智能電網(wǎng)配電的應(yīng)用研究

王龍飛

【摘 要】隨著科技的發(fā)展，居民和企業(yè)對用電質(zhì)量要求與日俱增，保持對用戶的持續(xù)供電，以及對如停電等突發(fā)狀況的迅速處理，使配網(wǎng)自動化成為當(dāng)今需求。論文從配電網(wǎng)自動化技術(shù)、高級配電自動化技術(shù)及配電自動化系統(tǒng)的建設(shè)實現(xiàn)了智能電網(wǎng)配電的應(yīng)用研究工作。配電設(shè)備及系統(tǒng)耦合現(xiàn)代通信技術(shù)、先進(jìn)電子技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用研究已成為配網(wǎng)自動化的重要發(fā)展方向。

【Abstract】With the development of science and technology， the demand for power quality of residents and enterprises is increasing day by day. Maintaining the continuous power supply to users， and dealing with unexpected situations such as power outages， making distribution automation have become the current demands. Based on the automation technology of power distribution network， the automation technology of advanced power distribution and the construction of power distribution automation system ， the application research of intelligent power grid distribution is realized. The application research of distribution equipment， system coupling modern communication technology， advanced electronic technology and computer network technology has become an important development direction.

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)；電網(wǎng)調(diào)度；配電自動化

【Keywords】intelligent grid； power grid dispatching； distribution automation

【中圖分類號】TM76 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）08-0156-02

1 配電網(wǎng)自動化技術(shù)概述

1.1 智能電網(wǎng)

SDG（全稱為Smart Distribution Grid）系統(tǒng)是一種新型的配電系統(tǒng)，其技術(shù)優(yōu)勢在于引入了傳感技術(shù)、測控技術(shù)、計算機(jī)和通信技術(shù)等前沿的新興技術(shù)，將最新電力工程技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行融合。SDG系統(tǒng)能夠接受分布式電源DER（全稱為Distribute Electric Resource）的全方位嵌入，從而可以表現(xiàn)出更加安全、可靠的性能，從而提供更為優(yōu)良的電力服務(wù)。同時，該系統(tǒng)能夠提供與用戶之間的雙向交互，可根據(jù)用戶制定個性化服務(wù)，更具靈活性與智能型[1]。SDG配電網(wǎng)絡(luò)作為電力系統(tǒng)未來發(fā)展的一個主要趨勢，主要體現(xiàn)以下幾個方面優(yōu)勢：①具有更高的穩(wěn)定性，具有更強(qiáng)的抵御自然災(zāi)害和人為破壞的能力。②具有一定的自愈能力，在向用戶持續(xù)供電時能及時檢測到內(nèi)部故障并進(jìn)行修復(fù)，保證配電系統(tǒng)正常工作，將用戶斷電事件發(fā)生的概率降至最低。③可以良好地迎合用戶的準(zhǔn)確需求，如可以提供特定的供電電壓及特定的波形保證，實現(xiàn)了系統(tǒng)與用戶之間信息溝通的雙向傳遞。④弱化對接入電源的位置和數(shù)量的硬性要求，支持分布式電源的大量接入，提高了配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率。 ⑤實現(xiàn)對電力消耗特性的全時段監(jiān)測，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)實際的電力使用情況合理規(guī)劃電路走向，從而實現(xiàn)了供電線路利用率的有效提升。此外，全時段的電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測，亦可以及時排除故障，從而提高了設(shè)備及其附件的使用年限。⑥設(shè)備數(shù)據(jù)的可視化，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行人員可對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，提高工作的便利性。⑦采用信息化管理，借助計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)，可獲得配電網(wǎng)中的各項數(shù)據(jù)和信息。

1.2 配電自動化技術(shù)

