智能配电网技术及应用丛书 智能配电网自动化技术

本书为“智能配电网技术及应用丛书”中的一个分册。

智能配电网是配电网未来的发展方向，智能配电网自动化技术是实现智能配电网的重要基础。本书内容包括智能配电网自动化概述、配电网实时监控、配电网系统集成及信息交互、馈线自动化、智能配电网运行优化与决策支持、配电自动化测试及运维、典型案例和未来展望等。

本书可供从事配电自动化专业的科研人员、技术管理人员、规划设计人员、运维人员、检测人员参考，也可作为高等院校相关专业师生的参考用书。

周捷，博士，研究员级高级工程师。任全国电力系统管理及其信息交换标委会“电力系统动态监测工作组”及 “配网工作组”工作组成员。长期从事电力系统自动化产品的研发、工程和管理工作，在配电自动化系统、低压继电保护测控、变电站综合自动化、PMU（WAMS系统）等领域具有丰富的开发和工程实施经验。发表电力系统核心期刊论文20余篇，获得专利10多项，研究成果及产品多次获国家电网公司、省部级、国网电科院科技项目进步奖项。

前言

自20 世纪末至今，我国的配电自动化建设已经历过几次高潮和低谷，积累了大量宝贵的经验，也有技术和管理方面的教训，更有随着时代发展带来的新技术的应用。本书总结提炼近20 年来配电网自动化技术的精髓，全面系统地阐述了智能配电网自动化技术。

很多从事配电自动化事业的专业技术人员都会有一个困惑：相比110kV 及以上高电压等级的主网自动化（变电站综合自动化、电网调度等）和400V 的低压电能表集抄系统，国内10kV 电压等级配电自动化工程实施效果的实用性往往大不如前两者，这是为什么？在技术运维层面上，有配电网点多面广、运行环境相对恶劣、运维难度较大等原因；更深层次的原因是10kV 配电网的可靠性要求没有主网要求高，也没有低压电能表的严苛计量要求。这些客观存在的事实导致我们经常思考一个问题：配电自动化到底该如何做，才能达到投资少、见效大的真正实用化效果？编者认为最根本的指导思想是“实事求是，因地制宜”，希望本书能给从事智能配电网工作的读者提供一种相对客观的目标、理念的指引、操作的方法和实现的途径。

智能配电网自动化技术包括一二次设备融合技术、配电自动化技术、配电网信息融合、源网荷储协同技术等，其中配电自动化技术是最重要和最核心的部分，其他的智能技术在丛书的其他分册中都有专业的描述，本书主要侧重于配电自动化技术及其他相关的智能化技术。本书共8 章，第1 章概述，主要阐述智能配电自动化的概念、意义、发展历程、建设模式及关键技术；第2 章配电网实时监控，主要阐述配电自动化主站、终端、通信及安全防护、即插即用和其他新技术；第3 章配电网系统集成及信息交互，主要阐述配电自动化主站信息交互业务、配电图模异动/故障停电及信息交互机制、信息集成交互典型业务系统；第4 章馈线自动化，主要阐述馈线自动化的基本概念、分类以及建设模式的选择；第5 章智能配电网运行优化与决策支持，主要阐述智能配电网的状态估计、潮流计算、负荷预测、风险分析、自愈控制、培训仿真、解合环、线损分析、无功优化等高级应用模块；第6 章配电自动化测试及运维，主要阐述配电自动化测试运维的要求及关键技术；第7 章典型案例，挑选了国内电力公司的典型配电自动化建设案例；第8 章未来展望，阐述在新型电力系统中，未来可能会在配电自动化中应用的新技术。

本书的作者、主审人都是国内著名科研院所、高校、电力设备供应商以及电力公司等单位从事配电自动化相关技术研究的专家学者，在此向他们的辛勤付出表示诚挚的感谢。期待本书可为从事配电自动化专业的科研人员、技术管理人员、规划设计人员、运维人员、检测人员提供参考。

