淺談智能配電網與配電自動化技術應用

（國網山東鄆城縣供電公司）

摘 要：從智能配電網（SDG）與配電自動化（DA）的定義、功能與技術內容入手，分析了SDG與DA之間的聯系。介紹了高級DA的基本概念及其關鍵技術。對中國高級DA的研發與應用工作提出了建議。

關健詞：智能電網；配電自動化

智能電網包括智能輸電網和智能配電網2方面的內容，其中，SDG具有新技術內容多、與傳統電網區別大的特點，對于實現智能電網建設的整體目標有著舉足輕重的作用。國內外已有不少文獻介紹智能電網的基本概念及其技術內容，而專門針對SDG的研究則相對較少。SDG與業界熟悉的配電自動化（DA）技術有著密切的聯系，理清SDG與DA的關系對于了解、認識SDG十分有幫助。而按照智能電網的要求，充實提高DA技術，對于推動DA技術的發展、建設SDG具有十分重要的意義。

一、SDG的基本概念

1.SDG的定義與功能特征

SDG是人們對未來配電網的愿景。它不是一項局部的技術，也不是傳統配電網的簡單改進與提高，而是將各種配電新技術進行有機的集成、融合，使系統的性能出現革命性的變化。它具有以下功能特征：

（1）更高的安全性。能夠有效抵御自然災害與外力破壞的影響。（2）自愈能力。能夠及時檢測出已發生或正在發生的故障并進行相應的糾正性操作，使其不影響用戶的正常供電或將其影響降至最小。自愈主要是解決“供電不間斷”的問題，包括故障重合閘等引起的瞬間斷電。（3）更高的電能質量。提供電壓有效值和波形符合用戶要求的電能。（4）支持DER的大量接入。不再像傳統電網只能被動地硬性限制DER接入點與容量，而是從有利于可再生能源發電足額上網、提高運行效率、節省整體投資出發，積極接入DER并發揮其作用。（5）支持與用戶的互動。一是應用智能電表，實行動態實時電價，讓用戶自行選擇用電時段；二是允許用戶擁有的DER（包括電動車等）向電網送電。（6）更高的資產利用率。通過完善的實時監控，提高系統容量利用率，減少一次設備投資，達到所謂的“電子換鋼鐵”的投資效果；通過優化潮流分布，減少線損，提高運行效率。在線監測并診斷設備運行狀態，實施狀態檢修，延長設備使用壽命。（7）對配電網及其設備進行可視化管理。實時采集配電網及其設備運行數據以及電能質量、故障停電等數據，為運行人員提供高級的電網監控界面，克服目前的“盲管”現象。（8）配電管理與用電管理的信息化。將配電網實時運行與離線管理數據高度融合、深度集成，實現設備管理、檢修管理、停電管理以及用電管理的信息化。

2.SDG的主要技術內容

SDG的主要技術內容有：

（1）配電數據采集與監控（SCADA）技術。（2）變電站自動化（SA）。（3）饋線自動化（FA），指中壓電網故障定位、隔離與自動恢復供電技術。（4）高級量測體系，是一個使用智能電表收集并分析用戶用電數據的系統。AMI是傳統自動抄表（AMR）技術的新發展。（5）配電管理自動化，包括設備管理、檢修管理、停電管理、規劃設計管理等內容。（6）客戶信息系統（CIS），又稱用電管理系統，對用戶及其用電信息進行計算機管理。（7）配電設備在線監測技術。（8）DER并網技術，包括DER的“即插即用”、優化調度以及微網共3部分內容。MG是指接有DER的配電子系統，可脫離主網獨立運行。（9）柔性交流配電技術（簡稱配電FACTS），是FACTS技術在配電網的延伸，又稱定制電力技術。（10）故障電流限制技術，指利用電力電子、高溫超導等技術限制短路電流。

