配电系统的控制和自动化

通过《配电系统的控制和自动化》，您可以着手*适合您需求的自动化解决方案。特点：检查了停电管理和数据建模，以理解如何实现扩展控制；通过网络复杂性因数和标准组成单元（自动化开关）的概念发展了通用网络的思想，使其成为具有成本效益的自动化和控制的实现方式；引入了馈线自动化的思想和解决方案，有利于控制和实施自动化；举例说明了成本收益、分析以及商业案例的开发。

本书对配电网自动化涉及的基本理论、相关硬件和合理性等进行了详细介绍，主要内容包括配电网自动化的控制系统和架构、网络设计和运行、相关硬件设备、保护和通信、性能评价和经济性分析等。本书适合配电领域的技术人员，特别是正在从事配电网规划和设计的电力工程师以及高等学校电力系统的教师和学生阅读。

James Northcote-Green，是ABB电网管理部门的不错专家，从事配电管理系统、配电自动化和网络应用的研究。他成为电力方面的IEE会士长达40多年，期间担任了多个重要的职位。在20世纪90年代，他在ABB配电业务地区管理组中担任业务开发（解决方案）的副主席和技术主管。80年代在美国，他作为配电技术和不错系统技术的主管，担任配电网规划软件（CADPAD）研发组的负责人，该项开创性的技术被全世界200多家电力公司所采用。他提出并领导研发了故障投诉和控制室管理系统（CADOPS）。他是美国CIRED组织委员会筹委会成员和会议报告人以及欧洲配电技术委员会成员。Robert Wilson，是Abasis靠前咨询公司的首席顾问，在英国铁路行业工作，负责资产管理策略。他有着30多年的电力行业经验，已经成为IEE会士很多年。他在Vasteras担任ABB配电系统的首席专家长达8年，主要负责亚洲和欧洲地区。在20世纪90年代早期，他作为英国一家大型电力公司的首席工程师，负责技术规范和采购，并调试了所有的发电厂。在80年代，他作为不错工程师，负责英国网络可靠性数据和网络自动化的研发。

译者序原书前言章输配电系统控制和自动化111引言112为什么需要配电自动化1121渐进式实施3122电力行业对配电自动化的接受程度413输配电系统614控制层级 715什么是配电自动化916配电自动化系统10161自动化决策树11162自动化阶段12163自动化强度水平1317配电自动化的基本架构和实施策略14171基本架构14172创建配电自动化解决方案15173配电网结构1718自动化设备准备度的定义1719总结19参考文献19第2章中央控制和管理2021引言20211为什么要控制电力系统2022电力系统运行2023配电网运行环境2224配电管理系统的演变2225配电管理系统的基本功能2526实时控制系统的基础28261数据采集29262监测和事件处理30263控制功能32264数据存储、归档和分析32265硬件系统配置33266SCADA系统原理34267轮询原理3527停电管理37271基于故障投诉的停电管理38272基于不错应用的停电管理42273以GIS为中心和以SCADA为中心4428决策支持应用44281调度员潮流45282故障计算47283损耗最小化48284VAR控制48285电压控制49286数据依赖性4929子系统52291变电站自动化52292变电站就地自动化53210扩展控制馈线自动化57211性能测量和响应时间572111场景定义572112DA响应时间的计算602113响应时间62212数据库结构和接口632121网络数据模型表示632122SCADA数据模型642123DMS数据需求、来源和接口652124数据模型标准682125数据接口标