電力系統(tǒng)中的智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)探析

吳文慶

（東莞電力設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 東莞 523000）

0 引 言

電力是人們生活中不可或缺的能源之一，各電力企業(yè)應(yīng)不斷完善和優(yōu)化電力系統(tǒng)，以提高居民的生活質(zhì)量。配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中極其關(guān)鍵的一部分，是將用戶(hù)與電力系統(tǒng)連接起來(lái)的橋梁。雖然近年來(lái)我國(guó)配電網(wǎng)的性能得到了很大的改善，但還是有一些地區(qū)的配電網(wǎng)功能比較薄弱，導(dǎo)致配電的安全性和節(jié)能性較差。因此，各電力企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)智能配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，進(jìn)一步減少配電網(wǎng)引發(fā)的負(fù)面效應(yīng)，在提高城市配電水平的同時(shí)，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行[1]。

1 電力系統(tǒng)智能配網(wǎng)的主要內(nèi)容

電力系統(tǒng)智能配網(wǎng)的主要內(nèi)容包括電力系統(tǒng)智能配網(wǎng)數(shù)據(jù)的集中采集與監(jiān)控、信息保護(hù)控制技術(shù)、高級(jí)配電自動(dòng)化技術(shù)、電力客戶(hù)的信息系統(tǒng)、分布式電源配電并網(wǎng)技術(shù)以及高級(jí)傳感測(cè)量技術(shù)等。結(jié)合我國(guó)目前電力系統(tǒng)運(yùn)行情況，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)中主要包括線(xiàn)路、開(kāi)關(guān)、變電站以及用戶(hù)端等設(shè)備。智能配網(wǎng)與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)相比，功能性明顯增加。智能配網(wǎng)主要是通過(guò)高級(jí)自動(dòng)化技術(shù)收集數(shù)據(jù)和分配電力，只需通過(guò)一些應(yīng)用軟件就可實(shí)現(xiàn)。智能配電網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用是多項(xiàng)高級(jí)系統(tǒng)的集成。這主要體現(xiàn)在配電網(wǎng)的自動(dòng)化管理和自動(dòng)化運(yùn)行兩個(gè)方面。配網(wǎng)自動(dòng)化管理是指采用自動(dòng)化技術(shù)全面地實(shí)時(shí)監(jiān)控和維護(hù)配電系統(tǒng)中的各電力設(shè)備。配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行是指采用自動(dòng)化技術(shù)采集電網(wǎng)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，同時(shí)自動(dòng)處理一些突發(fā)的狀況，進(jìn)一步保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2 電力系統(tǒng)中智能配網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案

2.1 智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)

電力系統(tǒng)的智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)配電監(jiān)測(cè)終端的相關(guān)功能。因此，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)智能配網(wǎng)時(shí)，要考慮利用智能化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)的運(yùn)行情況，通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集電力系統(tǒng)運(yùn)行中的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)，然后將采集到的數(shù)據(jù)傳送給主站，由主站分析數(shù)據(jù)，進(jìn)而準(zhǔn)確地判斷智能配網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)智能配網(wǎng)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時(shí)，智能配網(wǎng)能夠在第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)信號(hào)。另外，智能配網(wǎng)中的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要具備自愈功能，不但能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控配網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，還要能夠自我處理及修復(fù)配網(wǎng)中發(fā)現(xiàn)的故障問(wèn)題。智能配網(wǎng)配電監(jiān)測(cè)終端模塊直接影響整個(gè)智能配網(wǎng)和電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。因此，智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)人員一定要把握好總體設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)計(jì)出一種高效化的智能配網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.2 智能配網(wǎng)的設(shè)計(jì)分析

