配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)與繼電保護(hù)措施研究

周 斌，芮 典

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司杭州市臨安區(qū)供電公司，浙江 杭州 311300）

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求量不斷增加，配電網(wǎng)的規(guī)模和復(fù)雜度也在逐步提高。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)運(yùn)行管理模式已經(jīng)難以滿足實(shí)際需求，人工調(diào)度與管理存在效率低下、誤操作多等問(wèn)題，容易造成事故和損失。為了提高配電網(wǎng)的可靠性和運(yùn)行效率，必須加強(qiáng)配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的研究與應(yīng)用。

1 配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)概述

1.1 配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)

配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是對(duì)配電網(wǎng)開(kāi)展實(shí)時(shí)、自動(dòng)、智能化監(jiān)測(cè)、管理以及運(yùn)行的一種全自動(dòng)化系統(tǒng)。它通過(guò)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理、空間數(shù)據(jù)管理、決策支持系統(tǒng)和各種控制功能等一系列技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，提高配電網(wǎng)的管理和運(yùn)行效率，并保障電力的供應(yīng)質(zhì)量。在配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，通信技術(shù)不僅用于配電自動(dòng)化終端測(cè)控終端、集中器、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)之間的通信，還提供了數(shù)據(jù)處理和信息交換的基礎(chǔ)。其中，通信技術(shù)的主要技術(shù)手段包括以無(wú)線、有線等方式傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議與網(wǎng)關(guān)協(xié)議。其數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?、帶寬和噪聲抑制等技術(shù)特性均對(duì)于配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及高效性起到了重要的促進(jìn)作用。通過(guò)通信技術(shù)，配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)可以將配電線路、開(kāi)關(guān)、斷路器等設(shè)備的狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋給調(diào)度中心和管理人員，便于有效預(yù)防故障，提升配電線路的穩(wěn)定性與供電質(zhì)量[1]。

1.2 配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外配電自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，制約自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題也逐漸得到解決。在國(guó)外，各國(guó)的配電自動(dòng)化技術(shù)水平、應(yīng)用范圍、數(shù)據(jù)傳輸方式、信號(hào)傳遞方式、數(shù)據(jù)采集方法和自動(dòng)化管理體系等方面均存在一定的差異。而在我國(guó)，隨著一系列宏觀調(diào)控政策的推行，配電自動(dòng)化技術(shù)得到了迅速發(fā)展，已應(yīng)用到了電網(wǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。國(guó)外的主要配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用種類包括基于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）系統(tǒng)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)、基于配電管理系統(tǒng)（Distribution Management System，DMS）的配電自動(dòng)化系統(tǒng)、基于公共信息模型（Common Information Model，CIM）的配電自動(dòng)化系統(tǒng)以及基于地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）的配電自動(dòng)化系統(tǒng)等。而在我國(guó)，目前主要采用的是SCADA系統(tǒng)、數(shù)據(jù)安全態(tài)勢(shì)管理（Data Security Posture Management，DSPM）系統(tǒng)和GIS 系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電力公司的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括配電變電站、配電線路、電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)等。國(guó)內(nèi)外配電自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用水平已經(jīng)達(dá)到了一定的高度，但是隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展和應(yīng)用需求的日益增加，配電自動(dòng)化技術(shù)仍然面臨很多的挑戰(zhàn)和問(wèn)題。因此，需要進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，提升系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性，以推動(dòng)配電自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[2]。

1.3 配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展歷程

20 世紀(jì)60 年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的崛起，電力行業(yè)開(kāi)始采用計(jì)算機(jī)來(lái)協(xié)助實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化。但是當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平相對(duì)較低，計(jì)算機(jī)硬件和軟件都存在著非常大的局限性。

20 世紀(jì)80 年代，配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提升和控制技術(shù)的逐步成熟，自動(dòng)化控制系統(tǒng)開(kāi)始逐漸成為配電網(wǎng)調(diào)度的主要手段。

21 世紀(jì)初，新興計(jì)算機(jī)技術(shù)、新型傳感器技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的不斷突破與應(yīng)用，使得配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)獲得了更為廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和更為優(yōu)異的性能指標(biāo)。同時(shí)，智能電網(wǎng)、可再生能源等新技術(shù)的應(yīng)用，使得配電網(wǎng)能夠更加準(zhǔn)確地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和監(jiān)控[3]。

1.4 配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化對(duì)策

首先，應(yīng)該對(duì)傳統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)中的缺陷進(jìn)行改進(jìn)，引用現(xiàn)代技術(shù)，提高負(fù)載預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，使得調(diào)度系統(tǒng)能夠更加準(zhǔn)確地預(yù)判負(fù)荷變化，合理分配供電資源，提高能源利用率。此外，應(yīng)該對(duì)調(diào)度系統(tǒng)中的毛刺現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)整，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，以應(yīng)對(duì)負(fù)荷突變，防止系統(tǒng)過(guò)載，保證電力穩(wěn)定供應(yīng)。

