配電自動化前景展望

陳　群

[摘 要]配電自動化是指利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測、保護(hù)、控制、計量和供電部門的管理工作有機(jī)地融合在一起，改進(jìn)供電質(zhì)量，與用戶建立更密切、更負(fù)責(zé)的關(guān)系，以合理的價格滿足用戶要求的多樣性，力求供電經(jīng)濟(jì)性最好，企業(yè)管理更為有效。

[關(guān)鍵詞]配網(wǎng) 自動化 發(fā)展 展望

引言

隨著我國城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)改造的不斷深入，在供電可靠性和供用電指標(biāo)已有很大提高的基礎(chǔ)上，要繼續(xù)提高供用電質(zhì)量水平，提高對電力用戶的服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)配電自動化是必由之路。

配電自動化是指利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測、保護(hù)、控制、計量和供電部門的管理工作有機(jī)地融合在一起，改進(jìn)供電質(zhì)量，與用戶建立更密切、更負(fù)責(zé)的關(guān)系，以合理的價格滿足用戶要求的多樣性，力求供電經(jīng)濟(jì)性最好，企業(yè)管理更為有效。

一、配電自動化的類別

配電自動化是一個龐大復(fù)雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含電力企業(yè)中與配電系統(tǒng)有關(guān)的全部功能數(shù)據(jù)流和控制。從保證對用戶的供電質(zhì)量，提高服務(wù)水平，減少運(yùn)行費(fèi)用的觀點(diǎn)來看，配電自動化是一個統(tǒng)一的整體。配電自動化包含以下4個方面：

（一）饋線自動化。

饋線自動化完成饋電線路的監(jiān)測、控制、故障診斷、故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。其主要功能有：運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、遠(yuǎn)方控制和就地自主控制、故障區(qū)隔離、負(fù)荷轉(zhuǎn)移及恢復(fù)供電、無功補(bǔ)償和調(diào)壓等。

（二）變電站自動化。

變電站自動化指應(yīng)用自動控制技術(shù)和信息處理與傳輸技術(shù)，通過計算機(jī)硬軟件系統(tǒng)或自動裝置代替人工對變電站進(jìn)行監(jiān)控、測量和運(yùn)行操作的一種自動化系統(tǒng)。變電站自動化以信號數(shù)字化和計算機(jī)通信技術(shù)為標(biāo)志，進(jìn)入傳統(tǒng)的變電站二次設(shè)備領(lǐng)域，使變電站運(yùn)行和監(jiān)控發(fā)生了巨大的變化，取得顯著的效益。

（三）配電管理系統(tǒng)。

配電管理系統(tǒng)(DMS)是指用現(xiàn)代計算機(jī)、信息處理及通信等技術(shù)和相關(guān)設(shè)備對配電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視、管理和控制。它是配電自動化系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個配電自動化系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和管理中心。主要功能有：數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控(SCADA)、配電網(wǎng)運(yùn)行管理、用戶管理和控制、自動繪圖/設(shè)備管理/地理信息系統(tǒng)(AM/FM/GIS)等。

（四）需求側(cè)管理。

通過一系列經(jīng)濟(jì)政策和技術(shù)措施，由供需雙方共同參與的供用電管理。包含負(fù)荷管理、用電管理及需方發(fā)電管理等。需求側(cè)管理的幾個內(nèi)容涉及電力供需雙方，甚至與電力管理體制有關(guān)，必須通過立法和制訂相應(yīng)的規(guī)則，并最終由電力市場來調(diào)節(jié)?？梢钥吹?，電力的供需雙方不僅僅是一種電力買賣關(guān)系，也是以雙方利益為紐帶的合作伙伴關(guān)系，在電力市場環(huán)境下，需求側(cè)管理必將被重視。

二、數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特點(diǎn)

（一）智能化的一次設(shè)備

一次設(shè)備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計，簡化了常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。換言之，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

（二）網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備

變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠(yuǎn)動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

（三）自動化的運(yùn)行管理系統(tǒng)

變電站運(yùn)行管理自動化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計無紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化；變電站運(yùn)行發(fā)生故障時能即時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見；系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修報告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”。

三、數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在變電站自動化領(lǐng)域中，智能化電氣的發(fā)展，特別是智能開關(guān)、光電式互感器機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，變電站自動化技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中，保護(hù)裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元，如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等將割列出來作為智能化一次設(shè)備的一部分。反言之，智能化一次設(shè)備的數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路代替了常規(guī)繼電保護(hù)裝置、測控等裝置的I/O部分；而在中低壓變電站則將保護(hù)、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化，完整地安裝在開關(guān)柜上，實(shí)現(xiàn)了變電站機(jī)電一體化設(shè)計。

數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個層次，這三個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。

（一）過程層

過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說過程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。過程層的主要功能分三類：（1）電力運(yùn)行實(shí)時的電氣量檢測；（2）運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測；（3）操作控制執(zhí)行與驅(qū)動。

（二）間隔層

間隔層設(shè)備的主要功能是：（1）匯總本間隔過程層實(shí)時數(shù)據(jù)信息；（2）實(shí)施對一次設(shè)備保護(hù)控制功能；（3）實(shí)施本間隔操作閉鎖功能；（4）實(shí)施操作同期及其他控制功能；（5）對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運(yùn)算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制；（6）承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。必要時，上下網(wǎng)絡(luò)接口具備雙口全雙工方式，以提高信息通道的冗余度，保證網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。

（三）站控層

站控層的主要任務(wù)是：（1）通過兩級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶?shí)時數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實(shí)時數(shù)據(jù)庫，按時登錄歷史數(shù)據(jù)庫；（2）按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心；（3）接收調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行；（4）具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；（5）具有（或備有）站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，人機(jī)聯(lián)系功能，如顯示、操作、打印、報警，甚至圖像，聲音等多媒體功能；（6）具有對間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護(hù)、在線組態(tài)，在線修改參數(shù)的功能；（7）具有（或備有）變電站故障自動分析和操作培訓(xùn)功能。

四、數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)選型

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的命脈，它的可靠性與信息傳輸?shù)目焖傩詻Q定了系統(tǒng)的可用性。常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)中單套保護(hù)裝置的信息采集與保護(hù)算法的運(yùn)行一般是在同一個CPU控制下進(jìn)行的，使得同步采樣、A/D轉(zhuǎn)換，運(yùn)算、輸出控制命令整個流程快速，簡捷，而全數(shù)字化的系統(tǒng)中信息的采樣、保護(hù)算法與控制命令的形成是由網(wǎng)絡(luò)上多個CPU協(xié)同完成的，如何控制好采樣的同步和保護(hù)命令的快速輸出是一個復(fù)雜問題，其最基本的條件是網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性，關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信速度的提高和合適的通信協(xié)議。