有關電力系統配網自動化的研究

1 研究背景

電力系統配網自動化是指采用現代通信技術、電子技術、網絡技術及計算機與電力設備相結合，在正常及事故情況下把配電網的保護、控制、監測、計量和供電部門的工作管理相結合起來，改善供電質量，和用戶保持好更加負責，更加密切的關系，用合適的價格迎合用戶需求的多樣化，目標是獲得最好的供電經濟性，更加有效的企業管理。電力系統配網自動化是一個具有較高綜合性、復雜巨大的系統性工程，包括電力企業中和配電系統相關的所有控制及功能數據。從確保對用戶的供電質量，節省運行費用的觀點，提升服務的水準等方面來看，電力系統配網自動化是一個統一的有機整體。

2 配電網的合理規劃

電力系統配網自動化的基本原理：把環網結構開環運行的配電網線路采用分段開關區分成若干個供電區域。一旦其中的供電區域出現問題，可以及時的斷開該區域的開關，從而隔離開出現故障的區域，然后把非故障區域快速恢復供電，進而免除了因為某一區域出現故障而致使所有線路連續停電，大大縮小了停電區域的范圍，增加了供電的可靠性。所有，電力系統配網自動化對配電網的規劃提出了幾點基本要求：

(1)采用成環網型供電線路，同時至少采用雙電源，如果是供電密集區域，有必要的時候可以考慮選用多電源供電系統。

(2)采用分段式線路干線。防止因線路某一部位出現故障而致使整條線路都停電，可以通過分段開關來轉移非故障區域負荷。分段的原則：在充分考慮投資效益的前提下，就實際的情況而言，或采用線長相等(負荷相等、用戶數量均等)的原則。把長度在3km以內的線分成3段，如果線的長度超過3km，分段一般少于5段。

(3)為了節約一次設備的總投資數，分段開關應采用負荷開關時，而不采用斷路器。一旦線路發生故障后，其分段開關并不是切斷故障電流，而是進行隔離故障區域。

3 開關設備的選型

開關設備是電力系統配網自動化的重要設備，當前有很多廠家進行生產，但能夠實現遙控操作、數據信息通訊等功能的開關設備，能夠生產出與計算機的遙控技術和數據傳輸終端設備連接的生產廠家還是較少。目前我國部分地區實現電力系統配網自動化的開關設備基本上都沒有這個功能。因此，要實現利用通信技術和計算機網絡，做到對配網正常運行的檢測、控制以及發生故障時的迅速處理和配網的設備管理、生產管理的自動化，關鍵是選擇正確的開關設備。斷路器、控制開關不僅需要數據信息通訊和遠方的遙控操作等一般功能，而且還需要完善、獨立的操作電源系統。

4 控制中心與各開關(斷路器)之間的數據通信網絡

電力系統配網自動化建設存在的主要瓶頸是：電力系統配網自動化需要較高通信系統的通信速率以及可靠性。有關供電局電力系統配網自動化運行和建設的經驗來看，就目前我國部分地區實現的電力系統配網自動化的通信方式采用無線通信、光纖通信和載波通信等幾種形式來看，無線通信和載波通信存在的缺點是：不是非常的穩定，究其原因是受到較多因素的限制，但其優點是：與其他的通信方式相比較，其投資較少，因此更加適應小范圍的城鎮電力系統配網自動化。而這兩種通信方式并不適應城市電力系統配網自動化的要求。所以應當采用光纖通信方式，其優點是快的通信速率和高的可靠性，可以適應城市的電力系統配網自動化的要求。電力系統配網自動化首選的通信方式是這種通信方式支持接口(RS232／485)和以太網等多種通信模式。

一般選擇交流220V充當操作電源，通常由充電屏、電池屏、逆變電源屏和交流配電屏組成的電源系統。在整個配電網絡中設置多套電源系統來適應設計的需要，應按照電壓降和電源線路的具體情況來決定具體的數量。

5 電力系統配網自動化實用化模式

電力系統配網自動化按照故障處理的具體形式分為集中智能模式和分布智能模式。

5.1、集中智能模式

集中智能模式是指通過現場的開關(斷路器)把檢測的故障信息上傳給主站，由主站根據一定的算法定位故障，按照配電網的實時拓撲結構，通過有關FTU、開關(斷路器)斷閘隔離故障。此后考慮過負荷，網損等情況，根據計算主站給出最合適的恢復方案，并通過控制開關(斷路器)進行負荷轉供，此模式可以適合于任何構造的配電網，并且可以處理一些如多重故障的特殊情況等。

以配電網的實時拓撲結構為基礎的主站故障處理算法，同樣適用于多電源復雜的網絡，并且時間上基本一致。

它具有以下的特點：

(1)系統的故障時的運行方式和正常運行方式可以實現自動最優化，調度靈活，同時可以根據操作員的指令或者調度員選擇預定的運行方式。

(2)可以將開關(斷路器)的電壓、電流以及其開關量等具體數據傳至調度主站或控制中心，并且可以對其進行遙控操作，具有較好的上行和下行通信功能。

(3)可以與電壓無功補償裝置及配變計量監測終端相兼容，進行配網的VQC電壓無功自動控制功能。

(4)系統本身具有自動切除故障點和自動判斷故障點的功能，而且能夠與繼電保護的重合閘、整定、備自投等配合，把故障程度減小到最小。

這種模式能適用于電纜線路(包括環網柜方式、開閉所方式)、架空線路。因此集中智能模式是配網自動化較高級、先進的模式。

5.2、分布智能模式

分布智能模式是指現場的開關(斷路器)擁有在不需要通信與主站系統參與情況下，網絡重構和自動故障判定隔離的能力。其主要設備是FTU結合負荷開關或斷路器形成的擁有重合功能的分段開關。一般可以分成電流計數型(根據開斷故障電流重合器動作次數確定故障區域)和電壓時間型(根據變電站保護重合閘到再次出現故障電流的時間確定故障區域)兩種。

這種方法具有的優點是：成本低、不需要主站參與。因受原理的制約，不可避免地擁有以下幾個缺點：

(1)對系統及用戶沖擊大，故障處理及供電恢復速度慢；

(2)缺乏在同一線路上、下級重合器動作的選擇性；

(3)調整變電站重合閘次數和速斷保護定值。

還有，當網絡重構后其參數配合較困難，如需要調整重合器的整定參數，多電源多分支的復雜網絡等。

總之，此種方法只適合于可靠性較低或通信條件不完善、不具備通信手段的場合和較簡單的網架結構(雙電源供電的“手拉手”線路)。

6 結論

因此，真正發揮出電力系統配網自動化的潛在功能還需運行專家和通用控制平臺進一步的合作，面向實際的需求，解決特定的應用對象和問題。能夠充分包容吸收現場專家經驗的柔性控制系統才是一個性能優良的配網自動化控制系統。