試論智能電網(wǎng)的配電自動(dòng)化改造

支秋林ZHI Qiu-lin

（上海電力學(xué)院，上海 200090）

（Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China）

1 配電自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)配電系統(tǒng)的容量大小，可以將配電自動(dòng)化系統(tǒng)分為三種不同的類型，分別是：大型配電自動(dòng)化系統(tǒng)、中型配電自動(dòng)化系統(tǒng)以及小型配電自動(dòng)化系統(tǒng)。通常情況下，在選擇配電自動(dòng)化系統(tǒng)的類型時(shí)需要與實(shí)際的要求和目標(biāo)以及將來的發(fā)展規(guī)模相結(jié)合，以經(jīng)濟(jì)性、可擴(kuò)展性、安全穩(wěn)定性等為基本原則，圖1 給出了典型的配電自動(dòng)化系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖。其中，它最突出的優(yōu)點(diǎn)在于：具有較好的靈活性，在建設(shè)的初期可以采用中型配電自動(dòng)化系統(tǒng)的型式進(jìn)行建設(shè)，并且裝設(shè)相應(yīng)的主站、子站以及終端等。當(dāng)需要對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，可以適當(dāng)增加主站系統(tǒng)數(shù)量，同時(shí)將其中的一個(gè)主站作為中心站。按照層次結(jié)構(gòu)的不同，可以將系統(tǒng)分為三個(gè)層次，其中，第二層以下的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要適當(dāng)擴(kuò)展。

圖1 配電自動(dòng)化系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖

在配電網(wǎng)中，自動(dòng)化系統(tǒng)的地位是毋庸置疑的，因此，對(duì)其要求較高，相應(yīng)的開關(guān)設(shè)備不僅要滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還應(yīng)該滿足相應(yīng)的管理系統(tǒng)運(yùn)行要求。注：配電自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)可參看相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)文件。

2 智能電網(wǎng)配電自動(dòng)化的發(fā)展

在我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展中，智能電網(wǎng)配電自動(dòng)化的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，以下對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)分析[1]。

2.1 配電系統(tǒng)開關(guān)設(shè)備的配合 在該階段，主要配電設(shè)備還沒有建立完善的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也缺失通信網(wǎng)絡(luò)。重合器等的使用會(huì)影響配電系統(tǒng)的功能，表現(xiàn)在：當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時(shí)，通過相應(yīng)的配電開關(guān)設(shè)備的相互配合，配電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域的隔離以及維護(hù)，從而保證了對(duì)用戶供電的正常以及穩(wěn)定。在自動(dòng)化開關(guān)設(shè)備的相互配合下，配電系統(tǒng)自動(dòng)化具有十分積極的作用，但值得注意的是這種自動(dòng)化也存在一定的局限性，主要體現(xiàn)在：在實(shí)現(xiàn)維護(hù)自動(dòng)化的過程中，需要定期進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，同時(shí)這種維護(hù)缺乏安全和穩(wěn)定的自動(dòng)化特點(diǎn)。

2.2 配電通信網(wǎng)絡(luò) 在該階段中，最突出的特點(diǎn)是：應(yīng)用了配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)以及后臺(tái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；它對(duì)于配電系統(tǒng)的自動(dòng)化功能而言是質(zhì)的飛躍。在配電系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，后臺(tái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用依然能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制，它在很大程度上保證了配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。除此之外，應(yīng)用通信網(wǎng)絡(luò)還有助于配電系統(tǒng)的遙控維護(hù)等。

2.3 配電系統(tǒng)自動(dòng)控制 在配電系統(tǒng)的自動(dòng)控制階段，主要是實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的自動(dòng)控制功能的添加；在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，在開關(guān)設(shè)備配合自動(dòng)化和后臺(tái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制功能的添加。它不僅實(shí)現(xiàn)了配電系統(tǒng)正常運(yùn)行的自動(dòng)化，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程遙控的自動(dòng)化。

