電力配電自動化系統技術分析

摘要：目前，實現配電自動化所需要的技術已經成熟，電力公司所要做的工作是分析本公司配電網所需要的潛在功能，以確定合適的實現方案。值得注意的是，每個電力公司的配網都有其特殊性，比如地理環境、范圍和規模、管理模式、用戶性質等，這往往決定了該公司的配電自動化系統的最佳模式。本文介紹了有關配電自動化的幾個概念，對電力自動化公司配電自動化的項目技術并從各個方面進行了探討，指出了今后配電網的發展應注重的幾個問題。

關鍵詞：電力系統 配電自動化 項目技術

1.電力系統配電自動化的控制

配電自動化是城鄉電網改造的主要組成部分，它涉及配電網結構、一次二次硬件設備及供電管理策略與水平三大方面。

配電自動化是實時方式就地或遠方對配電網進行數據收配電自動化是實時方式就地或遠方對配電網進行數據收經濟運行，改善電網質量，降低電能損耗，快速處理事故，提高供電可靠性。配電自動化包括變電所綜合自動化、當地自動化裝置、調度中心至變電所的安全監控和數據采集系統、地理信息、配電設備狀態檢測維修管理、停電管理、故障報修應答、還包括自動化抄表和用電控制系統、負荷管理系統等。

要實現上述目標，需要有一個系統軟件和硬件設備的支撐。

進線監控自動化在正常情況下，遠方實時監視饋線分段開關與聯絡開關的狀態和饋線電流、電壓情況，并實現線路開關和遠方合閘和分閘操作以優化配網的運行方式，從而達到充分發揮現有設備容量的目的；在故障時獲取故障信息，并自動判別和隔離饋線故障區段并恢復故障區域的供電，從而達到減小停電面積和縮短停電時間的目的。

開閉所和配電變電站自動化完成對配網中110kV開閉所、小區變的開關位置，保護動作信號、小電流接地選線情況，母線電壓，線路電路，有功和無功功率以及電度的遠方監視，以及開關遠方控制、變壓器遠方有載調壓等，從而有助于進一步提高供電可靠性和改善供電質量。

變壓器巡檢系指對配網中各變壓器的參數遠方監控和補償電容器的自動投切和遠方投切等，從而達到提高供電質量的目的。

需方管理是電力的供需雙方共同對用電市場進行管理，以達到提高供電可靠性，減少能源消耗及供需雙方的費用支出目的。其內容包括負荷監控與管理和遠方抄表與計費自動化兩方面。

配電網負荷監控與管理是根據客戶的用電量、分時電價、天氣預報以及建筑物內的供暖特性等進行綜合分析，確定最優化的負荷控制計劃，對集中負荷及部分工廠用電負荷進行監視，管理和控制，并通過合理的電價結構引導客戶轉移負荷，平坦負荷曲線，從而進一步發揮和利用現有設備的容量。

遠方抄表與計費自動化是指通過各種通訊手段讀取遠方客戶電表數據，并將其傳至控制中心，自動生成電費報表和曲線，并能實現付費率和各項統計功能，從而降低勞動強度，提高營業管理現代化水平。

配電地理信息系統的內容主要包括：設備管理、客戶信息系統、故障報修系統、停電管理系統和配電網發展規劃設計等功能。

網絡分析與優化：包括潮流分析和網絡拓撲優化，目的在于減少線損、改善電壓質量、降低運行成本、提高供電質量。

工作管理系統是對設備進行監測，并對采集的數據進行分析以確定設備實際磨損狀態，并據此規劃檢修順序進行計劃檢修。

調度員培訓模擬系統是通過用軟件對配電網的模擬防真的手段，是對調度員進行培訓，當數據來自實時采集時，也可幫助調度員在操作前了解操作的結果，從而提高調度的安全性和可靠性。

配電網的自動保護裝置是配電網中最基本和主要的自動化設施。主要配置于變電所的斷路器上。在大中型城市的點網中。110kV配電斷路器采用真空斷路器(與自動化系統共同安裝于高壓開關柜中)。

