配電自動化技術在智能配電網(wǎng)建設中的運用研究

摘要：在智能配電網(wǎng)建設項目的規(guī)劃過程中，準確應用自動化技術非常必要，綜合運用各項技術，能夠在很大程度上提高整個智能配電網(wǎng)工程的運行安全性，從而提升整個智能配電網(wǎng)系統(tǒng)的質量。通過對光纖IP通信網(wǎng)絡技術、模擬與快速仿真技術、廣域測控技術、配電自動化技術等核心技術進行詳細的分析，結合“綠動未來”智能配電網(wǎng)優(yōu)化工程，闡述了配電自動化技術的應用策略，以期為建設安全、穩(wěn)定運行的智能配電網(wǎng)提供有效參考。

關鍵詞：智能配電網(wǎng) 配電自動化技術 通信數(shù)據(jù)交換平臺 PLC控制柜

Research on the Application of Distribution Automation Technology in the Construction of Intelligent Distribution Network

LI Pengpeng" WANG Kun

Guodian Nanrui Nanjing Control System Co.， Ltd， Nanjing， Jiangsu Province， 210000 China

Abstract： Accurate application of automation technology is essential in the planning process of intelligent distribution network construction projects. By comprehensively utilizing various technologies， the operational safety of the entire intelligent distribution network project can be greatly improved， thereby enhancing the quality of the entire intelligent distribution network system. Through a detailed analysis of core technologies such as fiber optic IP communication network technology， simulation and fast simulation technology， wide area measurement and control technology， and distribution automation technology， combined with the \"Green Future\" intelligent distribution network optimization project， this paper elaborates on the application strategies of distribution automation technology， in order to provide effective reference for the construction of a safe and stable intelligent distribution network.

Key Words： Intelligent distribution network; Distribution automation technology; Communication data exchange platform; PLC control cabinet

傳統(tǒng)配電網(wǎng)存在管理水平落后、供電可靠性不高、電能質量差等問題。為實現(xiàn)配電網(wǎng)的安全、高效運行，迫切需要引入新技術進行改造升級。智能配電網(wǎng)利用先進的通訊、控制和數(shù)據(jù)分析技術，成功地實現(xiàn)了對配電系統(tǒng)狀態(tài)的全方位感知，以及智能化的決策和自動調節(jié)，顯著提高了電網(wǎng)供電可靠性、改善了電能質量、提高了運營效率。

1智能配電網(wǎng)建設中的配電自動化技術

1.1光纖IP通信網(wǎng)絡技術

光纖IP通信網(wǎng)絡技術具有速度快、容量大、衰減小等突出優(yōu)點，這一技術不但能夠顯著提高數(shù)據(jù)傳輸效率與穩(wěn)定性，同時也為配電系統(tǒng)的信息交互提供了一個更可靠的平臺。具體來講，將光纖IP通信網(wǎng)絡技術應用于智能配電網(wǎng)，能夠實現(xiàn)配電系統(tǒng)內部各設備之間的實時通信，確保數(shù)據(jù)的準確性和時效性。以智能電網(wǎng)為例，傳感器和監(jiān)測設備實時采集線路溫度、電流、電壓等重要數(shù)據(jù)，其生成速度一般為每秒成千上萬個數(shù)據(jù)點。通過光纖傳輸，這些海量實時數(shù)據(jù)（例如，每秒鐘傳送幾百兆位數(shù)據(jù)量）可以被快速、準確地傳輸?shù)娇刂浦行?。控制中心采用高速?shù)據(jù)處理算法，能夠對電網(wǎng)運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并及時發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的過載、短路或者設備故障，從而為管理人員提供準確的決策依據(jù)[1]。

1.2模擬與快速仿真技術

模擬與快速仿真技術可以通過建立高精度數(shù)學模型與仿真環(huán)境，實現(xiàn)配電系統(tǒng)運行狀況、故障情況與多種控制策略的綜合仿真分析。模擬與快速仿真技術在配電系統(tǒng)中的應用不僅大大提高了配電系統(tǒng)在規(guī)劃、設計、運行、優(yōu)化等方面的工作效率和精度，還對配電自動化技術在配電中的進一步應用起到了有力支持作用。模擬和快速仿真技術可以對配電系統(tǒng)中的各種復雜場景進行精確的模擬，包括負荷的變化、設備的故障、網(wǎng)絡的重構等。同時，該技術還能夠快速評估各種控制策略的效果，如電壓調節(jié)、潮流控制、故障恢復等，從而幫助優(yōu)化控制策略，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[2]。

