基于智能電網(wǎng)的配電自動(dòng)化建設(shè)

岳剛

摘 要：智能電網(wǎng)配電系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，不但能夠降低電能損耗，也能夠提高和健全電網(wǎng)系統(tǒng)，保障整體運(yùn)行質(zhì)量，同時(shí)也能夠快速處理事故和確保供電安全性，基于此該文主要分析了智能電網(wǎng)的配電自動(dòng)化的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng) 配電 自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）11（a）-0018-03

國家電網(wǎng)公司在新形式發(fā)展上，是根據(jù)我國電網(wǎng)的實(shí)際情況以及世界電網(wǎng)的發(fā)展情況進(jìn)行分析，并將高壓電網(wǎng)、各個(gè)等級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化發(fā)展方向，并努力使我國電網(wǎng)在未來實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)展方向。配電系統(tǒng)作為智能電網(wǎng)中的重要內(nèi)容以及基礎(chǔ)部分，要促進(jìn)其供電運(yùn)行的可靠性，不僅要學(xué)習(xí)外國的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，還需要提高供電的質(zhì)量和供電的能力，并將配電網(wǎng)作為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的主要途徑，這樣才能保證智能配電網(wǎng)的更快發(fā)展。

1 智能電網(wǎng)配電實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的建設(shè)意義

在智能電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)配電自動(dòng)化是其組成的主要部分，有很大必要性，第一，可以有效提升電力企業(yè)運(yùn)行效率，豐富管理手段，減省生產(chǎn)工作環(huán)節(jié)，提高決策科學(xué)性，有利于安全質(zhì)量管理水平的全面提高。第二，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。可通過自動(dòng)判斷、快速復(fù)電，最大限度減少因電量損失而造成的經(jīng)濟(jì)損失；可降低人力的投入，降低人工成本；可以隨機(jī)優(yōu)化調(diào)整運(yùn)行方式，合理控制負(fù)荷，監(jiān)控竊電行為，使線路損耗降至最低。第三，具有良好社會(huì)效益。降低停電次數(shù)，縮短停電時(shí)間，調(diào)節(jié)電壓功率提升供電質(zhì)量，增加用戶對(duì)供電企業(yè)的滿意度。

2 智能電網(wǎng)配電自動(dòng)化建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段，國家電力行業(yè)已經(jīng)形成管理智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制，以便于協(xié)調(diào)以及指導(dǎo)電網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制包含眾多領(lǐng)域，規(guī)劃和綜合、智能發(fā)電和通信及配電、輸電、調(diào)度、變電、用電等，共92個(gè)系列、26個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。配電自動(dòng)化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)主要包括為幾方面，其中為對(duì)技術(shù)的建設(shè)、技術(shù)的指導(dǎo)以及系統(tǒng)的自動(dòng)化、驗(yàn)收、設(shè)備系統(tǒng)、維護(hù)運(yùn)行等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。如《配電自動(dòng)化運(yùn)行維護(hù)管理規(guī)定》《配電自動(dòng)化技術(shù)導(dǎo)則》《配電自動(dòng)化試點(diǎn)建設(shè)與改造技術(shù)原則》《配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能規(guī)范》等。

3 配電自動(dòng)化系統(tǒng)組成

3.1 結(jié)構(gòu)層次

第一層為現(xiàn)場設(shè)備層（終端層）。是以饋線、配變、運(yùn)動(dòng)終端單元以及電量集抄器組成的，是配電自動(dòng)化終端設(shè)備的形成與表現(xiàn)。用于開閉所、柱上斷路器、環(huán)網(wǎng)柜、配變等監(jiān)視與控制，不僅能形成一定的三控功能，還能對(duì)存在的故障進(jìn)行識(shí)別、控制，這樣在配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備中，才能對(duì)主站以及子站的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測，才能促進(jìn)運(yùn)行的優(yōu)化性，才能檢測出配網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀況等各個(gè)工作。

第二層為區(qū)域集結(jié)層（子站層）。將配電網(wǎng)中的各個(gè)區(qū)域進(jìn)行劃分，并在每個(gè)區(qū)域上劃分出電子站，從而形成區(qū)域性的工作站。接著，將區(qū)域內(nèi)的所有分散配電終端設(shè)備集合起來，這樣不僅能保證各個(gè)結(jié)構(gòu)層次的優(yōu)化性，提高整體的信息傳輸效率，還能利用配電通信網(wǎng)對(duì)各個(gè)范圍內(nèi)的信息匯集、實(shí)事數(shù)據(jù)采集上傳、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、通信監(jiān)視、隔離和定位饋線故障等功能，為控制中心提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