分析我國(guó)大多數(shù)電力企業(yè)所使用的電力系統(tǒng)后發(fā)現(xiàn)，要想設(shè)計(jì)出一種高效的智能配網(wǎng)系統(tǒng)，就要保證智能配網(wǎng)系統(tǒng)具備如下6項(xiàng)功能。第一，精確的數(shù)據(jù)采集功能和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能。智能配網(wǎng)中，數(shù)據(jù)信息的精確性和有效性是非常重要的。智能配網(wǎng)中主站的主要功能就是記錄、分析以及對(duì)比接收到的信息，進(jìn)而判斷智能配網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。另外，智能配網(wǎng)系統(tǒng)還要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)中的電流、電壓以及功率等，并采集監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，將分析結(jié)果與采集到的信息共同發(fā)送給主站。為了保證這一過(guò)程的有效性和智能配網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，就需要智能配網(wǎng)具備精確的數(shù)據(jù)采集功能和監(jiān)測(cè)功能。第二，開(kāi)關(guān)控制的靈敏性。智能配網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，如果電力系統(tǒng)線(xiàn)路中某一個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化，智能配網(wǎng)的監(jiān)測(cè)終端會(huì)在最短的時(shí)間內(nèi)接收到開(kāi)關(guān)狀態(tài)變化的相關(guān)信息，并采集、記錄以及分析此信息。另外，智能電網(wǎng)監(jiān)測(cè)終端還要能夠監(jiān)測(cè)到外部電表開(kāi)關(guān)狀態(tài)的變化情況，以提高配電系統(tǒng)的智能性。第三，報(bào)表等信息的存儲(chǔ)功能。智能配網(wǎng)所具備的日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)功能為技術(shù)人員提供了重要的研究和參考依據(jù)，但是由于整個(gè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間有限，報(bào)表數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)間不長(zhǎng)。第四，數(shù)據(jù)傳輸功能。數(shù)據(jù)傳輸功能要能夠監(jiān)控、采集以及存儲(chǔ)外部智能設(shè)備中的數(shù)據(jù)信息，從而形成一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)傳輸功能還可以與通信功能、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)參數(shù)功能等結(jié)合使用，以保證整個(gè)電力系統(tǒng)的兼容性與穩(wěn)定性。第五，自動(dòng)檢測(cè)功能。智能配網(wǎng)中的自動(dòng)檢測(cè)功能主要是自動(dòng)檢測(cè)變壓器的輸出數(shù)據(jù)，并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)值進(jìn)行對(duì)比。如果發(fā)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，則自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)能夠在第一時(shí)間內(nèi)找到存在的故障問(wèn)題，然后告知主站，由主站發(fā)出報(bào)警信號(hào)。但是，這一過(guò)程一定要在短時(shí)間內(nèi)完成，才能將對(duì)電力系統(tǒng)造成的影響降到最低，這要求智能配網(wǎng)自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備需要具備較高的靈敏性和精確性。第六，故障診斷及自愈功能。電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，智能配網(wǎng)系統(tǒng)所具備的記憶功能會(huì)自動(dòng)修復(fù)發(fā)生過(guò)的故障。如果是初次發(fā)生的故障，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)將故障信息傳遞給技術(shù)人員，為電力系統(tǒng)的維修工作帶來(lái)了極大的便利。

3 智能配網(wǎng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1 智能配網(wǎng)自動(dòng)化的功能