3 配電自動(dòng)化改造內(nèi)容

作為一項(xiàng)系統(tǒng)而龐大的工程，配電網(wǎng)系統(tǒng)的自動(dòng)化改造涉及到以下三個(gè)方面的內(nèi)容[2]。

3.1 主站自動(dòng)化系統(tǒng)改造 在主站系統(tǒng)中，主要包括三個(gè)子系統(tǒng)，分別為：①配電SCADA 主站系統(tǒng)[3]。在該系統(tǒng)中，主前置服務(wù)器是RTu 服務(wù)器中的一臺(tái)；當(dāng)這臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)的為系統(tǒng)配置一臺(tái)服務(wù)器替代出現(xiàn)故障的主前置服務(wù)器，從而有力的保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這些功能都是通過nap 來實(shí)現(xiàn)的。在子站服務(wù)器中，通過相應(yīng)的交換機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送給主前置機(jī)服務(wù)器，這些數(shù)據(jù)信號(hào)通過dater 進(jìn)行接收，并相應(yīng)的存入到本地，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享。通過datsrv 的接受，子前置服務(wù)器能夠接受這些數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的共享。②配電應(yīng)用軟件子系統(tǒng)DAS。通常情況下，當(dāng)配電網(wǎng)自動(dòng)化改造完成以后，為了滿足系統(tǒng)的技術(shù)要求，需要進(jìn)行系統(tǒng)故障恢復(fù)診斷功能的聯(lián)機(jī)調(diào)試，即：配電網(wǎng)的自動(dòng)化功能；在進(jìn)行調(diào)試之前，需要保證相應(yīng)條件的正確，包括：主站配置庫已經(jīng)完成、系統(tǒng)主站和子站之間的通信正常、FTU 中相應(yīng)的功能正常。③配電管理系統(tǒng)DMS。就配電系統(tǒng)來說，其最為主要的功能是：AM/FM/GIS 功能。它有效結(jié)合了空間數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及電力系統(tǒng)技術(shù)等，主要應(yīng)用于對(duì)電力設(shè)備空間定位資料的分析和顯示，同時(shí)也可以對(duì)相應(yīng)的屬性資料進(jìn)行分析，屬于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。其中，AM 表示自動(dòng)繪圖系統(tǒng)，F(xiàn)M 表示設(shè)備管理系統(tǒng)，GIS為地理信息系統(tǒng)；將三者結(jié)合起來就形成了DMS 基本平臺(tái)，并建立了相應(yīng)的DMS 數(shù)據(jù)庫，它可以提供共享資料給子系統(tǒng)；分析其主要優(yōu)點(diǎn)，包括：資料的冗余度更小，資料具有統(tǒng)一性，具有人性化操作界面。另外，應(yīng)用GIS 系統(tǒng)，電力系統(tǒng)得到了一種新的表達(dá)形式，具有直觀的特點(diǎn)，空間管理能力更強(qiáng)。

3.2 子站自動(dòng)化系統(tǒng)改造 配電網(wǎng)中很多設(shè)備需要監(jiān)控，涉及到的范圍較廣，較難將監(jiān)控設(shè)備直接聯(lián)系配電主站，因此，需要中間級(jí)，即：配電子站系統(tǒng)。配電子站能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控功能。另外傳輸?shù)脚潆娭髡镜耐ㄐ盘幚砥髦械膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)也能得到實(shí)時(shí)監(jiān)控，這樣一來不僅能夠節(jié)省主干通道，對(duì)于配電自動(dòng)化主站而言，還可以順利繼承自動(dòng)化成果。

