配電網智能管理方法的探討

【摘要】配電網是電力系統最基礎的設施，也是面向客戶的重要電力設施，它的性能好壞將直接影響供電電能質量和可靠性，影響社會安定、和諧。隨著社會的發展，人們開始重視配電網，加強配電網建設、改進配電網管理方法，提高配電網運行水平，而配電網智能管理成了其中最重要的環節。本文通過調查美、日、德等配電自動化和智能電網的應用情況，結合平陽電網管理現狀，指出當今配電網智能管理方面存在的問題，提出組織專業規劃隊伍、因地制宜建設多種供電模式、建立配電網統一模型，以最小的經濟投入最大限度提高配電網供電電能質量和供電可靠率。

【關鍵詞】配電網；智能管理；方法；探討

一、前言

配電網是電力系統最基礎的設施，也是面向客戶的重要電力設施，它的性能好壞將直接影響供電電能質量和可靠性，影響社會安定、和諧。雖然，隨著社會的發展，人們對配電網的管理逐步重視起來，配電網建設和管理方法都有了長足的進步，但由于長期重輸輕配思想的影響，配電網建設和管理特別是智能管理方面遠遠不能滿足社會發展的需求，研究出配電網智能管理方法已成為我們急需解決的問題。

二、國內外配電網智能管理方法調查

20世紀50年代以前，美、日等發達國家利用人工方式操作和控制配電變電所及線路開關，接著時限順序送電裝置得到應用，自動隔離故障區間，縮短了停電范圍，加快了故障排查速度。60多年來，國內外配電網管理發生了很大的變化，主要集中在配電自動化和智能電網兩個方面。

（一）配電自動化應用情況

配電自動化（DA）是一項集計算機技術、數據傳輸技術、控制技術、現代化設備及管理于一體的綜合信息管理系統，它通過監測配電網實時信息、離線信息、用戶信息等，分析配網運行狀況，給值班運行人員提供運行預警信息，及時進行人工干預，優化配網運行水平；故障時，迅速動作切除故障點，恢復非故障區供電，提高配網供電可靠性和經濟運行能力。配電自動化系統（DAS）主要包括配電網數據采集與監視（SCADA系統）、配電地理信息系統（GIS）和需求側管理（DSM）三個部分。

由于各國電網網架及規模相差很大，所以對配電自動化的應用也各有偏重，主要使用以下幾種方法：一是對長配電線路主干線上采用多級重合器、分支線上采用分段器，各級重合器利用重合次數與動作電流定值的差異，分支線利用分段器實現上下級間配合。如美國利用饋線自動化提高長配電線路供電可靠性。二是對環式供電配網，電網結構相對穩定時，在局部區域網絡關鍵點應用自動化技術，以較少的投資獲取最大的收益。如德國電網。三是提高配網供電等級，降低線損，在SCADA基礎上，實現故障區域的隔離和非故障區域的恢復供電。如法國電網。四是利用自動重合斷路器和自動配電開關配合實現故障隔離和恢復供電。如日本電網，日本供電可靠性處世界領先地位。五是配網自動化工程實行統一外包，一步到位。如泰國電網，規模大，投資較集中；工程全部外包，由一家公司統一負責，盡量減少各系統集成時的兼容性問題。六是提高配電管理系統。如印度電網，因地制宜地選擇開發自動抄表系統（AMR），解決了竊電帶來的嚴重問題。[1]七是利用“主站+終端”模式實現配電自動化。如我國電網2009年開始了配電自動化試點工程，實現了相對完善的配電SCACA功能，實現配電網及設備的數據采集、運行狀態監視和故障告警、遠方控制等功能。[2]

（二）智能電網的應用

智能電網是將先進的傳感和測量技術、信息技術、通信技術、自動控制技術等和輸配電設施組成的新型電網，主要提高電網發生擾動和故障時防止大面積停電事故和抵御攻擊實現安全運行的能力；實現故障自動隔離和系統自我恢復的能力；容許各種不同發電形式的接入；優化資產的利用，降低投資成本和運行維護成本。[3]

各國智能電網的發展，主要解決如下問題：

1、最大限度利用信息技術、通信技術、控制技術等成果，將其與傳統電網緊密結合起來；

2、解決供電安全問題，如網絡安全、能源安全，提高供電能力和可靠性；

3、充分利用可再生能源發電，滿足日益增長的用電需求，保護自然環境，緩解能源緊張和環境惡化問題；

4、充分挖掘電力市場潛力，降低投資成本和運行維護成本，實現資源共享。

三、配電網智能管理方法分析

隨著社會經濟的發展，人們對配電網的供電質量、服務及可靠性提出了更高的要求，國家電網公司適時提出了“電網堅強、資產優良、服務優質、業績優秀”的戰略目標，經過幾輪的農村電網改造升級，我們的配電網發生了翻天覆地的變化，農村電網結構更加堅強，供電質量和可靠性不斷加強，同時，農村配電網建設也促進了當地經濟的發展。現結合平陽電網智能管理實際加以分析：

