關鍵詞：配電網 配電自動化 發(fā)展動向  

 

　　配電自動化發(fā)展動向 

　　配電網是電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電和配電(有時也稱供電和用電)三大系統(tǒng)之一。電力公司通過配電網實現產品銷售--向廣大電力用戶提供電能。隨著經濟的發(fā)展，觀念的變化，電力公司正經歷著一場深刻的變革：電力市場自由化。這場變革使電力公司面臨新的挑戰(zhàn)，不得不采取新的策略，新的技術和管理措施，轉變經營理念，增強市場競爭實力。 

　　一、配電自動化簡介 

　　配電自動化指：利用現代電子技術、通信技術、計算機及網絡技術與電力設備相結合，將配電網在正常及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、計量和供電部門的工作管理有機地融合在一起，改進供電質量，與用戶建立更密切更負責的關系，以合理的價格滿足用戶要求的多樣性，力求供電經濟性最好，企業(yè)管理更為有效。 

　　配電自動化是一個龐大復雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含電力企業(yè)中與配電系統(tǒng)有關的全部功能數據流和控制。從保證對用戶的供電質量，提高服務水平，減少運行費用的觀點來看，配電自動化是一個統(tǒng)一的整體。 

　　配電自動化包含以下4個方面： 

　　饋線自動化。饋線自動化完成饋電線路的監(jiān)測、控制、故障診斷、故障隔離和網絡重構。其主要功能有：運行狀態(tài)監(jiān)測、遠方控制和就地自主控制、故障區(qū)隔離、負荷轉移及恢復供電、無功補償和調壓等。 

　　變電站自動化。變電站自動化指應用自動控制技術和信息處理與傳輸技術，通過計算機硬軟件系統(tǒng)或自動裝置代替人工對變電站進行監(jiān)控、測量和運行操作的一種自動化系統(tǒng)。變電站自動化以信號數字化和計算機通信技術為標志，進入傳統(tǒng)的變電站二次設備領域，使變電站運行和監(jiān)控發(fā)生了巨大的變化，取得顯著的效益。 

　　變電站自動化的基本功能有：數據采集、數據計算和處理、越限和狀態(tài)監(jiān)視、開關操作控制和閉鎖、與繼電保護交換信息、自動控制的協調和配合、與變電站其他自動化裝置交換信息和與調度控制中心或集控中心通信等項功能。 

　　變電站自動化技術是配電自動化的重點之一。 

　　配電管理系統(tǒng)。配電管理系統(tǒng)(DMS)是指用現代計算機、信息處理及通信等技術和相關設備對配電網的運行進行監(jiān)視、管理和控制。它是配電自動化系統(tǒng)的神經中樞，整個配電自動化系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和管理中心。主要功能有：數據采集和監(jiān)控(SCADA)、配電網運行管理、用戶管理和控制、自動繪圖/設備管理/地理信息系統(tǒng)(AM/FM/GIS)等。 

　　需求側管理。通過一系列經濟政策和技術措施，由供需雙方共同參與的供用電管理。包含負荷管理、用電管理及需方發(fā)電管理等。需求側管理的幾個內容涉及電力供需雙方，甚至與電力管理體制有關，必須通過立法和制訂相應的規(guī)則，并最終由電力市場來調節(jié)。可以看到，電力的供需雙方不僅僅是一種電力買賣關系，也是以雙方利益為紐帶的合作伙伴關系，在電力市場環(huán)境下，需求側管理必將被重視。 

　　上述4個方面的內容可以相互獨立運行，它們之間的聯系十分密切，特別是信息的采集、傳遞、存儲、利用以及這些信息經過處理作出的決策和控制相互影響。因而，信息的管理十分重要。 

