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SDG将使配电网从传统的供方主导、单向供电、基本依赖人工管理的运营模式向用户参与、潮流双向流动、高度自动化的方向转变。随着我国DG建设的进展 ,将产生越来越明显的经济效益与社会效益 ,主要以下 3 个方面。1) 实现配电网的最优运行 ,达到经济高效。DG应用先进的监控技术 ,对运行状况进行实时监控并优化管理 ,降低系统容载比并提高其负荷率 ,使系统容量能够获得充分利用 ,从而可以延缓或减少电网一次设备的投资 ,产生显著的经济效益和社会效益。2) 提供优质可靠电能 ,保障现代社会经济的发展。SDG在保证供电可靠性的同时 ,还能够为用户提供满足其特定需求的电能质量;不仅可以克服以往故障重合闸、倒闸操作引起的短暂供电中断 ,而且可以消除电压聚降、谐波、不平衡的影响 ,为各种高科技设备的正常运行、为现代社会与经济的发展提供可靠优质的电力保障。3) 推动新能源革命 ,促进环保与可持续发展。传统的配电网的规划设计、保护控制与运行管理方式基本上不考虑 SER 的接入 ,而且为不影响配电网的正常运行 ,现有的标准或运行导则对接入的DER 的容量及其并网点的选择都做出了严格的限制 ,制约了分布式发电的推广应用。SDG具有很好地适应性 ,能够大量地接入DER并减少并网成本,极大地推动可再生能源发电的发展,大大降低化石燃料使用和碳排放量,在促进环保的同时,实现电力生产方式与能源结构的转变。
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摘 要： 本文论述了一种变电站综合自动化系统通信网络的设计。该通信系统具有信息传送效率高，安全、可靠性好，可扩展性强的特点。通信软件应用RTOS开发平台，采用先进的、标准的和成熟的通信网络技术，充分考虑网络的开放性、可扩充性等相关问题，并已成功应用于多家变电站。 关键词： 变电站综合自动化 通信网 接口 实时多任务操作系统 引言 变电站是输配电系统中的重要环节，是电网的主要监控点。近年来，随着我国经济高速发展，电压等级和电网复杂程度也大大的提高。传统变电站一次设备和二次设备已无法满足降低变电站造价和提高变电站安全与经济运行水平这两方面的要求。 而现在变电站所采用的综合自动化技术是将站内继电保护，监控系统，信号采集，远动系统等结合为一个整体，使硬件资源共享，用不同的模式软件来实现常规设备的各种功能。用局域网来代替电缆，用主动模式来代替常规设备的被动模式。具有可靠、安全、便于维护等特点。 分散分层分布式是变电站综合自动化系统的发展方向，这就对通信的可靠性提出了更高的要求，选择一个可靠、高效的网络结构，是解决问题关键。90年代中期，国内外曾掀起一场“现场总线热”，但是由于技术上的原因以及采用设备总线时信息量大且传输较慢的特点，造成了现场总线存在多种标准，阻碍了其发展。以太网经过若干年的发展，技术上日臻成熟。随着嵌入式以太网微处理器的发展，以太网已十分便利的应用于变电站综合自动化系统。以太网具有高速、可靠、安全、灵活的特点，使其在变电站综合自动化系统中有广阔的应用前景。 变电站通信系统结构 系统结构示意图如图1所示。 从图上可以看出： 1）管理和控制一体化局域网将无可争议地选用以太网。 2）间隔级控制总线在FF-H2总线尚未成熟的情况下，工业级以太网和Profibus MMS（Manufacturing Messageing Specification制造厂信息规范）将是一个比较好的选择。 3）可编程逻辑控制器PLC被发展成PCC(Programable computer controller),即用智能模块实现逻辑及自动控制功能，它比常规的PLC具有可交流采样、通讯组态方便等优点。 变电站综合自动化系统通信网的基本设计原则 通信在变电站综合自动化占有重要的地位。其内容包括当地采集控制单元与变电站监控管理层之间的通信，变电站当地与远方调度中心之间的通信。系统通讯网架的设计是十分关键的，本文从以下方面考虑变电自动化系统通信网的设计： 1）电力系统的连续性和重要性，通讯网的可靠性是第一位的。 2）系统通讯网应能使通讯负荷合理分配，保证不出现“瓶颈”现象，保证通讯负荷不过载，应采用分层分布式通讯结构。