10 Mbit/s 左右 当前主流通信技术比较 目前主流的通信方式有一点多址无线通信微波通信 卫星通信 光纤通信 扩频通信 电力线载波通信 有线电视电缆 无线寻呼 网 租用电话线等 智能配电网的主要技术内容 1配电网运行自动化配电 SCADA: 配电网监控，调度自动化。 变电所自动化（ SA）配网（馈线）自动化（ FA）：中压电网监控、故障定位 /隔离 /自动恢复供电。 虚拟发电厂（ VPP， Virtual Power Plant）：分布式电源（ DER）调度管理配电网管理自动化配电 GIS（地理信息系统）：设备管理、检修管理、停电管理（ Trouble Call） 、工作票管理 2用户自动化高级量测体系（ AMI， Advanced Metering Infrastructure)：支持双向 通信、智能读表、用户能源管理（需求侧管理 DSM）、家庭自动客户信息系统（ CIS）分布式电源并网控制有源网络（ Active Network）2020届电气工程及其自动化毕业设计（论文） 25 微网技术（ Micro Grid） 3 定制电力 /DFACTS 定制电力（ Custom power)：应用电子电力设备实现电能质量的改善与控制，为用户提供电能质量满足其特定需求的电力。 静止无功发生装置（ SVC）、静止同步补偿器（ STATCOM）、有源滤波器（ APF）、动态电压恢复器（ DVR）、固态断路器（ SSCB）故障电流限制器超导故障电流限制器基于电力电子器件的故障电流限制器 SDG vs. DA /1 智能配电网是以前配电自动化（ DA ， Distribution Automation ）技术的发展。 智能化配电网通信模式建议 考虑一个包含主站 子站 FTU TTU 以及电量集抄系统的完整的智能化配电管理系统 下面分层次对通信系统规划情况进行说明 1 主站与子站之间 使用单模光纤 实施智能化配电网管理的电力企业 或供电局 大多在调度中心与变电所之间已经建立了单模光纤通信网络 配网管理系统主站与子站之间的通信可以借用这个通道 ,以节省再次铺设通信线路的投资 而且 主 站与子站之间的通信距离相对较远 中间又没有中继装置 单模光纤的传输距离在 6 km 以上 完全。