配電自動(dòng)化技術(shù)綜述

　　摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和現(xiàn)代化的逐步推進(jìn)，社會(huì)對(duì)電能質(zhì)量和供電可靠性提出越來越高的要求。文章針對(duì)當(dāng)前配電網(wǎng)現(xiàn)狀，參考國外配電自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了當(dāng)前配電自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)和難點(diǎn)，并對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理、各具體環(huán)節(jié)的功能進(jìn)行了詳細(xì)描述。
　　關(guān)鍵詞：配電自動(dòng)化；配電網(wǎng)；通信系統(tǒng)；FTU終端
　　
　　一、概述
　　
　　電力系統(tǒng)由輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)構(gòu)成。配電網(wǎng)將由高壓輸電網(wǎng)得到的電能通過配電線路、配電變電站、變電所等分配到用電單位，在電力傳輸?shù)倪^程中起著極其重要的作用。輸電與配電簡(jiǎn)稱輸配電，是電力系統(tǒng)中發(fā)電廠（生產(chǎn)者）與電力用戶（消費(fèi)者）之間傳輸電能和分配電能的環(huán)節(jié)。輸電與配電互相銜接，主要功能各有不同。
　　配電是在消費(fèi)電能地區(qū)之內(nèi)將電力分配至用戶的分配手段，并直接為用戶服務(wù)。我國規(guī)定配電電壓是110KV及以下，直至用戶接受的電壓，并劃分為高壓配電電壓（35－110kv）、中壓配電電壓（10KV）、低壓配電電壓（380/220V）。
　?。ㄒ唬┡潆娮詣?dòng)化的意義
　　評(píng)價(jià)配電自動(dòng)化意義主要包括下面的三個(gè)指標(biāo)。
　　1、安全性：有利于調(diào)度控制和負(fù)荷管理。
　　2、經(jīng)濟(jì)性：降損節(jié)能；減員增效。
　　3、可靠性：供電可靠率指標(biāo)，有利于電力市場(chǎng)的形成和電價(jià)制度的實(shí)施。
　　總的說來，配電自動(dòng)化技術(shù)可以擴(kuò)大系統(tǒng)監(jiān)控范圍，保證有效管理；可以提高配電網(wǎng)運(yùn)行管理水平；可減少事故和操作引起的停電時(shí)間，提高供電可靠性；能改善電能質(zhì)量，提高用戶服務(wù)水平、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；合理推進(jìn)電網(wǎng)建設(shè)，有效利用有限資金；樹立良好的供電企業(yè)形象，可以達(dá)到電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。
　?。ǘ┡潆娮詣?dòng)化的特點(diǎn)
　　1、普遍采用基于DSP處理技術(shù)進(jìn)行快速采集與計(jì)算分析。DSP數(shù)字處理技術(shù)具有較快的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)于高速交流采樣，以及快速故障診斷處理與計(jì)算具有較好的適應(yīng)性，因此在配電自動(dòng)化終端的設(shè)計(jì)中被廣泛采用。目前在配電終端中廣泛使用的有TI公司的和AD公司DSP處理芯片。在設(shè)計(jì)上一般采用和主CPU進(jìn)行雙向讀寫的方式進(jìn)行交流采樣接口，DSP處理芯片進(jìn)行快速計(jì)算，主CPU進(jìn)行人機(jī)對(duì)話和通信的功能。
　　2、集中處理方式下的故障信息診斷技術(shù)。由于受通信條件的限制，目前配電自動(dòng)化中主流的方式仍然是集中控制模式，該模式將配電終端的信息全部收集到一個(gè)配電子站中，在該機(jī)中對(duì)收集到的故障信息進(jìn)行比較判斷，查出故障區(qū)段，進(jìn)行故障隔離與恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)全線路的隔離與恢復(fù)。
　　3、面保護(hù)的處理方式。面保護(hù)的處理方式在少數(shù)通信條件比較好的現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)開始采用，在該模式下配電終端除了采集本裝置的信息外，還通過通信收集本線路相鄰的其他設(shè)備的信息，作為判斷故障點(diǎn)的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障的快速隔離。面保護(hù)要求通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)等通信的機(jī)制，裝置根據(jù)自身的信號(hào)和其他開關(guān)的信息，自主進(jìn)行故障處理功能，具有分布式處理故障、隔離時(shí)間較快的特點(diǎn)。
　　4、配電終端網(wǎng)絡(luò)化。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，基于以太網(wǎng)的配電自動(dòng)化終端已逐步成為當(dāng)前各個(gè)自動(dòng)化廠家開發(fā)的主要方式，以太網(wǎng)技術(shù)不僅在光纖通信中得到應(yīng)用，同時(shí)在配電終端的配電載波、GPRS以及CDMA通信也得到了應(yīng)用。
