電力工程中配電網自動化技術

王騰飛 汪晨濤

摘 要：電能具有使用方便和傳輸便捷等特點，在各個領域得到廣泛應用?；诖?，對配電網自動化技術從其原理和運行機制進行了解析，并分析了該技術在電力工程中的起到的作用，深入探討了配電網自動化應用中涉及到的關鍵技術以及其應用方式，嘗試對拓展其應用范圍的對策進行了總結，希望能給相關從業者帶來一定借鑒。

關鍵詞：電力工程；配電網；自動化技術

中圖分類號：TM76? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）11-0117-03

0 引言

隨著各地城市化進程的快速推進，電力需求也在不斷增長。為滿足城市和工業領域對電力的高需求，必須提高電力系統的供電能力和可靠性。配電網自動化技術可以通過實時監測和智能控制來優化電力分配，降低電力故障的發生率，提高供電質量。

1 電力工程中配電網自動化技術的概述

1.1 配電網自動化技術原理

現代的配電自動化系統以一次電力網絡和設備為依托，巧妙地融合了計算機科技、通信技術和最新的電子感知技術。這個系統的核心理念在于創建一個強大的配電自動化平臺，能夠整合配電網絡設備的數據，包括實時、準實時和非實時信息。無論是在正常運行模式下還是在發生故障情況下，都能實現持續不斷的監測、保護和控制，其高效性和可靠性顯著提升了電力系統的運行品質和安全性水平[1]。

應用現代先進的計算機網絡設備，配電網自動化系統實現了對供配電系統的遙控，以高效監測和管理電力分配。該系統采用了分層結構，能保障信號的暢通和互通，顯著提升電力供應的可靠性和安全性，保障用戶的安全，促進電網供電的可持續發展。這一技術創新為電力系統帶來了前所未有的便捷性和穩定性，為未來的電力行業發展奠定了堅實基礎。

1.2 配電網自動化技術的運行機制

配電網自動化技術的運行機制是一個高度復雜而協調的系統，它始于分布式傳感器的實時數據采集。這類傳感器廣泛分布在電力網絡的關鍵節點，監測電流、電壓、頻率等電力參數的同時，也能監測線路的狀態和負荷情況?；诟鞣N配電設備遠程操作開關和斷路器，實現對電力設備的遠程控制，以便快速隔離故障區域，減少停電時間。

配電自動化系統還能夠優化電力流向，根據需求動態調整電力分配，提高電能的利用效率。當出現故障或負荷波動時，系統會自動重新配置電網拓撲，將電力重新分配到可用路徑，從而最大程度地減少停電范圍。該系統還能預測和優化電網運行狀態，提高了電力系統的規劃和管理能力。通過大數據分析和人工智能技術，系統可以預測電力需求和潛在故障，提前采取措施，防止潛在問題的發生。

2 配電網自動化技術在電力工程中的作用

2.1 有效融合自動化技術和智能保護功能

自動化技術能夠迅速響應電力系統的變化，監測電流、電壓、頻率等參數以及線路狀態和負荷情況，從而實現實時的電力系統監控[2]。智能保護功能可以根據監測到的信息，迅速判斷并隔離故障，防止故障擴大，保障了電力系統的穩定性和可靠性。這種融合還能夠實現對電力設備的自動控制，包括斷路器和開關的自動切換，以最小化停電時間和電力損失。

2.2 提升配電網電能質量水平

各項傳感設備能實時監測電力系統的運行情況，達到迅速檢測出電力故障或異常的目的，縮短了故障處理時間，有助于減少電力中斷的頻率和持續時間，提高了供電可靠性，確保了用戶的電力需求得到及時滿足。實時控制電力設備的開關狀態和負載分配，可以有效降低電力系統的過載風險，減少電能損耗，提高電能傳輸效率，提升了電能的質量。

自動化技術還能夠自動平衡電力系統中的電壓和頻率，防止電壓波動和頻率偏差，進一步改善了電能的質量。當電力系統遇到外部干擾或突發情況時，自動化系統能夠快速采取措施，恢復正常運行，減少了電力系統的恢復時間，降低了電力質量下降的可能性，保障了用戶的用電設備不受影響。

2.3 為配電網規劃及技術改造提供基礎數據

自動化技術可以提供配電網的負荷分布情況、電流負載特性、電壓穩定性等數據，幫助電力工程師有效地確定線路和變電站的位置，確保電力供應的可靠性和效率。基于歷史數據的分析也能夠幫助規劃人員預測未來負荷增長趨勢，從而為電力系統的擴展和升級提供了科學依據[3]。

自動化技術還能監測設備的運行狀況，提前發現設備故障或老化問題，使得維護工作更加精確和高效，并支持智能開關、遠程操作和自動化設備的使用，提高電力系統的可操作性和可控性，有助于更好地應對緊急情況和優化系統運行。