（一）提前謀劃，合理安排中長期建設項目，使配網適度超前電力負荷發展，指導并有序推進全縣電網建設。十二五規劃的制定，使得平陽配電網結構更加完善，性能更加可靠，運行更加經濟，為配電網的可持續發展打下良好的基礎。但配電網規劃做得不夠細，電網、通信、智能化建設相對孤立，對他們綜合考慮不夠，沒能最大限度發揮規劃的作用。

（二）平陽公司發展多點電源供電和“手拉手”供電，普及使用真空開關、環網柜、節能型變壓器等新興配電設備，建設了地理信息系統（GIS）、配電工作管理系統（DJM）等，初步建成了配電生產業務高效處理的公共支撐平臺，使用PMS生產管理系統，為開展配電網智能化改造打下了良好的基礎。但配網基礎架構不夠完善，基礎數據不完整，影響了配電網智能管理的進程。配電網處于電源末端，地方龐大、電力設施設置分散，保護剩余時限很短，限制了多級重合器和分段器的使用；負荷重的中心城區的配變布點、偏遠山區環境惡劣阻撓配網建設還沒有得到有效的解決；而且長期以來重輸輕配，配電網建設相對落后于輸電網，許多配網基礎數據沒有很好的保管下來，造成基礎數據不夠準確；現有基層檢修、運行人員平均年齡大、素質相對低，也影響了基礎數據的錄入質量，影響了配電網動作準確性。

（三）歷年來科技創新提高了配網管理水平和供電可靠性，同時，為我們的智能管理積累了經驗，但大多處于孤立和試點階段，有待綜合、普及和深化應用。如：開發了智能報警系統，為故障診斷提供信息數據支持[5]；配網智能故障隔離系統，當線路發生故障時迅速動作，防止對電源變壓器和配電線路造成過流沖擊[6]；配網智能調控一體化系統實現對配電網日常運行監視、自愈、停電管理等各個環節的高效管控[7]；實現了公變終端全覆蓋，對配電變壓器及其附屬設備進行在線監測，提早進行負荷分流、公變布點，防止公變發生超過載、低電壓現象，但公變終端的功能還沒有充分挖掘出來，需進一步深化公變終端的應用。實現無功補償自動投切，平穩配網電壓水平，但無功補償設備都為單個配變就地補償，綜合補償方面考慮不夠全面。智能臺區改造實現剩余電流動作保護器分合閘告警及短信提醒、實現無功功率自動補償等功能。三雙接線通過主備電源的切換實現線路和主變的配載均勻、自動隔離故障并恢復對配變的供電。但這些都還處于孤立試點階段，大面積推廣和普及還待進一步的研究。

（四）基礎數據平臺搭建不夠完善，實現配網自愈和重構還有距離。如平陽公司雖然實現調度延伸提高生產運行管理精益化水平，但目前只延伸到10千伏線路的主干線（包括10（20）千伏具有環網功能的聯絡開關、分段開關）和帶有聯絡的分支線上的柱上開關和閘刀。智能分析與決策支持系統對電網結構、參數、出力負荷等計算邊界條件進行管理，給出運行方式調整優化建議；配電自動化實現配電網及設備的數據采集、運行狀態監視和故障告警、遠方控制等功能。目前配電自動化只實現了相對完善的配電SCADA功能，對狀態估計、潮流計算、配電網自愈、分布式能源接入等方面只進行初步的嘗試，功能不完善。[2]

四、配電網智能管理方法建議

雖然近年來我國配電網管理水平節節上升，科技含量逐步提高，但是跟發達國家配電網管理相比，我們的配電網智能化水平還有很大的提升空間，現對配電網管理提出建議如下：

（一）組織配網一次管理、二次管理、通信管理、自動化管理等各專業人員在內的規劃機構，堅持“循序漸進、適度超前”的原則，做好配電網前期規劃設計，對配電網網架建設、通信建設、基礎數據平臺建設、配電網管理框架建設等綜合考慮，同步進行；均衡各方面建設，防止重復建設、某專業建設落后拖后腿造成先進資源白白浪費等現象。