安全監控和數據采集系統以計算機為基礎，采用數字編碼以掃描方式進行信息傳送和接受。實現調度中心對多個遠方變電的連續監視、遙控和數據采集，稱調度自動化(SCADA)系統。配電網的調度自動化功能一般有報警、遙控、數據采集、記錄和顯示等。調度自動化的范圍只涉及變電所中的設備，變電所外的配電線則由配電線承擔。

配電線自動化是當配電線故障時，配電線上的自動裝置能代替運行人員實行各種操作，將故障區段自動隔離和恢復供電，使停電時間和范圍限制在最小。實現配電線自動化需將權限用自動化分段開關分成幾段，并配置相應的控制裝置。當線路多次過流脈沖計數、電壓消失或被檢測失壓時，自動隔離永久性故障，恢復供電。

配電過程自動化是集計算機技術、現代通信技術、自動控制技術、電力系統理論和電氣設備制造等新興技術密集型的高新技術產業，是電網改造的重要組成部分。

自從電力自動化公司承擔配電過程自動化項目以來，采用上述技術先后完成了以下項目。

2.饋線自動化系統

該系統的技術特點是：

1)創立了配電網的變結構耗散網絡模型，即通過將線路上的柱上開關看作是節點，將相鄰的兩個節點問的配電饋線和配電變壓器綜合看作一種耗散元件，并從負荷的角度描述配電網的方法對復雜配電網進行了簡化處理，即少了節點數目，又突出了配電網的主要參數，并且解決了由于配電網量測點嚴重缺乏帶來得分析困難；

2)創立了基于變結構耗散網絡的故障隔離，健全區域優化恢復、負荷均衡化和調度仿真的有效方法；

3)創立的突變電量啟動的不良數據辨識和網絡結線分析方法能夠有效地提高系統的可靠性和數據正確性；

4)系統中FTU的開關兩側失電跳閘機構，能夠有效解決故障后柱上開關越級跳閘對網絡重構的不利影響；

5)該系統采用分層集結的體系結構和混合通信方式，能夠很好地降低系統造價和提高性價比，適合于我國國情；

6)該系統具有先進監控功能，10kV分段開關和聯絡開關遙測、通信和遙控功能，配電開閉所遙測、通信和遙控功能、故障隔離、健全區域優化恢復、負荷均衡化、調度仿真和web瀏覽功能。

3.配電自動化系統智能配電軟件

該項目也是國家中小企業創新基金項目，該項目是一個高起點項目。它的技術特點主要有：

1)采用新穎的配電網簡化建模方法實現了網絡拓撲功能，提出了耗散元件的概念，并從負荷的角度描述配電網的方法，既減少了節點數目，又突出了配電網的主要參數；

2)針對配電網嚴重缺乏量測數據的實際情況，提出了等負荷以及等負荷密度的方法，大大簡化了復雜配電網的分析，充分利用有限的量測數據獲得良好的分析結果，并在此基礎上研發了配電網潮流計算和配電網調度仿真軟件；

3)基于簡化模型開發了配電網故障區域判斷和隔離軟件模塊，并以安全和負荷均衡為原則，建立了故障隔離后受故障影響的健全區的優化恢復策略搜尋軟件模塊，能夠有效地減少停電面積、縮短停電時間；

4)建立了基于隨機初值的啟發式算法的配電網絡優化軟件模塊，在優化處理中綜合考慮歷史、現在和未來的負荷情況；

5)提出了基于環路分析快速遺傳算法，有效減少了搜索空間，顯著提高了收斂速度，在此基礎上研發了基于快速遺傳算法的配電網絡優化應用軟件；

6)該軟件可運行于UNIX和Windos 2000操作平臺，oracle、sybase或sql server數據庫的配電網系統中。

4.縣級電網綜合自動化系統

該系統的技術特點主要是：

1)系統采用統一的軟件平臺設計思想，將縣級電網調度自動化系統、變電站集控系統、城區配電自動化系統、配電地理信息系統以及DMS、EMS集結為一體。完成所有配電網及其管理功能，有效地降低了造價，具有較高的性價比；

