10kV電力系統配電網絡智能化探索

鄧國平，曹慧

（中國中輕國際工程有限公司，北京 100021）

近年來，基于電子技術、通訊技術、網絡技術以及計算機技術等先進技術的不斷進步，人類已經步入了智能化的時代，而在智能手機、智能冰箱、自動門等智能機器給人們帶來充足生活便利的同時，電力行業也越來越呈現智能化的發展趨勢。其中，對于10kV電力系統配電網絡來說，將其進行智能化處理不僅可實現對離線數據、在線數據、用戶數據以及地理圖形的整合應用，同時也能進一步提升整個配電網絡的供電可靠性，有助于從根本上確保用戶的正常安全用電。對此，就10kV配電網絡智能化發展路徑進行探索，符合當前電力行業發展需求，值得我們給予足夠重視。

1 10kV電力系統配電網絡智能化的發展背景和主要意義

1．1 10kV電力系統配電網絡的發展背景

從目前來看，我國電力系統建設多強調發電和輸變電系統建設，對配電網絡建設的整體重視程度并不高，這使得我國多數地區的10kV配電網絡在設備和技術上都存在一定缺陷，很容易影響人們的正常安全用電。在此背景下，基于人們對電網供電穩定性要求的不斷提升以及國家城網改造政策的逐步出臺，依托于現代技術手段就10kV配電網絡進行智能化升級越來越成為整個電力系統發展過程中的關鍵一環。

1．2 10kV電力系統配電網絡的發展意義

（1）有助于提升供電系統的整體質量。在引入智能化系統監控概念后，本身存在一定技術缺陷的10kV電力系統將得到進一步的實時監控和管理，其中尤其是對于供電電壓變化的實時控制，不僅有助于保障配電網絡無功功率的平衡穩定，同時也能大幅減少配電網絡中的電能損耗，有助于提升供電系統的整體質量，并保障電力企業的切實利益。

（2）有助于保障電網用戶的切實利益。在10kV電力系統運作過程中，其難免會受到外界因素而存在一定的故障隱患。對此，依托于智能化監控系統，電網檢修人員能夠在電網故障時快速確定故障位置，并做好非故障區與故障區的及時隔斷，進而一方面可有效提升電網檢修的效率，另一方面也能在縮短停電范圍的同時極大的就停電時間進行控制，有助于保障電網用戶的切實利益。

（3）有助于改善電力人員的工作效率。對于智能化配電系統來說，其一方面加強了對于電力系統各線路運行狀態的實時監控，另一方面也能在故障發生時及時給予電網維修人員最直接的幫助，有助于減輕電網人員的工作壓力并實現改善其工作效率的根本目的。此外，在智能化監控系統運行過程中，系統能夠實時就電網運行狀態進行檢查，并記錄為準確的數據信息，這使得電力企業能夠及時調整自身發展決策，最終以此促進電網系統的持續發展。

2 10kV電力系統配電網絡智能化的應用技術

2．1 自動控制計量技術

在10kV電力系統配電網絡智能化發展過程中，自動控制計量技術始終占有舉足輕重的地位，其中，基于10kV電力系統配電網絡所具有的設備多、質量隱患高、監控難度大等特性，自動控制計量技術能夠依托于在線智能監控實現對包括電網負荷、運行電量等數據信息的實時檢測，不僅可為工作人員開展遠程抄表、在線檢測等作業提供充足幫助，同時也能于提升經濟效益、降低運行成本、減少系統能耗等多個方面發揮較大作用，有助于促進10kV電力系統配電網絡的持續發展。此外，考慮到以往電力計量人工抄表方式所存在的準確性問題，通過借助智能化計量裝置及設備，電力人員不再需要挨家挨戶進行抄表，不僅人工作業所導致的誤差問題得以真正解決，同時也能在大幅減少企業人力成本的同時保障電力營銷的具體效率，進而以此以完善的計量管理體系為基礎確保電力企業的快速發展。例如，美國某能源公司已經完成了自動控制計量技術在智能電網中的應用，但反觀目前大部分國內10KV電力系統配電網絡智能化裝置，其雖然具備一定的數字化操作，但是電力設備并沒有達到符合預期的一致性檢查，而如果沒有通過一致性檢測就會在很大程度上降低電力系統和通信系統的協調兼容性。

2．2 物聯網技術

所謂物聯網技術，其是近年來逐漸發展的一種以RFID技術、無線傳感器技術以及定位技術為核心的數據交換技術，其中，物聯網在10kV電力系統配電網絡智能化發展過程中主要承擔“終端用電設備感知末梢”的重要角色，不僅是提升10kV智能配電系統準確性和穩定性的關鍵路徑，同時也是在智能家電、智能小區等概念發展基礎上推廣智能電網的主要手段。此外，在物聯網技術與自動控制計量技術的技術融合過程中，工作人員能夠實時就10kV配電網絡的工作狀態進行檢測，借此不僅可實現用電信息采集、用戶電量管理等作業的智能化發展，同時也能在物聯網的支持下給予電網用戶更加便捷的電網服務和更加多樣的電網功能。例如在國家智能化電力的配電系統當中，上海部分區域的電網系統已經完成了計算機系統和數字信息通信的良好改造，不僅在運行管理工作中實現了變電站的電力設備優化以及智能化，同時也通過應用智能化配電設施系統使得電力系統因網絡原因造成的干擾得以解決。此外，電力系統的智能化元件可以通過互聯網實現計算機網絡下的電能質量檢測，對電動機進行智能保護和控制。

