智能電網(wǎng)配電的應(yīng)用研究

王龍飛

（大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司特許經(jīng)營分公司，南京 211106）

1 配電網(wǎng)自動化技術(shù)概述

1.1 智能電網(wǎng)

SDG(全稱為Smart Distribution Grid)系統(tǒng)是一種新型的配電系統(tǒng)，其技術(shù)優(yōu)勢在于引入了傳感技術(shù)、測控技術(shù)、計算機和通信技術(shù)等前沿的新興技術(shù)，將最新電力工程技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)進行融合。SDG系統(tǒng)能夠接受分布式電源DER（全稱為Distribute Electric Resource）的全方位嵌入，從而可以表現(xiàn)出更加安全、可靠的性能，從而提供更為優(yōu)良的電力服務(wù)。同時，該系統(tǒng)能夠提供與用戶之間的雙向交互，可根據(jù)用戶制定個性化服務(wù)，更具靈活性與智能型[1]。SDG配電網(wǎng)絡(luò)作為電力系統(tǒng)未來發(fā)展的一個主要趨勢，主要體現(xiàn)以下幾個方面優(yōu)勢：①具有更高的穩(wěn)定性，具有更強的抵御自然災(zāi)害和人為破壞的能力。②具有一定的自愈能力，在向用戶持續(xù)供電時能及時檢測到內(nèi)部故障并進行修復(fù)，保證配電系統(tǒng)正常工作，將用戶斷電事件發(fā)生的概率降至最低。③可以良好地迎合用戶的準(zhǔn)確需求，如可以提供特定的供電電壓及特定的波形保證，實現(xiàn)了系統(tǒng)與用戶之間信息溝通的雙向傳遞。④弱化對接入電源的位置和數(shù)量的硬性要求，支持分布式電源的大量接入，提高了配電網(wǎng)絡(luò)的運行效率。⑤實現(xiàn)對電力消耗特性的全時段監(jiān)測，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)實際的電力使用情況合理規(guī)劃電路走向，從而實現(xiàn)了供電線路利用率的有效提升。此外，全時段的電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測，亦可以及時排除故障，從而提高了設(shè)備及其附件的使用年限。⑥設(shè)備數(shù)據(jù)的可視化，網(wǎng)絡(luò)運行人員可對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進行監(jiān)測，提高工作的便利性。⑦采用信息化管理，借助計算機技術(shù)與通信技術(shù)，可獲得配電網(wǎng)中的各項數(shù)據(jù)和信息。

1.2 配電自動化技術(shù)

DA（全稱為Distribution Automation)為將計算機與信息技術(shù)耦合聯(lián)用至配電網(wǎng)領(lǐng)域，基于過全方位診斷配電網(wǎng)的運行特性（包括設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等軟硬件、狀態(tài)信息等），最終實現(xiàn)對配電網(wǎng)的自動化調(diào)控，這是一種新型的、極具潛力的電網(wǎng)系統(tǒng)。DA系統(tǒng)不僅可以有效提升配電的效率，而且能夠更加針對性地服務(wù)用戶。DA系統(tǒng)的自動化能同時實現(xiàn)供電端（即電網(wǎng)公司）及用戶端的自動化水平，其具體體現(xiàn)為實現(xiàn)了用戶終端的自動化抄表統(tǒng)計及對用戶的信息化管理。目前，我國配電網(wǎng)中的中壓配電網(wǎng)主要由DOA（配電網(wǎng)運行自動化，distribution operation automation）負(fù)責(zé)，SA自動化系統(tǒng)主要進行變電站的監(jiān)控與保護，同時實時上傳運行數(shù)據(jù)給DOA。GIS系統(tǒng)幫助實現(xiàn)自動化管理配電網(wǎng)絡(luò)，AMR、CIS、客戶呼叫管理系統(tǒng)則是用戶終端自動化的重要組成。DMS由這些大量集成的DA形成。

2 高級配電自動化技術(shù)

現(xiàn)有DA技術(shù)已經(jīng)無法滿足SDG的新的發(fā)展要求，需對DA技術(shù)進行改進成高級DA，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上擴充更多功能，從而為SDG的發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ)。高級DA優(yōu)化配電網(wǎng)的關(guān)鍵點之一為可以無限地接入DER，同時顯著提高了DER的滲透深度。高級DA的關(guān)鍵核心技術(shù)點主要包括高級DOA、高級配電/配電網(wǎng)管理自動化。

2.1 IP通信網(wǎng)絡(luò)

常規(guī)DA采用的P2P即點對點通信或點對多通信，數(shù)據(jù)無法在配電終端之間傳遞，難以實現(xiàn)控制功能。同時終端數(shù)據(jù)因配電子站的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的不可見，加大了對設(shè)備運營維護的難度。通信技術(shù)的發(fā)展，降低了DA通信設(shè)備成本，從而可實現(xiàn)主網(wǎng)為光線組網(wǎng)，局域網(wǎng)采用無線或載波的廣域IP通信網(wǎng)對配電網(wǎng)中各個節(jié)點間的通信。

