智能配電系統發展綜述

/華東建筑設計研究總院 邵民杰 /

智能配電系統發展綜述

/華東建筑設計研究總院 邵民杰 /

智能配電技術的發展對保證用戶的高效、高質量、高可靠供電及智能電網的全過程實施起著重要的作用。智能配電系統要求有高技術含量的配電系統、自動化系統與之相適應，以適應配電系統的高可靠性、高智能化及其他分布式電源的接入要求。

自從2009年我國正式啟動智能電網建設工作后，經過多年的努力，我國的智能電網建設已取得了長足的進步。智能電網是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，與發電、輸電、變電、配電、用電、調度等各環節基礎設施高度集成，具備全方位、全過程的智能監測、診斷、通信、控制、決策與自愈能力，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標。

作為智能電網終端的一個重要環節——智能配電，其與用戶的聯系最為緊密，對用戶的影響也最為直接。智能配電技術的發展對保證用戶的高效、高質量、高可靠供電及智能電網的全過程實施起著重要的作用。智能配電系統要求有高技術含量的配電系統、自動化系統與之相適應，以適應配電系統的高可靠性、高智能化及其他分布式電源的接入要求。另外智能配電系統對在故障隔離與自愈、分布式電源與可平移負荷調度、監測與控制、通信技術、計算機輔助決策等方面都注入了新的要求。

一、智能配電技術的概念

智能配電系統是面向智能電網終端用戶的末層設備系統，更注重用戶的體驗，注重供配電系統的高可靠性、安全性和良好的電能質量，是智能電網的重要組成部分。

智能配電系統是按用戶需求，遵循配電系統的標準規范而發展成具有專業性強、自動化程度高、易使用、高性能、高可靠、高兼容等特點的適用于配電系統的智能化管理系統。

二、智能配電系統的發展

從20世紀90年代初開始，隨著計算機、微電子、電力電子、抗干擾等新技術的發展，特別是網絡通信技術的發展使得電力自動化技術得到了快速發展。

國際上多家著名的電器制造公司開始把這些技術應用于配電系統，也就是所謂的把配電監測控制與微電子技術、計算機技術、網絡通信技術相結合。研發了帶有通信、監測、控制功能的智能型配電柜及相關產品。隨后還陸續推出了智能配電系統的綜合技術及解決方案，并開始在國內大型工程中推廣應用，構成了初期的配電監控系統。

初期的智能配電柜很多是在以往的以模擬儀表、繼電器為監測、控制的普通配電柜基礎上，與新型智能儀表（網絡電力儀表、智能配電監控/保護模塊等、網絡I/O）進行配合。

通過其網絡通信接口與中央控制室的計算機系統聯網，從而對配電回路的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、電度量等電參數進行監測以及對斷路器的分合狀態、故障信息進行監視。

對斷路器的分合狀態進行控制，并配合各種遠程監控軟件，實現“四遙”功能。

智能配電系統將各種帶智能功能的配電柜與計算機監控系統進行組合應用，由一批通過通信網絡聯接的智能型或非智能型配電柜組成。其配置根據工程的需要，既可配置成全智能型器件及監控裝置的配電柜，又可配置成部分使用傳統電器元件及監控裝置的開關柜，或混合配置。

三、智能配電系統的主要實施功能

智能電網的用戶端智能配電系統主要包括從中壓（6～35kV）到低壓配電的智能配電系統，作為直接面向終端用戶的低壓配電設備及系統，相對而言其智能化研究與應用要后于中高壓配電系統及智能電網。不少低壓智能配電系統基本上是在原有低壓電力監控系統基礎上發展而成的，可以滿足基本的監控。

智能配電系統采用的結構形式以分層、分布式結構為多，系統一般分為系統軟件管理層、通信網絡層、現場設備層三層結構，如圖1所示。

圖1

系統實施功能主要體現在：

1）采集各種遙測、遙信、電度信息與數據（如配電系統母線段電壓值、電流值；各回路電量的實時采集；線電壓、相電流；三相有功功率、無功功率、有功電能；頻率、功率因數；電壓不平衡度、電流不平衡度；各斷路器、手車狀態；變壓器溫度、運行狀態等），并對這些數據進行實時計算，包括計算遙測量與多點遙信等。一些系統同時能夠對實時采集的數據進行各種統計分析。

圖2 某大型工程智能配電系統網絡結構示意圖

2）通過監控主機或遠程工作站對現場的配電開關進行遠程分合操作，設備定值管理、參數調節，并對操作人員、操作時間、操作類型進行實時記錄。

3）監控主機具有圖形顯示功能，能顯示出流程圖、電氣接線圖、運行狀況圖、配電柜正視圖等；同時具有友好的漢化人機接口界面。

4）分類報警顯示。對可能發生的事故進行預報警， 并及時處理以避免事故的出現，節省時間，減少損失。

5）其他。如實時或歷史報表管理、打印管理、用戶管理、數據庫管理、通信管理等。

6）一些系統還具有遙視聯動等附加功能，即在原有“四遙”的基礎上，系統軟件提供“遙視”聯動等功能，在變配電站內設置視頻探測，遠程對電站進行全方位監控；在系統監視畫面上嵌入設備視頻監視窗口，故障時推出對應的配電柜或視頻窗口等。

7）與傳統元件裝置相比，系統中的智能元件裝置克服了傳統元件功能單一的弱點，能夠集測量、控制、保護等多種功能于一體，取代了指針式電量表、變送器、信號燈、繼電器等常規元件，并大量減少了柜內的二次接線，使得系統更加緊湊，安裝和調試更方便。

8）智能配電系統的實施有效保障了供電可靠性和供電品質，改善了配電系統管理，優化了電能使用狀況及用電負荷分配，提高了系統響應的實時性、穩定性、可靠性及電能利用效率如圖2所示。

四、智能配電系統發展的主要技術

1）智能配電系統的發展給智能低壓電器特別是智能斷路器提出了更高的要求，另外隨著第四代及更新一代智能斷路器的不斷問世，其內置智能控制器的功能也在日趨完善，且融合了現代機電、測量、控制和微機技術。

2）不斷發展與完善的現場總線技術對智能配電系統的發展起到了重要的作用。在低壓電氣設備中，現場總線技術已在電動機控制、綜合測控儀表及開關保護等智能化元件上得到了廣泛應用。

3）智能配電系統的實施對配電通信系統提出了更高的要求，不僅需要滿足由用戶直接參與的需求側智能管理的要求，有時還要滿足用戶與配電系統運營者間雙向信息交互的需要，需要有適應于配電系統運行監測、預警、自愈控制等高級輔助決策的功能等。

4）智能配電技術的不斷發展，也帶動了智能配電箱柜的發展。新一代的產品在利用現場總線技術及以太網技術與具有網絡化、智能化的各新型智能配電設備結合等方面體現出更高的技術含量，并使配電箱柜的功能性更強， 可靠性更高， 系統更完善，控制更方便。

同時新一代的智能配電箱柜的技術也越來越傾向于系統化、模塊化、集成一體化及通信功能的多樣化，注重新型智能元器件的開發、選擇及新材料的利用。

“安全、經濟、自愈、清潔”的智能電網，已成為我國電力建設主要方向，智能電網的穩步發展帶動了智能配電技術的發展，國家能源局在《配電網建設改造行動計劃（2015-2020年）》中對于實現配電網裝備和智能配電水平升級、推進配電設備智能化提出了具體的要求。