准74213总结74附录2A综合CIM结构样本75参考文献75配电系统的控制和自动化目录第3章配电系统和中压网络的设计、建造和运行7731引言7732配电网的设计79321电压选择80322架空和地下网络80323配电变电站的容量81324接入中压网络（上游结构）83325配电网所需的性能86326网络复杂性因数87327电压控制89328电流负荷95329负荷增长963210接地983211损失的电量993212英国和美国配电网的比较1023213所选设计的安装成本1053214电网建成后的拥有成本10633低压配电网106331地下低压配电网106332架空低压配电网10734低压网络和配电变电站的开关设备10835低压网络和配电变电站的扩展控制11036总结111参考文献111第4章配电系统的硬件11241开关设备简介11242一次开关设备116421变电站断路器116422变电站隔离开关11943落地式变电站120431环网柜120432基座式开关设备12344更大的配电/紧凑型变电站12445封闭式柱上开关12646柱上重合器128461单罐式设计128462单支柱式设计12947柱上隔离开关与负荷隔离开关13048操作和执行机构131481电动执行机构131482磁力执行机构13249电流和电压测量装置133491电磁式电流互感器135492电磁式VT137410仪用互感器的扩展控制137411电流和电压传感器1384111电流传感器1384112电阻分压器1394113组合传感器和传感器封装139参考文献140第5章保护和控制14151引言14152采用继电器的保护141521基于时间的判别142522基于电流的判别142523基于时间和电流的判别14353灵敏接地故障和瞬时保护方案14454采用熔断器的保护14555直接接地/经电阻接地网络的接地故障和过电流保护14856补偿网络中的接地故障14957不接地网络中的接地故障15258一种用于补偿网络和不接地网络的接地故障继电器15359故障指示器156591手动控制的配电网对故障指示器的需求156592什么是故障指示器157593采用扩展控制或自动化的配电网对故障指示器的需求159594闭环网络中使用的故障指示器159595方向性故障指示器的其他应用161510故障指示器与配电网导线的连接1615101采用电流互感器的连接方式1615102地下网络中采用CT的连接方式1615103架空网络中采用CT的连接方式1625104架空网络中无CT的连接方式（临近）163511配电系统接地及故障指示1655111稳态故障情况下的检测1665112暂态故障情况下的检测1665113灵敏型接地故障指示167512自动重合闸与故障指示器167513相间故障和接地故障之间的指示选择167514故障指示器的重置168515故障指示器的配合168516选择故障指示器169517智能电子设备1695171远程终端单元1705172保护智能电子设备172518扩展控制的电源173519自动化就绪开关设备——FA组成单元1765191开关的选择1785192驱动（执行机构）的选择178