　　二、配電自動化發(fā)展新動向 

1?配電網自動化功能框架奠定，且得到充實和完善  

　　國際供電會議(CIGRED)特設工作小組在1995年5月提出的專題報告中，按照以下原則：　　　 

　　1)把電網功能和用戶功能區(qū)別開來； 

　　2)把在線功能和計劃功能區(qū)別開來；  

　　3)把運行工作和維修工作區(qū)別開來。  

　　將配電自動化功能劃分為4組：電網運行、運行計劃及其優(yōu)化、維修管理、用戶聯系和控制。 

　　在上述主功能組的基礎上，再分成若干功能，奠定了配電自動化系統(tǒng)的主功能框架。需要強調的是： 

　　(1)這4個功能組并不是各行其事，而是有著十分緊密的聯系，經常交換信息，這樣既可做到數據共享，更可保證控制和管理的一致性。  

　　(2)數據管理的重要性。數據管理本身并不是配電自動化的功能，但是，所有的功能都包含在數據管理內，要實現龐大復雜的眾多功能必須依靠數據管理來完成，這些功能所交換和共享的數據引起了功能間的聯系。數據管理可確定所掌握的數據是需要相關管理的、連續(xù)不斷更新的還是由若干系統(tǒng)共享的數據。數據管理建立了能滿足配電自動化要求的新的機制和管理方法，是配電自動化不可缺少的組成部分。  

IEC TC57/WG14工作組提出了配電管理系統(tǒng)接口規(guī)范。該規(guī)范不僅將上述配電自動化功能按照商業(yè)應用的要求作了分類，規(guī)定了每類的具體功能要求，而且將配電自動化系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)(EMS)、氣象信息、雇員信息及用戶信息系統(tǒng)的接口考慮進去，充實和完善了配電自動化功能框架。  

2?配電網優(yōu)化運行  

　　電力市場的不斷完善迫使電力企業(yè)以效益為目標，把工作中心轉移到效率管理、降低成本和為用戶提供優(yōu)質服務上。這使得供電企業(yè)必須不斷地分析電網的運行性能、制定電網優(yōu)化運行的方案。 

　　配電網的優(yōu)化運行主要包括：無功補償、提高供電質量、降低線損、設備運行和維護。 

　　供電質量包括安全性、電壓合格率、頻率合格率、供電可靠性和用戶對停電、收費及服務的意見。 

　　提高供電可靠性的主要技術措施有： 

(1)縮短故障停電時間  

　　故障自動報警； 

　　快速故障定位； 

　　自動/人工遙控隔離故障，非故障區(qū)段恢復供電。 

(2)降低事故隱患和影響  

　　這重點在于對設備狀態(tài)和電網參數進行經常性監(jiān)測，力求在故障發(fā)生前檢測出潛在的事故隱患。 

　　變電站自動化的發(fā)展，使供電可靠性有了很大的提高，但是，要進一步縮短故障停電時間，很大一部分取決于饋線自動化的發(fā)展。必須在饋電線路上裝設電動開關，配置饋線終端設備FTU，對一些分支線路，還應裝設故障指示器，并利用通信系統(tǒng)，向系統(tǒng)提供饋線運行數據和狀態(tài)，執(zhí)行系統(tǒng)下達的饋線開關遙控操作命令。 

　　非線性負載、電動機直接起動、不平衡負載、焊接設備以及家用電器設備增多，降低了電壓質量。電壓質量對現代電子設備及計算機系統(tǒng)影響極大。為此，提出系統(tǒng)應對電壓進行連續(xù)測量和質量分析，噪聲越限告警。同時，要根據實際需要選擇不同的無功補償方式。

3?集成化、智能化和綜合化是一發(fā)展趨勢  

　　早期配電自動化的實施采用發(fā)展獨立的、單項自動化系統(tǒng)來解決問題，如直接的負荷控制、大用戶的遠程抄表等，由于配電自動化的功能之間存在著不同程度的關聯，其中大部分要求很難滿足，且還無法克服在擴大應用規(guī)模時確認所需投資的合理性所遇到的困難。這種按"功能定向"的方法，已造成綜合化水平非常低并帶來若干反面影響，如功能重疊、數據的重復、靈活性很差和維修費用高等。 