此外应对站内通讯网的信息性能合理划分，根据数据的特征是要求实时的，还是没有实时性要求以及实时性指标的高低进行处理。另外系统通信网设计应满足组合灵活，可扩展性好，维修调试方便的要求。 3）应尽量采用国际标准的通信接口，技术上设计原则是兼容目前各种标准的通信接口，并考虑系统升级的方便。 4）应考虑针对不同类型的变电所的实际情况和具体特点，系统通信网络的拓扑结构是 灵活多样的且具有延续性。 5）系统通信网络应采用符合国际标准的通信协议和通信规约。 6）对于通信媒介的选用，设计原则是在技术要求上支持采用光纤，但实际工程中也考虑以屏蔽电缆为主要的通信媒介。 7）为加速产品的开发，保持对用户持续的软件支持，对用户提出的建议及要求的快速响应，就要求摆脱小作坊式的软件开发模式，使软件开发从“小作坊阶段”进入“大生产阶段”， 采用先进的通信处理器软件开发平台实时多任务操作系统RTOS并开发应用与其之上的通信软件平台。 通信网的软硬件安装 硬件的选择 为了保证通信网的可靠性，通信网构成芯片必须保证在工业级以上，以满足湿度、温度和电磁干扰等环境要求。通讯CPU采用摩托罗拉公司或西门子公司的工控级芯片，通讯介质选择屏蔽电缆或光纤。 接口程序 采用国际标准的通信接口，技术上设计原则是兼容目前各种标准的通信接口，并考虑系统升级的方便。装置通信CPU除保留标准的RS232/485口用于系统调试维护外，其它各种接口采用插板式结构，设计支持以下三类共七种方式：标准RS485接口，考虑双绞线总线型和光纤星型耦合型；标准 Profibus FMS 接口，考虑双绞线总线型、光纤环网、光纤冗余双环网；标准Ethernet ，考虑双绞线星型和光纤星型（通信管理单元考虑以上两种类型的双冗余配置）。 通信协议和通信规约 系统通信网络应采用符合国际标准的通信协议和通信规约，应建立符合变电站综合自动化系统结构的计算机间的网络通讯，根据变电站自动化系统的实际要求，在保证可靠性及功能要求的基础上，尽量注意开放性及可扩充性，并且所选择的网络应具有一定的技术先进性和通用性，尽量靠国际标准。长期以来，不同的变电站监控系统采用不同的通信协议和通信规约，如何实现不同系统的互连和信息共享成为一个棘手的问题，应采用规范化、符合国际标准的通信协议和规约。为此在系统中选用了应用于RS485网络的IEC61870-5-103规约、应用于Profibus 的MMS行规以及应用于TCP/IP上的MMS行规。它们都具有可靠性、可互操作性、安全性、灵活性等特点。 通信软件的设计与实现 通信软件的设计涉及到多种设备的配合问题，本文只以DF3003变电站综合自动化系统的通信网络为例，介绍变电站综合自动化系统通信软件设计与运行原理。 软件功能与运行原理 在DF3003变电站综合自动化系统中，采用二级分层分布式网络。针对110KV中压变电站的要求，我们可采取图2所示的组网方式。后台与主站都是一种监控系统，其主要功能为监视各智能单元的运行状态，并能对各智能单元进行控制。而监控系统为完成其主要功能所需要的各种数据都是由通讯转换器DF3211或保护管理单元DF3210来提供的。因此，从数据流控制的角度来看，通讯程序主要完成智能单元运行状态信息的上报和监控系统控制信息的下发两种功能。智能单元的运行状态信息一般包括遥测数据、遥信数据、电度数据、突发数据等。监控系统的控制信息则包括遥控命令、对时命令、查询命令等。本文中的变电自动化系统通讯程序所要完成的数据结构与函数过程如图3所示。 软件开发平台——RTOS 随着应用的复杂化，对控制精度、智能化程度的要求越来越高，一个微处理器往往要同时完成很多任务。体现在变电站自动化通信产品中，由于信息采集量越来越大，信息交换越来越频繁，简单地用单一任务来轮询，往往造成通信的“瓶颈”现象，如保护和测量设备采集到的实时信息无法及时向上传递。多任务编程的特点是：程序在功能上以任务的形式存在， 各个任务之间相对独立，可通过操作系统提供的资源，进行任务间的信息交换和相互控制，可通过优先级、时间片来控制各任务执行的顺序。多任务编程的特点打破了传统软件顺序执行的框架，便于程序的系统开发、调试及维护。实时多任务操作系统RTOS（Real Time Operating System）是面向21世纪嵌入式设计的基础和标准开发平台。