配電自動化技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

蘇 新

（國網(wǎng)啟東市供電公司，江蘇 南通 226200）

0 引 言

全面建成小康社會促進了農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟和科技的發(fā)展，人們的物質(zhì)文化需求不斷加大，電能的使用需求也在逐步增加。隨著計算機技術(shù)和移動通信技術(shù)的發(fā)展，配電網(wǎng)絡(luò)也在逐步走向智能化，在很多地方已經(jīng)建立起較為完整的自動化系統(tǒng)。只有逐步實現(xiàn)整個配電網(wǎng)的智能化，才能保證居民用電的穩(wěn)定安全。

1 配電自動化技術(shù)在智能電網(wǎng)中應(yīng)用的意義

1.1 提高電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性

配電自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運用，保證了供電過程的可靠性和安全性。由于傳統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較落后，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時不能對故障進行自動隔離和維修，同時不能準確地確定故障的位置，導致大規(guī)模停電。運用配電自動化技術(shù)來加強智能電網(wǎng)的建設(shè)，可以快速找到故障點，并對故障進行一定程度的自動修復(fù)，使電力供應(yīng)更加可靠。

1.2 對電網(wǎng)電壓形成有效監(jiān)管

利用配電自動化技術(shù)，對電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的終端設(shè)備進行實時監(jiān)測和報警，并根據(jù)實際情況，向電力企業(yè)提供輸電線路的數(shù)據(jù)。通過設(shè)置調(diào)節(jié)變壓器、投切無功補償電容器等設(shè)備，可以實現(xiàn)對輸電線路的功率進行自動調(diào)整，以保證輸電線路的電壓穩(wěn)定，保證用戶端的供電電壓處于合理的區(qū)間，從而有效地減少因電壓不穩(wěn)引起的線路傳輸故障和用戶電氣設(shè)備損壞[1]。

1.3 提高用戶用電質(zhì)量與效率

通過將配電自動化技術(shù)引入電網(wǎng)，可以為電力企業(yè)搭建一個用戶用電信息平臺，方便客戶提出用電請求，實現(xiàn)對電費的查詢和支付。另外，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以向用戶提供斷電提示，給用戶充分的反應(yīng)時間，以便作出相應(yīng)的反應(yīng)，進而提升電力使用者的滿意度。

1.4 便于對輸電系統(tǒng)的管理

配電網(wǎng)自動化技術(shù)的運用，使電力系統(tǒng)中設(shè)備和電纜的工作狀況得到了全面的監(jiān)控，不僅能減少運行中的事故次數(shù)，而且能在故障發(fā)生后快速地確定故障點和原因，從而提高了檢修的效率，并節(jié)省了大量的人工檢查費用。配電網(wǎng)絡(luò)的信息化能夠為電力企業(yè)提供用戶準確的用電數(shù)據(jù)，使電力傳輸工作和數(shù)據(jù)更加透明，從而有效減少了偷電、漏電等問題[2]。

2 智能電網(wǎng)配電自動化系統(tǒng)組成

農(nóng)村智能電網(wǎng)的配電自動系統(tǒng)，包括主站、子站層、終端層、通信網(wǎng)。該體系結(jié)構(gòu)比較清晰，主要站級數(shù)目比較少，通常一個主站級對應(yīng)多個分站級、終端級，隨著用戶增多、電網(wǎng)線路增多，可以根據(jù)實際情況增加子站和終端，從而實現(xiàn)全電網(wǎng)的一體化。

主站層就像是一個人的大腦，它是整個自動控制系統(tǒng)的核心，通常在主站層都會建立一個龐大的數(shù)據(jù)庫，擁有一個超級的分析電腦，它可以對各個分站和終端的數(shù)據(jù)進行分析，從而對整個電網(wǎng)的運行狀況進行監(jiān)控。同時，主站層還需要對各分站的構(gòu)成和功能協(xié)作進行全面協(xié)調(diào)，對問題進行快速判斷，并利用計算機對大數(shù)據(jù)進行分析，不斷地優(yōu)化配電網(wǎng)的智能化建設(shè)，并對供電方案進行優(yōu)化[3]。

由于農(nóng)村地區(qū)分布廣泛、輸電線路較長，幾個主基站無法將各前端、終端全部連通，因此必須將兩級乃至三級的分站或終端與主站相連。子站就像一個智能化的中轉(zhuǎn)站，既可以將終端與主站相連，又可以實現(xiàn)自身的智能功能。通常來說，一個子站管理著大量的終端，它會根據(jù)自己的數(shù)據(jù)模型對這些數(shù)據(jù)進行分析、存儲、傳輸，一旦發(fā)現(xiàn)異常，就會通過相應(yīng)的程序來分析。如果原因明確、故障點明確，并且能夠自我修復(fù)，那么就會向終端發(fā)出相關(guān)的命令；如果不能解決，就將故障信息發(fā)送給主站點，由主站進行進一步的判斷和維修[4]。