智能配網(wǎng)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到了信息監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程遙控以及設(shè)備保護(hù)等應(yīng)用中。智能配網(wǎng)系統(tǒng)檢測(cè)的內(nèi)容不但包括開(kāi)關(guān)與線(xiàn)路，還包括整個(gè)電力系統(tǒng)中的電流、電壓以及功率等運(yùn)行值。遠(yuǎn)程遙控能夠遠(yuǎn)程調(diào)整保護(hù)設(shè)置和開(kāi)關(guān)開(kāi)合等操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制電力網(wǎng)絡(luò)的功能。設(shè)備保護(hù)裝置能夠有效地保護(hù)電力系統(tǒng)中的各電力設(shè)備。如果電力系統(tǒng)中的某條線(xiàn)路出現(xiàn)跳閘和短路等異常情況時(shí)，設(shè)備保護(hù)裝置能夠快速地跳開(kāi)線(xiàn)路開(kāi)關(guān)，保證恢復(fù)供電的同時(shí)，也保證了各電力設(shè)備不受影響。智能配網(wǎng)自動(dòng)化的功能應(yīng)包括如下8點(diǎn)。第一，能夠精密地監(jiān)測(cè)、記錄以及分析數(shù)據(jù)，將記錄到的數(shù)據(jù)與分析結(jié)果反饋給主站。第二，需要完善數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能，定期核查和統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)信息。第三，能夠通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)智能化地讀取電表中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能電表遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)通信功能。第四，如果電力系統(tǒng)中的電壓和電流等超出了正常運(yùn)行的范圍，智能配網(wǎng)要能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。第五，具備一定的自愈能力。對(duì)于系統(tǒng)中出現(xiàn)的一些小型的故障問(wèn)題，智能配網(wǎng)要能夠自行恢復(fù)。第六，應(yīng)該在其主站與配電設(shè)備之間建立有效的聯(lián)絡(luò)線(xiàn)路，進(jìn)一步保證主站對(duì)配電終端信息的采集、處理以及上傳等工作的穩(wěn)定性。第七，智能電網(wǎng)應(yīng)連接調(diào)度系統(tǒng)與智能配網(wǎng)系統(tǒng)，保證各信息的準(zhǔn)確對(duì)接，促進(jìn)配電站自動(dòng)化系統(tǒng)功能的完善。第八，智能配網(wǎng)應(yīng)具備對(duì)故障問(wèn)題的測(cè)距功能。當(dāng)電力系統(tǒng)線(xiàn)路中發(fā)生故障時(shí)，測(cè)距功能要能夠準(zhǔn)確地定位故障點(diǎn)，為技術(shù)人員提供相應(yīng)的故障信息，使其能夠在最短的時(shí)間內(nèi)找到故障點(diǎn)，并進(jìn)行有效的處理，進(jìn)一步保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，電力企業(yè)要加強(qiáng)對(duì)智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)的管理，在保證智能配網(wǎng)各功能充分發(fā)揮的同時(shí)，提高電力資源的利用率，為客戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)的電能服務(wù)。

3.2 智能配網(wǎng)主站的設(shè)計(jì)

電力系統(tǒng)中智能配網(wǎng)主站的設(shè)計(jì)，需要高性能的硬件設(shè)備作為支持。硬件設(shè)備的質(zhì)量直接關(guān)系著智能配網(wǎng)的運(yùn)行效率。設(shè)計(jì)人員要結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，選擇兼容性好、功能性強(qiáng)以及使用性能較高的硬件設(shè)備。一般智能配網(wǎng)主站系統(tǒng)中需要用到的硬件設(shè)備包括數(shù)據(jù)的采集設(shè)備、歷史信息的存儲(chǔ)設(shè)備以及安全功能裝置等。智能配網(wǎng)的通信方式包括光纖通信和無(wú)線(xiàn)通信兩種通信方式[2]。為了保證通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于數(shù)據(jù)采集設(shè)備，最好在主機(jī)的基礎(chǔ)上再準(zhǔn)備一臺(tái)備用機(jī)。通信系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，如果主機(jī)出現(xiàn)故障，備用機(jī)能夠立即投入使用。歷史信息的存儲(chǔ)設(shè)備主要是存儲(chǔ)和備份歷史信息，避免電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)生信息丟失的情況。主站中安裝的主機(jī)和備用機(jī)等都要具備安全功能裝置。系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，該裝置不僅需要及時(shí)向技術(shù)人員發(fā)出警報(bào)信號(hào)，使故障盡快得到處理，還需能夠自行處理一些比較小的故障問(wèn)題。智能配網(wǎng)主站需要全面地掌握各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，能夠遠(yuǎn)程遙控和解決一些遠(yuǎn)程線(xiàn)路問(wèn)題。智能配網(wǎng)中的主站還應(yīng)配置足夠的安全功能，通過(guò)設(shè)置防火墻和密碼鎖等進(jìn)一步保證各項(xiàng)信息的安全性。