第三層為配電自動(dòng)化控制中心層（主站層）。建設(shè)在城市的調(diào)度中心，一般配備基于交換式以太網(wǎng)的后臺(tái)系統(tǒng)。其中，還能實(shí)現(xiàn)配電地理信息系統(tǒng)、相關(guān)的管理功能以及服務(wù)功能等。用于監(jiān)控和管理整個(gè)配網(wǎng)系統(tǒng)，分析數(shù)據(jù)，判斷運(yùn)行情況，提用策略，發(fā)出指令，智能化處理應(yīng)急情況等。同時(shí)也能夠協(xié)調(diào)子站關(guān)系，保證能夠運(yùn)行在最佳狀態(tài)中。

3.2 集成后的結(jié)構(gòu)組成

由于目前供電企業(yè)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)EMS等各系統(tǒng)已運(yùn)用成熟，在配電自動(dòng)化建設(shè)應(yīng)通過信息交換總線實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)DMS、調(diào)度EMS系統(tǒng)、電網(wǎng)GIS、生產(chǎn)管理系統(tǒng)PMS、調(diào)度OMS系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，同時(shí)預(yù)留與其他信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)集成接口。主要結(jié)構(gòu)如圖1：

4 智能電網(wǎng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的安全保證

第一，一次配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。要保證配電自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行安全，必須要求一、二次設(shè)備及其輔助部份動(dòng)作可靠、自愈策略符合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式要求、動(dòng)作順序正確等。因此在實(shí)施時(shí)，應(yīng)對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行全面檢修，進(jìn)行必要的改造，確保各項(xiàng)功能齊全，動(dòng)作可靠；對(duì)繼電保護(hù)及遠(yuǎn)動(dòng)裝置要選用技術(shù)相對(duì)成熟有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的品牌設(shè)備；實(shí)施方案要符合配電網(wǎng)實(shí)際，應(yīng)選擇雙電源，分段合理，N-1負(fù)荷轉(zhuǎn)帶能力較強(qiáng)的線路，否則必須進(jìn)行改造；投運(yùn)前，認(rèn)真核算保護(hù)、告警、啟動(dòng)等定值，確保合理配合；要慎重使用自愈功能，認(rèn)真分析配網(wǎng)故障狀態(tài)下的各種可能情況，論證各種故障恢復(fù)方案的風(fēng)險(xiǎn)，制訂科學(xué)的FA策略，自愈功能應(yīng)該經(jīng)過模擬故障下對(duì)全線路各設(shè)備聯(lián)動(dòng)調(diào)試正確后方可投入，否則可能造成設(shè)備二次受損、停電范圍擴(kuò)大等嚴(yán)重問題。

第二，通訊安全。為了確保系統(tǒng)的安全性和保密性，應(yīng)積極采用如虛擬交換、防火墻、加密、隔離、網(wǎng)絡(luò)管理等技術(shù)措施，防止企業(yè)信息泄密、防止終端病毒感染、防止有害信息傳播，這樣才能促進(jìn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，才能保證安全防護(hù)體系的有效建立。

在使用安全防護(hù)體系期間，需要遵循以下幾點(diǎn)原則：在生產(chǎn)區(qū)域以及信息內(nèi)部、外部區(qū)域，要安裝相關(guān)的隔離裝置。在信息內(nèi)網(wǎng)以及外網(wǎng)、信息系統(tǒng)之間，可以使用縱向傳輸，并保證數(shù)據(jù)在傳輸期間的安全性，降低信息被篡改。還需要實(shí)施一定的身份驗(yàn)證過程，特別是信息系統(tǒng)中的終端以及用戶的身份，只有被認(rèn)證，才能保證其安全性。最后，對(duì)相關(guān)訪問實(shí)施控制，特別是信息外網(wǎng)以及外部的公共網(wǎng)，受到一些權(quán)限的用戶是無法對(duì)其訪問的。

（1）主站安全接入系統(tǒng)的典型方案。

在主站部署安全接入系統(tǒng)，安全接入系統(tǒng)通過設(shè)置安全接入?yún)^(qū)提供配電主站系統(tǒng)和配電通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全分隔、接入的緩沖，并通過系統(tǒng)的安全接入網(wǎng)關(guān)進(jìn)行安全接入。安全通信模塊和安全接入系統(tǒng)采用透明方式接入配電自動(dòng)化系統(tǒng)，便于接入。

（2）終端的安全接入。

配電終端通過安全通信模塊，或通過終端加密軟件與主站安全接入系統(tǒng)進(jìn)行雙向認(rèn)證；對(duì)終端的身份認(rèn)證以及一定的訪問權(quán)限等相關(guān)問題積極解決，能夠在最后對(duì)各個(gè)接入的對(duì)象實(shí)施統(tǒng)一化管理，在終端上可采取各種軟、硬件防護(hù)手段進(jìn)行全面防護(hù)。