　　5、廣泛采用工業(yè)級(jí)芯片提高強(qiáng)電磁環(huán)境的適應(yīng)能力。由于配電終端工作在戶外惡劣環(huán)境下，在溫度范圍和濕熱試驗(yàn)等方面的型式試驗(yàn)都比常規(guī)的戶內(nèi)使用的終端設(shè)備有更高的要求。各主流廠家的配電終端廣泛采用工業(yè)級(jí)芯片和抗干擾設(shè)計(jì)來滿足終端的可靠性要求。
　　6、多種系統(tǒng)通信方式的廣泛支持。通信速率和通信可靠性必須滿足饋線自動(dòng)化要求，系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足在一點(diǎn)通信故障時(shí)，數(shù)據(jù)暢通且功能饋線自動(dòng)化正常實(shí)現(xiàn)，并能夠解決配電自動(dòng)化系統(tǒng)信息量大可能造成的信息瓶頸效應(yīng)。選擇經(jīng)濟(jì)且可靠的配電網(wǎng)通信方式仍然是配電自動(dòng)化能否大面積推廣，真正走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵因素，國內(nèi)現(xiàn)有的主要配電自動(dòng)化終端裝置一般都可以支持多種通信方式。
　　（三）配電自動(dòng)化的難點(diǎn)
　　當(dāng)前配電自動(dòng)化終端的國產(chǎn)化進(jìn)程取得了很大的進(jìn)步，但仍然面臨一些挑戰(zhàn)，主要存在的問題有。
　　1、配電終端長期運(yùn)行的可靠性離實(shí)用化要求還有一定的距離。
　　2、作為配電終端備用電源的蓄電池的壽命滿足不了長期運(yùn)行的要求。
　　3、部分設(shè)備出廠前沒有通過嚴(yán)格的質(zhì)量測(cè)試，系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下運(yùn)行存在質(zhì)量隱患。
　　4、配電自動(dòng)化系統(tǒng)出廠試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)沒有指導(dǎo)性的試驗(yàn)規(guī)范和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　二、配電網(wǎng)的概念及特點(diǎn)
　　
　?。ㄒ唬┡潆娋W(wǎng)的概念
　　通常把電力系統(tǒng)中二次降壓變電所低壓側(cè)直接或降壓后向用戶供電的網(wǎng)絡(luò)，稱為配電網(wǎng)（Distribution Network），配電系統(tǒng)自動(dòng)化是配電網(wǎng)系統(tǒng)提高電網(wǎng)現(xiàn)代化管理水平最直接、有效的技術(shù)手段，在進(jìn)行電網(wǎng)的建設(shè)和改造中，提高配電網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化程度，是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的必然趨勢(shì)，是電力適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的一大進(jìn)步。
　　（二）配電網(wǎng)的特點(diǎn)
　　配電網(wǎng)自動(dòng)化與輸電網(wǎng)自動(dòng)化相比，對(duì)設(shè)備的技術(shù)要求高，系統(tǒng)規(guī)模大，建設(shè)費(fèi)用高，實(shí)現(xiàn)難度大。這是由其自身的特點(diǎn)所決定的。
　　1、終端設(shè)備工作環(huán)境：對(duì)于輸電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的終端設(shè)備，一般安裝在變電站里，運(yùn)行環(huán)境溫度在0—55℃范圍。但是配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，有大量的終端設(shè)備是安裝在室外的，滿足設(shè)備運(yùn)行性能指標(biāo)要求的環(huán)境溫度在-25—65℃范圍，濕度要求為95%。此外，還要滿足防風(fēng)雨、散熱、防雷電等技術(shù)要求。
　　2、可靠性：對(duì)于配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的終端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方控制非常頻繁，因此對(duì)其可靠性要求很高。
　　3、組網(wǎng)：配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的測(cè)控對(duì)象為進(jìn)線變電站、配電變電所、10kV開閉所、分段開關(guān)、并聯(lián)補(bǔ)償電容器、用戶電能表和重要負(fù)荷等，因此站點(diǎn)一般會(huì)有成百上千甚至上萬個(gè)之多。在這種條件下，不僅對(duì)系統(tǒng)的組織帶來較大的困難，而且在配電網(wǎng)自動(dòng)化中心的計(jì)算機(jī)上處理的信息量也十分龐大。
　　4、配套：需要與配電網(wǎng)的改造配套進(jìn)行，例如配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)化、配電線分段化等。沒有配電網(wǎng)的科學(xué)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，配電網(wǎng)自動(dòng)化的系統(tǒng)、組織方式也難以確定。
　　
　　三、配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)
　　