（二）科學進行電力需求預測分析，減少預測偏差；加快配電網網架、通信、基礎數據平臺及自動控制等建設，為配電網智能管理提供良好的基礎平臺。

適度超前加快配電網建設，堅持走“共性和個性并存”的發展之路，開展輻射式、多分段單聯絡、多分段多聯絡等多種供電模式，重點區域實現雙電源、手拉手、環網結構、清潔能源供電，綜合考慮經濟效益提高配電網供電可靠性。負荷重、布點難的城區考慮使用地埋式免維護型配電變壓器，保護和美化城區環境，同時鼓勵使用太陽能熱水器、太陽能風能路燈、太陽能光伏發電住宅[8]減輕負荷壓力；在山區開發利用小水電、沼氣能、風能發電，節約能源，充分利用儲能設備，做好電源儲存和專供；利用科技創新，做好高新技術試點工作，為配電網智能管理提供經驗，逐步推進配電網各方面管理持續健康的發展。

（三）配網智能化建設應因地制宜，考慮綜合經濟效益，充分挖掘其經濟潛力，以最少的經濟代價提高供電可靠性，實現經濟效益最大化。對負荷重點區域優先考慮新設備、配電自動化等控制技術，實現故障自動檢測、迅速切除故障段、恢復非故障段正常運行、甚至實現電網重構；對于負荷輕的區域，利用公變終端監測系統對與用戶直接相關的低壓電網運行狀態進行實時監測，掌握低壓配電網運行情況，及時發現設備故障和異常并加以處理，確保配變正常運行；利用智能臺區改造對負荷較重配變進行自動測溫、電容器遠程自動投入、漏電保護器自動投跳等功能，提高配變供電質量和供電可靠性。

（四）加強配電網靜態、動態分析模型的開發。現有的配電網模型開發平臺不一、模式不一，應用分散、效率低，容易造成“信息孤島”現象，無法滿足社會經濟日益發展的需求。因此需要建立統一的模型實現信息一體化應用，統一的模型包括：完整的數據結構、統一的信息標準編碼、完整的圖像模型等。公用信息模型CIM（Common Information Model）是個抽象模型，采用的是全面面向對象的建模技術，即用統一建模語言描述現實世界中的對象，CIM是通過提供對象類和屬性及它們之間的關系表示電力系統資源的標準方法，實現不同的EMS系統之間的應用拓展，以及EMS系統與其他系統間的集成。它采用統一建模語言UML（Unified Modeling Language）、 可擴展標記語言XML（extensible markup Language）、可縮放矢量圖形SVG（Scalable Vector Graphics）實現配電網建模、數據和圖像的描述等。應該實現統一標準下模型的多樣性，比如復雜配電網的簡化模型、基于IEC61970標準的配電網模型等，最大限度發揮各類模型的作用。[9]

五、結論與展望

隨著社會的發展，面向客戶的配電網安全和穩定越發受到人們的重視，利用科技創新，加強配電網智能管理是提高配電網運行水平的重要手段。未來配電網主要應該從以下幾個方面發展：如何提高配電網發展中長期規劃的準確性，確保配電網結構、通信、基礎數據平臺及自動控制綜合同步發展；如何設定堅強配電網的目標規模，建立標準型電網結構，發展分布式電源，解決負荷密級型地區、偏遠山區用電問題；研究縣級配電網靜態、動態穩定分析模型，根據調度SCADA數據和實時運行數據，建立運行方式決策表，實現配電網智能監控、故障自動隔離和負荷自動重組問題，減少停電時間，提高供電可靠性；實現智能化巡線，解放勞動力，解決巡線速度、質量受人員素質影響的問題。

參考文獻

[1]王海燕，曾江，劉剛.國外配網自動化建設模式對我國配網建設的啟示[J].電力系統保護與控制，2009.

[2]胡剛，王婷，夏勇軍，李偉.配電自動化應用現狀及展望[J].湖北電力，2012.

[3]胡學浩.智能電網——未來電網的發展態勢[J].電網技術，2009.

[4]平陽縣配電網“十二五”規劃.

[5]劉輝，包瑞光，劉朝霞.電網智能報警系統的構建探討[J].中國高新技術企業，2013.

[6]王斌，岳地松.配網智能故障隔離系統[J].農網智能化，2012（9）.

[7]蘇雅聰.探討配網智能調控一體化系統建設[J].科技專論.

[8]張紅蓮.太陽能光伏發電在住宅戶用供電系統的應用[J].科技信息.電力與能源，2010（21）.

[9]章璟.基于IEC61970標準的配電網模型研究[D].南昌大學信息工程學院碩士論文，2010.