配電自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展綜述

張 震，郭繼芳，劉建強(qiáng)

（1.大同供電分公司平泉支公司，山西 大同 037000；2.北京市電力公司平谷供電公司，北京 101200）

配電自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展綜述

張 震1，郭繼芳1，劉建強(qiáng)2

（1.大同供電分公司平泉支公司，山西 大同 037000；2.北京市電力公司平谷供電公司，北京 101200）

提出了配電網(wǎng)一般指電壓等級(jí)為110 kV及以下的電網(wǎng)，由于處于電力系統(tǒng)的末端，配電網(wǎng)是整個(gè)電力系統(tǒng)與用戶(hù)聯(lián)系，向用戶(hù)供應(yīng)電能和分配電能的重要環(huán)節(jié)。針對(duì)配電網(wǎng)的自動(dòng)化系統(tǒng)，分析了國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況及存在的難點(diǎn)，對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中存在的具體問(wèn)題進(jìn)行了探討，同時(shí)展望了智能電網(wǎng)背景下的高級(jí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)。

電力系統(tǒng)；配電網(wǎng)；配電自動(dòng)化；智能電網(wǎng)

配電自動(dòng)化技術(shù)是近年來(lái)隨著通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新型學(xué)科，對(duì)于提高供電可靠性、擴(kuò)大供電能力、降低線路損耗和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度具有重要意義[1]。配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)是通過(guò)提高配網(wǎng)管理和運(yùn)行水平提高電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的手段。配電網(wǎng)主要面對(duì)用戶(hù)，大量的10 kV的線路是配電網(wǎng)的主體，其通過(guò)配電自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)處理并對(duì)10 kV網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可提高供電可靠性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。利用配變監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化重構(gòu)功能可以降低線路損耗和變壓器損耗，提高整個(gè)配網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

1 國(guó)內(nèi)外配電自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展

1.1 國(guó)外配電自動(dòng)化發(fā)展

歐美等國(guó)開(kāi)展配電自動(dòng)化的早期目標(biāo)是縮短饋線停電時(shí)間，其發(fā)展始于20世紀(jì)70年代中期。美國(guó)在開(kāi)展配電自動(dòng)化工作的初期，為了使線路故障不影響變電站饋線供電，采用線路上裝設(shè)多組重合器、分段器的方式。在紐約曼哈頓地區(qū)，當(dāng)27 kV線路故障時(shí)，真空重合器和變電站內(nèi)的斷路器會(huì)相互配合，經(jīng)過(guò)3次開(kāi)合操作，自動(dòng)隔離故障以使非故障段恢復(fù)供電。1997年全紐約用戶(hù)平均停電時(shí)間為104 min，而曼哈頓地區(qū)僅為9 min，提高了供電可靠性。美國(guó)長(zhǎng)島電力公司配電自動(dòng)化系統(tǒng)在1994年采用FTU和無(wú)線數(shù)字電臺(tái)組成了故障快速隔離和負(fù)荷轉(zhuǎn)移的饋線自動(dòng)化，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其在4年內(nèi)共避免了59萬(wàn)個(gè)用戶(hù)的停電事故，這表明美國(guó)配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平。

日本在20世紀(jì)70年代就開(kāi)始進(jìn)行高壓大容量的配電方式，以解決大城市的配電問(wèn)題，并著手開(kāi)發(fā)依靠配電設(shè)備及繼電保護(hù)進(jìn)行配電網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行的方法。從20世紀(jì)80年代至今，日本已經(jīng)完成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與配電設(shè)備配合的配電自動(dòng)化系統(tǒng)，在主要城市的配電網(wǎng)絡(luò)上投入運(yùn)行，其中大規(guī)模的配電自動(dòng)化系統(tǒng)可控制約4 000個(gè)以上的中壓開(kāi)關(guān)，中小規(guī)模的配電自動(dòng)化系統(tǒng)也可控制約1 500個(gè)中壓開(kāi)關(guān)。隨著配電自動(dòng)化的深入實(shí)施，電網(wǎng)供電可靠性得到了顯著的提高，日本1996年至1997年度平均每戶(hù)停電0.1次，每次平均8 min，可靠性居全球之首。

