配電自動化系統(tǒng)發(fā)展綜述

張 震，郭繼芳，劉建強

（1.大同供電分公司平泉支公司，山西 大同 037000；2.北京市電力公司平谷供電公司，北京 101200）

配電自動化系統(tǒng)發(fā)展綜述

張 震1，郭繼芳1，劉建強2

（1.大同供電分公司平泉支公司，山西 大同 037000；2.北京市電力公司平谷供電公司，北京 101200）

提出了配電網(wǎng)一般指電壓等級為110 kV及以下的電網(wǎng)，由于處于電力系統(tǒng)的末端，配電網(wǎng)是整個電力系統(tǒng)與用戶聯(lián)系，向用戶供應電能和分配電能的重要環(huán)節(jié)。針對配電網(wǎng)的自動化系統(tǒng)，分析了國內(nèi)外發(fā)展情況及存在的難點，對配電自動化系統(tǒng)實施過程中存在的具體問題進行了探討，同時展望了智能電網(wǎng)背景下的高級配電自動化系統(tǒng)。

電力系統(tǒng)；配電網(wǎng)；配電自動化；智能電網(wǎng)

配電自動化技術是近年來隨著通信、計算機技術發(fā)展起來的一門新型學科，對于提高供電可靠性、擴大供電能力、降低線路損耗和減輕勞動強度具有重要意義[1]。配網(wǎng)自動化系統(tǒng)是通過提高配網(wǎng)管理和運行水平提高電力企業(yè)經(jīng)濟效益的手段。配電網(wǎng)主要面對用戶，大量的10 kV的線路是配電網(wǎng)的主體，其通過配電自動化系統(tǒng)對故障進行及時處理并對10 kV網(wǎng)絡實時監(jiān)測，可提高供電可靠性，及時發(fā)現(xiàn)隱患。利用配變監(jiān)測和網(wǎng)絡優(yōu)化重構(gòu)功能可以降低線路損耗和變壓器損耗，提高整個配網(wǎng)運行的經(jīng)濟效益。

1 國內(nèi)外配電自動化系統(tǒng)的發(fā)展

1.1 國外配電自動化發(fā)展

歐美等國開展配電自動化的早期目標是縮短饋線停電時間，其發(fā)展始于20世紀70年代中期。美國在開展配電自動化工作的初期，為了使線路故障不影響變電站饋線供電，采用線路上裝設多組重合器、分段器的方式。在紐約曼哈頓地區(qū)，當27 kV線路故障時，真空重合器和變電站內(nèi)的斷路器會相互配合，經(jīng)過3次開合操作，自動隔離故障以使非故障段恢復供電。1997年全紐約用戶平均停電時間為104 min，而曼哈頓地區(qū)僅為9 min，提高了供電可靠性。美國長島電力公司配電自動化系統(tǒng)在1994年采用FTU和無線數(shù)字電臺組成了故障快速隔離和負荷轉(zhuǎn)移的饋線自動化，據(jù)統(tǒng)計，其在4年內(nèi)共避免了59萬個用戶的停電事故，這表明美國配電網(wǎng)自動化技術已經(jīng)達到相當高的水平。

日本在20世紀70年代就開始進行高壓大容量的配電方式，以解決大城市的配電問題，并著手開發(fā)依靠配電設備及繼電保護進行配電網(wǎng)自動化運行的方法。從20世紀80年代至今，日本已經(jīng)完成了計算機系統(tǒng)與配電設備配合的配電自動化系統(tǒng)，在主要城市的配電網(wǎng)絡上投入運行，其中大規(guī)模的配電自動化系統(tǒng)可控制約4 000個以上的中壓開關，中小規(guī)模的配電自動化系統(tǒng)也可控制約1 500個中壓開關。隨著配電自動化的深入實施，電網(wǎng)供電可靠性得到了顯著的提高，日本1996年至1997年度平均每戶停電0.1次，每次平均8 min，可靠性居全球之首。

