配電自動化系統(tǒng)分析與展望

摘要：主要分析了配電自動化系統(tǒng)的組成、技術現(xiàn)狀、存在的問題以及發(fā)展方向。

關鍵詞：配電自動化；現(xiàn)狀；問題；展望

1 配電自動化系統(tǒng)的組成

配電自動化是指利用現(xiàn)代電子計算機、通信及網(wǎng)絡技術，將配電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結構和地理圖形進行信息集成，構成完整的自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網(wǎng)及其設備正常運行及事故狀態(tài)下的監(jiān)測、保護、控制、用電和配電管理的現(xiàn)代化。配電自動化系統(tǒng)包含以下四個方面：

變電站自動化系統(tǒng)：指應用自動控制技術和信息處理與傳輸技術，通過計算機硬軟件系統(tǒng)或自動裝置代替人工對變電站進行監(jiān)控、測量和運行操作的一種自動化系統(tǒng)。

10kV饋線自動化系統(tǒng)：完成10kV饋電線路的監(jiān)測、控制、故障診斷、故障隔離和網(wǎng)絡重構。

配電管理系統(tǒng)：是指用現(xiàn)代計算機、信息處理及通信等技術，并在GIS平臺支持下對配電網(wǎng)的運行進行監(jiān)視、管理和控制。主要功能有：數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）、配電網(wǎng)運行管理、用戶管理和控制、自動繪圖／設備管理／地理信息系統(tǒng)（AM／FM／GIS）。

用戶自動化系統(tǒng)：用戶自動化即需求側管理，主要包括負荷管理、用電管理、需方發(fā)電管理等。

2 配電自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

2．1 配電自動化技術現(xiàn)狀

配電自動化的發(fā)展大致分為三個階段：

第一階段是基于自動化開關設備相互配合的配電自動化階段，主要設備為重合器和分段器等，不需要建設通信網(wǎng)絡和計算機系統(tǒng)。其主要功能是在故障時通過自動化開關設備相互配合實現(xiàn)故障隔離和健全區(qū)域恢復供電。這一階段的配電自動化系統(tǒng)局限在自動重合器和備用電源自動投入裝置。自動化程度較低，具體表現(xiàn)在：①僅在故障時起作用，正常運行時不能起監(jiān)控作用，不能優(yōu)化運行方式；②調(diào)整運行方式后，需要到現(xiàn)場修改定值；③恢復健全區(qū)域供電時，無法采取安全和最佳措施；④隔離故障時需要經(jīng)過多次重合，對設備沖擊很大。這些系統(tǒng)目前仍大量應用。

第二階段的配電自動化系統(tǒng)是基于通信網(wǎng)絡、饋線終端單元和后臺計算機網(wǎng)絡的配電自動化系統(tǒng)，在配電網(wǎng)正常運行時也能起到監(jiān)視配電網(wǎng)運行狀況和遙控改變運行方式的作用，故障時能及時察覺。并由調(diào)度員通過遙控隔離故障區(qū)域和恢復健全區(qū)域供電。

隨著計算機技術的發(fā)展，產(chǎn)生了第三階段的配電自動化系統(tǒng)。它在第二階段的配電自動化系統(tǒng)的基礎上增加了自動控制功能。形成了集配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)、配電地理信息系統(tǒng)、需方管理（DSM）、調(diào)度員仿真調(diào)度、故障呼叫服務系統(tǒng)和工作管理等一體化的綜合自動化系統(tǒng)，形成了集變電所自動化、饋線分段開關測控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負荷控制和遠方抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)（DMS），功能多達140余種?，F(xiàn)階段的配電自動化以此為目標建設和完善。

2．2 配電自動化面臨的問題

電力市場環(huán)境下的配電自動化系統(tǒng)必須在以下幾方面加以提高和改進。

高度可靠和快速反應的變電站、饋線自動化系統(tǒng)。在電力市場環(huán)境下，為了保障終端用戶的供電可靠性，自動化系統(tǒng)不僅要求能夠正確判斷故障、隔離及恢復故障，而且要求加大對自動化系統(tǒng)的投資，增加快速、可靠的開關及控制裝置，盡量減少對用戶的停電次數(shù)和停電時間。同時，因配電網(wǎng)故障必須中斷部分負荷供電時，應能快速自動識別重要用戶，優(yōu)先保障其供電。

為了適應市場環(huán)境下的競爭需要，SCADA（系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)的功能應該是強大的，特別是對重要用戶的監(jiān)控更應該作到準確、可靠、靈敏。否則會給配電公司帶來較大的損失，這種損失包括對用戶的真接停電和造成社會影響的間接損失。

實現(xiàn)SCADA與GIS（配電地理信息系統(tǒng)）一體化設計，達到SCADA和GIS數(shù)據(jù)一體化、功能一體化、界面一體化，實現(xiàn)從GIS中自動提取SCADA需要的網(wǎng)絡結構和屬性數(shù)據(jù)及由SCADA系統(tǒng)向GIS提供配電實時運行數(shù)據(jù)。