1.2 國(guó)內(nèi)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展

改革開(kāi)放后，我國(guó)在經(jīng)濟(jì)上的高速發(fā)展帶動(dòng)人民物質(zhì)生活水平不斷提高，在這樣的大背景下，用戶(hù)對(duì)電力的需求越來(lái)越大，同時(shí)對(duì)供電質(zhì)量和供電可靠性的要求也逐步提高，這表明電力已經(jīng)作為一種商品進(jìn)入市場(chǎng)接受用戶(hù)的監(jiān)督和選擇，因此，對(duì)電力供應(yīng)中的停電事故將追究電網(wǎng)企業(yè)的責(zé)任。與此同時(shí)，隨著高技術(shù)和精密裝備的接入，高性能的電力電子器件對(duì)電能質(zhì)量要求也越來(lái)越高，配電網(wǎng)供電可靠性已成為電網(wǎng)企業(yè)必須考慮的主要問(wèn)題。20世紀(jì)90年代后期，我國(guó)開(kāi)展了配電自動(dòng)化的建設(shè)工作，一些省會(huì)城市陸續(xù)開(kāi)展了局部范圍配電自動(dòng)化試點(diǎn)建設(shè)[2]。國(guó)內(nèi)最早的集成化、綜合一體化功能的配電自動(dòng)化工程試點(diǎn)，是1998年的寶雞市區(qū)配電自動(dòng)化系統(tǒng)。其功能包括了饋線自動(dòng)化、配電變電器巡檢、開(kāi)閉所自動(dòng)化、配電SCADA、配電仿真優(yōu)化、配電地理信息系統(tǒng)、客戶(hù)故障報(bào)修等，并實(shí)現(xiàn)了各個(gè)子系統(tǒng)之間的信息實(shí)時(shí)共享、功能相互共享的一體綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

2 配電自動(dòng)化系統(tǒng)的難點(diǎn)

現(xiàn)代電力系統(tǒng)是由發(fā)電網(wǎng)、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)和負(fù)荷中心組成的龐大的能源系統(tǒng)，這就要求一個(gè)高度信息化和自動(dòng)化的系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控和調(diào)度。這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)集數(shù)據(jù)采集、控制、通信和分析決策功能于一身的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。近年來(lái)，電網(wǎng)中主干網(wǎng)調(diào)度的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)化程度已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，但配電網(wǎng)的自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展程度仍然很低，預(yù)留的發(fā)展余地仍相當(dāng)大，這是由于配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)不但比輸電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)于設(shè)備的要求高，而且規(guī)模非常大，建設(shè)費(fèi)用要高很多。究其原因主要有如下幾點(diǎn)。

2.1 測(cè)控對(duì)象多

配電自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)控信息量大，系統(tǒng)組織困難。其測(cè)控對(duì)象為進(jìn)線變電站、10 kV開(kāi)閉所、小區(qū)變電所、配電變壓器分段開(kāi)關(guān)、并補(bǔ)電容器、用戶(hù)電能表、重要負(fù)荷等，站點(diǎn)通常有成百上千甚至上萬(wàn)點(diǎn)之多[3]。因此，不僅對(duì)于系統(tǒng)組織會(huì)帶來(lái)較大的困難，而且對(duì)控制中心的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性和計(jì)算速度也要求很高，特別是在圖形工作站上，要想較清晰地展現(xiàn)配電網(wǎng)的運(yùn)行方式，技術(shù)上面對(duì)的困難是很大的，因此，對(duì)于配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)，無(wú)論是硬件還是軟件，較配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)都有更高的要求。

