配電自動化設備在電力調度自動化系統中的應用

杜文輝

【摘 要】隨著我國用電量的快速增長和對電能質量要求的日益嚴格，自動化、信息化、智能化設備在電力調度中的應用已成為一種趨勢。本文利用數值數據分析了配電自動化和電力調度自動化的發展現狀，總結分析了配電自動化的幾種應用功能和常用系統。選取具有代表性的FDU配電自動化終端，分析其對供配電電能質量、設備利用率、經濟性和安全性的影響。

【關鍵詞】配電自動化；電力調度；應用

中圖分類號： TM76 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）34-0028-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.010

0 前言

要想更有效地發揮電力系統的功能，就必須要對用戶側用電設備、通信裝置、網絡管理軟件、輸電網絡、測控系統等多個模塊進行合理調度。2011年以來，中國大力建設第二批配電自動化項目，為配電網調度自動化系統的發展注入了新的活力。當今的綜合智能配電網設備可以通過對電網數據的智能測量、分析和自動動作來提高供電質量和供電穩定性。

1 配網調度自動化系統的發展現狀

智能電網是實現我國電力發電量、供配穩定性、供電質量進一步提升的最佳途徑，由下表便可見智能化發展在國家電力十三五規劃中所占投資比重之大。成熟的智能配電自動化設備是實現供配電自動化和智能化的載體和核心，是我國電力部門研究和發展的關鍵目標。智能配電自動化設備的集成化是當今中國的發展目標和趨勢，所謂電氣一體化可以分為以下幾個方面：中國將抽象的地理數據轉換為信息語言，為覆蓋全國的輸配電網提供衛星定位，使工作人員能夠準確鎖定和檢測運行平臺上各地的配電設備工作狀態；調度自動化系統中的子自動化系統的信息可以交互，不同子系統可以協調與合作，而不會干擾它們各自任務的完成；由于采用了分布式和開放性原則，配電系統在環境包容性、兼容性上有顯著提升；配電網的網絡模式從單一模式轉變為雙網甚至多網機制，順應了未來網絡適配需要并提升了傳輸速率；能夠支持多種操作系統，讓設備在多種系統背景下都能穩定運行；采用更加先進的軟件平臺，能夠通過二端口準確而快速地接受外部信息；利用先進的遠程操控系統和診斷技術，為最終實現一體化保駕護航。

2 配網調度自動化系統的應用

2.1 智能的配網自動化終端設備

配網自動化終端設備的類別可劃分為變電站終端、饋線終端、輸配變終端，其中配電網絡終端的具體構成部分包括遙控測試模塊、電源模塊、核心控制CPU模塊以及網絡故障指示裝置。配電網自動化終端設備的工作原理是通過檢查柱上開關和互感器狀態，跟蹤測量環形輸配電網、變電站和配電控制室的工作電壓及其他電氣狀態信息，配合光纖傳輸技術，將獲得的數據信息和終端的二次信號采集通道相銜接以完成數據的傳輸和錄入，最后再利用機械裝置實現開關通斷、電壓調節、發出警報等一系列智能化動作。

2.2 基于新型智能FTU的自動化設備

自動化保護設備運用在傳統的架空配電線路故障中時，變電站饋線斷路器保護動作出口經常跳閘，要利用人工故障診斷恢復供電。這樣，維修人員多、停電時間長、供電可靠性低。現有的配電網自動化一般是基于電壓-時間FTU自動設備，不依賴通信。當故障發生時，仍受變電站饋線出口斷路器保護跳閘，不能依靠主饋線自動化和智能分布式饋線自動化終端內部之間的數據交換實現故障精確定位和跳閘。如果發生永久性故障，且故障發生在末端，將對配電網和用戶設備造成多次短路沖擊，恢復時間長，供電可靠性低。然而，新型的智能分布式饋線自動化設備具有突出優勢，其不需要主站與饋線自動化終端之間的數據交換，只要通過FTU之間的時間協作，就可以通過連續重合實現故障的自動恢復，保證準確定位故障點并隔離后段線路故障或單個用電負荷，縮少停電影響的供電范圍，最大限度提高供電可靠性和穩定性。

