本书是按照配电自动化系统的构成从底层往上层来编写的。在介绍配电自动化一些基本概念的基础上，首先介绍了配电终端FTU、TTU、DTU、RTU等，然后介绍通信系统，最后介绍配电自动化主站系统。在章节安排上同时穿插馈线自动化、配电网的故障选线、SCADA系统、电能计费、AM/FM/GIS、LM、工程实例等内容。

本书理论结合实际，同时紧密结合“双碳”战略融入相关专业基础知识，使内容前后贯通，并辅以思考题和自测题，使读者易于掌握，并结合专业知识引入课程思政。因为技术较新，配套实验的开设正处于积极探索发展阶段，本书也给出了配套实验。

本书可作为本科电气工程类专业的教材，同时也可作为配电领域工程技术人员的参考书。

目  录

前 言

第1章 绪论  1

1.1 电力系统的基本概念  1

1.1.1 电力系统的组成 1

1.1.2 “双碳”目标下的能源转型发展 2

1.1.3 各种新能源发电形式 4

1.1.4 智慧能源示范区 8

1.1.5 “双碳”目标下的绿色低碳建筑应用 10

1.2 配电管理系统  11

1.3 配电自动化系统的总体构成  13

1.3.1 小型配电自动化系统的构成 13

1.3.2 中型配电自动化系统的构成 14

1.3.3 大型配电自动化系统的构成 15

1.3.4 配电自动化系统的基本功能 16

1.4 实现配电自动化的意义  16

1.5 配电自动化的现状与发展情况  21

1.5.1 国外配电自动化发展及现状 21

1.5.2 我国配电自动化的发展现状 22

1.6 配电自动化的难点  24

1.7 智能电网形势下的配电网建设  25

1.7.1 坚强智能电网概念的提出及规划 25

1.7.2 基于配电自动化的智能配电网建设 26

1.7.3 智能电网形势下的配电自动化建设目标 26

1.8 配电自动化建设经验教训及当前研究热点  27

1.8.1 配电自动化建设经验教训 27

1.8.2 配电自动化建设当前研究热点和重点 28

1.9 配电自动化系统的规划  28

1.9.1 配电自动化系统规划的总体要求和 原则 28

1.9.2 配电自动化系统规划的技术导则和设计规范 29

1.9.3 配电自动化系统规划的年限和内容 30

1.10 要点掌握  31

思考题  31

课程思政  31

第2章 配电网  33

2.1 我国配电网的特点和历史建设情况  33

2.1.1 配电网的特点 33

2.1.2 我国配电网建设情况 34

2.1.3 “十四五”配电网发展规划 34

2.2 主动配电网  35

2.2.1 概述 35

2.2.2 分布式电源接入配电网的好处 36

2.2.3 分布式电源接入配电网后需要注意的问题 37

2.2.4 分布式电源接入配电网的要求 38

2.3 新型储能方式  38

2.3.1 储能的作用 38

2.3.2 常用储能方式及优劣对比 40

2.3.3 储能技术创新行动计划 41

2.4 配电网的中性点运行方式  43

2.4.1 中性点接地方式分类及比较 43

2.4.2 经消弧线圈接地系统的3种补偿方式 43

2.5 配电网一次设备———开关和环网柜  44

2.5.1 灭弧介质无油化历程 44

2.5.2 典型开关设备 45

2.5.3 环网柜 46

2.5.4 电缆分接箱 49

2.6 配电网一次设备———变压器  51

2.6.1 变压器的分类 51

2.6.2 新型节能变压器 52

2.7 开闭所  53

2.7.1 概述 53

2.7.2 开闭所设置原则 54

2.7.3 开闭所的功能和作用 54

2.7.4 开闭所常见主接线形式 55

2.7.5 开闭所所用电源 57

2.8 配电线路  57

2.8.1 架空线路 57

2.8.2 电缆线路 58

2.8.3 配电线路的节能 59

2.9 配电网络拓扑形式及馈线故障处理  60

2.9.1 配电网络的拓扑形式及实际应用案例 60

2.9.2 馈线故障的处理 65

2.10 要点掌握  67

思考题  67

课程思政  67

第3章 配电终端———FTU  69

3.1 终端建设原则和终端电源的配置  69

3.1.1 终端建设原则 69

