配電網(wǎng)自動化

摘要：分析配網(wǎng)現(xiàn)狀，用可靠性的方法去判斷正確的投資在配網(wǎng)沿用率，以滿足未來的使用負荷增長，消除配電系統(tǒng)中的投資過度和投資不足的風(fēng)險，同時以適當(dāng)?shù)某杀咎峁┳羁煽康姆?wù)。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) 自動化 瓶頸 發(fā)展 應(yīng)用

0 引言

電能的需求在不斷增加。但在一些地區(qū)，每天都有超過21%（還不包括偷電）的總發(fā)電量的電能損耗在輸電（4-6%）和配電網(wǎng)（15-18%）階段。該地區(qū)的電力赤字目前約為18%。顯然，減少配電系統(tǒng)上的電能損耗能顯著降低供電線損。對于這些地區(qū)而言，這個損耗可以降到6-8%，如果配電網(wǎng)部門運用了更新的技術(shù)方案（包括信息技術(shù)），將能更好地監(jiān)測和控制配電過程。

1 電能是如何輸送到我們這里的

發(fā)電廠產(chǎn)生的電能電壓為10-25kV。為了便于長距離傳輸，它被加壓到220kV或330kV，目前中國特高壓已經(jīng)達到1000kV電能的傳輸由高壓輸電網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。通常，我們將這些運行長度達數(shù)百公里，并為用電負荷提供電能的輸電系統(tǒng)稱為網(wǎng)格。網(wǎng)格是通過連接到與用電負荷聯(lián)通的35kV（或有時220kV）子線路向網(wǎng)絡(luò)中心（市）供電。這些線路最終通向110kV（或35kV）的末端變配電站，在那里，電壓將降到10kV以供配電網(wǎng)絡(luò)使用，并被后者降到更低。本文的重點就是以此電壓等級進行研究配電網(wǎng)的自動化運用。

普通人所關(guān)注的，一般是供配電網(wǎng)的末端，也就是10kV配電線路以及35kV變電站及其下級配電網(wǎng)。這些從35kV變電站引出的10kV配電線路會通向附近的負荷電（比如行政區(qū)、工廠、村莊等）。在這些負荷點，配電電壓將通過0.4kV配電線路供給人們使用，這個低壓電壓包括單相的220伏電壓和三相的0.4kV電壓，輸電線路可以使用入地線或者是架空線。在市區(qū)，由于用電負荷密度高，10kV的輸電線路一般到3km就終止，并轉(zhuǎn)入下一級配電網(wǎng)絡(luò)；而在鄉(xiāng)村，10kV的配電線路通常都會綿延10余千米，0.4kV 的輸電線路通常長約0.5-1km，因為太長的低壓線路會加劇電能損耗，造成終端電壓過低。

2 供電可靠性的瓶頸

缺乏基層變電站（35kV）和10kV與415伏供配電線路負荷與運行狀況信息是導(dǎo)致配電網(wǎng)運行效率底下的根本原因。由于缺乏對電力運行的監(jiān)控，系統(tǒng)過載等問題，導(dǎo)致了系統(tǒng)電壓過低，并增加了變壓器和輸電線路故障的概率。實際上，變壓器故障率高達20%，而在一些發(fā)達國家，這個數(shù)字低于2%。

由于配電網(wǎng)絡(luò)中缺乏開關(guān)電器，我們在切除某些負荷時無法保證其他負荷不受影響。唯一的解決途徑就是在35kV變電站（及每一條10kV配電線路）中使用斷路器。然而，這些斷路器按照程序的規(guī)定會在線路出現(xiàn)故障時完全隔離下級電路。作為一種負荷管理工具，這種切除方式不可取。這樣做會影響到大量的用電單位。很顯然，我們需要建設(shè)一個系統(tǒng)來更精細的管理負荷。

下級電路的任何一處故障，都會導(dǎo)致35kV變電站切除負荷。這樣做的結(jié)果就是供電網(wǎng)的大范圍斷電。如果我們可以準(zhǔn)確確定故障線路位置，就可以大量減少開關(guān)電器的作動范圍，減少非故障區(qū)域的切除范圍（作為負荷管理的一方面來講）。

3 努力開發(fā)一體的綜合配電自動化

①通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用有線和無線媒體。②微控制器的遠程終端裝置（RTU）。③遠程可操作性的10kV和415伏饋線開關(guān)。④應(yīng)用專用集成電路（ASIC）的電氣儀器儀表。⑤大型軟件，遠程監(jiān)控，報警產(chǎn)生和遠程控制。⑥配電網(wǎng)絡(luò)模擬器（一個實物形式的配電網(wǎng)縮比模型）提供了一個先進的技術(shù)，零部件和軟件全面測試的平臺。

4 遠程終端

基于頂級RTU設(shè)計的微控制器有32個模擬信號通道和16個數(shù)字型號通道。并使得RS232實現(xiàn)了全雙工異步通信。系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)將用以進行RMS和功率因數(shù)計算。該器件的核心設(shè)計目標(biāo)是低成本以及在信號調(diào)理模塊級和通信接口方面更高的靈活性和可擴展性。

