基于數(shù)字化技術(shù)的智慧配電系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)應(yīng)用

周衛(wèi)寧 郝勇

摘要：本文從基于數(shù)字化技術(shù)的智慧配電系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)應(yīng)用入手，闡述了低壓配電系統(tǒng)現(xiàn)狀及其未來的發(fā)展趨勢，說明了基于數(shù)字化核技術(shù)的智慧配電系統(tǒng)模式及其功能的特點(diǎn)和該系統(tǒng)的實(shí)際參數(shù)與指標(biāo)，并分析了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化技術(shù);智慧配電：配電系統(tǒng)

隨著我國對(duì)環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排的持續(xù)關(guān)注，對(duì)社會(huì)各項(xiàng)事業(yè)的綠色健康的可持續(xù)發(fā)展提出了諸多的新要求。電力事業(yè)作為我國各項(xiàng)事業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，各項(xiàng)事業(yè)的發(fā)展都離不開電力的高效協(xié)助，在這樣的過程中，用戶對(duì)用電方面的可靠性和電力的實(shí)際質(zhì)量等方面的要求在持續(xù)的提升。未來較長時(shí)間里，電力系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息的數(shù)量將會(huì)成倍增長，是需要能量流和信息流的雙向流動(dòng)才可以的，因此，智慧配電系統(tǒng)是電力事業(yè)在實(shí)際發(fā)展中的必然選擇。智慧配電系統(tǒng)是智慧電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，也是連接電網(wǎng)和用戶之間的最佳途徑。智慧配電系統(tǒng)其自身的優(yōu)點(diǎn)還是比較多的，其既可以有效利用清潔的能源，還可以從本質(zhì)上保證電網(wǎng)的輸送電的安全。通過這樣的智慧配電系統(tǒng)的建立，可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)和大容量的清潔能源之間的協(xié)調(diào)和調(diào)度，為實(shí)際發(fā)電和用電之間進(jìn)行平衡，以保障電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定，在提升清潔能源的消費(fèi)比重的同時(shí)，有效促進(jìn)節(jié)能減排行為。

1 低壓配電系統(tǒng)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢

1.1 自身安全問題

現(xiàn)階段的許多低壓配線系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行方式，大部分的實(shí)際保護(hù)方式都是針對(duì)低壓配電系統(tǒng)中的器件部分，但是這些器件是會(huì)受到來自于物力方面和實(shí)際保護(hù)機(jī)制和相關(guān)配置方式等方面的具體情況影響的。時(shí)常會(huì)出現(xiàn)因?yàn)殡娏鞒霈F(xiàn)異常而報(bào)警單位不報(bào)警的情況，不該產(chǎn)生相關(guān)操作的時(shí)候產(chǎn)生一些列的誤操作，這些現(xiàn)象都會(huì)使得低壓配電系統(tǒng)的完整性和整體安全性受到不同程度的威脅。

1.2 自身可靠性問題

也有部分低壓配電系統(tǒng)會(huì)表現(xiàn)出經(jīng)常出現(xiàn)不同原因的故障，進(jìn)而影響用戶的連續(xù)用電。這樣的現(xiàn)象日常起來可能不會(huì)引發(fā)太大的事故，但是在一些比較關(guān)鍵和比較重要的場合中，是會(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果的。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根本原因是因?yàn)椋蛪旱呐潆娤到y(tǒng)在配電方面和實(shí)際用電方面的管理沒有將二者科學(xué)有機(jī)的結(jié)合在一起，這也直接導(dǎo)致了低壓配電設(shè)備在產(chǎn)生環(huán)節(jié)中采用了粗放型生產(chǎn)方式，與之有關(guān)的子系統(tǒng)也較為繁雜，許多強(qiáng)電和弱電也因此而產(chǎn)生了一定程度的交叉等等問題。

1.3 系統(tǒng)功能問題

現(xiàn)階段的低壓配電系統(tǒng)其實(shí)不能較好滿足實(shí)際使用用戶對(duì)于用電管理方面的需求的，整體的系統(tǒng)功能還比較單一。針對(duì)這一問題，最有效的解決辦法就是在原有系統(tǒng)中植入多個(gè)二次系統(tǒng)，但是這樣做也是有一定后續(xù)麻煩的，相關(guān)系統(tǒng)會(huì)因?yàn)閺?fù)雜的二次配電回路的介入而降低整體系統(tǒng)的可靠性。