3.1.2 终端电源的配置 70

3.2 FTU的基本概念和功能  73

3.2.1 FTU的基本概念 73

3.2.2 FTU的功能 74

3.3 SD-2210型FTU的总体结构及特点  75

3.3.1 SD-2210型FTU的原理框图 75

3.3.2 SD-2210型FTU的总体特点 76

3.4 SD-2210型FTU的TMS320F206DSP硬件介绍  77

3.4.1 TMS320F206DSP的主要特点 77

3.4.2 TMS320F206存储器映射 77

3.4.3 TMS320F206DSP片上外设 79

3.4.4 TMS320F206DSP外部中断 80

3.4.5 TMS320F206DSP命令寄存器 80

3.4.6 TMS320F206DSP复位 80

3.4.7 SD-2210型FTU模拟信号输入 80

3.4.8 SD-2210型FTU数字量输入输出 8

3.4.9 SD-2210型FTU异步串行通信 81

3.5 直流采样和交流采样  82

3.5.1 直流采样 82

3.5.2 交流采样 83

3.6 开关量输入电路  83

3.6.1 隔离电路 83

3.6.2 去抖电路 84

3.7 开关量输出电路  85

3.8 模拟量输入电路  86

3.8.1 基于逐次逼近型A-D转换的模拟量输入电路 87

3.8.2 2×4通道14位高速A-D转换芯片MAX125及其应用 89

3.8.3 电压-频率转换电路 95

3.9 模拟量输出电路  97

3.10 FTU应用实例  98

3.11 要点掌握  100

思考题  100

课程思政  100

第4章 其他配电终端  102

4.1 DTU  102

4.1.1 DTU的概念及功能 102

4.1.2 DTU备自投的实现 102

4.1.3 DTU、FTU、RTU的比较 103

4.1.4 DTU应用实例 104

4.2 TTU  105

4.2.1 TTU的概念及功能 105

4.2.2 TTU的无功补偿功能 106

4.2.3 TTU应用实例 107

4.3 站控终端  108

4.3.1 站控终端的概念及功能 108

4.3.2 子站的设置 108

4.3.3 站控终端与FTU、TTU、DTU的比较 109

4.4 要点掌握  109

思考题  110

课程思政  110

第5章 通信系统  111

5.1 引言  111

5.1.1 远动的基本概念 111

5.1.2 典型数据通信系统的组成 111

5.1.3 数据传输的同步 113

5.1.4 通信工作方式 114

5.2 调制解调  114

5.3 差错控制  117

5.3.1 产生差错的原因 117

5.3.2 抗干扰编码 118

5.3.3 差错控制的几种方式 118

5.3.4 几种常用的抗干扰编码 120

5.4 通信规约  125

5.4.1 通信规约的概念 125

5.4.2 循环式通信规约 125

5.4.3 问答式通信规约 126

5.5 常用通信方式  127

5.5.1 概述 127

5.5.2 配电线载波通信 128

5.5.3 光纤通信 132

5.5.4 脉动控制 135

5.5.5 工频控制 135

5.5.6 电话专线 135

5.5.7 现场总线 136

5.5.8 RS485串行总线 136

5.5.9 无线扩频 136

5.5.10 甚高频通信（数传电台通信） 137

5.5.11 特高频通信 138

5.5.12 微波通信 138

5.5.13 卫星通信 139

5.5.14 调幅广播 140

5.5.15 调频辅助通信业务 140

5.6 要点掌握  140

思考题  141

课程思政  141

第6章 馈线自动化  143

6.1 智能配电网的自愈与馈线 自动化  143

6.1.1 自愈的概念 143

6.1.2 自愈控制 143

6.1.3 实现自愈的条件和关键技术 144

6.1.4 馈线自动化的功能与类型 144

6.2 馈线自动化的发展历程  145

6.2.1 第一阶段———不分段、不拉手（传统模式）阶段 145