3.3 數(shù)據(jù)的傳輸

智能配網(wǎng)主要通過(guò)光纖通信實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的傳輸，其穩(wěn)定運(yùn)行需要多個(gè)系統(tǒng)共同作用。因此，只有各系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，才能做好智能配網(wǎng)中各信息的協(xié)調(diào)及配合工作。設(shè)計(jì)人員要結(jié)合具體情況，建立一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，根據(jù)各系統(tǒng)設(shè)定相應(yīng)的接口，然后采用智能配網(wǎng)中的GIS系統(tǒng)準(zhǔn)確地錄入各個(gè)設(shè)備的地理位置信息，通過(guò)光纖通信通道系統(tǒng)促進(jìn)各數(shù)據(jù)之間的交互。當(dāng)智能配網(wǎng)主站系統(tǒng)接收到GIS系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)信息后，要及時(shí)與主站中數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤信息，一定要及時(shí)校對(duì)，保證信息的準(zhǔn)確性[3]。

4 智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)的具體實(shí)例

某城市某區(qū)域智能配網(wǎng)進(jìn)行了如下方式的建設(shè)：第一，構(gòu)建了智能配電系統(tǒng)的大體架構(gòu)，其主站為核心部分主要包括硬件層、應(yīng)用層以及數(shù)據(jù)信息支撐平臺(tái)層。第二，采用了IEC 61968設(shè)計(jì)主站系統(tǒng)的架構(gòu)，滿(mǎn)足了調(diào)控一體化的需求。第三，在GIM技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用了滿(mǎn)足智能配網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的語(yǔ)義和語(yǔ)法，設(shè)計(jì)了主站系統(tǒng)，更好地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交換功能。第四，基于SOA設(shè)計(jì)了信息交互總線(xiàn)的架構(gòu)。第五，主站服務(wù)器采用Unix，工作站服務(wù)器采用Linux。第六，終端設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)了通信匯型子站，然后在網(wǎng)絡(luò)終端服務(wù)和子站的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了終端與主站的連接。第七，數(shù)據(jù)的采集和篩選等工作主要由子站部分負(fù)責(zé)，提高了信息數(shù)據(jù)的通信速率。第八，選擇嵌入式計(jì)算機(jī)作為硬件平臺(tái)，通過(guò)設(shè)計(jì)各種功能的模塊，促進(jìn)了各模塊功能的充分發(fā)揮。第九，選擇了潛入式Linux作為操作系統(tǒng)。第十，以上部分的設(shè)計(jì)完成以后，后臺(tái)集成和整合得到的信息，完成了系統(tǒng)總線(xiàn)的構(gòu)建。第十一，通過(guò)GIS修通系統(tǒng)和PI系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了PMS、GIS系統(tǒng)的集成。第十二，設(shè)計(jì)了停電管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了各應(yīng)用層的功能。第十三，通過(guò)構(gòu)建完整的信息通信平臺(tái)，保證了智能配網(wǎng)的高效運(yùn)行，構(gòu)建了無(wú)線(xiàn)專(zhuān)用試點(diǎn)，如一些具有示范性的站點(diǎn)和環(huán)網(wǎng)單元等，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)了通信系統(tǒng)與主站系統(tǒng)之間的信息通信。

5 結(jié) 論

智能配網(wǎng)的設(shè)計(jì)效果直接影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行，甚至影響供電的穩(wěn)定性和電力行業(yè)的未來(lái)發(fā)展。各電力企業(yè)要優(yōu)化智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)方案，將一些高科技技術(shù)應(yīng)用在電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化和智能化，以保證智能配網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。