終端是一種直接作用于配電網(wǎng)絡(luò)的前端執(zhí)行設(shè)備，它在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍越來越廣、密度越來越大、種類也越來越多，包括變電站、自動保護開關(guān)、電流感應(yīng)器、家用智能電表等各種類型，主要對電力系統(tǒng)中的電流、電壓進行監(jiān)控。一旦發(fā)生故障，就能及時采集和發(fā)送相關(guān)的故障信息。在故障處理階段，還可以接收來自副站或主站的命令，進行停電、恢復(fù)電源等操作。另外，在日常使用中，通過采集配電網(wǎng)絡(luò)的運行情況和用戶的用電量，并將其進行整理和傳送，從而實現(xiàn)對配電網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控。

由于農(nóng)村配電網(wǎng)規(guī)模龐大，傳輸距離較遠，各分站與分站、子站與主站的數(shù)據(jù)傳輸距離較長，因此必須借助通信系統(tǒng)的輔助才能完成相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸和發(fā)布。特別是在5G時代，由于要傳送大量的數(shù)據(jù)，因此對網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量提出了更高的要求[5]。

3 常見的配電自動化技術(shù)類型

3.1 分布式監(jiān)測技術(shù)

分布式監(jiān)控技術(shù)是將相應(yīng)的監(jiān)控設(shè)備按照較為合理的方法分布在電力系統(tǒng)中，相對于傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備來說，它的分布比傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備密集得多。在運行期間，對電流、電壓時刻進行精確的檢測，在某個故障點發(fā)生故障時，它能迅速判斷出故障的分支，并通過兩臺最接近故障點的監(jiān)控設(shè)備及故障點特定電流到達兩個監(jiān)控設(shè)備的時間和速度，來確定故障的位置。在確定故障點后，根據(jù)最小的影響原理對相關(guān)線路進行斷電，同時恢復(fù)了其他線路的電力供應(yīng)，最終將收集到的信息反饋給了管理者，以便進一步的檢修。然而這項技術(shù)對每一項檢測設(shè)備都有很高的要求，并且由于其工作量比較大，因此在農(nóng)村地區(qū)的普及程度并不高。

3.2 集中式控制技術(shù)

集中式控制技術(shù)分為主站、副站和終端，由終端將監(jiān)控數(shù)據(jù)傳回子站，子站進行采集、整理、傳輸。主站將采集到的數(shù)據(jù)進行匯總，并根據(jù)故障信息進行全面的分析，并對故障區(qū)域、故障部位進行分析，最終得出最佳的解決辦法，并以人工指令的方式進行遠程處理。與分布式系統(tǒng)相比，這種方法在分析故障時更加精確，更加科學，但它的處理速度卻很慢，需要更高的傳輸信道，而且會造成更大的干擾。

3.3 簡單自動化技術(shù)

大部分地方都在使用簡易的自動控制系統(tǒng)，只要將監(jiān)控到的數(shù)據(jù)傳回主站，就能找到正確的故障，再由人力來修復(fù)。雖然沒有前兩種自動化程度更高，但其技術(shù)簡單、投資小，應(yīng)用范圍很廣。

4 配電自動化技術(shù)在智能電網(wǎng)中應(yīng)用

4.1 配電線路中的智能開關(guān)

農(nóng)村配電的實際運行將會受到外部自然條件的影響，可以在配電系統(tǒng)中設(shè)置線路開關(guān)來實現(xiàn)對其的控制與保護，為農(nóng)村智能電網(wǎng)的正常運營創(chuàng)造了有利的條件。在農(nóng)村配電網(wǎng)中，由于分支線路數(shù)量眾多，而且線路長度比較大，導致線路端部的短路電流值很低。而在配電網(wǎng)中，主、備用保護設(shè)備常常不能滿足這一要求，無法及時地切斷配電故障，從而導致配電線路的保護工作缺乏可靠性。通過在配電網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置一個智能開關(guān)來實現(xiàn)對配電網(wǎng)絡(luò)中的分支進行配置，從而達到了對故障點進行電流輸送的目的。為了保證配電的安全，可以將配電網(wǎng)絡(luò)分成3～4個部分，分別裝上斷路器、負載開關(guān)或刀閘，如果安裝了刀閘，就必須對開關(guān)的安裝數(shù)量進行有效的控制，這種方法可以在配電線路超載的情況下自動斷開，避免在系統(tǒng)的運行中出現(xiàn)重大安全事故。

4.2 電網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)