6.2.2 第二阶段———馈线分段、拉手、无自动化阶段 147

6.2.3 第三阶段———自动分段、馈线自动化阶段 149

6.3 重合器  151

6.3.1 重合器的概念 151

6.3.2 重合器的分类 151

6.3.3 重合器与普通断路器的比较 152

6.3.4 重合器的应用场合 153

6.3.5 重合器实例 153

6.4 分段器  155

6.4.1 概念 155

6.4.2 电压—时间型分段器原理接线 155

6.4.3 电压—时间型分段器的参数 156

6.4.4 电流—时间型分段器 157

6.5 重合器与电压—时间型分段器配合  157

6.5.1 辐射状网的故障处理 157

6.5.2 环状网的故障处理 161

6.5.3 分段开关和联络开关的时限整定 164

6.6 重合器与过电流脉冲计数型分段器配合  166

6.6.1 永久性故障的处理 166

6.6.2 瞬时性故障的处理 167

6.7 基于FTU的馈线自动化  168

6.7.1 基于FTU的馈线自动化系统构成 168

6.7.2 基于FTU的馈线自动化系统的功能 169

6.8 两种馈线自动化的比较  170

6.8.1 基于重合器—分段器的就地控制方案 170

.8.2 基于FTU和通信网络的远方控制方案 170

6.9 要点掌握  171

思考题  172

课程思政  172

第7章 配电网单相接地故障选线  174

7.1 概述  174

7.1.1 NUGS单相接地故障选线的国外、国内研究现状 174

7.1.2 利用电网稳态电气量特征提供的故障信息构成的选线方法 175

7.1.3 利用电网暂态电气量特征提供的故障信息构成的选线方法 177

7.1.4 其他方法 177

7.1.5 意义 178

7.2 NUGS单相接地故障理论分析  179

7.2.1 NUGS单相接地故障的稳态基波分析 179

7.2.2 NUGS单相接地故障的稳态谐波分析 183

7.2.3 NUGS单相接地故障的暂态分析 184

7.2.4 NUGS单相接地故障选段研究 185

7.3 NUGS单相接地故障实验研究———选线方案确定  186

7.3.1 动态模型的建立 186

7.3.2 稳态实验记录及分析 187

7.3.3 暂态实验记录及分析 190

7.3.4 NUS选线方案的确定 192

7.3.5 NES选线方案的确定 193

7.4 软件设计  195

7.4.1 开发语言和工具介绍 195

7.4.2 NUS选线下位机软件设计 200

7.4.3 NUS选线上位机软件设计 202

7.4.4 NES选线下位机软件设计 205

7.4.5 NES选线上位机软件设计 206

7.5 NUGS选线方案验证实验  209

7.5.1 优化模型 209

7.5.2 NUS的选线验证实验 209

7.5.3 NES的选线验证实验 212

7.6 要点掌握  217

思考题  219

课程思政  219

第8章 远方抄表与电能计费系统  221

8.1 电能表的发展和现状  221

8.2 抄表计费的几种方式  222

8.3 预付费电能计费方式  223

8.3.1 预付费电能表的种类及特点 223

8.3.2 采用IC卡电能表的预付费电能计费系统 224

8.4 自动抄表技术———本地自动抄表  226

8.4.1 本地自动抄表的两种数据采集方式 226

8.4.2 抄表机简介 227

8.4.3 国内主流抄表机型实例———振中TP900系列抄表机 227

8.5 自动抄表技术———远程自动抄表  228

8.5.1 远程自动抄表的含义及发展 228

8.5.2 远程自动抄表系统的组成 228

8.5.3 远程自动抄表系统典型案例 231

8.5.4 利用远程自动抄表技术实现防窃电 233

8.5.5 自动抄表与预付费的比较 234

8.6 要点掌握  234

思考题  235

课程思政  235

第9章 主站系统  236

9.1 主站系统的设计原则  236

9.2 主站系统的硬件构成  237

9.2.1 较小规模主站系统配置 237

