智能配電系統(tǒng)發(fā)展綜述

/華東建筑設(shè)計(jì)研究總院 邵民杰 /

智能配電系統(tǒng)發(fā)展綜述

/華東建筑設(shè)計(jì)研究總院 邵民杰 /

智能配電技術(shù)的發(fā)展對(duì)保證用戶的高效、高質(zhì)量、高可靠供電及智能電網(wǎng)的全過程實(shí)施起著重要的作用。智能配電系統(tǒng)要求有高技術(shù)含量的配電系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)與之相適應(yīng)，以適應(yīng)配電系統(tǒng)的高可靠性、高智能化及其他分布式電源的接入要求。

自從2009年我國正式啟動(dòng)智能電網(wǎng)建設(shè)工作后，經(jīng)過多年的努力，我國的智能電網(wǎng)建設(shè)已取得了長足的進(jìn)步。智能電網(wǎng)是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，與發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度等各環(huán)節(jié)基礎(chǔ)設(shè)施高度集成，具備全方位、全過程的智能監(jiān)測、診斷、通信、控制、決策與自愈能力，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。

作為智能電網(wǎng)終端的一個(gè)重要環(huán)節(jié)——智能配電，其與用戶的聯(lián)系最為緊密，對(duì)用戶的影響也最為直接。智能配電技術(shù)的發(fā)展對(duì)保證用戶的高效、高質(zhì)量、高可靠供電及智能電網(wǎng)的全過程實(shí)施起著重要的作用。智能配電系統(tǒng)要求有高技術(shù)含量的配電系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)與之相適應(yīng)，以適應(yīng)配電系統(tǒng)的高可靠性、高智能化及其他分布式電源的接入要求。另外智能配電系統(tǒng)對(duì)在故障隔離與自愈、分布式電源與可平移負(fù)荷調(diào)度、監(jiān)測與控制、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助決策等方面都注入了新的要求。

一、智能配電技術(shù)的概念

智能配電系統(tǒng)是面向智能電網(wǎng)終端用戶的末層設(shè)備系統(tǒng)，更注重用戶的體驗(yàn)，注重供配電系統(tǒng)的高可靠性、安全性和良好的電能質(zhì)量，是智能電網(wǎng)的重要組成部分。

智能配電系統(tǒng)是按用戶需求，遵循配電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范而發(fā)展成具有專業(yè)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、易使用、高性能、高可靠、高兼容等特點(diǎn)的適用于配電系統(tǒng)的智能化管理系統(tǒng)。

二、智能配電系統(tǒng)的發(fā)展

從20世紀(jì)90年代初開始，隨著計(jì)算機(jī)、微電子、電力電子、抗干擾等新技術(shù)的發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展使得電力自動(dòng)化技術(shù)得到了快速發(fā)展。

國際上多家著名的電器制造公司開始把這些技術(shù)應(yīng)用于配電系統(tǒng)，也就是所謂的把配電監(jiān)測控制與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合。研發(fā)了帶有通信、監(jiān)測、控制功能的智能型配電柜及相關(guān)產(chǎn)品。隨后還陸續(xù)推出了智能配電系統(tǒng)的綜合技術(shù)及解決方案，并開始在國內(nèi)大型工程中推廣應(yīng)用，構(gòu)成了初期的配電監(jiān)控系統(tǒng)。

初期的智能配電柜很多是在以往的以模擬儀表、繼電器為監(jiān)測、控制的普通配電柜基礎(chǔ)上，與新型智能儀表（網(wǎng)絡(luò)電力儀表、智能配電監(jiān)控/保護(hù)模塊等、網(wǎng)絡(luò)I/O）進(jìn)行配合。

通過其網(wǎng)絡(luò)通信接口與中央控制室的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，從而對(duì)配電回路的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、電度量等電參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測以及對(duì)斷路器的分合狀態(tài)、故障信息進(jìn)行監(jiān)視。

對(duì)斷路器的分合狀態(tài)進(jìn)行控制，并配合各種遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)“四遙”功能。

智能配電系統(tǒng)將各種帶智能功能的配電柜與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行組合應(yīng)用，由一批通過通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的智能型或非智能型配電柜組成。其配置根據(jù)工程的需要，既可配置成全智能型器件及監(jiān)控裝置的配電柜，又可配置成部分使用傳統(tǒng)電器元件及監(jiān)控裝置的開關(guān)柜，或混合配置。

三、智能配電系統(tǒng)的主要實(shí)施功能

智能電網(wǎng)的用戶端智能配電系統(tǒng)主要包括從中壓（6～35kV）到低壓配電的智能配電系統(tǒng)，作為直接面向終端用戶的低壓配電設(shè)備及系統(tǒng)，相對(duì)而言其智能化研究與應(yīng)用要后于中高壓配電系統(tǒng)及智能電網(wǎng)。不少低壓智能配電系統(tǒng)基本上是在原有低壓電力監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，可以滿足基本的監(jiān)控。

智能配電系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)形式以分層、分布式結(jié)構(gòu)為多，系統(tǒng)一般分為系統(tǒng)軟件管理層、通信網(wǎng)絡(luò)層、現(xiàn)場設(shè)備層三層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1