二、SDG與DA的關系

1.DA技術

DA指利用現代計算機、通信與信息技術，將配電網的實時運行、電網結構、設備、用戶以及地理圖形等信息集成，構成完整的自動化系統，實現配電網運行監控及管理的自動化、信息化[8]。其作用主要是提高供電質量、用戶服務質量和配電網管理效率。

DA的主要技術內容有：

（1）配電網運行自動化，包括配電SCADA、SA、FA共3個方面的內容。（2）配電管理自動化功能，包括設備管理、檢修管理、停電管理、規劃設計管理等功能。（3）用戶自動化，包括自動抄表與客戶信息管理2部分內容。

2.SDG與DA的比較

比較SDG與DA，可以看出它們之間有著密切的聯系與廣泛的共同性。DA是現代計算機、通信與信息技術在配電網中的應用，而這些新技術也是SDG的主要技術手段。DA的技術內容完全包含在SDG內（見圖1），且是SDG的主要內容，具有舉足輕重的作用。

（1）技術內容更為豐富。DA屬于配電系統二次技術的范疇，而SDG是各種電力新技術在配電系統中應用的總和，幾乎涉及配電系統一次與二次的所有技術領域。SDG以提高系統整體性能、節約總體成本為目的，強調各種技術的有機融合、協調應用。例如，將靈活的網絡結構、配電FACTS設備與廣域保護、分布式智能控制相結合，實現配電網故障快速自愈，將其對用戶的影響降至最小。（2）性能更為完善。支持DER的大量接入、深度滲透。通過綜合應用先進的測控技術、電力電子技術并發揮DER、需求側管理的作用，使供電可靠性、電能質量、資產利用效率等都較傳統配電網有實質性的提高。（3）實現與用戶的互動，包括為用戶提供擇時用電、自有DER上網等。DA中的AMR技術只是單向讀取用戶電表顯示的用電量，不支持與用戶互動的功能。

三、高級DA技術

1.高級DA的基本概念

SDG的出現給DA的發展提出了新的要求。有必要根據SDG的發展目標，合理規劃DA的功能，充實提高DA的技術內容。為此，美國電力科學研究院在“智能電網體系”研究報告中提出了高級DA的概念。該報告將高級DA定義為：配電網革命性的管理與控制方法，它實現接有DER的配電系統的全面控制與自動化，使系統的性能得到優化[9]。高級DA是對常規DA技術的繼承與發展，是SDG中的DA。除對常規DA功能的進一步完善提高外，高級DA的主要特點體現在支持DER的大量接入、深度滲透上。

目前，SDG已作為一個包含所有配電新技術的概念，為了使高級DA更有針對性，有必要重新劃分其技術內容。在中國供電企業中，高壓變電站、中低壓配電網與用電是3個不同的專業領域，分屬3個不同的部門管理。業界所說的“配電網”一般是指中低壓配電網。從便于自動化系統建設與管理的角度出發，建議將高級DA的技術內容限定為中低壓DOA與管理自動化（或管理信息化）2個方面，而將常規DA中用戶自動化的內容作為SDG獨立的技術分支。為與常規DA的概念加以區分，可將高級DA中的DOA和管理自動化分別稱為高級DOA和高級配電網管理自動化。

2.高級DA關鍵技術

2.1IP通信網絡

長期以來，通信是制約常規DA技術發展的瓶頸，存在的主要問題有：

（1）采用點對點或點對多點通信方式，只能在終端與主站或配電子站之間進行通信，配電終端之間不能交換數據，無法實現一些就地控制功能（如就地快速故障隔離）。（2）采用配電子站轉發終端數據，終端與主站之間不是透明傳輸，配置與管理維護工作量大。（3）通道帶寬有限，難以傳輸故障錄波、電能質量擾動記錄等批量數據。

2.2配電網廣域測控體系

高級DOA系統由配電網調度主站（簡稱主站）、IP通信網絡、各種現場智能電子設備（IED）和局域分析控制子站（簡稱子站）組成。從邏輯上，可把高級DOA系統分成配電網廣域測控體系和高級DA應用軟件（包括IED的應用軟件）2個層次。