　?。ㄒ唬┩ㄐ畔到y(tǒng)概要
　　配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)與電力系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)與傳統(tǒng)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)相比，具有通信終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量大、通信節(jié)點(diǎn)分散、通信距離短、節(jié)點(diǎn)通信數(shù)據(jù)量小等特點(diǎn)。許多配電自動(dòng)化的通信裝置安裝在戶外，要適應(yīng)苛刻的運(yùn)行條件，具有很高的可靠性。當(dāng)前，通信問題已經(jīng)成了制約配電自動(dòng)化發(fā)展的瓶頸。
　　目前配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的通信介質(zhì)有以下幾種。
　　1、金屬線：有同軸電纜和雙絞線2種方式，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，但抗電磁干擾、雷電沖擊能力較。
　　2、無線電通信：它易于安裝，成本低，但不適于多高層建筑物的市中心及多山地區(qū)使用。
　　3、微波通訊：我國許多電業(yè)部門建設(shè)了一點(diǎn)多址小容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)，工作在1—5GHz。
　　4、載波通信：配電載波（DLC）借用配電線作為信號(hào)傳輸通道，具有投資小、覆蓋面廣的優(yōu)點(diǎn)。
　　5、光纖：具有傳輸速率高、抗干擾性能強(qiáng)、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，不足之處是投資相對(duì)要大一些。
　　通道是配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站與變電所自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)傳輸通路。一般來講通道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的介質(zhì)；本節(jié)介紹的通道除了傳輸介質(zhì)外，還包括有關(guān)的通信設(shè)備，如接收與發(fā)送設(shè)備、信道編碼設(shè)備等。
　　
　　（二）載波通信
　　載波通信：配電載波（DLC）借用配電線作為信號(hào)傳輸通道，具有投資小、覆蓋面廣的優(yōu)點(diǎn)。DLC用于配電網(wǎng)通信需要解決信號(hào)經(jīng)過變壓器時(shí)的衰減、線路開關(guān)打開后的信號(hào)通路、阻抗不匹配產(chǎn)生的反射影響以及線路故障時(shí)的通信保障等問題。從實(shí)際應(yīng)用效果來看，配電載波還難以完全滿足配電網(wǎng)監(jiān)控對(duì)可靠性與實(shí)時(shí)性的要求。它主要用于自動(dòng)讀表等實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合。
　?。ㄈ┕饫w通信
　　光纖：具有傳輸速率高、抗干擾性能強(qiáng)、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，不足之處是投資相對(duì)要大一些。
　　光纖通信系統(tǒng)由電端機(jī)、光端機(jī)、光纜和中繼器組成。電端機(jī)完成對(duì)信息源的處理，如多路復(fù)用和復(fù)接分接等；光端機(jī)的發(fā)送端內(nèi)含有光源，它完成將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成為光信號(hào)，并輸入光纖傳輸至遠(yuǎn)方；光端機(jī)的接收端內(nèi)含有光檢測(cè)器，它完成將來自光纖的光信號(hào)還原成為電信號(hào)，并輸入到電端機(jī)的接受端；中繼器完成將經(jīng)過長距離傳輸后被衰減和畸變了的光信號(hào)放大、整形和再生成一定強(qiáng)度后，繼續(xù)送向遠(yuǎn)方。
　　
　　四、FTU終端設(shè)備功能
　　
　　基于FTU的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)是：通過在變電站出口斷路器和戶外饋線分段開關(guān)處安裝柱上FTag43mA8ivWl6neM9ygr/uou48zYiCjtuuzZ9PSJiUtE=U，以及在配電變壓器處安裝TTU，并建設(shè)可靠的通信網(wǎng)絡(luò)將它們和配電網(wǎng)控制中心的SCADA系統(tǒng)連接，再配合相關(guān)的處理軟件共同構(gòu)成高性能系統(tǒng)。
　　該系統(tǒng)在正常情況下，遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)視饋線分段開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)的狀態(tài)和饋線電流、電壓情況，并實(shí)現(xiàn)線路開關(guān)的遠(yuǎn)方合閘和分閘操作以優(yōu)化配網(wǎng)的運(yùn)行方式，從而達(dá)到充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備容量和降低線損的目的；在故障時(shí)獲取故障信息，并自動(dòng)判別和隔離饋線故障區(qū)段以及恢復(fù)對(duì)非故障區(qū)域的供電，從而達(dá)到減小停電面積和縮短停電時(shí)間的目的。其主要功能包括。