DA（全稱為Distribution Automation）為將計算機(jī)與信息技術(shù)耦合聯(lián)用至配電網(wǎng)領(lǐng)域，基于過全方位診斷配電網(wǎng)的運(yùn)行特性（包括設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等軟硬件、狀態(tài)信息等），最終實現(xiàn)對配電網(wǎng)的自動化調(diào)控，這是一種新型的、極具潛力的電網(wǎng)系統(tǒng)。DA系統(tǒng)不僅可以有效提升配電的效率，而且能夠更加針對性地服務(wù)用戶。DA系統(tǒng)的自動化能同時實現(xiàn)供電端（即電網(wǎng)公司）及用戶端的自動化水平，其具體體現(xiàn)為實現(xiàn)了用戶終端的自動化抄表統(tǒng)計及對用戶的信息化管理。目前，我國配電網(wǎng)中的中壓配電網(wǎng)主要由DOA（配電網(wǎng)運(yùn)行自動化，distribution operation automation）負(fù)責(zé)，SA自動化系統(tǒng)主要進(jìn)行變電站的監(jiān)控與保護(hù)，同時實時上傳運(yùn)行數(shù)據(jù)給DOA。GIS系統(tǒng)幫助實現(xiàn)自動化管理配電網(wǎng)絡(luò)，AMR、CIS、客戶呼叫管理系統(tǒng)則是用戶終端自動化的重要組成。DMS由這些大量集成的DA形成。

2 高級配電自動化技術(shù)

現(xiàn)有DA技術(shù)已經(jīng)無法滿足SDG的新的發(fā)展要求，需對DA技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)成高級DA，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上擴(kuò)充更多功能，從而為SDG的發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ)。高級DA優(yōu)化配電網(wǎng)的關(guān)鍵點之一為可以無限地接入DER，同時顯著提高了DER的滲透深度。高級DA的關(guān)鍵核心技術(shù)點主要包括高級DOA、高級配電/配電網(wǎng)管理自動化。

2.1 IP通信網(wǎng)絡(luò)

常規(guī)DA采用的P2P即點對點通信或點對多通信，數(shù)據(jù)無法在配電終端之間傳遞，難以實現(xiàn)控制功能。同時終端數(shù)據(jù)因配電子站的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的不可見，加大了對設(shè)備運(yùn)營維護(hù)的難度。通信技術(shù)的發(fā)展，降低了DA通信設(shè)備成本，從而可實現(xiàn)主網(wǎng)為光線組網(wǎng)，局域網(wǎng)采用無線或載波的廣域IP通信網(wǎng)對配電網(wǎng)中各個節(jié)點間的通信。

2.2 配電網(wǎng)廣域測控體系

配電網(wǎng)廣域測控體系的關(guān)鍵組成部分有主/從站、通信網(wǎng)及現(xiàn)場智能電子設(shè)備（簡稱為IED）。從組織架構(gòu)上看，主要包含監(jiān)測控制體系（上層架構(gòu)）與DA應(yīng)用軟件（下層架構(gòu)）體系，其中上層架構(gòu)包括了通信網(wǎng)以及對數(shù)據(jù)收集、處理和分析單元等?；谏蠈蛹軜?gòu)對反饋數(shù)據(jù)的分析解析，從而為下層架構(gòu)的DA應(yīng)用軟件等下傳相對應(yīng)的服務(wù)策略。而上層架構(gòu)體系中的測控單元與終端客戶端的AMI直接相連，從而實現(xiàn)了智能電網(wǎng)中預(yù)期的信息交換。除了具有傳統(tǒng)SCADA的全部功能之外，高級DA還能完全支持局域分析控制子站的應(yīng)用，支持各種現(xiàn)場智能電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的實時交換。其具有數(shù)據(jù)可視化、自動管理化以及標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議，使高級DA具有更高的安全性能。

2.3 DER控制與調(diào)度技術(shù)

高級DA的標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議實現(xiàn)了DER的即插即用。高級DA的MG技術(shù)和VPP（全稱為Virtual Power Plant，虛擬發(fā)電廠技術(shù)）技術(shù)實現(xiàn)了DER的控制和調(diào)度。MG技術(shù)的主要功能在于實現(xiàn)供電頻率及供電電壓的穩(wěn)定支持。MC面向子站而獨(dú)立存在，MG面向主網(wǎng)亦獨(dú)立存在，從而保證在較高的負(fù)荷工況下，即使子網(wǎng)與主網(wǎng)發(fā)生了不可預(yù)期的分離，也能為用戶端提供較為穩(wěn)定的供電品質(zhì)（即穩(wěn)定的供電頻率和電供電壓）。VPP技術(shù)的主要功能在于對DER進(jìn)行優(yōu)化、以減小電網(wǎng)的負(fù)荷，最終顯著提高電網(wǎng)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3 配電自動化系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 配電自動化主站的建設(shè)

