配電自動化系統分析與展望

摘要：主要分析了配電自動化系統的組成、技術現狀、存在的問題以及發展方向。

關鍵詞：配電自動化；現狀；問題；展望

1 配電自動化系統的組成

配電自動化是指利用現代電子計算機、通信及網絡技術，將配電網在線數據和離線數據、配電網數據和用戶數據、電網結構和地理圖形進行信息集成，構成完整的自動化系統，實現配電網及其設備正常運行及事故狀態下的監測、保護、控制、用電和配電管理的現代化。配電自動化系統包含以下四個方面：

變電站自動化系統：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或自動裝置代替人工對變電站進行監控、測量和運行操作的一種自動化系統。

10kV饋線自動化系統：完成10kV饋電線路的監測、控制、故障診斷、故障隔離和網絡重構。

配電管理系統：是指用現代計算機、信息處理及通信等技術，并在GIS平臺支持下對配電網的運行進行監視、管理和控制。主要功能有：數據采集和監控（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（AM／FM／GIS）。

用戶自動化系統：用戶自動化即需求側管理，主要包括負荷管理、用電管理、需方發電管理等。

2 配電自動化系統現狀分析

2．1 配電自動化技術現狀

配電自動化的發展大致分為三個階段：

第一階段是基于自動化開關設備相互配合的配電自動化階段，主要設備為重合器和分段器等，不需要建設通信網絡和計算機系統。其主要功能是在故障時通過自動化開關設備相互配合實現故障隔離和健全區域恢復供電。這一階段的配電自動化系統局限在自動重合器和備用電源自動投入裝置。自動化程度較低，具體表現在：①僅在故障時起作用，正常運行時不能起監控作用，不能優化運行方式；②調整運行方式后，需要到現場修改定值；③恢復健全區域供電時，無法采取安全和最佳措施；④隔離故障時需要經過多次重合，對設備沖擊很大。這些系統目前仍大量應用。

第二階段的配電自動化系統是基于通信網絡、饋線終端單元和后臺計算機網絡的配電自動化系統，在配電網正常運行時也能起到監視配電網運行狀況和遙控改變運行方式的作用，故障時能及時察覺。并由調度員通過遙控隔離故障區域和恢復健全區域供電。

隨著計算機技術的發展，產生了第三階段的配電自動化系統。它在第二階段的配電自動化系統的基礎上增加了自動控制功能。形成了集配電網SCADA系統、配電地理信息系統、需方管理（DSM）、調度員仿真調度、故障呼叫服務系統和工作管理等一體化的綜合自動化系統，形成了集變電所自動化、饋線分段開關測控、電容器組調節控制、用戶負荷控制和遠方抄表等系統于一體的配電網管理系統（DMS），功能多達140余種。現階段的配電自動化以此為目標建設和完善。

2．2 配電自動化面臨的問題

電力市場環境下的配電自動化系統必須在以下幾方面加以提高和改進。

高度可靠和快速反應的變電站、饋線自動化系統。在電力市場環境下，為了保障終端用戶的供電可靠性，自動化系統不僅要求能夠正確判斷故障、隔離及恢復故障，而且要求加大對自動化系統的投資，增加快速、可靠的開關及控制裝置，盡量減少對用戶的停電次數和停電時間。同時，因配電網故障必須中斷部分負荷供電時，應能快速自動識別重要用戶，優先保障其供電。

為了適應市場環境下的競爭需要，SCADA（系統監控和數據采集）系統的功能應該是強大的，特別是對重要用戶的監控更應該作到準確、可靠、靈敏。否則會給配電公司帶來較大的損失，這種損失包括對用戶的真接停電和造成社會影響的間接損失。

實現SCADA與GIS（配電地理信息系統）一體化設計，達到SCADA和GIS數據一體化、功能一體化、界面一體化，實現從GIS中自動提取SCADA需要的網絡結構和屬性數據及由SCADA系統向GIS提供配電實時運行數據。

采用可擴展綜合型的配電自動化終端（CDAU）。為滿足電力市場對電能質量的監測及實時電價信息的發布要求，實現綜合信息的采集及控制，盡可能減少現場終端的數量及降低系的復雜性，應考慮采用可擴展功能的綜合型配電自動化終端。該終端除了具有通常的功能外，還具有電能質量監測、實時電價信息發布、故障錄波及部分儀表功能。

3 配電自動化系統的發展展望

3.1 現代配電自動化系統采用分層集結策略

大城市配電自動化系統一般分四個層，第一層為現場設備層。主要由饋線終端單元（FTU）、配變終端單元（TTU）、遠動終端單元（RTU）和電量集抄器等構成，統稱為配電自動化終端設備。第二層為區域集結層。以110kV變電站或重要配電開閉所為中心，將配電網劃分成若干區域，在各區域中心設置配電子站，又稱“區域工作站”，用于集結所在區域內大量分散的配電終端設備，如饋線終端單元（FTU）、配變終端單元（TTU）和電量采集器。第三層為配電自動化子控制中心層。建設在城市的區域供電分局，一般配備基于交換式以太網的中檔配電自動化后臺系統。往往還包括配電地理信息系統、需方管理和客戶呼叫服務系統等功能。用于管理供電分局范圍內的配電網。第四層為配電自動化總控制中心層。建設在城市的供電局，一般配備基于交換式以太網的高檔配電自動化后臺系統和大型數據庫，用于管理整個城市范圍內的配電網。中小型城市的配電自動化系統一般只有前三層設備，不需要第四層。

3.2 集成化、智能化和綜合化是發展趨勢

配電自動化系統作為一個龐大復雜的、綜合性很高的系統性工程，包含眾多的設備和子系統，各功能、子系統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展之中，這就要求配電自動化系統采用全面解決的方案，走系統集成之路，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視功能，且有進一步與斷路器相結合，機電一體化，發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，創造了有利的條件。在電壓無功控制方面，國內已經提出基于人工神經元網絡的無功預測和優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次數降至最小，消除了盲目調節，降低了變壓器故障幾率和減少了維護量。

3.3 配電自動化新技術

配電線路載波通信技術。對低壓配電網，由于終端設備數量非常多，采用光纖通信無論從成本或可行性看均不現實，為實現配電系統綜合自動化的實時電價信息發布及遠程讀表功能，研究具有較高可靠性和通信速率的配電線路載波通信技術，不僅可作為實現上述功能的通信手段，還可以為客戶提供其他的綜合通信服務。

用戶電力技術。用戶電力技術是將電力電子技術、微處理機技術、控制技術等高新技術運用于中、低壓配、用電系統，以減少諧波畸變，消除電壓波動和閃變、各相電壓的不對稱和供電的短時中斷，從而提高供電可靠性和電能質量的新型綜合技術。用戶電力技術獨立工作時可滿足特殊負荷對供電量的嚴格要求，與配網自動化技術相結合時，將實現無瞬時停電、實時控制的柔性化配電、滿足用戶對電能質量更高層次的要求。

智能分布式FA。在該體系中，將要研究建立智能體（agent）與區域協調器的協調機制。為了考慮全網的運行方式以及拓撲結構的變化影響，需要研究在配單自動化主站建立協調服務器，通過定義智能體之間的通信與規范構成完整的智能分布式FA實現方式。

參考文獻

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