其次，將分布式電源接入調(diào)度系統(tǒng)，需要滿足對(duì)可靠性和安全性的要求。將分布式電源接入調(diào)度系統(tǒng)的方式應(yīng)該確保能夠追蹤和管理其運(yùn)行狀態(tài)，以及轉(zhuǎn)移電力系統(tǒng)運(yùn)行的控制權(quán)。一方面，分布式能源（Distributed Energy Resources，DERs）的接入應(yīng)在考慮其發(fā)電能力的同時(shí)，讓其承擔(dān)一部分電力負(fù)荷，以減少傳輸和分配成本。另一方面，將DERs 接入調(diào)度系統(tǒng)要從多個(gè)分布式電源尋找和選擇最佳的能源利用方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)利用和節(jié)約能源。為了將DERs 成功地接入電力調(diào)度系統(tǒng)，需要使用透明和可編程的技術(shù)。多個(gè)廠商的DERs 可根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)和管制要求設(shè)計(jì)，這意味著需要使用能夠?qū)⒉煌募夹g(shù)和服務(wù)接入微網(wǎng)的技術(shù)。這樣的技術(shù)應(yīng)該支持?jǐn)?shù)據(jù)共享和透明性，以便統(tǒng)一控制，同時(shí)保證調(diào)度的公正性和客觀性。另外，應(yīng)該采用分布式控制技術(shù)，建立一套新的分布式配電網(wǎng)控制系統(tǒng)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性和效率[4]。

最后，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以幫助人們處理大量的數(shù)據(jù)，包括歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析和挖掘，可以了解配電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題，并進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和調(diào)整。同時(shí)，可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)的電力需求，以便提前做好調(diào)度的準(zhǔn)備。而人工智能技術(shù)可以幫助人們更好地掌握配電網(wǎng)的運(yùn)行規(guī)律。通過(guò)建立各種模型和算法來(lái)分析數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)失效和事故的可能性，并及時(shí)采取措施來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)。

2 配電網(wǎng)調(diào)度繼電保護(hù)

2.1 繼電保護(hù)的概念和基本原理

配電網(wǎng)調(diào)度繼電保護(hù)是一種通過(guò)傳感器、信號(hào)傳輸和雙重電氣型斷路器等手段實(shí)現(xiàn)發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)的電力保護(hù)系統(tǒng)。它的主要作用是檢測(cè)和隔離在電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障，防止故障擴(kuò)大、損壞設(shè)備和影響正常電網(wǎng)運(yùn)行。該系統(tǒng)的基本原理是利用電氣元件的特定參數(shù)，如電壓、電流等，來(lái)判斷電力系統(tǒng)中是否發(fā)生故障，然后通過(guò)電氣信號(hào)的傳遞，及時(shí)合理地控制電路的制動(dòng)操作，達(dá)到保護(hù)電氣設(shè)備和保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的目的。保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行離不開(kāi)人們對(duì)電氣設(shè)備的日常監(jiān)管與維護(hù)，保持設(shè)備的良好狀態(tài)和有效運(yùn)轉(zhuǎn)才能保證相關(guān)保護(hù)系統(tǒng)得以有效運(yùn)行。

2.2 繼電保護(hù)選型和參數(shù)設(shè)置

在電力系統(tǒng)中，配電網(wǎng)是中轉(zhuǎn)電能的重要環(huán)節(jié)，也是影響電力質(zhì)量及供電可靠性的重要組成部分。因此，配電網(wǎng)的調(diào)度繼電選型和參數(shù)設(shè)置顯得尤為重要。在配電網(wǎng)調(diào)度繼電選型方面，首先需要考慮的是繼電器的類型。普遍來(lái)說(shuō)，繼電器主要分為電流繼電器和電壓繼電器2 種類型，而在具體選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同電力設(shè)備的特征進(jìn)行辨別。其次，在繼電器參數(shù)設(shè)置方面，需要選擇恰當(dāng)?shù)膭?dòng)作特征量。一般來(lái)說(shuō)，動(dòng)作量特征是以電壓、電流等作為基礎(chǔ)，而選取特征量則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定。特別是在需要防止短路故障的情況下，需要考慮短路發(fā)生時(shí)的電流水平，以便繼電器能夠快速、準(zhǔn)確地動(dòng)作，及時(shí)隔離故障，保障供電可靠性。此外，繼電器參數(shù)設(shè)置需要結(jié)合實(shí)際的負(fù)載情況進(jìn)行。通常情況下，繼電器的動(dòng)作特性與負(fù)載條件密切相關(guān)，而負(fù)載的變化會(huì)引起電壓和電流的波動(dòng)，因此繼電器的參數(shù)設(shè)置需要根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以確保電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全可靠運(yùn)行[5]。