2.4 提升對分布式光伏等新能源的消納能力

自動化技術可以實時監測和管理電力系統中分布式能源的產生和消耗，確保它們平穩地融入電網。通過智能控制和數據分析，系統可以根據能源供需的變化，靈活地調整電力分配，以確保新能源的高效利用，并降低能源浪費。自動化技術不僅促進了可再生能源的大規模接入，還提高了電力系統的穩定性和可靠性，為電力工程帶來了新的發展機遇。

3 配電網自動化應用的關鍵技術

3.1 現場總線技術

在配電網的不同設備和控制器之間，建立一個共享的數字通信通道，讓各個設備能實時交換信息和指令，可實現對電力系統的實時監測、控制和管理?？稍谂潆娋W的各個關鍵節點上，安裝控制器、傳感器和執行器等現場總線通信設備，使用Modbus、Profibus、CAN等串行通信協議來建立通信網絡。正確配置設備的波特率、地址等通信參數，一旦通信網絡建立起來，各個設備就可以實時監測電力系統的狀態。操作員能夠迅速響應系統變化，從而可以進行遠程控制操作，以維持電力系統的穩定性和效率。

3.2 主動對象數據庫技術

主動對象數據庫技術的核心概念，是將所有的電力設備、元件和系統都抽象為數據庫中的主動對象，各種傳感器和監測設備會持續不斷地收集電力系統各個部分的電流、電壓、負載等信息，并將其上傳到數據庫中。通過數據處理算法，對采集到的數據進行分析和計算，生成實時狀態信息、故障診斷以及預測分析等關鍵信息。這些信息能幫助運維人員快速了解系統狀況。基于上述數據生成用戶界面和報警系統，系統可實現查看實時數據、歷史記錄和報告的功能。

3.3 光互聯技術

光互聯技術能利用光纖傳輸數據和控制信號，實現電力設備之間的高效通信和協調，提高配電網的可靠性和效率。它需要在配電網的關鍵節點設置光纖傳感器和通信設備，這些設備可以監測電力系統的狀態并傳輸數據。使用光纖連接這些設備，構建起一個高速、低延遲的通信網絡。這個網絡可以實時傳輸數據，包括電流、電壓、頻率等信息以及控制信號，如故障檢測和遠程操作命令[4]。

光互聯網絡建立完成后，配電網自動化系統就可以實時監測電力系統的運行狀況，并根據需要進行調整和控制。操作人員可以通過遠程管理系統訪問這些數據，識別潛在問題并采取相應的措施，從而減少停電時間和電力系統的損壞。

3.4 廣域測控技術

廣域測控技術盡管在硬件方面與傳統的配電自動化系統差別不大，也具備了獨特的能力，這項技術使每個終端都能夠支持高級應用，提供了開放的程序接口，數據模型必須符合IEC 61850標準，并且能夠自動掌握電網拓撲信息，以為用戶編寫自定義程序提供極大便利。

傳統的孤島保護方法主要依賴于就地控制，這就可能導致無法檢測到某些情況。為了克服這一難題，引入了一種國外裝置，稱為DTT（遠程跳閘保護）。這一裝置在檢測到斷路器跳閘時，將跳閘指令發送給并網開關控制裝置，實現更可靠的保護機制。每個終端都將充當小型主站，具備獨立完成控制任務的能力。例如，在變電站安裝終端后，一旦檢測到變電站跳閘事件，其能將信息傳輸給并網開關。而并網開關終端可通過接力查詢拓撲結構、上游開關狀態等信息，從而實現更加智能的跳閘操作，并實時追蹤饋線拓撲結構的變化，以保持信息的最新狀態。

3.5 配電網通信技術

要想實現配電網自動化的目標，就要建立高速、雙向、集成的通信系統，它不僅為智能電網的數據獲取、保護和控制提供了堅實支撐，更是驅動智能電網發展的重要推動力。這一通信系統必須覆蓋每家每戶，與配電網無縫融合，共同構建出緊密聯系的信息網絡。

在地區配電網中，通信節點的距離相對較短，通常采用主干通道與小區分支通信網絡相結合的方式。在這種方案中，一個小區內的FTU、變壓器檢測儀、自動讀表控制器等終端設備的數據，可以被小區內的變電站或開閉所收集并轉發，通信距離通常在2、3 km以內。這種結合了主干通道和小區分支通信網絡的方案，有效地解決了通信距離的限制問題，適用于覆蓋較小區域的配電網自動化系統[5]。

4 電力工程中的配電網自動化技術的應用方式

4.1 配電房配電自動化終端

自動化終端是配電網自動化技術的核心組成部分，通過實時監測、控制和管理電力系統，提高了電力供應的可靠性和效率。配電自動化終端通過精確的數據采集功能，能夠實時監測電力系統的狀態。通過收集來自變壓器、開關設備、電流和電壓傳感器等設備的數據，以獲得關于電力負荷、電壓水平和電流流向等關鍵信息。對數據進行高精度分析有助于及時識別潛在問題，如過載、短路或設備故障，降低電力系統的故障風險?；趯崟r數據和預定的操作規則，能夠自動調整開關設備的狀態，以確保電力系統的穩定運行。