原书前言    本书涵盖了配电网自动化的方方面面，可以作为参考书和教程指南。配电网自动化广义上涵盖了从简单的远程控制，到自动化逻辑的应用，以及基于软件的决策工具等相关内容。 考虑自动化的电力公司必须意识到并解决一系列关键问题：首先，必须要评估向现有开关设备添加自动化的成本和可行性，与用更 “自动化就绪”的设备替换现有设备的方案进行比较；其次，要评估控制基础设施的类型和希望考虑的自动化水平（中央或分布式、系统或本地、或者以上这些的组合）及其对通信系统可用性和实用性的影响；然后，要对希望或被迫（监管压力）达到的目标水平与谨慎的支出进行权衡，目标水平受必须达到的可靠性和运营经济性的影响，有必要寻找那些能够经济有效地提高性能却不会降低电力公司商业表现的关键功能；最后，为了实现自动化解决方案，必须通过创建商业案例证明其合理性，不同的商业环境会产生非常不同的评价，如在基于性能的罚款风险中运营的电力公司会将缺供电量看得比那些以传统电量成本核算的电量重要得多。 《配电系统的控制和自动化》解决了以上四个问题以及许多在应用配电网自动化时应该考虑的相关问题。对控制和自动化解决方案的基本原理进行了介绍，包括控制深度、控制责任边界、自动化阶段、自动化强度水平（ＡＩＬ）、配电自动化（ＤＡ）、配电管理系统（ＤＭＳ）、变电站自动化（ＳＡ）、馈线自动化（ＦＡ）和自动化设备准备度等概念，所有这些都在第１章中进行了介绍。因为ＦＡ或扩展控制、一次变电站外的自动化是本书的主题，本书详细地探讨了这些概念。 第２章总结了ＳＣＡＤＡ、控制室运行管理、调度员决策支持工具等不错应用和停电管理（ＯＭ），介绍了ＤＡ解决方案中中央控制的作用。用一小节内容介绍了衡量实时系统性能的概念。配电网的连接性模型是所有ＤＭＳ的基础元素，因此，数据和数据建模成了ＤＭＳ实施的关键— ——潜在的实施者应该明白它的意义。数据模型的重要性及其对构建与ＧＩＳ等其他应用接口的意义也一同进行了解释，目的是通过公共信息模型（ＣＩＭ）进行标准化。 第３章介绍了配电设计、规划、本地控制、网络类型的比较以及网络结构，以协助选择一次设备和相关的控制。后者引出了网络复杂性因数的概念，本书后面的内容将会用到相关的关系式。 第４章介绍了配电一次设备、断路器、重合闸、分段器和不同类型传感器的基本知识，这些将成为ＤＡ方案的一部分，本书后面的章节将在此基础上提出馈线自动化组成单元的概念。 第５章扩展了前面章节的基础工作，这些工作对开发ＦＡ组成单元而言很重要：对配电网基本的保护要求以及不同接地方式下需要考虑的相关内容进行了解释；详细介绍了故障指示器（ＦＰＩ）及其应用；描述了适合一次设备自动化的各类智能电子设备（ＩＥＤ）及其可能的用途；最后，对自动开关电源、电池及其工作周期进行了解释。本章最后一节选择并收集了本章及之前章节中介绍的相关设备，提出了ＦＡ组成单元的概念，并特别关注了不同组件之间接口，这些接口必须经过设计和测试才能用来创建一个自动化就绪设备。 第６章讨论了如何计算配电网的性能，以及选择的自动化策略和不同ＦＡ组成单元如何提高性能。本章总结了性能指标的计算、网络复杂性因数（ＮＣＦ）和性能之间的关系以及不同的自动化策略。 通信系统是ＤＡ实施的关键部分，第７章深入介绍了该主题，以便ＤＡ实施者能够理解通信系统的复杂性。总结了不同的通信媒介后，对无线通信进行了介绍，内容涵盖了天线的结构管理到增益计算；无线通信之后，对配电线载波进行了全面介绍；总结了可能适合ＤＡ的通信类型及其优缺点；解释了协议的结构，最后介绍了对通信系统规格的要求。 第８章开发了证明ＤＡ合理性所必需的方法。一开始介绍了直接和间接收益的概念，二者可能是硬性或软性收益；解释了一般性收益、收益机会矩阵和收益流程图的思想；分析了ＤＡ功能对硬件的依赖性以及对共享收益进行重复计算的可能性；给出了计算由资本推迟、缺供电量、工时节省和人员出行时间节省ＣＴＳ（通过Ｗｉｌｓｏｎ’ｓ曲线）产生收益的方法；最后一节分析了对电量相关的收益进行量化时为其分配正确经济价值的重要性。本章结束时又回到收益的硬性和软性分类，将其总结为一种表示商业案例量化结果的方法。 