關于配電自動化系統分析與發展探究

摘 要：電力系統自動化發展的趨勢必定是配電自動化，當前，中國配電自動化系統基本完成了DAS，但DSM高級應用與國外差距較大，隨著城網和農網的改造，我國電力市場化改革深入和高新技術發展，帶動了配電自動化數字通信技術高速發展，隨著電力市場不斷完善，電網及用戶越來越關注電能質量，因此，需加大研發投入，推進配電自動化系統的發展。

關鍵詞：配電自動化系統；功能；內容；現狀；趨勢

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）15-0098-02

1 配電自動化系統的功能介紹

配電自動化是指利用計算機、通信及網絡技術，將配電網在線數據和離線數據、配電網數據和用戶數據、電網結構和地理圖形進行信息集成，使配電企業在遠方實時監測、保護、控制配電網及其設備正常運行及事故狀態、協調和操作配電設備，進行現代化管理的自動化系統。其內容包括SCADA系統（配電網數據采集與監視）、GIS（配電地理信息系統）和DSM（需求側管理）。

配電自動化系統主要包括以下功能：一是實現對系統運行、功率因數的監視和控制。在運行正常的時候，配電自動化系統主要發揮監視配網運行工作情況并對配網運行方式進行優化的功能；在發生故障的時候，配電自動化系統在會在快速排查故障和異常情況、快速隔離故障區段、恢復非故障區域供電、縮短停電時間、縮小停電面積等方面表現出強大的功能。二是實現對電能質量的監視和分析。根據用戶的電能管理需求和配網電壓，合理控制負荷，電壓水平，提高設備利用率，改善電壓質量，降低故障風險，實現對電氣設備和電力系統運行的最優管理。三是實現高精度電能計量。自動抄表計費，減少人力，提高效率，即避免了大量重復性工作，也保證了抄表計費的及時性和準確性。四是實現電能消耗統計和分析功能。通過現代計算機和通訊技術實現對配電系統的各項分析和管理，降低生產中的能源消耗、綜合能源成本、保障配電系統的可靠安全運行及供電的連續性，不僅幫助用戶實現節能降耗的目標，同時還能降低運營成本，提升工作效率。

2 配電自動化系統的內容

配電自動化系統包含以下幾個方面內容：

①調度自動化系統。我國采用五級調度管理，分國調、網調、省調、地調或市調、縣調。用于對變電站和發電站的發電和輸電進行調度指揮， 采集各種部件（變壓器、線路等）的電壓、電流、功率和各斷路器的分、合狀態等現場數據，在此基礎上進行模擬和計算，決定安全和經濟運行方式，配合各種高級軟件，實現狀態估計、潮流計算、經濟運行計算、靜態安全運行分析、動態安全分析，以實現系統監視和控制的自動化管理。

②變電站綜合自動化系統。指利用先進的計算機、通訊技術，代替人工完成對變電站運行的就地監視和控制。實現系統各設備間信息相互交換、數據共享，并將數據傳送到調度自動化系統，實現對變電站包括繼電保護、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠動裝置等在內的二次設備的功能重新組合和優化設計。變電站綜合自動化是提高變電站安全穩定運行水平、降低運行維護成本、提高經濟效益、向用戶提供高質量電能的一項重要技術措施。

③配網自動化系統。其是城區10KV系統的配網的監視、控制的自動化管理。以完成10kV 饋電線路的監測、控制、故障診斷、故障隔離和網絡重構，實現事故的及時預警和故障的及時處理，優化城區配網結構，合理高效用電管理。

④配電自動化系統。其是指在GIS 平臺支持下，用現代通信、計算機及信息處理等技術，對終端用戶的配電設備進行監控等自動化管理。主要功能有：數據采集和監控（SCADA）、配電網運行管理、用戶管理和控制、自動繪圖設備管理地理信息系統（AM/FM/GIS）。采用該技術能精確快速的找到發生故障的位置，立即對其進行隔離，及時恢復非故障段的正常供電，提高了配電系統運行的可靠性，科學安排網絡結構，節省大量資金投入，同時減少維修費用，并能極大的避免偷電現象，提高管理效率，達到經濟運行的目標。

3 我國配電自動化的發展現狀

在國外，各電力公司從20世紀70年代開始相繼建成調度自動化系統。其后由于現代計算機、電子通信技術的發展，配電自動化系統及配電線遠方監控系統在實際應用上得到很大的發展。

日本從20世紀50年代開始在配電線上采用自動隔離故障區，并向非故障區恢復送電的按時限順序送電裝置；20世紀60～70年代研究開發了各種就地控制方式和配電線開關的遠方監控裝置；20世紀70年代后半期開始利用計算機構成自動控制系統；在20世紀80年代初期已有90%以上變電站實現了自動化控制。

新加坡公用電力局在20世紀80年代中期投運大型配電網的數據采集與監視控制系統，在90年代加以發展和完善，由最初覆蓋其22 kV配電網的1 330個配電站擴展到覆蓋6.6 kV配電網約4 000個配電站。

芬蘭某電力配電公司的配電自動化覆蓋了該公司的8座110/20 kV一次變電站，1 400個20/0.4 kV的配電變電站和1 100 km的20 kV饋電線，85 000個用戶。美、德、意、法等，90%以上變電站實現無人值班。國外著名電力系統設備的制造廠家如法國施耐德公司、美國COOPER公司、英國ABB公司、日本東芝公司等均推出了各具特色的配電網自動化產品。國外的配電自動化已從單項自動化發展為開放式、一體化、集成化的綜合自動化系統。已經形成了集變電所自動化、饋線分段開關測控、電容器組調節控制、用戶負荷控制和遠方抄表等系統于一體的配電網管理系統（DMS），其功能已多達140余種。

