電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動化技術(shù)的應(yīng)用

山西省太原市太原供電公司 張鵬飛

1 引言

在加快城市化建設(shè)進(jìn)程的背景下，提高了對電力供應(yīng)可靠性的要求。為了保證社會生產(chǎn)生活的基本電力需求，電力系統(tǒng)必須全面實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動化建設(shè)，將配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)和配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，監(jiān)測所有的配電數(shù)據(jù)提高配電網(wǎng)的監(jiān)控、診斷、隔離和故障控制效率，從而提高供電服務(wù)質(zhì)量，擴(kuò)大終端監(jiān)控范圍，節(jié)約配網(wǎng)運(yùn)維成本。電力系統(tǒng)要全面實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動化建設(shè)，提高配電網(wǎng)故障檢測技術(shù)水平，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)供電服務(wù)。在配電網(wǎng)自動化建設(shè)中，要明確配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的功能狀態(tài)，結(jié)合現(xiàn)有配電系統(tǒng)設(shè)施，制定配電網(wǎng)自動化的總體規(guī)劃，合理建設(shè)主站系統(tǒng)、通信網(wǎng)、配電網(wǎng)自動化線路和配電網(wǎng)自動化終端，確保配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的有效運(yùn)行[1]。

2 電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動化

配電系統(tǒng)的功能配置主要是指配電網(wǎng)中與配電相關(guān)的各種設(shè)備之間的功能分配，包括主站系統(tǒng)、終端設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)以及配電管理信息系統(tǒng)等。我國現(xiàn)在在對配電網(wǎng)進(jìn)行自動化改造時，需要對各個系統(tǒng)中的功能進(jìn)行合理的分配，主要是通過這些系統(tǒng)中各個功能來實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動化的目的。

根據(jù)我國現(xiàn)在電力市場以及配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，主要分為兩類：一類是以調(diào)度自動化系統(tǒng)為主要平臺；另一類是以配電自動化系統(tǒng)為主要平臺。具體來說，就是在主站系統(tǒng)中完成對不同區(qū)域配電網(wǎng)中各種設(shè)備數(shù)據(jù)的采集以及各種信息的分析、處理以及判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行相關(guān)決策，最終完成對整個配電網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和管理。這樣一方面可以方便對配電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)控，另一方面可以提高供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，同時也能夠有效地防止事故發(fā)生。

第一類系統(tǒng)主要由調(diào)度自動化系統(tǒng)、配電監(jiān)控和配電管理信息系統(tǒng)等構(gòu)成；第二類則是以繼電保護(hù)和自動化為主要手段，從而實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)故障或者設(shè)備運(yùn)行故障等進(jìn)行控制的一種系統(tǒng)。目前我國的改造工程中，基本采用了第一類系統(tǒng)，只是部分地區(qū)會采用第二類系統(tǒng)。從未來發(fā)展趨勢來看，第二類系統(tǒng)將成為我國配電網(wǎng)自動化技術(shù)中一個重要發(fā)展方向[2]。配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

3 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與具體功能

3.1 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)主要組成部分

在電纜系統(tǒng)配電網(wǎng)自動化分層模式中，主要包括配電主站、配電子站、配電終端、通信網(wǎng)絡(luò)等部分。

配電主站是整個配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的核心部分，發(fā)揮著對整體配電網(wǎng)絡(luò)信息的收集，對系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控，以及對數(shù)據(jù)的深度分析，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)信息的交換、傳輸，為這個配電網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)行提供有效保障。

配電子站則主要在分配層電網(wǎng)中發(fā)揮著承上啟下的功能。配電子站有序地排列在配電主站層中對接收到的信息實(shí)施初步處理，以降低配電主站運(yùn)行壓力，以及實(shí)現(xiàn)對區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行的監(jiān)督控制，提高整個配電自動化系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

配電終端的應(yīng)用主要包括對整個配電系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)視以及對整個配電網(wǎng)的控制兩部分，是以配電網(wǎng)開關(guān)的方式對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，涉及各種型號變壓器的應(yīng)用。開關(guān)控制終端與配電站監(jiān)控終端主要分布在配電主站與配電子站之間的連接位置，采用信息環(huán)網(wǎng)等方式控制配電網(wǎng)的信息交換[3]。