1.2 國內(nèi)配電自動化系統(tǒng)的發(fā)展

改革開放后，我國在經(jīng)濟上的高速發(fā)展帶動人民物質(zhì)生活水平不斷提高，在這樣的大背景下，用戶對電力的需求越來越大，同時對供電質(zhì)量和供電可靠性的要求也逐步提高，這表明電力已經(jīng)作為一種商品進入市場接受用戶的監(jiān)督和選擇，因此，對電力供應中的停電事故將追究電網(wǎng)企業(yè)的責任。與此同時，隨著高技術和精密裝備的接入，高性能的電力電子器件對電能質(zhì)量要求也越來越高，配電網(wǎng)供電可靠性已成為電網(wǎng)企業(yè)必須考慮的主要問題。20世紀90年代后期，我國開展了配電自動化的建設工作，一些省會城市陸續(xù)開展了局部范圍配電自動化試點建設[2]。國內(nèi)最早的集成化、綜合一體化功能的配電自動化工程試點，是1998年的寶雞市區(qū)配電自動化系統(tǒng)。其功能包括了饋線自動化、配電變電器巡檢、開閉所自動化、配電SCADA、配電仿真優(yōu)化、配電地理信息系統(tǒng)、客戶故障報修等，并實現(xiàn)了各個子系統(tǒng)之間的信息實時共享、功能相互共享的一體綜合自動化系統(tǒng)。

2 配電自動化系統(tǒng)的難點

現(xiàn)代電力系統(tǒng)是由發(fā)電網(wǎng)、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)和負荷中心組成的龐大的能源系統(tǒng)，這就要求一個高度信息化和自動化的系統(tǒng)來監(jiān)控和調(diào)度。這個系統(tǒng)應該是一個集數(shù)據(jù)采集、控制、通信和分析決策功能于一身的網(wǎng)絡系統(tǒng)。近年來，電網(wǎng)中主干網(wǎng)調(diào)度的計算機系統(tǒng)自動化程度已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，但配電網(wǎng)的自動化系統(tǒng)發(fā)展程度仍然很低，預留的發(fā)展余地仍相當大，這是由于配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)不但比輸電網(wǎng)自動化系統(tǒng)對于設備的要求高，而且規(guī)模非常大，建設費用要高很多。究其原因主要有如下幾點。

2.1 測控對象多

配電自動化系統(tǒng)測控信息量大，系統(tǒng)組織困難。其測控對象為進線變電站、10 kV開閉所、小區(qū)變電所、配電變壓器分段開關、并補電容器、用戶電能表、重要負荷等，站點通常有成百上千甚至上萬點之多[3]。因此，不僅對于系統(tǒng)組織會帶來較大的困難，而且對控制中心的計算機網(wǎng)絡的可靠性和計算速度也要求很高，特別是在圖形工作站上，要想較清晰地展現(xiàn)配電網(wǎng)的運行方式，技術上面對的困難是很大的，因此，對于配電自動化主站系統(tǒng)，無論是硬件還是軟件，較配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)都有更高的要求。

2.2 戶外終端設備多

由于配電自動化系統(tǒng)的戶外終端設備多，要求其可靠性和安全性較高。輸電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的站端設備一般都可安放在所測控的變電站內(nèi)，因此行業(yè)標準中這類設備按照戶內(nèi)設備只要求其在0～55℃環(huán)境溫度下工作。配電自動化系統(tǒng)中有大量的站端設備必須安放在戶外，由于它們的工作環(huán)境惡劣，通常要能夠在-25～65℃環(huán)境下工作，因此必須考慮雷擊、過電壓、低溫和高溫工作、雨淋和潮濕、振動、電磁干擾等因素的影響，這樣就導致了設備制造難度大和造價高的困難。此外，由于配電自動化系統(tǒng)中的站端設備進行遠方控制的頻繁程度比輸電自動化系統(tǒng)要高很多，因此要求配電自動化系統(tǒng)中的站端設備具有更高的可靠性。