5 配電自動(dòng)化系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

5.1 饋線自動(dòng)化功能實(shí)現(xiàn)方案

饋線自動(dòng)化功能主要對(duì)饋線存在的故障實(shí)施檢測，并對(duì)其有效定位，然后通過隔離以及恢復(fù)等方法積極解決。該功能的實(shí)現(xiàn)是根據(jù)SCADA系統(tǒng)中開關(guān)跳閘、動(dòng)作保護(hù)以及故障等信息獲取的，不僅能對(duì)饋線中存在的故障進(jìn)行分析與判斷，還能利用正確的策略對(duì)其改進(jìn)，從而完成故障診斷，故障區(qū)域隔離故障，在該情況下，不僅能對(duì)一些非故障區(qū)域?qū)嵤┕╇?，還能降低供電的實(shí)際時(shí)間，將損失降到最低。

饋線自動(dòng)化軟件由網(wǎng)絡(luò)建模、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、故障檢測、故障定位、故障隔離、故障恢復(fù)、序列控制、多重故障處理、告警功能、故障推圖、歷史信息記錄和查詢等功能模塊所組成。

一個(gè)典型接線的實(shí)現(xiàn)方案舉例。見圖2。

S1，S2，S3為10kV出線斷路器，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，其他的開關(guān)是一種站外開關(guān)，不僅實(shí)現(xiàn)跳閘。其中，根據(jù)圖中顯示，如果A2到A3段的線路發(fā)生一些問題，在S1，A1，A2開關(guān)上就會(huì)存在短路電流，這就說明，受S1開關(guān)跳閘現(xiàn)象的影響產(chǎn)生的，所以，針對(duì)這種情況，就要實(shí)現(xiàn)S1開關(guān)保護(hù)動(dòng)作，以免造成嚴(yán)重的開關(guān)跳閘現(xiàn)象。

對(duì)于故障啟動(dòng)，它是饋線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能的主要條件，不僅能分閘實(shí)施保護(hù)、分閘加事故總、分合分以及非正常的分閘行為，還能利用配電自動(dòng)化主站對(duì)S1開關(guān)上的跳閘現(xiàn)象、S1開關(guān)的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)進(jìn)行檢測，這樣既實(shí)現(xiàn)了饋線自動(dòng)化的啟動(dòng)，還能對(duì)存在的故障實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化分析。

對(duì)于故障定位，該系統(tǒng)的產(chǎn)生主要對(duì)開關(guān)、保護(hù)信號(hào)模型以及存在的狀態(tài)實(shí)時(shí)拓?fù)浞治觯缓髮?duì)存在的故障實(shí)施定位。在文章中，該系統(tǒng)能夠?qū)ε渚W(wǎng)開關(guān)A1，A2上的過流信息進(jìn)行分析，在其他過流信息沒有一定動(dòng)作情況下，發(fā)現(xiàn)A2與A3之間區(qū)域會(huì)發(fā)生故障。

對(duì)于故障隔離，它能根據(jù)隔離區(qū)域中的最小區(qū)域，制定出合理的實(shí)施方案，在圖中，可以將A2，A3斷開。

對(duì)于故障恢復(fù)：在上游，合上S1開關(guān)，將實(shí)現(xiàn)恢復(fù)供電。在下游，可以合上A6或者A9恢復(fù)供電。

對(duì)于故障信息：可以將存在的一些故障信息保存到原始數(shù)據(jù)庫中去，這樣不僅能對(duì)一些事故數(shù)據(jù)進(jìn)行查找，還能做出一定的信息報(bào)警功能，并推出故障圖形等。

5.2 信息交互功能的實(shí)現(xiàn)方案

信息交互要求實(shí)現(xiàn)與調(diào)度EMS系統(tǒng)、配電GIS系統(tǒng)以及各個(gè)信息采集系統(tǒng)之間的接口形成一定的信息交互總線，并按照一定的標(biāo)準(zhǔn)，保證能與配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整合。

信息系統(tǒng)集成技術(shù)要求：統(tǒng)一信息模型；統(tǒng)一設(shè)備編碼，可考慮采用PMS系統(tǒng)的編碼規(guī)則，對(duì)GIS系統(tǒng)在數(shù)據(jù)交互時(shí)按照統(tǒng)一編碼進(jìn)行轉(zhuǎn)換；保證數(shù)據(jù)唯一。10kV配電圖形數(shù)據(jù)可由GIS系統(tǒng)維護(hù)并上送總線，設(shè)備屬性及臺(tái)賬信息由PMS系統(tǒng)維護(hù)并上送總線，變電站10kV出線數(shù)據(jù)由EMS系統(tǒng)維護(hù)并上送總線，這樣保證了數(shù)據(jù)的唯一性；網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)共享、網(wǎng)絡(luò)互連等都要根據(jù)電力系統(tǒng)中安全防護(hù)的相關(guān)要求來實(shí)施。對(duì)于數(shù)據(jù)總線服務(wù)，在遵循一定的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還需要促進(jìn)數(shù)據(jù)訪問平臺(tái)的開放性。