1.4 能耗管理問題

現(xiàn)階段的低壓供電和配電系統(tǒng)對(duì)節(jié)能有著是非急切的需求，但是現(xiàn)有的許多耗電比較多的和實(shí)際的有關(guān)能耗管理方面的許多子系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，是非常難實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)來精準(zhǔn)的分析并提出一個(gè)有針對(duì)性的節(jié)能方案的，也就使得現(xiàn)階段的低壓配電系統(tǒng)在節(jié)能減排工作中難以交上一個(gè)滿意的答卷，甚至在某些環(huán)節(jié)的實(shí)際數(shù)據(jù)分析中還會(huì)出現(xiàn)較為明顯的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)表并無人查看和無人管理的現(xiàn)象。

1.5 人機(jī)交互問題

現(xiàn)階段的低壓配電系統(tǒng)在前期的工作和后期的維護(hù)中都是由電氣專業(yè)的相關(guān)工作人員來完成的，但是在實(shí)際的工作中還是存在比較大的困難的。其原因就在于現(xiàn)在的低壓配電系統(tǒng)自身在于工作人員之間的交互功能太過于簡單，卻少許多發(fā)必要功能，致使其在諸多功能和交互中不能充分發(fā)揮其實(shí)際作用，也在業(yè)務(wù)中受到不同程度的限制。也有部分低壓配電系統(tǒng)在實(shí)際操作中太過于復(fù)雜，相關(guān)工作人員在實(shí)際工作中并不能全完的掌握其系統(tǒng)的具體操作方法。

2 基于數(shù)字化技術(shù)的智慧配電系統(tǒng)模式及功能特點(diǎn)

2.1 總體結(jié)構(gòu)形式

如圖1所示，基于數(shù)字化技術(shù)的智慧配電系統(tǒng)在數(shù)字機(jī)的運(yùn)行上大致有兩種模式，其中一種就是智能終端模式，而另外一種則是智慧電柜模式。智能終端模式主要是通過相關(guān)智能終端本身的數(shù)字化方面功能來進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和相關(guān)管理，以從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)系統(tǒng)的精細(xì)化的保護(hù);而智慧電柜模式則是通過與這種模式相符合的相關(guān)智慧電柜來實(shí)現(xiàn)其在電路回路上的重新構(gòu)建，及整個(gè)系統(tǒng)的科學(xué)合理管理?；诖?，多種功能的智能終端和智慧電柜都是可以通過組網(wǎng)這一形式來構(gòu)建出三層的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，并最終實(shí)現(xiàn)集中的、有效的管理和控制，并以此來簡化智慧配電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行和實(shí)際維護(hù)方面的工作。

2.2 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

2.2.1 連續(xù)穩(wěn)定

為電力使用者提供穩(wěn)定且連續(xù)的電能供給，是低壓配電系統(tǒng)的基礎(chǔ)工作和基本要求之一，智慧配電系統(tǒng)在這個(gè)特點(diǎn)上會(huì)通過多種有針對(duì)性的相關(guān)功能和實(shí)際措施來對(duì)其進(jìn)行保證，其中最要的措施包括了自動(dòng)進(jìn)行相反電源的切換、各個(gè)級(jí)別之間的聯(lián)鎖，以此為主的措施最主要的就是從根源上阻斷相關(guān)電力事故的擴(kuò)散。

與此同時(shí)，這些具有極強(qiáng)實(shí)用性的功能都可以有智能化的低壓電氣系統(tǒng)通過自動(dòng)化的手段來完成，不僅可以有效的縮短因多種問題而出現(xiàn)的停電時(shí)間，還可以從根本上避免一些因?yàn)榕潆娤到y(tǒng)故障而產(chǎn)生的停電現(xiàn)象;而且其在連續(xù)供電方面的多種功能和邏輯上完全是可靠且簡潔的，其也在相關(guān)硬件的配置上較比之前來講在嚴(yán)謹(jǐn)性和豐富性上更加完美。

