配電自動(dòng)化系統(tǒng)分析與發(fā)展趨勢(shì)

趙　亮

摘要：本文主要分析了配電自動(dòng)化系統(tǒng)的組成、技術(shù)現(xiàn)狀、存在的問題以及發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：配電自動(dòng)化；現(xiàn)狀；問題；展望

1 配電自動(dòng)化系統(tǒng)的組成

配電自動(dòng)化是指利用現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將配電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息集成，構(gòu)成完整的自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)及其設(shè)備正常運(yùn)行及事故狀態(tài)下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、用電和配電管理的現(xiàn)代化。配電自動(dòng)化系統(tǒng)包含以下四個(gè)方面：

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)：指應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)和信息處理與傳輸技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)硬軟件系統(tǒng)或自動(dòng)裝置代替人工對(duì)變電站進(jìn)行監(jiān)控、測(cè)量和運(yùn)行操作的一種自動(dòng)化系統(tǒng)。

10kV饋線自動(dòng)化系統(tǒng)：完成10kV饋電線路的監(jiān)測(cè)、控制、故障診斷、故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。

配電管理系統(tǒng)：是指用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、信息處理及通信等技術(shù)，并在GIS平臺(tái)支持下對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視、管理和控制。主要功能有：數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控(SCADA)、配電網(wǎng)運(yùn)行管理、用戶管理和控制、自動(dòng)繪圖設(shè)備管理地理信息系統(tǒng)(AM／FM/GIS)。

用戶自動(dòng)化系統(tǒng)：用戶自動(dòng)化即需求側(cè)管理，主要包括負(fù)荷管理、用電管理、需方發(fā)電管理等。

2 配電自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

2．1 配電自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀

配電自動(dòng)化的發(fā)展大致分為三個(gè)階段：

第一階段是基于自動(dòng)化開關(guān)設(shè)備相互配合的配電自動(dòng)化階段，主要設(shè)備為重合器和分段器等，不需要建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其主要功能是在故障時(shí)通過自動(dòng)化開關(guān)設(shè)備相互配合實(shí)現(xiàn)故障隔離和健全區(qū)域恢復(fù)供電。這一階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)局限在自動(dòng)重合器和備用電源自動(dòng)投入裝置。自動(dòng)化程度較低，具體表現(xiàn)在：①僅在故障時(shí)起作用，正常運(yùn)行時(shí)不能起監(jiān)控作用，不能優(yōu)化運(yùn)行方式；②調(diào)整運(yùn)行方式后，需要到現(xiàn)場(chǎng)修改定值；③恢復(fù)健全區(qū)域供電時(shí)，無法采取安全和最佳措施；④隔離故障時(shí)需要經(jīng)過多次重合，對(duì)設(shè)備沖擊很大。這些系統(tǒng)目前仍大量應(yīng)用。

第二階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)是基于通信網(wǎng)絡(luò)、饋線終端單元和后臺(tái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)，在配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)也能起到監(jiān)視配電網(wǎng)運(yùn)行狀況和遙控改變運(yùn)行方式的作用，故障時(shí)能及時(shí)察覺。并由調(diào)度員通過遙控隔離故障區(qū)域和恢復(fù)健全區(qū)域供電。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了第三階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)。它在第二階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)控制功能。形成了集配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)、配電地理信息系統(tǒng)、需方管理(DSM)、調(diào)度員仿真調(diào)度、故障呼叫服務(wù)系統(tǒng)和工作管理等一體化的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，形成了集變電所自動(dòng)化、饋線分段開關(guān)測(cè)控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負(fù)荷控制和遠(yuǎn)方抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMS)，功能多達(dá)140余種?，F(xiàn)階段的配電自動(dòng)化以此為目標(biāo)建設(shè)和完善。

2．2 配電自動(dòng)化面臨的問題

電力市場(chǎng)環(huán)境下的配電自動(dòng)化系統(tǒng)必須在以下幾方面加以提高和改進(jìn)。

高度可靠和快速反應(yīng)的變電站、饋線自動(dòng)化系統(tǒng)。在電力市場(chǎng)環(huán)境下，為了保障終端用戶的供電可靠性，自動(dòng)化系統(tǒng)不僅要求能夠正確判斷故障、隔離及恢復(fù)故障，而且要求加大對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的投資，增加快速、可靠的開關(guān)及控制裝置，盡量減少對(duì)用戶的停電次數(shù)和停電時(shí)間。同時(shí)，因配電網(wǎng)故障必須中斷部分負(fù)荷供電時(shí)，應(yīng)能快速自動(dòng)識(shí)別重要用戶，優(yōu)先保障其供電。

為了適應(yīng)市場(chǎng)環(huán)境下的競(jìng)爭(zhēng)需要，SCADA(系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)的功能應(yīng)該是強(qiáng)大的，特別是對(duì)重要用戶的監(jiān)控更應(yīng)該作到準(zhǔn)確、可靠、靈敏。否則會(huì)給配電公司帶來較大的損失，這種損失包括對(duì)用戶的真接停電和造成社會(huì)影響的間接損失。

實(shí)現(xiàn)SCADA與GIS(配電地理信息系統(tǒng))一體化設(shè)計(jì)，達(dá)到SCADA和GIS數(shù)據(jù)一體化、功能一體化、界面；體化，實(shí)現(xiàn)從GIS中自動(dòng)提取SCADA需要的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和屬性數(shù)據(jù)及由SCADA系統(tǒng)向GIS提供配電實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