　　另外，配電自動化系統(tǒng)作為一個龐大復雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含眾多的設備和子系統(tǒng)，各功能、子系統(tǒng)之間存在著不同程度的關聯，其本身及其所用技術又處于不斷發(fā)展之中，對任一家制造商而言，根本不可能包攬一切。 

　　這就要求配電自動化系統(tǒng)采用全面解決的方案，走系統(tǒng)集成之路，使得各種應用之間可共享投資和運行費用，最大限度保護用戶原有的投資。 

　　在饋線自動化方面，現有饋線終端設備不僅具有常規(guī)的遙測、遙信和遙控功能，且還集成了自動重合閘、饋線故障檢測和電能質量的一些參數的檢測功能，甚至集成了斷路器的監(jiān)視功能，且有進一步與斷路器、開關相結合，機電一體化，發(fā)展成為智能化開關的趨勢。顯著地降低了建設、運行和維護的綜合成本，為提高供電可靠性，創(chuàng)造了有利的條件。 

　　故障定位和自動恢復送電可以明顯地縮短停電時間。有效地解決這一問題，必須以數字式繼電保護、饋線自動化和DMS系統(tǒng)為基礎。對于故障定位，國外有人提出使用三種技術綜合處理：故障距離計算法、線路故障指示器法以及不同線路區(qū)間故障概率統(tǒng)計法，這些信息結合在一起進行模糊邏輯處理。 

　　在電壓無功控制方面，天津大學楊爭林、孫雅明首次提出基于人工神經元網絡的無功預測和優(yōu)化決策相結合的變電站電壓無功控制策略，該策略以無功變化趨勢為指導，充分發(fā)揮了電容器的經濟技術效益，能在無功基本平衡和保證電壓合格的前提下，使變壓器分接頭的調節(jié)次數降至最小，消除了盲目調節(jié)，降低了變壓器故障幾率和減少了維護量。 

4?電力線載波技術取得重大突破  

　　1997年10月英國聯合電力公司的子公司Norweb通信公司與加拿大Notel公司聯合聲稱：取得了電力線載波技術重大突破，利用新開發(fā)的數字配電線載波技術(Digital Power Line DPL)可有效地保護配電線上傳輸的信號不受干擾，使得電力公司可以通過現成的配電線路為用戶提供高速、可靠而費用低廉的因特網、多媒體以及其他信息服務。目前，該技術可為家庭和中小型用戶提供速度最快的通信方式。  

DPL技術是針對能夠加強本地、區(qū)域性以至全球范圍的家庭和中小型公司的數據訪問性能和響應性能，采用改進的因特網規(guī)約(IP)以及復雜的專用電子裝置來沿低壓配電電纜網絡傳輸MHz級的數字高頻信號，同時監(jiān)視導致信息失真的脈沖信號以及其他形式的電干擾，從而實現了利用配電網絡為家庭和中小公司提供數字電話、傳真及因特網通信服務的手段。  

　　該項技術的優(yōu)越性體現在： 

　　對于電力公司來說，配電網絡是現成的，因而應用DPL技術的投資遠小于其他寬帶通信系統(tǒng)； 

　　由于配電系統(tǒng)連至千家萬戶，通過該網絡可為用戶提供極方便的因特網服務； 

　　該技術使得由調制的低壓網絡傳送的因特網和數據訪問的速度比目前最快的綜合數字服務網絡ISDN的速度提高了10倍，比與普通電話線連接的高速調制解調器快20倍； 

　　服務容量極易擴展； 

　　對電力公司來說，提供了開拓新市場的機會； 

　　這些信息服務的提供，可為電力公司提高效率、增強電力市場中競爭力，加深與用戶的關系方面起到重要作用。 

　　但目前推廣應用DPL技術存在一些因難： 

　　將變電站轉化為與因特網相連的網關，還需要在變電站中安裝開關以及異端高速回饋光纖網絡以承載變電站和因特網之間的數據傳輸； 

DPL這項技術，還需要進一步發(fā)展和證實，而其他技術，如低能無線(low-power radio)、電纜調制解調器或不對稱數字電話用戶線(asymmetric digital subscriber line)等高速通信系統(tǒng)都已商業(yè)化或即將商業(yè)化，因而至少在最近兩年內，DPL技術是一項相對比較貴的選擇方案。  