2.2 配電網(wǎng)廣域測控體系

配電網(wǎng)廣域測控體系的關(guān)鍵組成部分有主/從站、通信網(wǎng)及現(xiàn)場智能電子設(shè)備（簡稱為IED）。從組織架構(gòu)上看，主要包含監(jiān)測控制體系（上層架構(gòu)）與DA應(yīng)用軟件（下層架構(gòu)）體系，其中上層架構(gòu)包括了通信網(wǎng)以及對數(shù)據(jù)收集、處理和分析單元等?；谏蠈蛹軜?gòu)對反饋數(shù)據(jù)的分析解析，從而為下層架構(gòu)的DA應(yīng)用軟件等下傳相對應(yīng)的服務(wù)策略。而上層架構(gòu)體系中的測控單元與終端客戶端的AMI直接相連，從而實現(xiàn)了智能電網(wǎng)中預(yù)期的信息交換。除了具有傳統(tǒng)SCADA的全部功能之外，高級DA還能完全支持局域分析控制子站的應(yīng)用，支持各種現(xiàn)場智能電子設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)的實時交換。其具有數(shù)據(jù)可視化、自動管理化以及標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議，使高級DA具有更高的安全性能。

2.3 DER控制與調(diào)度技術(shù)

高級DA的標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議實現(xiàn)了DER的即插即用。高級DA的MG技術(shù)和VPP(全稱為Virtual Power Plant，虛擬發(fā)電廠技術(shù))技術(shù)實現(xiàn)了DER的控制和調(diào)度。MG技術(shù)的主要功能在于實現(xiàn)供電頻率及供電電壓的穩(wěn)定支持。MC面向子站而獨立存在，MG面向主網(wǎng)亦獨立存在，從而保證在較高的負(fù)荷工況下，即使子網(wǎng)與主網(wǎng)發(fā)生了不可預(yù)期的分離，也能為用戶端提供較為穩(wěn)定的供電品質(zhì)（即穩(wěn)定的供電頻率和電供電壓）。VPP技術(shù)的主要功能在于對DER進行優(yōu)化、以減小電網(wǎng)的負(fù)荷，最終顯著提高電網(wǎng)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3 配電自動化系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 配電自動化主站的建設(shè)

信息交互總線平臺的作用為搭建起配電自動化主站和各系統(tǒng)之間的連接通道，從而顯著地完善配電自動化系統(tǒng)功能。系統(tǒng)功能的配置有全時段數(shù)據(jù)庫的管理、人機交互界面的管理、系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的管理、用戶二次開發(fā)環(huán)境搭建、歷史備份數(shù)據(jù)庫及報表的管理、計算機網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及管理、圖模庫一體化、典型CASE管理、緊急告警管理等。除具有一些基本功能外，同時具備饋線故障應(yīng)急處理等擴展功能。

3.2 配電終端的建設(shè)

無論是在施工階段還是維護階段，都應(yīng)該嚴(yán)格將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化為管理實施的重要原則，并嚴(yán)格恪守，只有堅持如此，才可以有效保證配電設(shè)施總體的統(tǒng)一性。相關(guān)研究及工程應(yīng)用實踐表明，模塊化的工作管理要求有助于推動配電終端的低成本、高效率維護，即可以在較低的成本及較短的時間內(nèi)，達(dá)成更加優(yōu)異的運維效果。DTU的匹配性極強，可以與多種設(shè)備或者站點包括主站進行配合。對于上級通訊的校時命令，DTU能夠同步接收并執(zhí)行，同時可以完成對其他配電終端信息的轉(zhuǎn)發(fā)、完成本設(shè)備終端及遠(yuǎn)位設(shè)備終端的參數(shù)設(shè)置。在應(yīng)急故障處理方面，DTU可以做到高品質(zhì)記錄故障發(fā)生參數(shù)（原則上要求記錄故障信號的時長不低于60s）；其次，其還可以完成對通訊規(guī)約的控制（保證用戶終端能夠?qū)崿F(xiàn)修改規(guī)約）、全時段監(jiān)測和管理通道、電源等。為保證更佳的使用性能，遠(yuǎn)程控制功能，自我診斷功能亦為配電終端必須具備的重要功能。

3.3 GIS系統(tǒng)的建設(shè)

配電自動化系統(tǒng)（DMS）的功能的實現(xiàn)由配電SCADA、地理信息（GIS）及生產(chǎn)管理(PMS)三個系統(tǒng)共同完成，三者缺一不可。三個關(guān)鍵系統(tǒng)之間必須遵循同一系列標(biāo)準(zhǔn)（一般為IEC61970/IEC61968系列標(biāo)準(zhǔn)），并基于公共信息模型實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的相互關(guān)聯(lián)，三個關(guān)鍵系統(tǒng)還必須統(tǒng)一配網(wǎng)數(shù)據(jù)模型。在建設(shè)時，需要首先建立一個具有完全獨立性的數(shù)據(jù)庫，其與其他系統(tǒng)之間的通訊僅依賴總線完成；進一步配電自動化系統(tǒng)提供一系列關(guān)鍵配置特性（如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、中壓配電網(wǎng)的饋線電氣單線圖等）。地理信息系統(tǒng)能夠從配電自動化系統(tǒng)獲取配電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

本文通過闡述配電自動化系統(tǒng)，提高配電網(wǎng)系統(tǒng)的管理效率，建立完善的智能配電網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)配電調(diào)控、全時段故障監(jiān)測及智能化自愈等功能的一體化，顯著提升供電的安全、穩(wěn)定與可靠性，確保人民生活、工業(yè)生產(chǎn)的安全有序進行，同時智能配電網(wǎng)絡(luò)亦為實現(xiàn)低碳生活的重要保證，有助于現(xiàn)代化社會的節(jié)能減排。