3 配電自動化設備的使用給電力調度帶來的優勢

3.1 供配電質量的提升

配電自動化設備將電壓狀態監測范圍從以往的局限在母線上轉變為沿線路均可實時測控，讓檢修人員可以及時發現較偏遠地區的供配電和用電情況，快速找到故障線路并通過遠程操作系統進行維修和調控。配電自動化設備在提升電能質量方面的優勢可歸納為：將頻率偏差控制在我國規定的±0.2HZ（容量較大或特殊情況可以放寬到±0.5HZ）以內；當三相電壓失衡或線路平均承壓超過平均值規定時采取動作；當系統內發生振蕩，產生電壓波動或是危害性極大的二次諧波甚至多次諧波時能有效抑制或抵消。現在的配電網自動化系統中常用到UPS（Uninterruptible Power System）——自動供電設備，這是為了在系統出現欠電壓、過電壓、電壓上升和下降以及斷電等故障的時候能自動做出反應。配電系統與配電自動化設備相互配合，充分發揮配電網與配電設備的自動化、智能化特點，幫助配電網為用戶提供更可靠、更優質的電力供應。

3.2 設備效率及經濟效益的提升

當系統中出現對稱輸電線路承壓不均、變壓器供電側與用戶側輕重載失調、設備容量疏于規劃或過渡規劃導致設備過負荷或欠負荷等情況時，配電網中的設備、線路乃至整個系統的利用率都會大幅下降，對經濟利益的影響也是不言而喻的。配電自動化設備一方面能發出預警并在監測屏幕上推送自己利用網絡數據庫得出的推薦解決方案，提示相關工作人員及時診斷和調控故障區域。另一方面能根據設定先做一些自動動作處理，如緊急跳閘、切斷斷路器或是調壓等，避免停電范圍擴大和故障危害加深。目前，支柱負載開關廣泛應用于10kV配電網。當它與配電自動化設備配合使用相應的原理和結構時，不僅能夠有效地控制電網中停電次數，縮小每次停電的范圍，保證電力公司的經濟效益，而且在大多數情況下，自動化設備還能通過智能調節和控制開關動作，基本實現免維護、非手動操作。

3.3 通過SA、SE保證電力調度中的安全性

SA是Security Analysis——安全分析的縮寫，SE是State Estimation——狀態估計的縮寫。在電氣工程領域，SA有靜態和動態之分，但不論是靜態安全分析還是動態安全分析，主旨都是通過分析電力線路或配電網由于系統內部、外界自然因素以及人為操作不當等原因引起的線路故障，利用計算機預先計算出現這些故障的可能性，然后檢查現有系統中的安全儲備數據是否足夠并實時自動匹配解決策略。電力輸配電網絡是一個復雜的系統，很多具體運行狀態無法直接被測得或直觀地顯示出來，很多信息數據在轉化為人類能理解的表現形式的過程中，需要經過大量的計算和換算，只靠人力無法滿足準確度和速度方面的要求。這時候就要通過SE來記錄并轉化測得的數據，估算出系統運行狀態并和穩定時的標準數據進行比較，以此來得出準確的判斷，使故障能被及時有效地處理。另外，SE、SA在配電自動化設備中往往和防火墻等防護軟件配合，保證不同任務的數據能獨立運行和完成，不會干擾到其他系統和網絡，避免交叉混亂導致事故發生。可見，目前配電自動化設備通過添加SA、SE等先進的應用軟件，為電力系統的安全穩定運行提供了保障。

4 結語

配電自動化設備的智能應用是實現合理、經濟電力調度過程中必須克服的技術難題；電力調度的自動化和智能化是建設智能電網的前提。今天的配電網自動化設備包括AGG、EDC、CMS等調節系統，結合SA、SE、UPS等自動供電設備，在10KV及以下線路和負載開關已逐漸普及并相當有效應用。我國建成集可靠性、安全性、經濟性、包容性、科學性于一體的綜合配電網調度自動化系統已指日可待。

【參考文獻】

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