　　1、遙信：遠(yuǎn)程信號(hào)。采集并傳送各種保護(hù)和開關(guān)量信息。
　　2、遙測(cè)：遠(yuǎn)程測(cè)量。采集并傳送運(yùn)行參數(shù)，包括各種電氣量和負(fù)荷潮流等。
　　3、遙控：遠(yuǎn)程控制。接受并執(zhí)行遙控命令，主要是分合閘。
　　4、遙調(diào)：遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。接受并執(zhí)行遙調(diào)命令，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出功率。
　　5、故障處理：饋線故障檢測(cè)、故障定位、故障隔離、無故障區(qū)段供電恢復(fù)。
　　6、負(fù)荷管理：饋線負(fù)荷重新優(yōu)化配置（網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)）、饋線過負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)切換操作。
　　7、對(duì)時(shí)功能。
　　8、統(tǒng)計(jì)及記錄：開關(guān)動(dòng)作次數(shù)累計(jì)、供電可靠性統(tǒng)計(jì)、事故記錄報(bào)告、負(fù)荷記錄、事件順序記錄（SOE）、過流記錄等。
　　
　　五、結(jié)論與展望
　　
　　目前，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)在配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化中普遍應(yīng)用。同時(shí)，自動(dòng)化進(jìn)一步推向配電線和用戶，使配電自動(dòng)化的功能和覆蓋范圍更為全面。
　　配電自動(dòng)化是電力系統(tǒng)中一種先進(jìn)的理念，有別于調(diào)度自動(dòng)化，目前國內(nèi)外很多廠家和電力部門都朝這個(gè)方向去研究和探討。每個(gè)地方的實(shí)際情況和發(fā)展方向不同，配電自動(dòng)化的模式也自然不同，因此我們應(yīng)該追求配電自動(dòng)化系統(tǒng)的可行性、實(shí)用性和先進(jìn)性，逐步擴(kuò)展和完善，從發(fā)展方向看，以后將與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)合，成為一體化配電自動(dòng)化系統(tǒng)。
　　（一）從多島化到集成的DMS
　　傳統(tǒng)的配電自動(dòng)化，就是由一些單項(xiàng)、分散的多島自動(dòng)化所組成，功能相互重疊、數(shù)據(jù)不能共享、通道不能借用、功能不能互補(bǔ)。借助計(jì)算機(jī)通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把單項(xiàng)自動(dòng)化系統(tǒng)相互連接起來，例如將SCADA、LM和MIS（管理信息系統(tǒng)），通過少量接口轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)互聯(lián)而組成一個(gè)混合系統(tǒng)。解決問題的最佳途徑，即遵循“開放系統(tǒng)”最大限度地保護(hù)用戶原有硬軟件投資的原則，采用開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（OSA），實(shí)現(xiàn)多應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)品廠家系統(tǒng)集成的道路。
　?。ǘ┡潆娋W(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行
　　電力市場(chǎng)的不斷完善迫使電力企業(yè)以效益為目標(biāo)，把工作重心轉(zhuǎn)移到效率管理、降低成本和為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)上。這使得供電企業(yè)必須不斷地分析電網(wǎng)的運(yùn)行性能、制定電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的方案。
　　（三）定制電力技術(shù)的應(yīng)用
　　定制電力（Custom Power）技術(shù)是Narain G. Hingorani任職于美國電力科學(xué)研究院（EPRI）時(shí)和柔性輸電（FACTS）技術(shù)一起提出的。該項(xiàng)技術(shù)可以解決電壓突升、突降和瞬時(shí)斷電等配電系統(tǒng)擾動(dòng)所引起的種種問題，可補(bǔ)償電壓下降及短時(shí)斷電，對(duì)諧波進(jìn)行有效的濾波，補(bǔ)償相電流的不平衡，改進(jìn)功率因數(shù)P，其對(duì)提高供電質(zhì)量方面有著廣闊的前景，值得深入研究。
　　配電網(wǎng)自動(dòng)化是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的必然趨勢(shì)，其可以縮短停電時(shí)間和提高供電可靠性，提高設(shè)備利用率和降低運(yùn)行成本，提高運(yùn)行管理水平和改善供電質(zhì)量。它是推行電力商業(yè)化運(yùn)行的現(xiàn)代化工具，有著廣闊的前景，在將來必然會(huì)得到更大的發(fā)展。
　　（作者單位：華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院）