配電網廣域測控體系包括IP通信網絡與主站和IED中的數據采集、管理、通信等部分的技術內容，其作用類似能量管理系統（EMS）、DMS中的SCADA子系統，為主站、子站與IED中的高級DA應用軟件提供配電網運行數據采集、傳輸與管理服務。配電網廣域測控體系與用戶端的AMI一起，構成SDG信息交換與集成的基礎設施。

配電網廣域測控體系支持常規SCADA的所有功能。除此之外，還具有以下功能特征：

（1）支持子站的應用。子站收集、分析一個局部區域內（如一條母線范圍內）的運行數據，并對區域內設備進行相應的控制操作。子站用于故障自愈操作、電壓無功調整、DER保護控制等方面，可以提高響應速度，減輕主站實時處理壓力。由于采用IP通信方式，配電網廣域測控體系中的子站不再像常規的配電子站那樣轉發區域內所有終端數據，其管理維護工作量大為減少。（2）支持IED之間的對等實時數據交換，使其能夠不依賴于主站或子站完成局部區域保護控制功能，進一步提高控制速度，簡化系統構成。（3）支持同步相量測量、配電設備在線監測，能夠記錄故障與電能質量擾動數據。（4）支持故障等事件信息與控制命令的快速傳輸。（5）具有良好的開放性，支持“即插即用”。能做到這一點的關鍵是通信協議的標準化。具體措施是擴展用于SA的IEC61850標準，使其覆蓋DER、配電FACTS裝置等配電設備。美國電力科學研究院在這方面已做了大量的工作，國際電工委員會也在開展這方面的工作。（6）具有網絡與系統管理功能，能夠收集網絡管理信息，向網管工作站報告網絡與終端設備的錯誤。（7）能夠提供安全訪問控制。

2.3DER控制與調度技術

高級DA支持DER的“即插即用”與優化調度，其核心支撐技術除廣域保護、電壓無功控制外，還包括以下2項內容：

（1）MG技術。高級DA采用面向MG的子站和分布式智能技術控制MG與主網的連接與脫離，實時調控MG中的DER與負荷，在其與主網脫離后，保證電壓與頻率的穩定。（2）虛擬發電廠技術。VPP將配電網中分散安裝的DER進行統一調度，以達到優化DER的利用、降低電網峰值負荷、提高供電可靠性的目的。高級DA主站支持對DER的可視化管理，具備在線快速模擬仿真與分析功能，為調度員決策提供技術支持。

2.4企業集成總線

目前，供電企業普遍存在“自動化信息孤島”現象，導致重復投資、系統難以擴展、數據來源不一致、管理維護工作量大等問題。解決問題的辦法是采用IEC61970和IEC61968標準，構建供電企業信息集成“軟總線”，簡稱企業集成總線，實現不同自動化系統的信息共享與交換。

企業集成總線的核心技術包括：

（1）公共信息模型。IEC61970標準規定了用于EMS應用程序接口的CIM。IEC61968擴展了CIM，面向配電網應用增加了資產管理、工作管理、規劃管理、配電管理、GIS、停電管理等信息模型。目前的研究工作一方面是擴展CIM，使其覆蓋DER等新應用，另一方面是研究CIM與IEC61850中SA數據模型的統一與協調，以實現主站與SA系統的無縫通信連接。（2）中間件技術。利用中間件將應用軟件封裝為可以在異構平臺上運行的組件，實現其在企業集成總線上的共享。

四、結束語

由于歷史原因，中國配電網投資相對不足，這是目前制約電力系統供電質量與運行效率提高的薄弱環節。有待進一步加強、提高。而國家大力推動可再生能源發電以及電動車發展的政策更是給配電網提出了新挑戰。智能電網的提出為解決這些問題創造了條件，給配電技術的發展指明了方向。積極研發并推廣應用SDG技術，對于建設現代配電網，更好地滿足中國經濟與社會發展對電力系統的要求，具有十分重要的意義。