2.3 通信系統(tǒng)復雜

配電自動化系統(tǒng)的站端設備數(shù)量非常多，這樣就大大增加了通信系統(tǒng)建設的復雜性[4]。目前成熟的通信手段沒有一種方式能夠單獨滿足這種要求，配電自動化系統(tǒng)的通信必須綜合采用多種通信方式和多層集結(jié)的網(wǎng)絡構(gòu)建方法，以減少通信通道數(shù)量并充分發(fā)揮高速信道的能力。此外，在配電自動化系統(tǒng)內(nèi)，對于開閉所RTU和柱上FTU往往要求還不一樣，難以采用統(tǒng)一的通信規(guī)約，這也是造成通信系統(tǒng)復雜的原因之一。

2.4 工作電源和操作電源提取困難

配電自動化系統(tǒng)面臨許多輸電網(wǎng)自動化所不會遇到的問題，其中最重要的是控制電源和工作電源的提取。定位故障位置、設置故障隔離區(qū)段、使正常區(qū)域恢復供電是配電自動化最重要的功能。實現(xiàn)這一功能的前提是必須確保故障期間能夠獲取停電區(qū)域的信息，并通過遠方控制跳開一部分開關后再合上另外一些開關。區(qū)域停電將使計算機系統(tǒng)或通信系統(tǒng)工作所需的電源難以獲得。

3 配電自動化實施中的具體問題

3.1 配電自動化實施的規(guī)劃問題

針對某一地區(qū)實施配電自動化前，首先要進行配電自動化系統(tǒng)規(guī)劃。主要目的是為配電自動化的全面實施制訂一個切實可行的實施步驟，這樣既可以確保早期投入的設備繼續(xù)運行，又可以保證投資的總體經(jīng)濟效益，從而使配電自動化的項目可持續(xù)發(fā)展。

考慮到資金的來源，配電自動化應遵循分階段投資和分階段實施的原則，確定分階段實施的區(qū)域、變電站、饋線，并使分階段建設的各配電自動化系統(tǒng)最終能與其他電網(wǎng)自動化功能相配合。一般來說，配電自動化系統(tǒng)中計算機遙測控制設備的技術壽命遠低于電網(wǎng)一次設備的使用壽命。因此，一次系統(tǒng)的壽命與配電自動化技術先進性的協(xié)調(diào)關系，也是在進行配電自動化規(guī)劃時需要解決的重要問題。

3.2 配電網(wǎng)實施的經(jīng)濟性投資問題

在實施配電自動化時，應充分考慮所實施地區(qū)社會經(jīng)濟的發(fā)展需要及供電企業(yè)本身的效益，分步分階段實施。就城市電網(wǎng)的建設和改造而言，電網(wǎng)企業(yè)所得到的更多的是間接的社會效益和經(jīng)濟效益，因此需謹慎實施并制定詳細的規(guī)劃方案。

一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)合理、設備可靠，具有一定的備用容量和足夠的負荷轉(zhuǎn)供能力，是實施配電自動化的前提條件。此外，需考慮社會經(jīng)濟發(fā)展對供電可靠性和供電質(zhì)量的要求，以及供電企業(yè)在經(jīng)濟上的承受能力。配電自動化項目有多種技術方案，但須從經(jīng)濟上對整個配電自動化生命周期內(nèi)的費用進行比較，使用全壽命周期法進行評估。配電系統(tǒng)及其設備量大、面廣，其自動化系統(tǒng)涉及的費用大部分為控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的設備費用。要通過對實施的配電自動化的變電站、線路、配電所規(guī)劃，給出配置方案和基本評價，以供決策參考。