在智能電網(wǎng)中通過建設(shè)和使用電網(wǎng)自動化主站，可以極大地提高電力調(diào)度的智能化水平，提高電力傳輸?shù)男?，降低電網(wǎng)調(diào)度的難度，達到無人值守就可以完成電網(wǎng)調(diào)度任務(wù)，從而大大減少農(nóng)村電網(wǎng)運行的人力成本。智能電網(wǎng)中的主站系統(tǒng)總體上是分布的，它通過信息技術(shù)將各支點之間的聯(lián)系，實時地傳輸、收集、分析各支點的運行情況，從而實現(xiàn)對電力網(wǎng)的監(jiān)控與控制。在系統(tǒng)的各個支點上設(shè)置了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可以向主站提供模擬量、狀態(tài)量和脈沖量3種類型的數(shù)據(jù)。其中，模擬量主要是由電力操作期間產(chǎn)生的電流和電壓。由主站系統(tǒng)內(nèi)的電纜等設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，并對 CPU進行數(shù)據(jù)處理。通過將可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技術(shù)引入主站系統(tǒng)，實現(xiàn)了主站系統(tǒng)的實時監(jiān)控與控制。主站將采集到的數(shù)據(jù)用信號傳輸器傳輸給各設(shè)備節(jié)點，實現(xiàn)對故障的準確定位與及時處理，保證了農(nóng)村電網(wǎng)的正常運營。目前湖南省農(nóng)村電網(wǎng)中廣泛采用的是省級主站系統(tǒng)，它既考慮了主站的運行管理，又通過訂單管理系統(tǒng)（Operations Management System，OMS）實現(xiàn)了主要業(yè)務(wù)工作的管理，增強了農(nóng)村電網(wǎng)智能化程度，同時也提高了對電網(wǎng)運行的自動化管理效率，從而進一步提升了智能電網(wǎng)運行的安全性。

4.3 科學規(guī)劃，完善配電自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在智能電網(wǎng)的建設(shè)中，合理的規(guī)劃是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)。具體來說，在遠程數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)的設(shè)計中，采用一個電壓監(jiān)控裝置，與 GSM公共無線網(wǎng)絡(luò)進行通信，同時滿足了電力網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸需求。在此系統(tǒng)中，對各種供電線路的電壓進行實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)饋線電壓不足時，應(yīng)加大配變布點數(shù)目，或增設(shè)低壓無功自動補償裝置。在應(yīng)用負載控制系統(tǒng)中，采用 GPRS和 GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)作為基本通信平臺，對配電終端進行遠程管理。通過對電力系統(tǒng)的自動抄表、電能質(zhì)量的監(jiān)測、用電負荷的監(jiān)測，提高農(nóng)村電網(wǎng)的供電可靠性、安全性，能夠?qū)崟r、動態(tài)地監(jiān)測用戶的用電過程。在監(jiān)控終端的安裝方面，通過對電力系統(tǒng)的實時監(jiān)測，對各個變電站的運行狀況進行全面的了解，對三相平衡和無功補償進行了合理的分配，以保證電力系統(tǒng)的最佳運行。例如，當電網(wǎng)發(fā)生用電故障或電網(wǎng)異常時，可以使用報警系統(tǒng)來顯示故障類型，并通過故障點自動控制功能，使無故障區(qū)段的電力需求得到滿足。

4.4 建設(shè)終端系統(tǒng)自動化

為了實現(xiàn)對配電網(wǎng)中有關(guān)設(shè)備的實時監(jiān)測，需要對其進行自動化改造和升級。通過實現(xiàn)遠程控制、故障識別、檢測等功能，可以實現(xiàn)主站、副站的實時監(jiān)測，保證電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定。其中，采用光纖以太網(wǎng)技術(shù)將變電站自動控制終端與服務(wù)器相連，實現(xiàn)了對變電站的數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)的收集與交換是由無線接入或者利用光纖實現(xiàn)的。這種終端的配置比較靈活，適用的范圍也比較廣，但是為了適應(yīng)不同的操作要求，也可以對相應(yīng)的系統(tǒng)進行一些調(diào)整。

4.5 相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的完善

在推進自動化、智能化的進程中，必須重視配電網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與改造。要實現(xiàn)自動化，就必須與電網(wǎng)的改造相協(xié)調(diào)，而農(nóng)網(wǎng)改造則要兼顧自動化方面的相關(guān)需求。例如，對相關(guān)輸電線路的選材進行優(yōu)化，對電力設(shè)備進行改造時應(yīng)優(yōu)先選用與智能化建設(shè)要求相適應(yīng)的電力設(shè)備，并在線路的選型、設(shè)施的設(shè)置上重視自動化裝置的安裝與使用。另外，要注意沿線的通信設(shè)施，與有關(guān)運營商合作，根據(jù)實際情況選擇鋪設(shè)光纜進行有線傳送或設(shè)立基站，使通信容量達到最大。

4.6 管理運維水平的提高

在自動化系統(tǒng)建設(shè)完成后，日常的維護和維修工作也會發(fā)生新的變化，要對維修人員進行系統(tǒng)的培訓，讓他們能夠掌握有關(guān)的維修知識，改變他們的傳統(tǒng)的操作理念，在檢修中更加重視對相關(guān)的自動化設(shè)備的維護。根據(jù)需求組建一支專業(yè)的自動化管理團隊，相關(guān)的管理人員不僅要掌握有關(guān)的電氣專業(yè)知識，還要掌握電腦技術(shù)，并能利用有關(guān)的資料，使整個自動化和配電網(wǎng)絡(luò)得到最佳的發(fā)展。

5 結(jié) 論

智能電網(wǎng)的建立，不僅能夠解決目前電力供應(yīng)面臨的問題，而且能夠有效地提高其利用效率，有利于加快農(nóng)業(yè)、工業(yè)的發(fā)展，改善居民的生活條件。為此，國家和政府應(yīng)加強對智能電網(wǎng)的改造，以推動地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。