9.2.2 较大规模主站系统配置 239

9.3 主站系统的软件构成  241

9.3.1 操作系统软件 241

9.3.2 支撑软件 243

9.3.3 高级应用软件 243

9.4 要点掌握  247

思考题  247

课程思政  248

第10章 配电网SCADA系统  249

10.1 配电网SCADA系统的特点  249

10.2 配电网SCADA系统组织的基本方式  250

10.2.1 配电网SCADA系统测控对象 250

10.2.2 区域站的设置方法 250

10.2.3 体系结构 251

10.3 配电网SCADA系统的功能  252

10.4 智能用电小区  257

10.4.1 智能小区概念及系统构成 257

10.4.2 智能用电的发展目标 258

10.4.3 智能小区应用实例 259

10.4.4 智能家居 260

10.5 要点掌握  262

思考题  262

课程思政  263

第11章 配电图资地理信息系统  264

11.1 概述  264

11.2 GIS的发展历程  264

11.3 GIS在电力行业的应用现状及难点  266

11.4 GIS的组成  267

11.5 GIS功能的实现方法  269

11.6 AM/FM/GIS的离线、在线实际应用  269

11.6.1 AM/FM/GIS在配电网中离线方面的应用 270

11.6.2 AM/FM/GIS在配电网中在线方面的应用 271

11.7 GIS的功能演示案例  271

11.8 要点掌握  276

思考题  276

课程思政  276

第12章 负荷控制和管理系统  278

12.1 负荷控制和管理的概念及经济效益  278

12.2 负荷特性优化的主要措施  279

12.2.1 经济措施 279

12.2.2 行政措施 280

12.2.3 宣传措施 281

12.2.4 技术措施 281

12.3 负荷控制系统的基本结构和功能  283

12.3.1 负荷控制终端 283

12.3.2 负荷控制中心 285

12.4 各种负荷控制系统原理及比较  286

12.4.1 负荷控制系统的分类 286

12.4.2 6种电力负荷控制系统 287

12.5 电动汽车及车网互动  291

12.5.1 基本概念 291

12.5.2 “双碳”目标下新能源汽车发展 292

12.5.3 “三纵三横”技术创新路线 293

12.5.4 车网互动 294

12.6 要点掌握  295

思考题  296

课程思政  296

第13章 配电自动化的实际案例  297

13.1 概述  297

13.2 配电自动化的主要功能  298

13.3 配电自动化系统体系结构  298

13.4 配电自动化SCADA系统  300

13.4.1 网络安全方案 300

13.4.2 系统硬件配置 300

13.4.3 软件系统结构 301

13.4.4 配电SCADA功能 302

13.5 配电自动化通信系统  303

13.6 馈线自动化解决方案  305

13.7 配电地理信息管理功能  308

13.8 配电自动化高级应用软件  311

第14章 实验部分  313

14.1 电力系统综合实验方案一  313

14.1.1 实验系统简介 313

14.1.2 多台实验系统联网的实验 314

14.1.3 设备清单 320

14.2 电力系统综合实验方案二（供配电部分）  322

14.2.1 实验系统简介 322

14.2.2 实验系统外观 322

14.2.3 多台实验系统联网的实验 324

14.2.4 设备清单 327

14.3 应用实例———TQGD-Ⅱ工厂供电及配电自动化实验培训系统  329

14.3.1 概述 329

14.3.2 系统组成 330

14.3.3 实验模式 332

14.3.4 实验项目 334

14.3.5 实验系统中主要设备的技术指标 336

14.3.6 设备实物图 337

测试题  339

测试题1  339

测试题1答案  340

测试题2  343

测试题2答案  344

参考文献  349