4 基于智能電網(wǎng)背景下的配電系統(tǒng)化

傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)僅實現(xiàn)了單向功能，即將電力輸送給終端用戶，智能電網(wǎng)背景下的配電系統(tǒng)將實現(xiàn)系統(tǒng)和用戶之間的電力和信息的雙向交換[5]。與傳統(tǒng)的配電自動化系統(tǒng)不同，智能電網(wǎng)背景下的配電自動化系統(tǒng)是高級配電自動化系統(tǒng)（ADA）。基本配電電路開關的自動控制功能是傳統(tǒng)的配電自動化主要的關注點，而高級配電自動化延伸和發(fā)展了傳統(tǒng)配電自動化系統(tǒng)的功能，對原有的功能實現(xiàn)進一步的整合和擴展。ADA關于所有可控設備和功能進行完全自動控制，改進系統(tǒng)的控制和運行的結(jié)構(gòu)和方式。由于ADA中各種組件實現(xiàn)了相互操作，通過通信和控制手段就可以來運行系統(tǒng)，因此，這將帶來系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟性的優(yōu)化。毫無疑問，ADA將實現(xiàn)配電領域的技術上的革命性突破，帶來配電系統(tǒng)翻天覆地的變化，但由于投資巨大，這種配網(wǎng)的改造和建設將分階段多目標逐漸實現(xiàn)，進展會比較緩慢。

基于智能電網(wǎng)的高級配電自動化旨在建立未來配電系統(tǒng)所需要的技術和功能。因此，未來的配電系統(tǒng)應該具有如下特性。

a）系統(tǒng)配置的優(yōu)化，如環(huán)形饋線，微網(wǎng)和雙向電力潮流。

b）運作能力的更新，如智能分區(qū)和故障重配置，緊急響應和綜合電壓及無功管理。

c）電子設備的智能化，信息技術和其他配電新技術的應用。

這些特性使系統(tǒng)更加柔性，更加高效可靠。自動化系統(tǒng)提高了資產(chǎn)利用率，改善系統(tǒng)維護和運作，系統(tǒng)將更加經(jīng)濟。

5 結(jié)論

“十二五”期間，國家將大力發(fā)展新能源和智能電網(wǎng)技術，這為配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的機遇。積極研發(fā)并推廣應用ADA技術，建設現(xiàn)代配電網(wǎng)，更好地滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對電力系統(tǒng)的要求，具有十分重要的意義。

［1］ 徐臘元.我國配電自動化的發(fā)展及實施方案［J］.電工技術雜志，2003（7）:3-7.

［2］ 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范［M］.北京:中國電力出版社，2002.

［3］ 吳國良，張憲法.配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)應用技術問答［M］.北京:中國電力出版社，2005.

［4］ 劉文霞，劉曉茹.基于偏好DEA方法的配電通信網(wǎng)多種接入方式的評估［J］.電力系統(tǒng)自動化，2009，33（4）:24-27.

［5］ 李惠宇，羅小莉，于盛林.一種基于GPRS的配電自動化系統(tǒng)方案［J］.電力系統(tǒng)自動化，2003，24（27）:63-67.

The Development of Power Distribution Automation System

ZHANG Zhen1，GUO Ji-fang1，LIU Jian-qiang2
（1.Pingquan Sub-branch of Datong Power Supply Company，Datong，Shanxi 037000，China；
2.Pinggu Power Supply Company of Beijing Electric Power Company，Beijing 101200，China）

Power distribution network refers to the power gird with voltage rating being 110 kV and below.The distribution network,linking the power system and customers,plays a key role in power supply and distribution.In this paper,the difficulties of the distribution network are analyzed and the advanced distribution automation system in Smart Grid is perspected.

power system；power distribution network；distribution automation；Smart Grid

TP2

A

1671-0320（2011）04-0037-03

2011-04-11，

2011-05-23

張 震（1982-），男，山西大同人，2006年畢業(yè)于華北電力大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，技術員，主要從事變電運行管理工作；

郭繼芳（1981-），女，北京人，2008年畢業(yè)于華北電力大學，碩士，助理工程師，主要從事變電運行管理工作；

劉建強（1980-），男，北京人，2002年畢業(yè)于長沙電力學院，工程師，主要從事變電運行管理工作。