3.2 配電網(wǎng)自動化技術(shù)具體功能

一是數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能。這是配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)最為基礎(chǔ)的功能。借助這一功能工作人員能夠通過終端畫面對電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行觀察，及時發(fā)現(xiàn)問題，并可以采用遠(yuǎn)程操作的方式對配電設(shè)備進(jìn)行修復(fù)。

二是故障自動隔離及恢復(fù)供電功能。一方面操作人員能夠通過開閘、合閘的方式來對整個配電網(wǎng)的輸入輸出進(jìn)行有效控制，提高電力利用效率。另一方面，在電力系統(tǒng)故障時可以就近關(guān)閉閘門，將故障影響控制在最小范圍，采用遠(yuǎn)程恢復(fù)供電的方式降低對人力、物力的消耗。

三是高壓及無功管理功能。這是整個配電網(wǎng)功能中較為高級的功能。通過進(jìn)行軟件參數(shù)的合理編輯，輸入到自動化系統(tǒng)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)的自主優(yōu)化，確保配電網(wǎng)處于較為良好的運(yùn)行狀態(tài)，延長設(shè)備使用壽命，提高配電系統(tǒng)運(yùn)行效率。

四是負(fù)荷管理功能。主要是通過對用電高峰時期進(jìn)行減壓減載的方式來降低整個配電網(wǎng)絡(luò)的工作壓力。

4 電力系統(tǒng)中智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略

4.1 環(huán)網(wǎng)柜配置DTU終端

環(huán)網(wǎng)柜配置DTU終端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)控，提升自動化水平。每個環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)配置DTU終端，通過Radio無線方式將實(shí)時數(shù)據(jù)上送到DMS主站。實(shí)時遙測、遙信數(shù)據(jù)反映環(huán)網(wǎng)柜當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)；主站的遙控命令，操作環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的斷路器即時分合，實(shí)現(xiàn)停送電的快速操作，節(jié)省人力時間成本。DTU終端的保護(hù)及重合閘功能，快速切除故障和快速恢復(fù)供電，提高了供電可靠性。DTU終端配置48V后備電池，在交流主供電源失電時保持正常運(yùn)行，并上送停電數(shù)據(jù)，為運(yùn)行人員進(jìn)行停電分析提供數(shù)據(jù)支撐[4]。

4.2 設(shè)計(jì)配電網(wǎng)集中監(jiān)控模塊

電力系統(tǒng)中智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)基于大數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)通信運(yùn)維監(jiān)控平臺中，集中監(jiān)控模塊作為平臺運(yùn)行的重要模塊，對平臺監(jiān)測質(zhì)量與運(yùn)行效率具有直接影響。

平臺通過統(tǒng)一的采集功能，實(shí)時采集配電網(wǎng)運(yùn)行過程中，各項(xiàng)通信運(yùn)維作業(yè)的動態(tài)數(shù)據(jù)。將采集到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)源進(jìn)行匹配處理，處理后上傳至監(jiān)控平臺的前置工作站，通過調(diào)控一體化的處理方式，反映配電網(wǎng)終端的可用率，為運(yùn)維工作人員提供配電網(wǎng)變壓器終端的運(yùn)行狀況。運(yùn)維工作人員對配電網(wǎng)終端運(yùn)行參數(shù)與配置信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，溝通平臺前置工作站與采集設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備之間的信息傳遞，并下發(fā)對應(yīng)的監(jiān)控任務(wù)。平臺的集中監(jiān)控模塊對采集到的動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中展示，并通過人工智能技術(shù)，對各項(xiàng)動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，調(diào)控平臺內(nèi)的數(shù)據(jù)源的分布情況。集中監(jiān)控模塊以監(jiān)控配電網(wǎng)通信運(yùn)維作業(yè)為核心，對配電網(wǎng)變電站、配電線路、配電變壓器以及配電網(wǎng)綜合進(jìn)行全方位的監(jiān)控。由于配電網(wǎng)運(yùn)行過程中，通信運(yùn)維作業(yè)與其他配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)之間為隸屬關(guān)系，需要對配電網(wǎng)的各個結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐級監(jiān)控，才能更加全面地獲取配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀況。