高性能软件开发平台可以使嵌入式软件程序的开发进入规模化和产业化生产。有了高性能开发平台，可以极大的提高软件开发的效率，RTOS体现了一种新的系统设计思想和一个开放的软件框架，在此基础上，可以设计一种更为通用的通用软件平台，软件工程师可以在不大量变动系统其他任务的情况下增加或删除一个通信规约；一个大项目开发的过程中，可以有多个工程师同时进行系统的软件开发，各个人之间只要制订好规程和协议即可，既缩短了开发时间，又降低了最终通信软件产品对于具体某个人的依赖性。 与因特网结合 通信管理单元提供内置的WEB-SERVER，可动态向外部系统发布数据，这部分可采用在RTOS之上外购WEB—SERVER模块来开发完成，更为方便的是，在设置各种系统参数和浏览现场实时数据时，只需要一个标准的浏览器软件，如Microsoft 的IE即可。 改进的网架结构 当变电综合自动化系统中的通信可靠性要求进一步提高时，可采用图4所示的网架结构。即对通信管理单元和通道实行主备切换的模式，但这种模式对通信管理单元和通信切换器的要求较高。在这种模式下，当通信管理单元损坏或通道故障时均得到切换，因此这种模式更可靠、更安全。 结论 本文所述的变电站综合自动化通信系统采用代表国际技术发展潮流，先进的、标准的和成熟的通信网络技术。采用双网网络，双机热备用，光纤双环冗余自愈系统，采用国际标准通信规约协议，充分考虑网络的开放性、可扩充性及工程化的相关问题。本通信系统具有速度快，可靠性高，可扩展性强等特点，已经成功的应用于多家变电站。
用心去写，如果不懂的地方，能搬忙
机电系统智能控制目前主要有三个方面的应用：单片机的智能控制PLC的智能控制工业PC的智能控制看你学的是哪个方面的控制了，可以根据具体的项目实例，进行智能控制系统的功能分析、原理设计、选型计算、程序编写以及后续的调试运行，希望对你有帮助~~~
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一、智能电网之配电自动化坚强智能电网是包括发电、输电、变电、配电、用电、调度等各个环节和各电压等级的有机整体，是一个完整的智能电力系统。坚强是基础，智能是关键。坚强网架与智能化的高度融合，是我国电网发展的方向。 配电自动化是智能电网的重要基础之一，需要通过配电自动化系统采集尽可能多的配电信息，并向下延伸到低压用电信息的汇集。配电网络的构成有电缆和架空线路两种方式，电缆网络多采用具有远方操作功能的环网开关，对一次设备和通信系统的要求高。架空网络以线路上的重合器、分段器和负荷开关为主，其中架空线路多使用双电源手拉手供电是最基本的形式。配电线路通常都是由电缆架空线路两种配电网络混合而成，对线路上主干线分段的数量取决于对供电可靠性要求的选择。线路分段越多，故障停电的范围越小，但同时实现自动化的方案也越复杂。 配网综合自动化系统主要由主站系统、配变子站监控系统、通信系统、配电网现场监控单元(FTU/TTU等)组成。 二、智能电网之用电信息采集 智能用电包括两大部分，第一部分是为满足智能电网对用电的信息的掌控而建设的用电信息采集系统(简称集抄)，第二部分是未来三/四网合一的基础PFTTH，即依电力复合光纤入户而建的电力光纤宽带互动网络。 随着通信手段的不断出新，目前可供使用、选择的通信方式有多种多样。按照传统的分类方法，可简单地分为有线方式和无线方式，其中有线方式包括：架空明线或电缆、配电线载波、电信本地网、租用电话线、光纤、有线电视网(CATV)、现场总线和RS-485、专线等;无线方式包括：传统无线电通信(AM、FM、PM等)、GPRS/3G、数控电台等。配电自动化对通信系统的要求，取决于配电网的规模和要求实现的具体希望水平，总体比较各种通信方式的优劣应综合考虑如下几点： (1)通信的可靠性 (2)通信技术的先进性 (3)可行性和使用维护的方便性 (4)配电通信的实时性 (5)通信系统的可扩充性。 通过分析对比我们不难看出，配电自动化使用的多种通信方式的特点： (1)架空明线或电缆。其特点是建设简单，线路衰耗大，频带窄，容易受到干扰，电力系统自动化中只能做近距离传输信道。 (2)配电载波。从目前的技术水平上看，典型的配电载波机的传输率可达到150-300bit/s，可满足双向通信的要求，对远方抄表和监测线路数据比较经济。