3.3 終端系統(tǒng)自動(dòng)化改造 就城市配電網(wǎng)而言，其自動(dòng)化終端的主要任務(wù)是：實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，如：柱上開關(guān)、開閉所以及配電變壓器等，它不僅要完成遙測(cè)、遙控和遙調(diào)的功能，同時(shí)還要完成故障的識(shí)別和控制，與主站和子站相配合實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行情況的檢測(cè)和優(yōu)化，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重構(gòu)，隔離故障。在變電站的開閉所自動(dòng)化終端中，采用的是光纖雙以太網(wǎng)；而在柱上自動(dòng)化終端中，則是采用R2485/232 等無線方式，或者是采用光纖等接入到D25數(shù)據(jù)集中器中。這種配置有效結(jié)合了D25 多功能電子裝置，實(shí)現(xiàn)了配置的靈活化，十分適宜應(yīng)用于未來可能大規(guī)模擴(kuò)展的場(chǎng)合。在該系統(tǒng)中，按照相關(guān)的功能要求，其系統(tǒng)的改造方案有以下幾種：①數(shù)據(jù)集中器。②開閉所自動(dòng)化終端。③柱上自動(dòng)化終端。

4 電網(wǎng)配電自動(dòng)化可靠性及改造效益

作為一項(xiàng)高新技術(shù)工作，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的自動(dòng)化運(yùn)行不僅要注意到配電網(wǎng)點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，同時(shí)也應(yīng)該注意人員和線路的不穩(wěn)定因素；此外，由于計(jì)算機(jī)的軟件和硬件更新快，管理和維護(hù)配電網(wǎng)自動(dòng)化的過程十分復(fù)雜。依靠眾多的數(shù)字終端設(shè)備以及通訊網(wǎng)絡(luò)的傳輸通道等，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析以及更新等功能。為了保證其穩(wěn)定運(yùn)行，需要定期進(jìn)行科學(xué)合理的維護(hù)工作。具體而言包括：終端設(shè)備的運(yùn)行及維護(hù)、通信光纜的運(yùn)行及維護(hù)、計(jì)算機(jī)等硬件的運(yùn)行及維護(hù)。

實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化改造以后，電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，這就大大提高了電網(wǎng)調(diào)度的安全穩(wěn)定性，可以有效防止由于信息傳遞不暢通而造成的盲調(diào)狀態(tài)；另外，電網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行的其他功能也得以實(shí)現(xiàn)，如；線路故障的自動(dòng)化診斷、確定故障點(diǎn)的自動(dòng)化隔離，故障區(qū)域供電的自動(dòng)化恢復(fù)。經(jīng)過電網(wǎng)的配電自動(dòng)化改造以后，配電搶修的工作量得到了大大減輕，相應(yīng)的反應(yīng)速度也得到了大大提高。經(jīng)過初步核算，經(jīng)過配電自動(dòng)化改造之后的區(qū)域，其平均故障停電時(shí)間減少了0.07h/戶每年，供電的可考慮高達(dá)99.9%；社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益都得到了極大的提高，另外，還由此培養(yǎng)出了一批專業(yè)素質(zhì)高的電網(wǎng)維護(hù)人員，為全面實(shí)現(xiàn)堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

本文闡述了配電自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)指標(biāo)，分析了智能電網(wǎng)配電自動(dòng)化的發(fā)展，重點(diǎn)對(duì)改造進(jìn)行了研究，包括：主站改造、子站改造以及終端改造，最后對(duì)改造效率進(jìn)行了分析。通過智能電網(wǎng)配電自動(dòng)化的改造，電網(wǎng)的電能質(zhì)量得到了提高，故障停電時(shí)間減少了，恢復(fù)速度也提高了，電網(wǎng)企業(yè)社會(huì)責(zé)任得到了落實(shí)。

[1]劉海濤，趙江河，蘇劍.基于ESB 的配電網(wǎng)自動(dòng)化及管理系統(tǒng)信息集成[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32(16)：47-51.

[2]國(guó)家電網(wǎng)公司.配電自動(dòng)化建設(shè)與改造標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].北京：國(guó)家電網(wǎng)公司，2011.

[3]國(guó)家電網(wǎng)公司.智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃[R].北京：國(guó)家電網(wǎng)公司，2010.

[4]趙江河，王立巖.智能配電網(wǎng)信息框架[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(15)：26-29.