5 遠程可控開關(guān)器件

一種用于10kV中壓電力線路運行的斷路器和一種415伏級別的塑殼低壓斷路器的研發(fā)已經(jīng)進入到試用階段。10kV級別的LBS在80A的運行電流下運行了80毫秒。該斷路器可以在通過16kA電流時在1秒鐘內(nèi)斷開，以保護電路。通過一個三相異步電動機和齒輪構(gòu)成的機構(gòu)，我們可以實施對斷路器的遙控操作。而415伏的塑殼斷路器則擁有一個進線斷路開關(guān)和兩個出線斷路開關(guān)。這種靈活的配置是為了適應(yīng)不同電壓級別的接線。對這些斷路器的遠程遙控操作是通過電磁制動機構(gòu)實現(xiàn)的。

6 電力系統(tǒng)的可靠性評估

電力系統(tǒng)的基本功能是為用戶提供盡可能經(jīng)濟和可靠的電能。自20世紀(jì)40年代起有一些簡單的應(yīng)用概率方法來進行發(fā)電儲備容量計算，但是，電力系統(tǒng)可靠性評估真正受到關(guān)注是1965年后才開始，最顯著的影響，是紐約市大停電那一年?？煽啃詳?shù)學(xué)運算在不斷變化，以適應(yīng)不斷發(fā)展變化的業(yè)務(wù)和技術(shù)的電力系統(tǒng)的配置。目前，風(fēng)能和太陽能等可再生能源方面的系統(tǒng)對發(fā)電，輸電和配電系統(tǒng)的運行產(chǎn)生重大影響。

7 配電系統(tǒng)的可靠性評估

配電系統(tǒng)可靠性的概念與發(fā)電和輸電系統(tǒng)不同在于，它有更多的用戶負載點，而不是被系統(tǒng)定向?qū)?，它和?dāng)?shù)氐呐潆娤到y(tǒng)集成，而不是考慮涉及發(fā)電和輸電整個系統(tǒng)。發(fā)電和輸電的可靠性也強調(diào)供應(yīng)能力和負荷損失的比例，涉及所有工程分布的可靠性：設(shè)計，策劃和運行。由于配電系統(tǒng)沒有綜合發(fā)電和輸電系統(tǒng)時的復(fù)雜性，涉及數(shù)學(xué)的概率遠比發(fā)電和輸電可靠性評估所需的簡單。

重要的是要注意，配電系統(tǒng)是大多電力系統(tǒng)及其客戶之間的重要環(huán)節(jié)。在許多情況下，這些都是放射狀的，他們?nèi)菀妆粏我挥脩敉ｋ娛录驍?。一個放射狀的配電線路通常使用主饋線和橫向的分配線路供給用戶電能需求。在過去，配電系統(tǒng)可靠性很少像發(fā)電和輸電系統(tǒng)可靠性那樣受到關(guān)注。這背后的根本原因是，發(fā)電和輸電環(huán)節(jié)都是資本密集型的，中斷這些部分將會給社會造成廣泛的經(jīng)濟災(zāi)難。

據(jù)文獻報道，超過80%的用戶斷電發(fā)生在配電系統(tǒng)。分配片段是供給來源和用戶負載點之間聯(lián)結(jié)最弱的環(huán)節(jié)。雖然相比發(fā)電和輸電改進方案單一配電系統(tǒng)加固方案更便宜，但是一個電力公司通?；ㄙM大量資金在維護和很多配電改良計劃上。

目前，在許多電力公司中，服務(wù)的連續(xù)性可以接受的水平是通過比較任意目標(biāo)實際中斷的頻率和持續(xù)時間確定指標(biāo)。例如，在服務(wù)連續(xù)性統(tǒng)計月度報告所產(chǎn)生的許多工具包含任意目標(biāo)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)性能比較。它長期以來被公認特別是在解除管制的市場環(huán)境中，經(jīng)驗和隱性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則不能以一致的方式經(jīng)常做大量資本維護投資和經(jīng)營決策。但是可以幾乎不采用概率分布模型對公用事業(yè)進行系統(tǒng)功能擴展研究就可得到一些可靠性計劃和有限的功能。不像大部分輸電系統(tǒng)，須在規(guī)劃和設(shè)計時受制于北美電力可靠性委員會的確定性標(biāo)準(zhǔn)，這種配電系統(tǒng)不受任何既定的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，配電業(yè)只須提供歷史分布系統(tǒng)的性能指標(biāo)給監(jiān)管機構(gòu)。

參考文獻：

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[3]李光琦編.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（第三版）[M].北京：中國電力出版社，2007.

作者簡介：王志芳（1978-），女，山西陽泉人，從事配網(wǎng)調(diào)度工作。2009年畢業(yè)于山西理工大學(xué)計算機及應(yīng)用專業(yè)，助理工程師。