5?用戶電力技術的應用  

　　用戶電力(Custom Power)技術是Narain G.Hingorani任職于美國電力科學研究院(EPRI)時和柔性輸電(FACTS)技術一起提出的。其核心內容是電力電子設備的應用。該項技術可以解決電壓突升、突降和瞬時斷電等配電系統(tǒng)擾動所引起的種種問題，可補償電壓下降及短時斷電，對諧波進行有效濾波，補償相電流的不平衡，改進功率因素。其對提高供電質量方面，有廣闊的前景，值得研究。 

　　用固態(tài)斷路器(Solid-State Transfer Switch SSTS)(動作非?？斓碾娮娱_關)控制雙電源饋線向重要用戶供電時，固態(tài)斷路器可在1/4Hz內完成備用饋電線切換，向用戶提供不間斷電源。除此之外，與靜態(tài)電容器配合起來使用時，可提供優(yōu)質電力，同限流電抗器或電阻器組合在一起，可在配電系統(tǒng)中迅速插入限流裝置以防止來自大短路容量的過大故障電流。 

　　靜態(tài)電容器(Static Condenser STATCOM)或靜態(tài)補償器(Static Compensator STATCOM)是快速響應的固態(tài)電力控制器，它能向4.16～69kV配電饋線連接處提供靈活的電壓控制以改進電力質量；同時也是一個交流同期電壓源，通過一個聯絡電抗和配電系統(tǒng)相關聯，并能用改變電壓源的幅值和相角的方法和配電系統(tǒng)交換無功和有功功率，其結果就可通過以STATCOM和配電線之間的聯絡電抗來控制電流。這樣可調節(jié)無功電流和抑制電壓波動。STATCOM是通過一個先進電力半導體裝置組成的固態(tài)的直流到交流的變流器來實現的。它能有效地替代配電系統(tǒng)采用常規(guī)電壓和無功控制元件、有載分接開關、電壓調整器和自動投切電容器。一臺多功能的STATCOM包括的功能有電壓控制、動態(tài)濾波、低損控制無功和有功功率。 

　　動態(tài)電壓恢復器(Dynamic Voltage Restorer DVR)有一個變壓器、一個換流器和一個儲能裝置，只不過變壓器是串接在母線上向敏感負荷供電。補償是雙向的，既能升高已下跌的電壓，也能降低過高的電壓，其響應時間只需幾個毫秒。當電源側電壓質量明顯不符合敏感負荷要求時，DVR通過串接的注入變壓器向饋線注入可控幅值、相角和頻率(諧波)的電壓，來校正負荷側電壓波形的畸變，包括由于鄰近線路發(fā)生故障或負荷時而引起的電壓波動。 

　　無論是固態(tài)補償器STATCOM還是動態(tài)電壓恢復器(Dynamic Voltage Restorer DVR)直流儲能裝置的容量決定了對每次電壓下跌進行調節(jié)的持續(xù)時間，可以從幾個Hz到幾秒鐘。若應用超導儲能器(Micro Super-conducting Magnetic Energy Storagy-SMES)，可適用于短時間大功率的存儲和釋放場所。 

　　有了用戶電力設施，用電的質量和可靠性仍需供電方和用電方合作解決，所以雙方的信息暢通和工況變化的透明度是十分重要的，這有賴于供電信息化程度的提高。用戶和供電者合作可以共同把擾動減少到幾乎沒有。不論是雷擊、開關切換還是負荷大變動等，都不使其干擾電力用戶的運作。 