2．3 智能信息處理技術

在智能信息處理技術中，神經網絡技術、進化算法技術、模糊理論技術均十分符合電網監控及數據采集的具體需求，其中，通過將智能信息處理技術引入10kV智能配電網絡，工作人員可以隨時在線就系統運行數據進行整理分析，不僅可實現對電網潛在故障隱患的事先預估，同時也能通過系統的電網檢測及時調整企業的營銷策略，有助于在給予電網用戶最便捷供電服務的基礎上保障企業效益的進一步改善。例如在北京某小區的智能電網配置工程中，已經初步完成了智能電網的自動化配置和運行試點工作，對配網工作進行了很好的調試，完成了國家電網的安全檢驗，并且在各種智能電力小區配置過程中，試點的信息采集工作已經逐漸開始提升。此外，智能電網已經開始集成到戶，電梯走廊等照明單計的智能化供電配置，并且能夠在保證智能電網安全的前提下，實現高效電力配比。

3 10kV電力系統配電網絡智能化的發展策略

3．1 設備開關智能化

在10kV電力系統配電網絡中，設備開關不僅承擔著數據控制及采集的重要作用，同時也是不同電網設備形成電網系統的關鍵樞紐，因此，為滿足10kV電力系統配電網絡的智能化發展需求，應遵循以下原則就設備開關進行優化。首先，考慮到設備開關是控制電力系統各種操作的核心部件，因此優化后的設備開關應兼具手動與電動兩種控制方式，即在電力系統無人控制時，系統也同樣能根據電網運行情況來控制設備的運轉，同時，智能設備開關應與電網在線監控系統形成緊密的控制聯系，應能夠在電網出現故障時由系統自主控制來降低電網的故障損失，進而保障電網用戶的切實利益；其次，為確保電網維修人員能夠在電網故障發生時第一時間確定故障位置并予以維修，在設計設備開關狀態信號時，應設有一定的刀閘信號和開發分合信號，即在設備出現故障時以信號方式警告工作人員，并告知其最準確的故障位置；再次，基于現階段電網用戶對于10kV電力系統穩定性要求的逐步提升，于質量層面設備開關不僅應盡量采用48V或24V的直流電源，同時也應在具有良好絕緣性能的基礎上盡可能將運轉功耗控制到最低水準，進而以此有效提升電網控制的安全性和準確性，并規避各種開關故障所致的電網事故；最后，針對集電流、電壓互感器為一體的設備開關，其一般應采用50～100V的電壓互感器容量，同時為了保障電流互感器的穩定運行，通常情況下應配以三相電流互感器進行設計。

3．2 配電系統智能化

于軟件層面，考慮到10kV配電網絡涉及設備數量較多，因此一般不能將信息量及數據量全部交由10kV配網主站接收，以免造成嚴重的信息擁擠問題。對此，需采用分層處理的方式將整個智能配電系統劃分為主站層、分站層、子站層以及終端層，并形成圖1的系統結構，其中1、2、3、4分別代表配調中心、分中心、子站和終端。首先，針對主站層和分站層，其多由工作站、前置服務器、數據庫服務器以及網絡設備微機構成，而不同的工作站會承擔不同的電網控制任務，再加上DTU、TTU以及FTU等多種終端信息的實時控制，工作人員能夠在SCADA系統的幫助下就10kV配電網絡進行運行狀態分析，并以此確保電網始終處于最佳運行狀態；其次，針對子站層，PC數據采集服務器是其主要構成部件，而借助電纜、光纖網絡等數據傳輸手段，子站層能夠不間斷就自身監測到的電網數據傳遞至分站層和主站層，進而在完善的通信網絡體系下發揮較強的數據交換作用；最后，針對終端層，包括DTU、TTU、FTU在內終端單元是終端層的主要構成，其中，TTU多以GPRS或CDMA通信方式與主站層和分站層進行溝通，DTU和FTU多以光纖環網進行聯系。

圖1 10kV配電網絡智能化系統結構示意圖

4 結語

綜上，本文針對10kV配電網絡智能系統，詳細闡述了其主要系統技術和具體構成方式，其中，基于現階段愈發重要的智能配電網絡，電力企業需在進一步創新系統技術的基礎上不斷構建完善的電網巡檢、維護機制，進而在配合智能電網檢測的同時保障電網的正常運行，并以此促進電力企業的可持續發展。