最后，欢迎读者对本书的疏漏之处给予批评指正！

作者

2023年9月

目录

丛书序 用配电网新技术的知识盛宴以飨读者

序

前言

第1 章 概述 1

1.1 智能配电网自动化的概念 · 1

1.2 建设价值及意义 · 2

1.3 国内外发展历程 · 3

1.4 配电自动化技术的发展趋势 · 5

1.5 配电自动化系统的建设模式 · 6

1.6 智能配电自动化相关技术 · 9

第2 章 配电网实时监控 · 13

2.1 配电自动化主站 13

2.1.1 系统结构 · 13

2.1.2 系统主要功能 · 18

2.1.3 系统关键技术 · 23

2.1.4 系统建设模式 · 27

2.2 配电自动化终端 32

2.2.1 配电终端分类、结构及功能 · 32

2.2.2 配电终端工作原理 · 37

2.2.3 配电终端通信接口和通信规约 · 43

2.2.4 配电终端电源和储能设备 · 45

2.3 配电自动化通信及安全防护 49

2.3.1 通信基础知识 · 49

2.3.2 配电自动化通信需求 · 50

2.3.3 配电自动化通信技术 · 51

2.3.4 安全防护要求 · 57

2.4 配电自动化即插即用 60

2.4.1 即插即用背景及意义 · 60

2.4.2 即插即用目标 · 60

2.4.3 即插即用基本流程 · 61

2.4.4 配电终端IEC 61850 建模 67

2.5 其他技术 68

2.5.1 云平台架构 · 68

2.5.2 云端和终端的协同机制 · 73

2.5.3 配电模型中心 · 75

2.5.4 5G 通信技术在配电网中的应用 83

2.5.5 配电网广域同步测量技术 · 87

第3 章 配电网系统集成及信息交互 · 92

3.1 概述 92

3.2 配电自动化主站信息交互业务 94

3.2.1 设计思想和技术路线 · 97

3.2.2 关键技术 · 97

3.3 典型信息交互场景 · 100

3.3.1 配电网图模异动管理及信息交互 101

3.3.2 配电网故障停电信息交互 109

3.4 信息集成交互典型业务系统 · 113

3.4.1 电网资源业务中台 113

3.4.2 数据中台 114

3.4.3 PMS2.0 115

3.4.4 供电服务指挥系统 117

3.4.5 其他业务系统 118

第4 章 馈线自动化 120

4.1 馈线自动化的基本概念 · 120

4.1.1 馈线自动化的定义 120

4.1.2 馈线自动化的工程意义 120

4.1.3 馈线自动化实施的基础条件 121

4.2 馈线自动化的分类 · 121

4.2.1 集中型馈线自动化 122

4.2.2 就地型馈线自动化 124

4.2.3 分布式馈线自动化 128

4.3 馈线自动化建设模式选择 · 137

4.3.1 不同供电区选型模式选择 137

4.3.2 不同线路（架空、电缆、混合线路）模式选型 139

4.3.3 不同模式下的设备选型要求 142

第5 章 智能配电网运行优化与决策支持 150

5.1 智能配电网运行优化与决策数据准备 · 150

5.1.1 状态估计 150

5.1.2 潮流计算 153

5.2 智能配电网运行趋势分析 · 154

5.2.1 负荷预测 154

5.2.2 风险分析 157

5.3 智能配电网安全可靠运行优化与决策 · 159

5.3.1 自愈控制 159

5.3.2 培训仿真 161

5.3.3 解合环 161

5.4 智能配电网经济高效运行优化与决策 · 163

5.4.1 线损分析 163

5.4.2 无功优化 165

第6 章 配电自动化测试及运维 167

6.1 配电自动化测试要求 · 167

6.1.1 配电自动化主站测试要求 167

6.1.2 配电自动化终端设备测试要求 170

6.1.3 馈线自动化测试要求 175

6.2 配电自动化测试关键技术 · 175

6.2.1 配电自动化主站测试技术 175

6.2.2 配电自动化终端设备测试技术 181

6.2.3 馈线自动化测试技术 191

6.3 配电自动化运维 · 196

6.3.1 配电自动化主站运维要求 196

6.3.2 配电自动化终端及子站运维要求 202

6.3.3 配电通信运维要求 206

第7 章 典型案例 207

7.1 华北A 市电力建设案例 · 207

7.1.1 系统架构 207

7.1.2 建设概况 210

7.2 西南B 市建设案例 211

7.2.1 配电自动化系统结构 211

7.2.2 信息交互总线及其系统集成 212

7.2.3 配电图模信息交互及设备新投异动机制 214

7.3 华东C 市电力建设案例 · 215

7.3.1 云架构主站在配电自动化系统中的应用 216

7.3.2 微服务架构在配电自动化系统中的应用 217

7.3.3 高级处理与决策建设 218

7.4 华南D 省公司建设案例 · 221

7.4.1 智能配电网监控建设 221

7.4.2 智能配电网系统集成及信息交互建设 223

第8 章 未来展望 227

8.1 “双碳”目标下配电网发展展望 227

8.2 “双高”电力系统下配电网发展展望 228

8.3 配电网数字化转型发展展望 · 229

参考文献 232