6 配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的幾個(gè)建議

（1）配電自動(dòng)化建設(shè)應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)的實(shí)際發(fā)展情況以及實(shí)際需求，對(duì)其分階段實(shí)施。配電自動(dòng)化應(yīng)以提高供電可靠性、生產(chǎn)運(yùn)行管理水平和用戶服務(wù)質(zhì)量為目的，不能盲目建設(shè)。須結(jié)合當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)狀況，優(yōu)先在負(fù)荷密集，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)合理，符合N-1原則，通訊網(wǎng)健全的地區(qū)進(jìn)行自動(dòng)化改造效果較為明顯。

（2）運(yùn)維工作要同步。在實(shí)施配網(wǎng)自動(dòng)化后，不僅促進(jìn)了配電網(wǎng)運(yùn)行管理方式的優(yōu)化性，還給其中的運(yùn)行人員提出更好要求。在工程實(shí)施時(shí)，要同步開展運(yùn)維人員的技能培訓(xùn)，掌握基本原理、具備分析判斷能力和現(xiàn)場處置技能；要認(rèn)真開展生產(chǎn)準(zhǔn)備工作，提前完善配電自動(dòng)化的現(xiàn)場運(yùn)行規(guī)程、運(yùn)維人員現(xiàn)場處置方案、倒閘操作規(guī)范等，確保運(yùn)維不脫節(jié)，自動(dòng)化系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行，充分發(fā)揮功效。

（3）重視配電自動(dòng)化FA策略的現(xiàn)場調(diào)試。該試驗(yàn)不同于普通保護(hù)試驗(yàn)，需要同時(shí)檢驗(yàn)主站與現(xiàn)場終端之間，現(xiàn)場設(shè)備之間能否正確聯(lián)動(dòng)，信息上下行是否及時(shí)、暢通，試驗(yàn)合格是投入自愈功能的前提。確保試驗(yàn)可靠，應(yīng)使用專用設(shè)備并制訂符合實(shí)際的試驗(yàn)方案，才能確保成功。

7 配電自動(dòng)化技術(shù)的前景分析

（1）配電線路載波通信技術(shù)。該技術(shù)適合應(yīng)用于低壓配電網(wǎng)，因?yàn)槠渲械慕K端設(shè)備具有較多的數(shù)量，利用光纖通訊是無法實(shí)現(xiàn)的，不僅成本因素達(dá)不到要求，也無法促進(jìn)可行性的實(shí)現(xiàn)。所以，在配電系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化的綜合發(fā)展，保證電價(jià)信息的及時(shí)發(fā)布和促進(jìn)遠(yuǎn)程讀表功能的實(shí)現(xiàn)，需要研究一些配電線路載波通信技術(shù)，并促進(jìn)通訊效率和可靠性的形成，這樣不僅能將通訊手段作為某個(gè)途徑，還能實(shí)現(xiàn)綜合性的通信過程。

（2）用戶電力技術(shù)。該技術(shù)融合了電力電子技術(shù)、微處理機(jī)技術(shù)等各項(xiàng)新技術(shù)，適合應(yīng)用于低壓配系統(tǒng)以及中壓配系統(tǒng)。在使用該技術(shù)期間，不僅能夠減少一些諧波、電壓波動(dòng)等現(xiàn)象的存在，還會(huì)對(duì)一些不對(duì)稱的電壓實(shí)施中斷，從而實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的綜合技術(shù)。

（3）配電設(shè)備的智能化發(fā)展。在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究和應(yīng)用智能傳感器、智能配電變壓器等設(shè)備，促進(jìn)智能化水平的提高；應(yīng)用配用電互動(dòng)技術(shù)、微網(wǎng)技術(shù)、分布式電源接入技術(shù)以后，全面促進(jìn)了智能電網(wǎng)配電自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。

8 結(jié)語

綜上，配電自動(dòng)化系統(tǒng)不但能夠自動(dòng)隔離和快速診斷配網(wǎng)系統(tǒng)故障，從而盡可能降低停電范圍，以便于迅速恢復(fù)供電，全面提高系統(tǒng)供電可靠性，同時(shí)在正常運(yùn)行配網(wǎng)系統(tǒng)的時(shí)候，依據(jù)實(shí)際情況來對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行不斷優(yōu)化，對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行合理控制，從而達(dá)到改變電網(wǎng)系統(tǒng)供電質(zhì)量的目的，全面提高利用設(shè)備的效率，保障配電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定的運(yùn)行。

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