第９章通过两个案例研究对本书进行了总结，这两个案例利用前面章节中的思想对不同的情况进行了说明，其中配电自动化正面的商业案例是成功的。 电力公司一直在通过改进配电网资产的管理来争取更好的经济性，而ＤＡ是他们可以利用的工具之一。本书的内容将为决策制定者在制定方案和论证其合理性的时候，提供一种针对所有需要进行研究和决策的问题的有用指导。 本书涵盖了一系列主题，如果没有我们同事的巨大付出，本书不可能完成。作者特别感谢以下专家对第７章做出的贡献：原来在ＡＢＢ、现在Ｃｉｐｕｎｅｔ的ＪｏｓｅｆＬｅｈｍａｎｎｎ，英国铁路行业的通信专家ＪｏｈｎＧａｒｄｅｎｅｒ，瑞典Ｒａｄｉｕｓ通信的ＡｎｄｅｒｓＧｒａｈｎ和ＨａｎｓＯｔｔｔｏｓｓｓｏｎ。ＧｕｎｎｎａｒＢｊｏｒｋｍａｎｎｎ和Ｃａｒｌ－ＧｕｓｔａｖＬｕｎｄｑｖｉｓｔ给出的建议和贡献极大地改进了第２章中ＳＣＡＤＡ、性能测量和数据建模部分。我们还要感谢ＲｅｉｎｈａｒｄＫｕｅｓｓｓｅｌ和ＵｌｒｉｃｈＫａｉｚｅｒ博士为第２章不错应用部分提供了宝贵的材料。本书的构思受ＡｎｄｒｅｗＥｒｉｋｓｓｓｏｎ领导的ＡＢＢ不错管理者的战略性思想的启发，ＡｎｄｒｅｗＥｒｉｋｓｓｓｏｎ明确了重新审视馈线自动化的需求，而这种需求导致了对一项ＤＡ研究项目的资助。感谢已故的英国电力行业不错会员和作者ＴｅｄＨｏｌｍｅｓ，感谢他的建议和审阅。 作者还要感谢为该项目指派的ＡＢＢ成员ＤａｖｉｄＨａｒｔ博士、ＰｅｔｅｒＤｏｎｄｉ博士、ＡｒｎｉｅＳｖｅｎｎｎｅ、ＭａｔｔｔｉＨｅｉｎｏｎｅｎ、ＴａｐａｎｉＴｉｉｉｔｏｌａ、ＥｒｋｋｋｉＡｎｔｉｌａ、ＪａｎｅＳｏｄｅｒｂｌｏｍ、ＤｕｎｃａｎＢｏｔｔｉｎｇ、ＧｒａｅｍｅＭｃＣｌｕｒｅ和ＫａｒｌＬａＰｌａｃｅ，感谢他们在ＦＡ各方面所做的原创性工作，这些工作已经包含在本书中。ＡＢＢ电网管理部门一直允许引用重要的文献和技术专题，这种支持是无价的。我们还想感谢ＪａｙＭａｒｇｏｌｉｓ和Ｔａｙｌｏｒ＆Ｆｒａｎｃｉｓ其他员工的参与和工作。最后同样重要的是，我们要谢谢我们多年的同事和搭档ＬｅｅｅＷｉｌｌｌｉｓ鼓励和督促我们写下我们所经历和了解的内容。译者序    配电网自动化是将配电网的电网结构、设备、用户和故障投诉等信息进行企业内部的纵向和横向集成，旨在实现配电网运行监控和管理的自动化和信息化。配电网自动化的实现涉及通信、量测、计算机、电力系统、自动化等多种技术，是一项综合、复杂的工程。目前，国内的配电网自动化比例低于国际平均水平，改造空间很大。虽然已经有很多介绍配电网自动化的书籍，但是大多数都是从技术和设备角度来阐述，很少涉及配电网自动化的合理性分析及配电网自动化收益的经济性量化分析，同时针对具体配电网自动化案例的分析也偏少。 本书作者长期从事配电网的相关技术和市场工作，有着深厚的配电网自动化背景。他们从工业界最关心的角度———配电网自动化方案设计和合理性出发，对配电网自动化涉及的基本原理和控制形式、设计原则和方法、设备、通信方式、性能的改进以及收益的经济性量化等相关问题进行了详细论述。使用了大量例子详细地介绍了配电网自动化系统的相关设备、性能计算、合理性分析等，以简单易懂的方式使读者了解配电网自动化的设计和工作过程。本书的相关内容基本上代表了国外配电网自动化最新的发展现状，书中给出的配电网自动化合理性分析和经济性分析方法对国内配电网自动化的发展有着很强的借鉴意义，特别是书中最后例举说明了如何创建具体的配电网自动化商业案例。因此，译者历时一年将本书翻译出来，希望这部书对读者有所帮助。本书部分内容的表述与国内熟知的出入较大，在翻译过程中，译者尽量贴近原著进行表述，以更真实地表达作者的思想和意图。