但对于停电区数据如何用配电载波上传仍然是一个技术难题，有待进一步研究。配电载波系统数据传输速率较低，容易受到干扰，由于反射使得配电载波在馈线的某些部分存在盲点，其优点是技术相对简单。 (3)现场总线和RS-485。现场总线(FIELDBUS)是近二十年发展起来的新技术，它是连接智能化的现场设备和自动化系统的双向传输、多分支结构的通信网络，它适合于FTU和附近区域工作站的通信，以及变电站内部各个智能模块之间的内部通信，现场总线可分为CANBUS(ControllerAreaNetwork)、LONWORKS(LocalOperatingNetworks)和PROFIBUS(processFieldBus)等，对于一些实时性要求不高的场合，可以利用RS-485代替现场总线进行数据信号的传输。 (4)无线通信。无线通信方式有：AM、FM、PM、GPRS等也可以应用到配电系统自动化的数据传输，但相对来讲，在数据通信速率、保密性上存在不足，目前主要做为有线通信的补充。 (5)光纤通信。光纤通信与其他通信比较有以下优点：光纤传输频带宽、通信容量大，传输损耗小，光电隔离，不受电磁干扰，组网方便、灵活。在配电自动化中，可以利用已建成的变电站到主控中心的光纤网络进行数据传输，可以无源光网络(EPON)或光纤自愈环网(工业交换机)来进行传输，这在许多地区都有成功的经验，是未来配网自动化数据通信发展方向。 以太无源光网络(EPON)是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON(无源光网络)技术，光线路终端(OLT)与光网络单元(ONU)之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本，尤其适应于配网线路配网结构，具备通信保护能力。
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五 无功补偿无功补偿应根据分散补偿和集中补偿相结合原则进行配置，二次侧功率因数应根据用户性质测定。根据《电力系统电压质量和无功电力管理规定》的要求，在最大负荷时，一次侧不应低于95。《城市电力网规划设计导则》要求，110kV变电所无功补偿一般取主变容量的1/4～1/6，实际上城区内10kV线路较短，且大部分为电缆网，无功容量较充足，因此以补偿主变损耗为主。变电所无功补偿为主变容量的8%～15%即可，当采用高阻抗变压器时需取较大值，投切时，10KV电压波动约为5%，满足小于5%的要求。六 10kV中性点运行方式长期以来，我国10kV配电网大部分采用中性点不接地方式，它的最大优点是发生单相接地故障时并不中断向用户供电。随着配电网的扩大，电缆线路的增多，电网对地电容电流大幅度上升，直接威胁着电力系统的安全运行。根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，电容电流超过10A时中性点应改为消弧线圈接地。九三年起为配合变电所无人值班，国内研制了多种自动跟踪消弧线圈补偿装置，其原理大同小异，基本上都在原调匝式消弧线圈的基础上增加控制装置，由于其原理相对简单，可以运行于全补偿状态，工艺要求低，因此目前市场占有率较高，其它还有调隙式、直流偏磁式、调容式等，均由于各种原因难以进入实用状态。顺便说一下，目前有厂家在消弧线圈调谐装置中附加接地检测装置，其原理与出线保护装置中的接地检测装置是一致的，但使用时二次电缆需增加很多，不宜采用。消弧线圈的调节采用微机自动跟踪补偿装置。当主变无中性点引出时，结合变电所的所用电，在10KV母线上设置接地（曲折）变压器。近年来，国内各大城市10kV中性点改用电阻接地的越来越多。采用电阻接地，单相接地故障时动作于跳闸，健全相过电压倍数可限制在8倍以下，进一步降低弧光过电压，电网可采用绝缘水平较低的电气设备，提高设备运行条件和提高人身安全。目前中性点电阻值大致有77Ω（上海）、10Ω（北京、广州）、16Ω（深圳），电阻值大小取值各有利弊，从各地运行情况来看，都是可行的。但在以架空线为主的电网中应慎用电阻接地。