系統(tǒng)實(shí)施功能主要體現(xiàn)在：

1）采集各種遙測、遙信、電度信息與數(shù)據(jù)（如配電系統(tǒng)母線段電壓值、電流值；各回路電量的實(shí)時(shí)采集；線電壓、相電流；三相有功功率、無功功率、有功電能；頻率、功率因數(shù)；電壓不平衡度、電流不平衡度；各斷路器、手車狀態(tài)；變壓器溫度、運(yùn)行狀態(tài)等），并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，包括計(jì)算遙測量與多點(diǎn)遙信等。一些系統(tǒng)同時(shí)能夠?qū)?shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)分析。

圖2 某大型工程智能配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

2）通過監(jiān)控主機(jī)或遠(yuǎn)程工作站對(duì)現(xiàn)場的配電開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程分合操作，設(shè)備定值管理、參數(shù)調(diào)節(jié)，并對(duì)操作人員、操作時(shí)間、操作類型進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。

3）監(jiān)控主機(jī)具有圖形顯示功能，能顯示出流程圖、電氣接線圖、運(yùn)行狀況圖、配電柜正視圖等；同時(shí)具有友好的漢化人機(jī)接口界面。

4）分類報(bào)警顯示。對(duì)可能發(fā)生的事故進(jìn)行預(yù)報(bào)警， 并及時(shí)處理以避免事故的出現(xiàn)，節(jié)省時(shí)間，減少損失。

5）其他。如實(shí)時(shí)或歷史報(bào)表管理、打印管理、用戶管理、數(shù)據(jù)庫管理、通信管理等。

6）一些系統(tǒng)還具有遙視聯(lián)動(dòng)等附加功能，即在原有“四遙”的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)軟件提供“遙視”聯(lián)動(dòng)等功能，在變配電站內(nèi)設(shè)置視頻探測，遠(yuǎn)程對(duì)電站進(jìn)行全方位監(jiān)控；在系統(tǒng)監(jiān)視畫面上嵌入設(shè)備視頻監(jiān)視窗口，故障時(shí)推出對(duì)應(yīng)的配電柜或視頻窗口等。

7）與傳統(tǒng)元件裝置相比，系統(tǒng)中的智能元件裝置克服了傳統(tǒng)元件功能單一的弱點(diǎn)，能夠集測量、控制、保護(hù)等多種功能于一體，取代了指針式電量表、變送器、信號(hào)燈、繼電器等常規(guī)元件，并大量減少了柜內(nèi)的二次接線，使得系統(tǒng)更加緊湊，安裝和調(diào)試更方便。

8）智能配電系統(tǒng)的實(shí)施有效保障了供電可靠性和供電品質(zhì)，改善了配電系統(tǒng)管理，優(yōu)化了電能使用狀況及用電負(fù)荷分配，提高了系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性及電能利用效率如圖2所示。

四、智能配電系統(tǒng)發(fā)展的主要技術(shù)

1）智能配電系統(tǒng)的發(fā)展給智能低壓電器特別是智能斷路器提出了更高的要求，另外隨著第四代及更新一代智能斷路器的不斷問世，其內(nèi)置智能控制器的功能也在日趨完善，且融合了現(xiàn)代機(jī)電、測量、控制和微機(jī)技術(shù)。

2）不斷發(fā)展與完善的現(xiàn)場總線技術(shù)對(duì)智能配電系統(tǒng)的發(fā)展起到了重要的作用。在低壓電氣設(shè)備中，現(xiàn)場總線技術(shù)已在電動(dòng)機(jī)控制、綜合測控儀表及開關(guān)保護(hù)等智能化元件上得到了廣泛應(yīng)用。

3）智能配電系統(tǒng)的實(shí)施對(duì)配電通信系統(tǒng)提出了更高的要求，不僅需要滿足由用戶直接參與的需求側(cè)智能管理的要求，有時(shí)還要滿足用戶與配電系統(tǒng)運(yùn)營者間雙向信息交互的需要，需要有適應(yīng)于配電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測、預(yù)警、自愈控制等高級(jí)輔助決策的功能等。

4）智能配電技術(shù)的不斷發(fā)展，也帶動(dòng)了智能配電箱柜的發(fā)展。新一代的產(chǎn)品在利用現(xiàn)場總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)與具有網(wǎng)絡(luò)化、智能化的各新型智能配電設(shè)備結(jié)合等方面體現(xiàn)出更高的技術(shù)含量，并使配電箱柜的功能性更強(qiáng)， 可靠性更高， 系統(tǒng)更完善，控制更方便。

同時(shí)新一代的智能配電箱柜的技術(shù)也越來越傾向于系統(tǒng)化、模塊化、集成一體化及通信功能的多樣化，注重新型智能元器件的開發(fā)、選擇及新材料的利用。

“安全、經(jīng)濟(jì)、自愈、清潔”的智能電網(wǎng)，已成為我國電力建設(shè)主要方向，智能電網(wǎng)的穩(wěn)步發(fā)展帶動(dòng)了智能配電技術(shù)的發(fā)展，國家能源局在《配電網(wǎng)建設(shè)改造行動(dòng)計(jì)劃（2015-2020年）》中對(duì)于實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)裝備和智能配電水平升級(jí)、推進(jìn)配電設(shè)備智能化提出了具體的要求。