2.2.2安全可靠

在智慧配電系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行過程中，是有一系列具有創(chuàng)新性和實(shí)用性的功能來有效保障其自身系統(tǒng)安全的。尤其是針對(duì)于一些由于電氣原因而引發(fā)的或者潛在事故因素，該系統(tǒng)將會(huì)把這種因素看作所有因素中的重點(diǎn)來監(jiān)測，也會(huì)綜合性的借助現(xiàn)代化的保護(hù)方式，例如對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中的異常電流有效識(shí)別等保護(hù)方式，從本質(zhì)上保護(hù)整個(gè)智慧配電系統(tǒng)的安全。

2.2.3 綠色節(jié)能

智慧配電系統(tǒng)也會(huì)配備現(xiàn)代化的能耗管理子系統(tǒng)，并且其在自身的硬件方面可以進(jìn)行高精度的能耗監(jiān)測和能耗數(shù)據(jù)采集;而在軟件方面，則會(huì)根據(jù)監(jiān)測和采集結(jié)果進(jìn)行必要的分析，并利用直觀的方式呈現(xiàn)給使用者。這樣的方式和傳統(tǒng)的方式相比較，這種方式的相關(guān)能耗報(bào)告是通過重點(diǎn)對(duì)相關(guān)能耗的規(guī)律來進(jìn)行重點(diǎn)的分析，并利用相關(guān)功能自行找出相關(guān)系統(tǒng)能耗方面的異常變化，并以此為基礎(chǔ)為使用者提供一個(gè)有針對(duì)性且適合實(shí)際發(fā)展的節(jié)能減排方案和節(jié)能減排指導(dǎo)。其也是具備一定的節(jié)能和控制能耗的功能，可以根據(jù)不同的使用者和不同使用者的實(shí)際設(shè)定來進(jìn)行電力的配給，以從源頭上減少電力的無效消耗。這種實(shí)用性較強(qiáng)的功能不僅讓智慧配電系統(tǒng)更加符合國家對(duì)于節(jié)能減排和綠色建設(shè)方面的實(shí)際要求和實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，還可以有效降低使用者在能源消耗方面的資金投入。

2.2.4 系統(tǒng)高效交互

因?yàn)樵趯?shí)際使用中會(huì)涉及到相關(guān)設(shè)備在設(shè)備實(shí)際地點(diǎn)和集中控制這兩個(gè)平臺(tái)中都會(huì)有人對(duì)該系統(tǒng)在操作方面進(jìn)行交互，所以，現(xiàn)代化的智能配電系統(tǒng)在實(shí)地設(shè)備操作和集中設(shè)備操作上都根據(jù)二者的實(shí)際需求設(shè)置了不同的操作方法、交互方法及不同的交互載體。其中，實(shí)地設(shè)備操作所使用的交互磁體是一體化的電柜和相關(guān)操作系統(tǒng)結(jié)合在一起的現(xiàn)代化設(shè)備，主要是負(fù)責(zé)對(duì)相關(guān)設(shè)備現(xiàn)場在用電警示和用電異常方面進(jìn)行及時(shí)的提示，以便滿足使用現(xiàn)場在實(shí)際查看和操控方面的要求;而集中控制這一平臺(tái)的媒介則是用相對(duì)來講比較集中的角度和操作人員進(jìn)行相關(guān)信息的交流，以滿足整體是會(huì)配電系統(tǒng)在不同需求場合中對(duì)于工作人員和設(shè)備之間的交互操作的實(shí)際要求。

2.2.5 智慧化電力監(jiān)控

傳統(tǒng)的低壓配電系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行過程中對(duì)于電力的監(jiān)控部分，只有監(jiān)測實(shí)際電量和通電和斷電的情況來完成對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的相關(guān)電力監(jiān)控。但是基于數(shù)字現(xiàn)代化技術(shù)的智能配電系統(tǒng)則在電力監(jiān)控這一個(gè)重點(diǎn)部分啟用了現(xiàn)代化的智能“專家診斷”功能，一方面，其可以對(duì)自身全系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，也可以重點(diǎn)判斷實(shí)際用電和配電是否正常，當(dāng)遇到不正常的情況時(shí)，既可以自身在系統(tǒng)中為工作人員報(bào)警，也可以通過預(yù)警的方式來提醒工作人員實(shí)際出現(xiàn)異常的位置。

3 基于數(shù)字化技術(shù)的智慧配電系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)

智能終端參數(shù)指標(biāo)如表1所示。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 智慧配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用場合