1.3廣域測控技術

廣域測控技術融合了傳感技術、通訊手段和數(shù)據(jù)處理方法，從而達到了對配電系統(tǒng)整體狀況的即時監(jiān)控和管理。廣域測控技術在配電系統(tǒng)中的應用不僅顯著增強了配電系統(tǒng)可觀性與可控性，還可以對配電系統(tǒng)各節(jié)點電壓、電流和功率因數(shù)等電氣量信息進行實時采集，通過高速通信網(wǎng)絡傳送到控制中心?？刂浦行氖盏叫畔⒑螅梢钥焖俚貙?shù)據(jù)進行處理與分析，繼而實時監(jiān)控配電系統(tǒng)全局狀態(tài)。同時，廣域測控技術還能夠根據(jù)監(jiān)測結果自動調整配電系統(tǒng)的運行參數(shù)，如電壓等級、無功補償?shù)?，以?yōu)化系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。

1.4 配電自動化技術

配電自動化技術是將先進的通信技術、計算機技術和自動控制技術有機結合，從而達到綜合監(jiān)測配電系統(tǒng)的運行狀況、迅速定位和恢復故障、優(yōu)化分配資源等目的。配電自動化技術具備實時監(jiān)控配電系統(tǒng)運行狀態(tài)的能力，包括電壓、電流和功率因數(shù)。通過運用智能算法，對這些監(jiān)測數(shù)據(jù)進行深入的分析和處理，能夠及時識別并預警可能出現(xiàn)的故障風險。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，配電自動化技術能夠快速定位到故障點，并自動啟動對應的故障隔離與恢復程序，將停電時間與影響范圍降到最低。

1.5分布式能源接入技術

分布式能源（如太陽能光伏、風能發(fā)電、小型燃氣輪機等）由于清潔、高效、靈活的特性正在逐漸改變傳統(tǒng)的能源供應模式。分布式能源接入技術的整合是把這些分布式能源有效、安全、可靠地接入智能配電網(wǎng)，以達到能源優(yōu)化配置與有效利用。

2案例分析

2.1智能配電網(wǎng)建設項目概況

“綠動未來”智能配電網(wǎng)優(yōu)化工程項目具體覆蓋范圍為該城市及其周邊10個鄉(xiāng)村。項目計劃對現(xiàn)有的30座變電站進行智能化改造，其中包括增設智能監(jiān)控系統(tǒng)和自動化控制設備。同時，項目將新建10個智能配電室，并對城市內的50 000戶居民和商業(yè)用戶安裝智能電表，實現(xiàn)用電數(shù)據(jù)的實時采集與分析。該項目計劃使用尖端的電力負荷預測技術，結合過去的電力使用數(shù)據(jù)和氣象預測來預測未來24h的電力負荷，預測的準確性預期將超過90%。

2.2配電自動化技術的應用情況

2.2.1主站集中型饋線自動化系統(tǒng)的構建

“綠動未來”智能配網(wǎng)優(yōu)化工程中，主站集中型饋線自動化系統(tǒng)是智能配網(wǎng)的神經(jīng)中樞，這一系統(tǒng)不僅融合了高級的監(jiān)測、控制和分析功能，還通過配置高性能計算平臺和實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)電網(wǎng)運行狀態(tài)綜合感知和智能管理。該系統(tǒng)覆蓋廣泛，涉及30座變電站和新建的10個智能配電室。它可以對從這些站獲取的電流、電壓、功率因數(shù)等主要電氣參數(shù)、開關狀態(tài)、故障指示等重要信息進行實時采集和處理。主站集中的饋線自動化系統(tǒng)具有故障自動定位、隔離、恢復等功能。在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，該系統(tǒng)能快速反應并自動實施相應控制策略，從而有效減少停電時間，增強供電可靠性[3]。

2.2.2通信數(shù)據(jù)交換平臺的強大功能與數(shù)據(jù)流通

在“綠動未來”項目中，通信數(shù)據(jù)交換平臺嚴格按照通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式規(guī)范，如IEC 61850和IEC 60870-5-104等標準，這些準則保證不同設備和系統(tǒng)無縫連接并進行實時數(shù)據(jù)傳輸和處理。該平臺設計強調高可用性和可擴展性，以冗余配置和負載均衡為技術手段，保證在復雜多樣的網(wǎng)絡環(huán)境中持續(xù)傳輸數(shù)據(jù)和穩(wěn)定地提供業(yè)務。針對海量數(shù)據(jù)處理的需要，該平臺整合了功能強大的數(shù)據(jù)處理和分析功能，其可以根據(jù)業(yè)務需求實現(xiàn)數(shù)據(jù)的清洗、轉換和聚合，從而為上層應用的實現(xiàn)提供優(yōu)質的數(shù)據(jù)支持。同時，平臺還提供了靈活的數(shù)據(jù)接口與應用程序編程接口，方便其他系統(tǒng)或應用進行數(shù)據(jù)交互與集成。