采用可擴展綜合型的配電自動化終端（CDAU）。為滿足電力市場對電能質(zhì)量的監(jiān)測及實時電價信息的發(fā)布要求，實現(xiàn)綜合信息的采集及控制，盡可能減少現(xiàn)場終端的數(shù)量及降低系的復雜性，應考慮采用可擴展功能的綜合型配電自動化終端。該終端除了具有通常的功能外，還具有電能質(zhì)量監(jiān)測、實時電價信息發(fā)布、故障錄波及部分儀表功能。

3 配電自動化系統(tǒng)的發(fā)展展望

3.1 現(xiàn)代配電自動化系統(tǒng)采用分層集結策略

大城市配電自動化系統(tǒng)一般分四個層，第一層為現(xiàn)場設備層。主要由饋線終端單元（FTU）、配變終端單元（TTU）、遠動終端單元（RTU）和電量集抄器等構成，統(tǒng)稱為配電自動化終端設備。第二層為區(qū)域集結層。以110kV變電站或重要配電開閉所為中心，將配電網(wǎng)劃分成若干區(qū)域，在各區(qū)域中心設置配電子站，又稱“區(qū)域工作站”，用于集結所在區(qū)域內(nèi)大量分散的配電終端設備，如饋線終端單元（FTU）、配變終端單元（TTU）和電量采集器。第三層為配電自動化子控制中心層。建設在城市的區(qū)域供電分局，一般配備基于交換式以太網(wǎng)的中檔配電自動化后臺系統(tǒng)。往往還包括配電地理信息系統(tǒng)、需方管理和客戶呼叫服務系統(tǒng)等功能。用于管理供電分局范圍內(nèi)的配電網(wǎng)。第四層為配電自動化總控制中心層。建設在城市的供電局，一般配備基于交換式以太網(wǎng)的高檔配電自動化后臺系統(tǒng)和大型數(shù)據(jù)庫，用于管理整個城市范圍內(nèi)的配電網(wǎng)。中小型城市的配電自動化系統(tǒng)一般只有前三層設備，不需要第四層。

3.2 集成化、智能化和綜合化是發(fā)展趨勢

配電自動化系統(tǒng)作為一個龐大復雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含眾多的設備和子系統(tǒng)，各功能、子系統(tǒng)之間存在著不同程度的關聯(lián)，其本身及其所用技術又處于不斷發(fā)展之中，這就要求配電自動化系統(tǒng)采用全面解決的方案，走系統(tǒng)集成之路，使得各種應用之間可共享投資和運行費用，最大限度保護用戶原有的投資。

在饋線自動化方面，現(xiàn)有饋線終端設備不僅具有常規(guī)的遙測、遙信和遙控功能，且還集成了自動重合閘、饋線故障檢測和電能質(zhì)量的一些參數(shù)的檢測功能，甚至集成了斷路器的監(jiān)視功能，且有進一步與斷路器相結合，機電一體化，發(fā)展成為智能化開關的趨勢。顯著地降低了建設、運行和維護的綜合成本，為提高供電可靠性，創(chuàng)造了有利的條件。在電壓無功控制方面，國內(nèi)已經(jīng)提出基于人工神經(jīng)元網(wǎng)絡的無功預測和優(yōu)化決策相結合的變電站電壓無功控制策略，該策略以無功變化趨勢為指導，充分發(fā)揮了電容器的經(jīng)濟技術效益，能在無功基本平衡和保證電壓合格的前提下，使變壓器分接頭的調(diào)節(jié)次數(shù)降至最小，消除了盲目調(diào)節(jié)，降低了變壓器故障幾率和減少了維護量。

3.3 配電自動化新技術

配電線路載波通信技術。對低壓配電網(wǎng)，由于終端設備數(shù)量非常多，采用光纖通信無論從成本或可行性看均不現(xiàn)實，為實現(xiàn)配電系統(tǒng)綜合自動化的實時電價信息發(fā)布及遠程讀表功能，研究具有較高可靠性和通信速率的配電線路載波通信技術，不僅可作為實現(xiàn)上述功能的通信手段，還可以為客戶提供其他的綜合通信服務。

用戶電力技術。用戶電力技術是將電力電子技術、微處理機技術、控制技術等高新技術運用于中、低壓配、用電系統(tǒng)，以減少諧波畸變，消除電壓波動和閃變、各相電壓的不對稱和供電的短時中斷，從而提高供電可靠性和電能質(zhì)量的新型綜合技術。用戶電力技術獨立工作時可滿足特殊負荷對供電量的嚴格要求，與配網(wǎng)自動化技術相結合時，將實現(xiàn)無瞬時停電、實時控制的柔性化配電、滿足用戶對電能質(zhì)量更高層次的要求。

智能分布式FA。在該體系中，將要研究建立智能體（agent）與區(qū)域協(xié)調(diào)器的協(xié)調(diào)機制。為了考慮全網(wǎng)的運行方式以及拓撲結構的變化影響，需要研究在配單自動化主站建立協(xié)調(diào)服務器，通過定義智能體之間的通信與規(guī)范構成完整的智能分布式FA實現(xiàn)方式。

參考文獻

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