基于數(shù)字化技術(shù)的智慧配電系統(tǒng)求功能和使用意義上來講是完全可以取代傳統(tǒng)的低壓配電系統(tǒng)和工作模式的，并可以將配電系統(tǒng)的整體系統(tǒng)和特性等方面進(jìn)行綜合性的提升。由此可見，智慧配電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用場合也是非常普遍的，可以用在民用的建筑中、可以配合現(xiàn)代化的鐵路運(yùn)行系統(tǒng)和石油化工運(yùn)行系統(tǒng)等領(lǐng)域中。簡單來說，主要是可以用在各類含有變電站、低壓配電室和配電箱的場所中。

4.2 設(shè)計(jì)方法

基于數(shù)字化的智慧配電系統(tǒng)的系統(tǒng)終端，主要的設(shè)計(jì)方法就是在原有的配電回路系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加裝相關(guān)智能終端和智能終端專用的一種電流的雙向感應(yīng)器，并對(duì)多個(gè)系統(tǒng)終端進(jìn)行組網(wǎng)上的通信，以完成該系統(tǒng)的組建。對(duì)于實(shí)際的設(shè)計(jì)過程，是要根據(jù)不同場合或者不同使用者的實(shí)際使用需求來制定系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行范圍和設(shè)計(jì)范圍，并在實(shí)際使用場所的配電回路上添加合適的終端系統(tǒng)，以此來完成配電箱和配電柜的組網(wǎng)設(shè)計(jì)，再根據(jù)相關(guān)配電設(shè)備的實(shí)際情況進(jìn)行相關(guān)通信網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)，來得出組網(wǎng)和相關(guān)拓?fù)鋱D。

而針對(duì)智慧電柜這一智慧配電模式，則需要綜合性的考慮智慧電柜的實(shí)際規(guī)格和配電回路的固定數(shù)量，并將其和實(shí)際的用電負(fù)荷量進(jìn)行合理且科學(xué)的分布，并進(jìn)行雙向的相互匹配。

4.3 注意事項(xiàng)

4.3.1 斷路器的設(shè)計(jì)

在斷路器方面的實(shí)際型號(hào)選擇和相關(guān)脫扣值的設(shè)計(jì)應(yīng)該由相關(guān)設(shè)計(jì)人員來進(jìn)行選擇，并需要附帶兩對(duì)的輔助接點(diǎn)和分勵(lì)脫扣器。

4.3.2 電動(dòng)的操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)相關(guān)系統(tǒng)的主要進(jìn)路的斷路器、母聯(lián)斷路器和油機(jī)切換的斷路器及相關(guān)要求中所包含的電動(dòng)分合閘功能上面的其他回路的斷路器，需要加裝電動(dòng)的操作機(jī)構(gòu)。

4.3.3 智能終端設(shè)計(jì)

對(duì)于相關(guān)智能終端的實(shí)際選擇則需要實(shí)際配電回路的性質(zhì)和相關(guān)功能及需求來進(jìn)行，在實(shí)際的進(jìn)線回路和母聯(lián)回路的補(bǔ)償回路和規(guī)模比較大的出線回路中，需要選擇一個(gè)一級(jí)的智能終端，在普通規(guī)格的出線回路上則需要選擇二級(jí)智能終端，在實(shí)際的配電箱的回路選擇上則需要選擇三級(jí)的智能終端。

4.3.4 互感器的選擇

在智能終端的配電模式下，需要選擇保護(hù)和測量有機(jī)結(jié)合的專用電流互感器，并在實(shí)際進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際的配電回路規(guī)格和實(shí)際終端的型號(hào)來進(jìn)行綜合性的考慮和選擇。

5 結(jié)束語

綜上所述，這種新型的智慧配電系統(tǒng)是現(xiàn)代社會(huì)中配電系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢，其可以在實(shí)際的配電方面、電力控制方面、電力管理方面進(jìn)行綜合性的、系統(tǒng)性的管理，也可以針對(duì)所使用場所的實(shí)際配電情況進(jìn)行精準(zhǔn)的保護(hù)和智能化的管控，可以從本質(zhì)上提升各領(lǐng)域配電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的安全性和可靠性。

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作者簡介

周衛(wèi)寧（1977-），男，陜西省西安市人。大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，從事營銷用電管理研究。

郝勇（1979-），男，陜西省府谷縣人。大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，從事低壓用電管理研究。