2)充分應用饋線自動化和智能配電軟件建立的理論、算法和應用軟件基礎，實現了系統網絡拓撲的新型的簡化的建模、故障的判斷和隔離；建立了受故障影響的健全區域的優化恢復策略搜尋軟件，能夠有效減小停電面積，縮短停電時間；創立的突變量啟動的不良數據辨識和網絡結線分析方法能夠有效地提高系統的可靠性和數據正確性；

3)采用了電容儲能方式的開關兩側失電補跳機構，有效地消除了故障后柱上開關越級跳閘對網絡重構的不良影響。

5.饋線開關監控終端(F1U)

該項產品已經經過兩次更新換代，先進技術的應用，產品技術含量在不斷提高，產品的可靠性、穩定性也不斷提高，產品已逐漸實現系列化。

技術特點：

1)該裝置是一種集測量、保護、監控為一體的戶外開關設備遠程監控裝置，能夠與主站一起實現饋線故障定位、故障隔離功能；

2)該裝置采用以下先進技術：

a)軟件平臺采用嵌入式實時多任務操作系統，控制回路采用專用的可編程邏輯電路，保證了系統高效、可靠運行；

b)模擬量輸入采用零相差高精度高速同步采樣、數字濾波算法，提高了裝置精度；

c)采用高可靠的開關電源實現交流、直流電源無延遲切換和對蓄電池的智能管理；

d)該裝置具有電容儲能方式的停電跳閘控制回路，在交流電源失電后，仍能控制開關可靠地分、合，同時采用了一種過流啟動，帶電后延時合閘或閉鎖的新的重合閘策略，顯著提高了供電的可靠性。

3)電磁兼容性達到國家最高標準Ⅳ ，工作溫度范圍：一40oC～85~C，能適應戶外和電磁嚴重污染的惡劣環境。

6.配變監控終端( TTU)

該裝置是一種集測量、保護、監控為一體的裝置，主要用于10kV柱上配電變壓器、箱式變電站和小區變電設備遠程監控及數據信息傳遞功能?？刹杉儔浩麟妷?、電流、功率、電度量等。并將上述信息由通信網絡發向遠方的主站系統，而且能夠接收主站發出的命令進行相應的控制操作，有助于網絡的優化與管理。

該裝置采用以下先進技術：

a)軟件平臺采用嵌入式實時多任務操作系統，控制回路采用專用的可編程邏輯電路，保證了系統高效、可靠運行；

b)模擬量輸入采用零相差高精度高速同步采樣、數字濾波算法，提高了裝置精度；

c)采用高可靠的開關電源實現交流、直流電源無延遲切換和對蓄電池的智能管理；

電磁兼容性達到國家標準，能適應戶外和電磁嚴重污染的惡劣環境。

7.變電站／開閉所遠動終端(RTU)

該系列產品已經具備了表計RTU，交流采樣RTU、CAN總線方式的交流采樣RTU。

1)交流采樣方式RTU技術特點是：在數據采集過程中采用差分式數字濾波器；采用雙CPU模式和雙端存儲器RRAM；

遙控輸出采用唯一性邏輯判斷閉鎖控制。

2)CAN總線方式交流采樣RTU技術特點是：

a)保留了原交流采樣RTU的技術特點；

b)采用嵌入式WIN CE系統操作平臺；

C)采用can總線方式，替代RS一485總線方式；

d)采用功能分布式設計思路，各個功能由獨立的單元完成，通過can總線方式與主機通信；具備網絡通信能力；

e)采用嵌入式WIN CE系統可以實現多通信口、多規約并存形式；拓展了CAN—RTU的應用領域，可實現配電子站、一體化配電子站、集中式RTU、分布式RTU等不同組合功能。

該系列產品正在進一步進行系列化、標準化設計，力爭實現適用于不同規模、不同用戶、不同環境的全方位系列產品。

交流采樣RTU于2002年8月由西安市科技局組織和投產鑒定，鑒定委員會認為該產品結構合理、維護方便、運行可靠、技術成熟，達到國內先進水平。具備了產業化條件。

以上項目在各個工程運行中無論功能、性能、可靠性、穩定性方面都受到用戶的好評。

8.結語

配電自動化是電力系統現代化的必然趨勢，它有助于最大限度地挖掘配電網的潛力，并且確保用戶的電能質量滿足要求，使電力公司和用戶都能從配電自動化中得到收益。