信息交互總線平臺的作用為搭建起配電自動化主站和各系統(tǒng)之間的連接通道，從而顯著地完善配電自動化系統(tǒng)功能。系統(tǒng)功能的配置有全時段數(shù)據(jù)庫的管理、人機(jī)交互界面的管理、系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的管理、用戶二次開發(fā)環(huán)境搭建、歷史備份數(shù)據(jù)庫及報表的管理、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及管理、圖模庫一體化、典型CASE管理、緊急告警管理等。除具有一些基本功能外，同時具備饋線故障應(yīng)急處理等擴(kuò)展功能。

3.2 配電終端的建設(shè)

無論是在施工階段還是維護(hù)階段，都應(yīng)該嚴(yán)格將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化為管理實施的重要原則，并嚴(yán)格恪守，只有堅持如此，才可以有效保證配電設(shè)施總體的統(tǒng)一性。相關(guān)研究及工程應(yīng)用實踐表明，模塊化的工作管理要求有助于推動配電終端的低成本、高效率維護(hù)，即可以在較低的成本及較短的時間內(nèi)，達(dá)成更加優(yōu)異的運(yùn)維效果。DTU的匹配性極強(qiáng)，可以與多種設(shè)備或者站點包括主站進(jìn)行配合。對于上級通訊的校時命令，DTU能夠同步接收并執(zhí)行，同時可以完成對其他配電終端信息的轉(zhuǎn)發(fā)、完成本設(shè)備終端及遠(yuǎn)位設(shè)備終端的參數(shù)設(shè)置。在應(yīng)急故障處理方面，DTU可以做到高品質(zhì)記錄故障發(fā)生參數(shù)（原則上要求記錄故障信號的時長不低于60s）；其次，其還可以完成對通訊規(guī)約的控制（保證用戶終端能夠?qū)崿F(xiàn)修改規(guī)約）、全時段監(jiān)測和管理通道、電源等。為保證更佳的使用性能，遠(yuǎn)程控制功能，自我診斷功能亦為配電終端必須具備的重要功能。

3.3 GIS系統(tǒng)的建設(shè)

配電自動化系統(tǒng)（DMS）的功能的實現(xiàn)由配電SCADA、地理信息（GIS）及生產(chǎn)管理（PMS）三個系統(tǒng)共同完成，三者缺一不可。三個關(guān)鍵系統(tǒng)之間必須遵循同一系列標(biāo)準(zhǔn)（一般為IEC61970/IEC61968系列標(biāo)準(zhǔn)），并基于公共信息模型實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的相互關(guān)聯(lián)，三個關(guān)鍵系統(tǒng)還必須統(tǒng)一配網(wǎng)數(shù)據(jù)模型。在建設(shè)時，需要首先建立一個具有完全獨(dú)立性的數(shù)據(jù)庫，其與其他系統(tǒng)之間的通訊僅依賴總線完成；進(jìn)一步配電自動化系統(tǒng)提供一系列關(guān)鍵配置特性（如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒅袎号潆娋W(wǎng)的饋線電氣單線圖等）。地理信息系統(tǒng)能夠從配電自動化系統(tǒng)獲取配電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

本文通過闡述配電自動化系統(tǒng)，提高配電網(wǎng)系統(tǒng)的管理效率，建立完善的智能配電網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)配電調(diào)控、全時段故障監(jiān)測及智能化自愈等功能的一體化，顯著提升供電的安全、穩(wěn)定與可靠性，確保人民生活、工業(yè)生產(chǎn)的安全有序進(jìn)行，同時智能配電網(wǎng)絡(luò)亦為實現(xiàn)低碳生活的重要保證，有助于現(xiàn)代化社會的節(jié)能減排。

【參考文獻(xiàn)】

【1】藺麗華，劉健.配電自動化系統(tǒng)的混合通信方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2001，23（6）：12-78.