6?技術和經濟手段綜合利用，改善對用戶的服務  

　　面對激烈的市場競爭，改進對用戶的服務，是增強電力公司競爭能力的重要手段之一。利用各種技術和經濟手段，改進對用戶的服務，滿足不同用戶的需求，指導用戶合理、經濟用電，鼓勵用戶參與和配合電力企業(yè)對供用電進行管理和控制，提供用戶用電選擇權等是當前配電自動化發(fā)展值得注意的一個動向。 

　　意大利ENEL公司在電費上采取以下措施，使負荷曲線更加合理化： 

(1)向所有需量超過或等于400kW的用戶推廣分時電價。  

(2)對增容到25kW使用電爐的食品工業(yè)用戶和至少6kW需量的家庭用戶中試行兩時段分時電價。  

(3)對需量大于3000kW，且應電力公司的請求可至少減少負荷1000kW的用戶，實行可停電供電電價。  

(4)帶暫停需量的可停電供電電價。對在同意的月份(冬季最多四個月，夏季可能有一個月)中全國電力系統(tǒng)發(fā)生緊急情況的小時內減少需量(至少為一天相應時間內簽約需量的50%)的用戶實行可停電供電電價。  

　　改革電費系統(tǒng)，使之變得更為靈活，其目的在于更準確反映全部時間內的電力成本，鼓勵用戶將他們的用電負荷需求調整到一條改進過的負荷曲線。此外，改革電費系統(tǒng)，不僅包含電量，還包括與供電質量關聯的新參數，如停電次數和持續(xù)時間，使電費更趨于合理，促進效率和生產率以及向用戶提供滿足他們單獨要求的合同條件。 

　　法國正在進行用戶通信接口計劃的試驗，稱為ICC。其主要功能不但引入了實時讀表、停電控制和遠方管理，并使用戶能了解自己用電的實時電價(全日變動的實時電價對用戶是透明的)。從而能優(yōu)化自己用電的管理，優(yōu)化用電是根據電價制度的規(guī)定，選擇自己用電設備和時間，停用一部分設備如熱水器，甚至電冰箱或空調機。ICC能使用戶使用幾條簡單的指令控制用電，并和供電人員通信，規(guī)劃用戶自己的最佳用電計劃。 

　　西班牙的Iberdrola電力公司正和法國EDF一起進行OPENMAN (optimal energy management configurable system最優(yōu)能量管理的可組合系統(tǒng))的試驗。在西班牙裝設五套，法國也裝設五套。主要制造商為Schlumberger lndustries?OPENMAN的主要目標是家庭能量應用的優(yōu)化與管理，有兩個部分，一部分是一臺咨詢配置機，可以用來為用戶提出最優(yōu)配置的咨詢建議。這臺咨詢機設置在電力公司的售電業(yè)務室內。另一部分是進行用電時的能量管理系統(tǒng)，有一臺主控器和若干智能插頭。智能插頭的作用是通過PLC(電力線載波)和用戶通信，實現削峰填谷等管理操作，并根據用戶提示的舒適性要求和生活習慣，提供既優(yōu)化經濟又舒適滿意的用電。 

　　意大利ENEL公司正在開發(fā)家庭用電智能助理，能加到用戶的電視機上以便實現強有力的顯示，確保供電服務信息能方便地表達出來。通過這個窗口，可向用戶通知各種事件，并幫助用戶從事一些節(jié)能工作。 

　　改進對用戶的服務，是增強電力公司競爭能力的重要手段，同時須改進其自己的信息系統(tǒng)。 

　　德國西門子公司推行一種公司信息集成化系統(tǒng)，把配電管理系統(tǒng)(包括SCADA、自動化及MIS)及網絡規(guī)劃統(tǒng)一在一起，一體化了，并和地方(市或州)的地理信息系統(tǒng)(GIS，包括電話、水、交通及市政等)也取得一致。這是信息化的大趨勢。