采用可擴(kuò)展綜合型的配電自動(dòng)化終端(CDAU)。為滿足電力市場(chǎng)對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)電價(jià)信息的發(fā)布要求，實(shí)現(xiàn)綜合信息的采集及控制，盡可能減少現(xiàn)場(chǎng)終端的數(shù)量及降低系的復(fù)雜性，應(yīng)考慮采用可擴(kuò)展功能的綜合型配電自動(dòng)化終端。該終端除了具有通常的功能外，還具有電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)電價(jià)信息發(fā)布、故障錄波及部分儀表功能。

3 配電自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展展望

3．1 現(xiàn)代配電自動(dòng)化系統(tǒng)

采用分層集結(jié)策略大城市配電自動(dòng)化系統(tǒng)一般分四個(gè)層，第一層為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。主要由饋線終端單元(FTU)、配變終端單元(TYU)、遠(yuǎn)動(dòng)終端單元(RTU)和電量集抄器等構(gòu)成，統(tǒng)稱為配電自動(dòng)化終端設(shè)備。第二層為區(qū)域集結(jié)層。以110kV變電站或重要配電開閉所為中心，將配電網(wǎng)劃分成若干區(qū)域，在各區(qū)域中心設(shè)置配電子站，又稱“區(qū)域工作站”，用于集結(jié)所在區(qū)域內(nèi)大量分散的配電終端設(shè)備，如饋線終端單元(Fru)、配變終端單元(TI'U)和電量采集器。第三層為配電自動(dòng)化子控制中心層。建設(shè)在城市的區(qū)域供電分局，一般配備基于交換式以太網(wǎng)的中檔配電自動(dòng)化后臺(tái)系統(tǒng)。往往還包括配電地理信息系統(tǒng)、需方管理和客戶呼叫服務(wù)系統(tǒng)等功能。用于管理供電分局范圍內(nèi)的配電網(wǎng)。第四層為配電自動(dòng)化總控制中心層。建設(shè)在城市的供電局，一般配備基于交換式以太網(wǎng)的高檔配電自動(dòng)化后臺(tái)系統(tǒng)和大型數(shù)據(jù)庫，用于管理整個(gè)城市范圍內(nèi)的配電網(wǎng)。中小型城市的配電自動(dòng)化系統(tǒng)一般只有前三層設(shè)備，不需要第四層。

3．2 集成化、智能化和綜合化是發(fā)展趨勢(shì)

配電自動(dòng)化系統(tǒng)作為一個(gè)龐大復(fù)雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含眾多的設(shè)備和子系統(tǒng)，各功能、子系統(tǒng)之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)，其本身及其所用技術(shù)又處于不斷發(fā)展之中，這就要求配電自動(dòng)化系統(tǒng)采用全面解決的方案，走系統(tǒng)集成之路，使得各種應(yīng)用之間可共享投資和運(yùn)行費(fèi)用，最大限度保護(hù)用戶原有的投資。

在饋線自動(dòng)化方面，現(xiàn)有饋線終端設(shè)備不僅具有常規(guī)的遙測(cè)、遙信和遙控功能，且還集成了自動(dòng)重合閘、饋線故障檢測(cè)和電能質(zhì)量的一些參數(shù)的檢測(cè)功能，甚至集成了斷路器的監(jiān)視功能，且有進(jìn)一步與斷路器相結(jié)合，機(jī)電一體化，發(fā)展成為智能化開關(guān)的趨勢(shì)。顯著地降低了建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)的綜合成本，為提高供電可靠性，創(chuàng)造了有利的條件。在電壓無功控制方面，國內(nèi)已經(jīng)提出基于人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的無功預(yù)測(cè)和優(yōu)化決策相結(jié)合的變電站電壓無功控制策略，該策略以無功變化趨勢(shì)為指導(dǎo)，充分發(fā)揮了電容器的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益，能在無功基本平衡和保證電壓合格的前提下，使變壓器分接頭的調(diào)節(jié)次數(shù)降至最小，消除了盲目調(diào)節(jié)，降低了變壓器故障幾率和減少了維護(hù)量。

3．3 配電自動(dòng)化新技術(shù)

配電線路載波通信技術(shù)。對(duì)低壓配電網(wǎng)，由于終端設(shè)備數(shù)量非常多，采用光纖通信無論從成本或可行性看均不現(xiàn)實(shí)，為實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的實(shí)時(shí)電價(jià)信息發(fā)布及遠(yuǎn)程讀表功能，研究具有較高可靠性和通信速率的配電線路載波通信技術(shù)，不僅可作為實(shí)現(xiàn)上述功能的通信手段，還可以為客戶提供其他的綜合通信月盼。

用戶電力技術(shù)。用戶電力技術(shù)是將電力電子技術(shù)、微處理機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù)運(yùn)用于中、低壓配、用電系統(tǒng)，以減少諧波畸變，消除電壓波動(dòng)和閃變、各相電壓的不對(duì)稱和供電的短時(shí)中斷，從而提高供電可靠性和電能質(zhì)量的新型綜合技術(shù)。用戶電力技術(shù)獨(dú)立工作時(shí)可滿足特殊負(fù)荷對(duì)供電量的嚴(yán)格要求，與配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合時(shí)，將實(shí)現(xiàn)無瞬時(shí)停電、實(shí)時(shí)控制的柔性化配電、滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量更高層次的要求。

智能分布式FA。在該體系中，將要研究建立智能體(agent)與區(qū)域協(xié)調(diào)器的協(xié)調(diào)機(jī)制。為了考慮全網(wǎng)的運(yùn)行方式以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化影響，需要研究在配單自動(dòng)化主站建立協(xié)調(diào)服務(wù)器，通過定義智能體之間的通信與規(guī)范構(gòu)成完整的智能分布式FA實(shí)現(xiàn)方式。

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