4.3 通信運(yùn)維作業(yè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

在進(jìn)行智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)時，首先，選取適用于配電網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫工具，自定義監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的類型、長度約束關(guān)系，根據(jù)企業(yè)內(nèi)部配電網(wǎng)的各項(xiàng)管理業(yè)務(wù)，設(shè)計(jì)具體的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)。對通信運(yùn)維作業(yè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行有針對性、有邏輯地存儲。在平臺通信運(yùn)維作業(yè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫中，布設(shè)內(nèi)外網(wǎng)防火墻，內(nèi)外網(wǎng)防火墻采用平臺安全訪問策略，嚴(yán)格控制平臺中監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的訪問權(quán)限，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、智能化的平臺訪問控制，提高平臺運(yùn)行中網(wǎng)絡(luò)安全的有效性。通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫表的智能化共享交互技術(shù)，盡可能地將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的交互過程集中，避免配電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)在實(shí)際應(yīng)用過程中出現(xiàn)泄漏、篡改等問題，提高配電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存儲的安全性與可靠性。

4.4 利用數(shù)學(xué)算法，構(gòu)建配網(wǎng)模型

隨著配網(wǎng)自動化的建設(shè)發(fā)展，這一問題也得到重視并進(jìn)行了大量相關(guān)研究并融入了多種數(shù)學(xué)算法，如啟發(fā)式算法、免疫算法等。

基于最小生成樹算法研究相對完善，而且這一理論在微型處理器的深入開發(fā)中對配電網(wǎng)內(nèi)多種難題的解決效果顯著。智能配電網(wǎng)饋線中的眾多分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)亦可看作節(jié)點(diǎn)，完全具備最小生成樹理論的應(yīng)用條件，且這一理論在配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)建模分析、饋線分析和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等方面具有其他算法不能比擬的優(yōu)越性。

4.5 加強(qiáng)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)質(zhì)量

要加強(qiáng)智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)質(zhì)量，針對耗能較高、使用頻率較高的電力設(shè)備，應(yīng)進(jìn)行及時更換與替代；對配電網(wǎng)的技術(shù)工藝進(jìn)行不斷優(yōu)化，將現(xiàn)代化信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)充分結(jié)合其中，使電力系統(tǒng)中智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)在多元化技術(shù)的支持下順利實(shí)現(xiàn)，借助信息系統(tǒng)的匯總功能以及數(shù)據(jù)分析功能，制作并展示配電網(wǎng)規(guī)劃模型，確保配電網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)能夠真實(shí)、立體地呈現(xiàn)在人們面前，可以借助三維圖形轉(zhuǎn)動功能致使圖像至任何角度實(shí)施旋轉(zhuǎn)，更有利于查看。

借助調(diào)度扶持體系設(shè)置SCADAEMS端口，隨后借助地理圖、信息和主接線圖針對配網(wǎng)實(shí)施智能解析。調(diào)度扶持體系可直接接通接口服務(wù)器與SCADA/EMS等系統(tǒng)與可視化系統(tǒng)關(guān)聯(lián)起來，隨后各自區(qū)域要設(shè)立隔離裝置。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)如圖2所示。從而在實(shí)際分析過程中，對規(guī)劃工作存在的問題進(jìn)行及時解決，盡可能地降低安全事故的擴(kuò)散范圍，確保各項(xiàng)故障導(dǎo)致的配電網(wǎng)損失有效降低。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)

4.6 實(shí)行自動化管理

對配電網(wǎng)系統(tǒng)開展自動化建設(shè)是提高其電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的有效手段之一。大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對地理影像、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及所涉及的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效整合，構(gòu)建出完善的自動化系統(tǒng)，進(jìn)而有效實(shí)現(xiàn)供電功能與配電功能的自動化。通過對配電網(wǎng)進(jìn)行全面的自動化建設(shè)，可以使其無論是在正常運(yùn)行狀態(tài)下還是發(fā)生故障時都處于被監(jiān)測狀態(tài)。自動化建設(shè)可以使配電網(wǎng)相關(guān)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中將各個設(shè)備的參數(shù)以圖片和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析圖方式傳送至中控室。

5 結(jié)語

隨著當(dāng)前電力系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，自動化已經(jīng)成為其主要的發(fā)展方向，未來電力系統(tǒng)運(yùn)行自動化水平也將進(jìn)一步提升。因此，電力企業(yè)必須認(rèn)識到配電網(wǎng)自動化技術(shù)應(yīng)用的重要性，在電力系統(tǒng)運(yùn)行中建立起完善的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，并且做好軟硬件系統(tǒng)配置，重視提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，加強(qiáng)運(yùn)行設(shè)備管理維護(hù)，以減少故障發(fā)生次數(shù)，保障電力系統(tǒng)運(yùn)行效益最大化，也為電力企業(yè)持續(xù)發(fā)展提供更多動力支持。