2.2.3數(shù)據(jù)分析平臺的智能決策與預測能力

數(shù)據(jù)分析平臺可以對配電系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行高效處理，其中包括實時運行數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和故障記錄。根據(jù)數(shù)據(jù)分析平臺收集的數(shù)據(jù)，搭建基于機器學習的負荷預測模型，能夠準確地預測出未來一定時期內負荷的變化趨勢，從而為電網(wǎng)調度和能源管理等工作提供科學依據(jù)[4]。該數(shù)據(jù)分析平臺在負荷預測的同時，采用人工智能算法，實現(xiàn)配電系統(tǒng)故障的智能診斷和報警；利用模式識別和異常檢測等技術，能夠及時發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生故障的風險，從而為系統(tǒng)安全、可靠地運行提供保證。

2.2.4 PLC控制柜控制邏輯的優(yōu)化設計

在“綠動未來”項目中，PLC控制柜集成了多個傳感器、執(zhí)行器和通信模塊，實現(xiàn)了配電系統(tǒng)內部各類設備的實時監(jiān)測與監(jiān)控。在優(yōu)化設計中，采用模塊化設計理念，對PLC控制柜的控制邏輯進行了優(yōu)化，將復雜的控制邏輯拆分為多個相對獨立的子模塊，每個子模塊都負責執(zhí)行特定的控制任務。

（1）模糊控制算法。[ 1] 在溫度控制、液位控制中，模糊控制算法可以處理不確定、模糊的系統(tǒng)。例如：當溫度傳感器探測到當前溫度小于設定值后，模糊控制算法根據(jù)模糊規(guī)則進行推理，得到適當?shù)募訜峁β?，進而調節(jié)加熱器輸出，以逐步實現(xiàn)溫度到達設定值[5]。

（2）自適應控制算法。當電機速度控制和壓力控制時，自適應控制算法能夠隨系統(tǒng)狀態(tài)變化而自動整定控制參數(shù)。例如：在電機負載驟增的情況下，自適應控制算法發(fā)現(xiàn)轉速降低，隨即調節(jié)控制參數(shù)來增大輸出扭矩，以維持電機轉速平穩(wěn)。

（3）控制算法?？刂扑惴ㄗ鳛榻?jīng)典控制方法，被廣泛地應用在各類工業(yè)控制系統(tǒng)。它計算系統(tǒng)誤差（偏差），產(chǎn)生控制信號，控制信號按比例、積分、微分3個分量進行強度調節(jié)。以液位控制系統(tǒng)為例，控制算法根據(jù)液位傳感器測得的實際液位偏離設定液位的情況，計算出控制信號，以此調節(jié)水泵輸出流量，以將液位控制在設定區(qū)間。

2.2.5 應用效果評估與分析

“綠動未來”智能配電網(wǎng)建設項目完成后，項目組對應用效果做了全面深入的評價和分析。為了全面衡量項目的實施成效，項目團隊建立了科學、合理的指標體系，這些指標涵蓋了可靠性指標（如供電可靠率）、效率指標（如線損率）、質量指標（如電壓合格率）等多個方面。通過不斷監(jiān)測并詳細分析這些指標，使項目團隊對電網(wǎng)運行狀態(tài)與工程實施后取得的成效有一個直觀的認識。在算法應用上，項目團隊成功地把模糊控制、自適應控制，PID控制等先進算法集成于PLC控制柜，顯著提高了控制精度與穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)表明，在項目實施后，電力供應的穩(wěn)定性有了顯著的提升，達到了99.99%的水平，這種升級歸功于智能配電網(wǎng)實時監(jiān)測與精確控制使供電中斷大大減少；與此同時，電力線路的損耗率降低了15%，這主要得益于經(jīng)過算法優(yōu)化的節(jié)能調度方案有效減少了電網(wǎng)在數(shù)據(jù)傳輸過程中的能量損耗；另外，電壓合格率高達99.8%，這確保了電力的質量穩(wěn)定和可靠。這些資料的更新既證明了“綠動未來”智能配網(wǎng)建設項目的成功實施，也充分證明了智能配網(wǎng)建設在提升電網(wǎng)運營效率、能源利用效率等方面具有較大潛力。

3結語

配電自動化技術為配電網(wǎng)的建設與發(fā)展提供了有力支撐。自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了對配電網(wǎng)絡的全面監(jiān)測、控制和優(yōu)化管理，大幅度提高了電網(wǎng)運行的可靠性、經(jīng)濟性、安全性與智能化水平。隨著智能電網(wǎng)建設的推進，配電自動化技術將獲得更大發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新技術不斷成熟，會推動自動化向著精細化、綜合化方向發(fā)展，提高電力系統(tǒng)安全、運維效率，提高智能配電網(wǎng)建設質量。

參考文獻

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