而在我國，配電自動化系統起步較晚，20世紀60年代我國開始搞調度自動化，并且由于當時技術、設備上的問題擱置，到了20世紀80年代才重新拾起，20世紀90年代開始搞無人值班變電站，實際是調度自動化的完善與發展。而我國配電自動化系統真正開始起步是在20世紀90年代后期，目前基本完成了DAS，但DSM高級應用與國外差距較大。

4 我國配電自動化系統的發展趨勢

4.1 越來越關注電能質量及配電網的優化運行

隨著電力市場的市場化，改革的深化、及通信技術的發展，用戶及電力供應商越來越關注電能質量。這就迫使電力企業把工作重心轉移到效率管理、成本控制和改進對用戶的服務上，不斷地分析和優化電網運行性能，以實現對電能質量的監控和測量，數據的統計和分析，及配電控制補償，因而，開發新型配電自動化系統成為未來的方向。

4.2 配電自動化高新技術快速發展

自20世紀90年代，英國與加拿大兩大通信公司聯合取得了在電力線通信技術上的突破后，配電自動化計算機、數字通信技術有了新的更多的發展。

配電線路載波通信技術由西班牙DS2公司開發研制。新技術最大的特點是傳輸速度及效率高，對碼間干擾和信道衰落具有很強的抗御能力。相對光纖通信技術而言，無論從運行成本還是技術實現的可能性來看，都對于很大的優越性，特別是應對終端設備數量很多的低壓配電網。新技術根據理論分析，最大傳輸速率可達到1 000 Mbit/s，遠遠超過寬帶傳輸的要求?？梢詫崿F系統自動發布實時電價信息及遠程讀表功能，將數據信號和配電線分離，阻斷本地和外網的鏈接，也就將相鄰住宅或無關的配電設備數據隔離開，保證了數據的隱私性、私密性、同時也保證了供電的安全可靠。

美國電力科學研究院在1992年提出了定制電力技術，也稱用戶電力技術。近年來，隨著電弧爐、整流器、電器化電路、變頻調速技術的廣泛應用，配電網中的負荷不斷增加，這些負荷引起電壓不穩、發生波動或閃變，引起電壓、電流波形發生畸變。除此之外，對供電質量造成嚴重干擾的，也有線路遭雷擊、線路斷路、斷路等因素。另外一方面，突然中斷供電，也給一些重要的工業生產帶來巨大的經濟損失。盡管可采用傳統方法提高電能質量，但是采用這些傳統配電設備，有時效果不是很明顯，而且采購設備資金投入大，消耗也大，更重要的是電能質量低下，不能滿足用戶的用電需求。因此，定制電力技術正由此應運而生，定制電力技術的提出，為電力公司提供了解決這些問題的新途徑，能綜合解決電能質量問題，方法還很經濟。

智能分布式饋線自動化（FA）系統。智能分布式FA系統已經將作為一種主要形式在國家電網公司2009年組織制定的《配電自動化試點建設與改造技術原則》與《配電自動化技術導則》列入標準。其主要特點有：能更好的適應配電線路的變更、維護方便，能一次性處理故障、不依賴主站或子站的全局信息。這些優點得到了用戶的青睞。智能分布式饋線自動化系統是在配電網發生故障時，通過終端相互通信、保護配合或時序配合，把故障區段進行快速隔離，恢復非故障區域供電，縮短停電時間，縮小停電面積，并將處理過程及結果上報。但是，在具體實現的原理、功能、配置、特性上，不同的模式則不完全相同，許多專家學者提出了各種智能分布式FA系統解決方案。

4.3 配電自動化系統趨向智能化、集成化、綜合化

在配電自動化發展初期，大多采用大用戶遠方抄表、直接負荷控制等單項自動化系統，來實施配電自動化。單項自動化的方法，造成了功能重疊、數據重復、缺乏靈活性、維修成本高等不良影響。并且，因為各單項功能之間關聯度很高，單項自動化不能滿足大多用戶的用電需求，無法保證電能質量，而且在規?；U大應用時，還要確認投資需求是否具備合理性。因此，配電自動化系統的智能化、集成化和綜合化成為發展趨勢。

配電自動化系統包含很多設備和子系統，是一個復雜的、綜合性很高的、龐大的系統性工程。本身及其所應用的技術處于不斷更新、不斷發展的過程中，而且各功能、子系統之間關聯密切。因此，對任何一個廠家、供應商來說，不可能憑借一己之力將一切都包攬下來，這就要求配電自動化系統走集成之路，合理配置資源，資源、投資和運行費用共享，利用有限的資源最大限度地成就各方的利益。

在饋線自動化方面，主要功能包括了：斷路器監視、自動重合閘、饋線故障及電能質量參數檢測等。有效地降低了建設、運行和維護成本，提高了供電的可靠性和穩定性。

在電壓無功控制方面，國內已經提出以無功變化趨勢為指導的無功控制策略。該策略將人工神經元網絡的無功預測和優化決策相結合，能保證無功基本平衡，及電壓合格，避免盲目調節，降低變壓器分接頭的調節次數，減少故障幾率和維修率，充分提高了電容器的工作效率，降低了運行成本，帶來經濟效益。

參考文獻：

[1] 姜永豪.我國配電自動化現狀及發展[J].黃岡職業技術學院學報，2011，（8）.

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