七 过电压保护根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，变电所应设有防止直接雷和雷电波侵入的过电压保护措施。全户内变电所采用屋顶避雷带防直击雷，屋顶避雷带采用-40×4镀锌扁钢或8圆钢，半户内变电所设独立避雷针对主变进行保护。八 接地变电所接地方式以水平接地体为主，辅以垂直接地极，主接地网采用-50×6镀锌扁钢，布置上尽量利用配电楼以外的空地，深埋接地极。变电所主接地网的接地电阻应不大于5欧姆。考虑到微机保护监控系统对接地要求较高，二次设备室及10kV二次电缆沟接地采用25×4铜排。当110kV采用GIS时，110kV配电装置室也需采用铜排接地。九 防污等级根据《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》，户外电气设备取污秽等级2级，爬电比距5CM/kV。对于户内设备，该标准中没有规定，但参照《高压开关设备的共用订货技术导则》，可取瓷质材料8CM/kV，有机材料0CM/kV。当户外设备户内安装时，可取2CM/kV。十 保护监控无人值班变电所设计与常规变电所最大的不同点在于二次监控设备必须满足现场无人值班要求，目前采用微机保护基本上没有多大疑义了，而监控方式通常有两种模式： 采用综合自动化系统 采用常规二次保护加RTU应该说，两者都能满足无人值班的要求，后者结构简单、造价低廉，但采用综合自动化系统技术上更先进，集成化程度更高，更易于做成面向对象的层次结构，从技术上讲是发展方向。随着计算机技术、自动控制技术的不断完善和成熟，综合自动化设备性能日趋稳定，价格逐渐下调，应作为新建变电所的首选系统，而后者可以作为老变电所改造用。采用综合自动化，就应该采用分布式结构（10kV保护装置安装在开关柜上），以充分发挥其功能，减少二次电缆，降低造价，但分布式保护装置应解决配电装置室的散热通风及电磁干扰问题。作为无人值班变电所，所内不宜设置固定的计算机监视设备（后台机），但应设置能与现场维护调试用便携式计算机相适应的硬、软件接口。另外，为了运行维护方便，变电所遥测、遥信、遥控量和当地显示量应按《无人值班变电所设计规程》进行设置，加以统一化、标准化。十一 交流所用电和直流系统 交流所用电变电所宜设置二台所用变压器，容量为80～100KVA。当变电所设置三台主变时分别接入#1、#3主变低压侧母线，设置二台主变时则分别接入其低压侧母线。所用电采用中性点直接接地TN系统，额定电压380/220V，采用单母线分段接线。 直流系统直流电源宜采用一组220V蓄电池，容量应满足全所事故停电2h的放电容量，一般为100AH，单母线接线。蓄电池组宜采用性能可靠、维护量少的蓄电池，如阀控式密封铅酸蓄电池等。直流系统应具有自动调节功能，充电装置实现智能化实时管理，并应设置一套微机直流接地监测装置。十二 建筑物变电所所址标高应高于频率为2%洪水位，变电所土建应采用联合建筑并按最终规模一次建成，建筑物的建筑风格、外墙面装修与周围环境相协调，内装修应简化实用。建筑物不宜设通长窗，如城市规划要求或采光需要底层可设置假窗或高窗。变电所的防震、消防、通风应符合国家有关规定。按无人值班要求变电所附房应从简设置，110kV变电所规模为二台主变时建筑面积应控制在700M2(主变放户外)及900M2(主变放户内)，占地面积1600 M2，三台主变时建筑面积应控制在1200M2(主变放户外)及1500M2(主变放户内)，占地面积1900 M2。十三 结论 变电所主接线应力求简化，宜优先采用线路变压器组接线。 中等城市变电所宜设置二台主变，大城市可设置三台主变。 为保证10KV母线电压在合格范围内，应采用有载调压变压器。 变电所无功补偿宜取主变容量的8%～12%，当采用高阻抗变压器时需取较大值。 变电所优先采用半户内布置（主变布置在户外）。 110kV应尽量采用装配式结构，慎用GIS。 10kV以架空线为主的系统中性点应采用消弧线圈接地，消弧线圈的调节采用微机自动跟踪补偿装置。全电缆网系统中性点采用低电阻接地。 新建变电所监控装置应优先采用综合自动化系统，保护装置应采用分布式结构。 直流系统宜设一组100AH蓄电池组，交流所用电宜设置二台，所用变压器应与接地变相结合。。 建筑物装修应简单实用，布置上尽量减少占地面积和建筑面积。