2.3 配電網(wǎng)繼電保護(hù)優(yōu)化策略

配電網(wǎng)繼電保護(hù)的主要目的是在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)及時(shí)切除故障部分，保障電網(wǎng)其他部分正常運(yùn)行，最大化降低故障對(duì)電網(wǎng)的影響。為保證繼電保護(hù)的正常工作，首先應(yīng)完善配電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，增強(qiáng)故障識(shí)別能力。通過(guò)在電網(wǎng)上安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)參數(shù)，如電流、電壓、頻率等，使得故障的發(fā)生能夠及時(shí)被發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，建立網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控系統(tǒng)，可以快速判斷故障是否已經(jīng)得到解決，避免誤操作導(dǎo)致其他部分電網(wǎng)的不必要切除。其次，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮安全穩(wěn)定性。在配電網(wǎng)的建設(shè)中，應(yīng)避免過(guò)度集中式配置，一般采取分布式配置，確保故障不會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)造成巨大影響。此外，應(yīng)建立完備的備份電源系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)突發(fā)故障所帶來(lái)的電力缺失風(fēng)險(xiǎn)。最后，進(jìn)行定期維護(hù)和檢修工作。定期對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行檢修，還需要進(jìn)行有計(jì)劃的演練，以便于處理故障時(shí)能夠確保操作的正確性和及時(shí)性。在配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)中還需要倡導(dǎo)員工安全意識(shí)的提升，積極宣傳相關(guān)知識(shí)，避免操作失誤和不當(dāng)行為。

3 配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)與繼電保護(hù)應(yīng)用前景

近年來(lái)，隨著電力領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)成為電力配送管理的核心技術(shù)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)供電負(fù)荷和監(jiān)控電力質(zhì)量等功能，極大地提高了配電網(wǎng)的運(yùn)行效率和可靠性。而在配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，繼電保護(hù)作為重要的組成部分，同樣具有重要的應(yīng)用前景。繼電保護(hù)在配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中具有重要的功能。配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、管理以及控制等，將配電網(wǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系在一起，從而使得整個(gè)配電網(wǎng)能夠快速智能地響應(yīng)各類故障和負(fù)荷變化。而在配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，繼電保護(hù)則負(fù)責(zé)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行安全保護(hù)，及時(shí)采取措施避免各種故障及事故的發(fā)生，保障配電網(wǎng)的正常運(yùn)行和穩(wěn)定供電。

3.1 配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)

首先，未來(lái)發(fā)展將會(huì)更加智能化。當(dāng)前的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)主要是按照預(yù)定的規(guī)則進(jìn)行調(diào)度，無(wú)法根據(jù)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)智能化調(diào)度電網(wǎng)，因此未來(lái)發(fā)展將會(huì)更加依賴人工智能等技術(shù)，以提高電網(wǎng)調(diào)度的智能化水平。其次，未來(lái)的發(fā)展將會(huì)更注重安全性。配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)，關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性。此外，在未來(lái)的發(fā)展中，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)將更加關(guān)注用戶需求。調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)在未來(lái)的發(fā)展中將不僅是一個(gè)技術(shù)方案，而且是一個(gè)能夠滿足用戶需求的高效能工具。例如，通過(guò)提高電費(fèi)梯度、調(diào)節(jié)電力供應(yīng)等方式，可以更好地滿足用戶需求。最后，未來(lái)發(fā)展將涉及新的技術(shù)改善和應(yīng)用。例如，區(qū)塊鏈技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等已經(jīng)開(kāi)始被應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，未來(lái)在配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)方面也將涌現(xiàn)新技術(shù)的應(yīng)用，以提高調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的能力和效率。

3.2 繼電保護(hù)

隨著我國(guó)電力行業(yè)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)也在不斷發(fā)展壯大。未來(lái)，這方面的技術(shù)將會(huì)更加成熟和完善，為電力行業(yè)提供更加可靠的保障。一方面，在技術(shù)層面上，配電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)將會(huì)不斷朝著數(shù)字化、智能化、集成化方向發(fā)展。采用數(shù)字化、智能化技術(shù)可以更加準(zhǔn)確地感知故障狀況，并針對(duì)性地進(jìn)行保障和處理。隨著這些技術(shù)的發(fā)展，配電網(wǎng)的保護(hù)能力將會(huì)更加穩(wěn)定。另一方面，在應(yīng)用方面，配電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)將會(huì)更加貼近實(shí)際應(yīng)用需求。針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，配電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)將會(huì)針對(duì)性地進(jìn)行研發(fā)和應(yīng)用。例如，在智能配電網(wǎng)建設(shè)中，繼電保護(hù)技術(shù)需要與智能感知、智能控制等技術(shù)進(jìn)行深度融合，實(shí)現(xiàn)智能配電保護(hù)系統(tǒng)；在新能源領(lǐng)域中，配電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)需要更好地適應(yīng)分布式能源和微電網(wǎng)的接入，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些新能源的合理保護(hù)與控制。

4 結(jié) 論

配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)和繼電保護(hù)措施在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以提升電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。然而，由于當(dāng)前電力系統(tǒng)中的配電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大、復(fù)雜度不斷增加，需要不斷改進(jìn)配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)和繼電保護(hù)措施，以適應(yīng)快速的電力系統(tǒng)發(fā)展與變化。未來(lái)的研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注如何繼續(xù)提高自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化、可靠性以及適應(yīng)性，并探索新的保護(hù)措施，以最大限度地降低故障對(duì)電力系統(tǒng)的影響。