4.2 故障自動定位

故障自動定位是指利用先進的監測和控制系統，迅速準確地識別和定位配電網中的故障，以便及時采取措施修復問題并恢復電力供應。控制系統利用接收到的數據和算法進行故障分析，迅速確定故障的類型和位置。通過準確的故障定位，可以避免出現漫長的故障排查過程，縮短了故障恢復的時間。自動定位還有助于降低人為錯誤的風險，提高電力系統的可靠性和穩定性。一旦確定了故障的位置，配電網自動化系統便可以通過遙控裝置遠程切斷受影響的電路，以防止故障擴散或危害安全。

4.3 分布式能源管理

分布式能源管理的核心目標是實現高效管理和優化利用，以滿足不斷增長的電力需求，并確保電力系統的穩定性和可靠性。通過智能化的監測和控制系統，配電網可以實時監測分布式能源的產生和消耗情況，包括太陽能電池板、風力渦輪機和其他可再生能源系統的產電量以及用戶的用電需求。分布式能源管理技術可以優化電力系統的運行，最大程度地提高能源利用效率。其可以根據電力需求的變化，自動調整分布式能源資源的輸出，并將多余的電力存儲起來供將來使用，有助于減少能源浪費，提高系統的經濟性和環保性。

分布式能源管理還可以實現對電力系統的遠程控制和協調。通過遠程監控和調度，電力運營商可以更好地管理分布式能源資源，協調不同資源之間的互補關系，確保電力系統的穩定運行。這種協同管理有助于應對突發事件和電力需求峰值。

4.4 用戶抄表自動化

智能電表是一種集成了先進傳感器和通信技術的裝置，能夠實時測量電能使用情況，并將數據傳輸到配電網管理系統。這些數據可以包括用戶的用電量、功率因數、電壓質量等信息。這些智能電表不僅能夠遠程監測電能使用情況，還可以遠程控制電力供應，例如實施遠程抄表和遠程切斷電力供應，以提高電力資源的管理效率。

4.5 饋線自動化

饋線是電力系統中的一種關鍵元素，它通常用于將電能從發電廠或變電站輸送到終端用戶或不同的配電設備，包括電纜、導線、開關設備、變壓器等組成部分，它們構成了電力系統的物理基礎。系統可以根據實時負荷需求和電力供應情況，自動調整饋線的電壓和頻率，以確保電力供應的穩定性和質量，有效降低電能損耗，提高電力系統的效率。

5 在電力工程中推廣配電網自動化技術的策略

5.1 加強基礎設施建設

基礎設施建設是推廣配電網自動化技術的首要任務，供電企業要及時建設新的電力設施，并對現有電力設施進行升級和改造。這一過程雖需要投入大量資金和資源，但也為未來提供了堅實的基礎。某些舊的輸電設備無法與現代自動化技術兼容，因此必須進行相應的改進。要替換掉老化的變壓器、電纜和開關設備等，還需要不斷優化電力網絡布局，這樣能最大程度地減少能源損耗，并提高電力系統的穩定性。

5.2 對現有功能結構進行優化

優化現有功能結構的關鍵是采用先進的傳感技術、智能算法和遠程監測控制技術，以提高電力系統的性能、可靠性和效率。這些優化方法可以在不引入大規模硬件改造的情況下，改善電力系統的運行，實現配電網自動化技術的推廣。

5.3 積極引進新技術

要引進新技術，需要先進行詳盡的市場研究和技術評估，這樣才能科學地確定適合特定電力系統的最佳解決方案。供電公司與技術供應商、研究機構和政府部門合作，要建立合適的合作伙伴關系，獲取支持和資源。在引進階段，需要制定清晰的技術集成、培訓人員和監測性能的執行措施。

6 結束語

在電力工程領域，配電網自動化技術的不斷發展和應用，已經成為現代電力系統的重要組成部分。這一技術的應用為電力系統提供了更高的效率、可靠性和可控性，為電力工程帶來了新的發展機遇。

參考文獻

[1] 孫晨.配電網自動化技術及其在電力系統中的應用[J].光源與照明，2022（6）：163-165.

[2] 李旺軍.配電網精準規劃應用研究[D].廣州：廣東工業大學， 2022.

[3] 姚鳳群.電力系統配電自動化的常見故障和處理技術[J].設備管理與維修，2020（12）：179-180.

[4] 申揚.配電網自動化建設與配網運行管控探討[J].通信電源技術，2020，37（4）：258-259.

[5] 劉小強，姜丹煒.電力系統配電網自動化系統應用注意事項[J].通信電源技術，2019，36（12）：228-229.