2.2 戶(hù)外終端設(shè)備多

由于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的戶(hù)外終端設(shè)備多，要求其可靠性和安全性較高。輸電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的站端設(shè)備一般都可安放在所測(cè)控的變電站內(nèi)，因此行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中這類(lèi)設(shè)備按照戶(hù)內(nèi)設(shè)備只要求其在0～55℃環(huán)境溫度下工作。配電自動(dòng)化系統(tǒng)中有大量的站端設(shè)備必須安放在戶(hù)外，由于它們的工作環(huán)境惡劣，通常要能夠在-25～65℃環(huán)境下工作，因此必須考慮雷擊、過(guò)電壓、低溫和高溫工作、雨淋和潮濕、振動(dòng)、電磁干擾等因素的影響，這樣就導(dǎo)致了設(shè)備制造難度大和造價(jià)高的困難。此外，由于配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的站端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方控制的頻繁程度比輸電自動(dòng)化系統(tǒng)要高很多，因此要求配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的站端設(shè)備具有更高的可靠性。

2.3 通信系統(tǒng)復(fù)雜

配電自動(dòng)化系統(tǒng)的站端設(shè)備數(shù)量非常多，這樣就大大增加了通信系統(tǒng)建設(shè)的復(fù)雜性[4]。目前成熟的通信手段沒(méi)有一種方式能夠單獨(dú)滿(mǎn)足這種要求，配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信必須綜合采用多種通信方式和多層集結(jié)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，以減少通信通道數(shù)量并充分發(fā)揮高速信道的能力。此外，在配電自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)，對(duì)于開(kāi)閉所RTU和柱上FTU往往要求還不一樣，難以采用統(tǒng)一的通信規(guī)約，這也是造成通信系統(tǒng)復(fù)雜的原因之一。

2.4 工作電源和操作電源提取困難

配電自動(dòng)化系統(tǒng)面臨許多輸電網(wǎng)自動(dòng)化所不會(huì)遇到的問(wèn)題，其中最重要的是控制電源和工作電源的提取。定位故障位置、設(shè)置故障隔離區(qū)段、使正常區(qū)域恢復(fù)供電是配電自動(dòng)化最重要的功能。實(shí)現(xiàn)這一功能的前提是必須確保故障期間能夠獲取停電區(qū)域的信息，并通過(guò)遠(yuǎn)方控制跳開(kāi)一部分開(kāi)關(guān)后再合上另外一些開(kāi)關(guān)。區(qū)域停電將使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或通信系統(tǒng)工作所需的電源難以獲得。

3 配電自動(dòng)化實(shí)施中的具體問(wèn)題

3.1 配電自動(dòng)化實(shí)施的規(guī)劃問(wèn)題

針對(duì)某一地區(qū)實(shí)施配電自動(dòng)化前，首先要進(jìn)行配電自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)劃。主要目的是為配電自動(dòng)化的全面實(shí)施制訂一個(gè)切實(shí)可行的實(shí)施步驟，這樣既可以確保早期投入的設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，又可以保證投資的總體經(jīng)濟(jì)效益，從而使配電自動(dòng)化的項(xiàng)目可持續(xù)發(fā)展。

考慮到資金的來(lái)源，配電自動(dòng)化應(yīng)遵循分階段投資和分階段實(shí)施的原則，確定分階段實(shí)施的區(qū)域、變電站、饋線，并使分階段建設(shè)的各配電自動(dòng)化系統(tǒng)最終能與其他電網(wǎng)自動(dòng)化功能相配合。一般來(lái)說(shuō)，配電自動(dòng)化系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)遙測(cè)控制設(shè)備的技術(shù)壽命遠(yuǎn)低于電網(wǎng)一次設(shè)備的使用壽命。因此，一次系統(tǒng)的壽命與配電自動(dòng)化技術(shù)先進(jìn)性的協(xié)調(diào)關(guān)系，也是在進(jìn)行配電自動(dòng)化規(guī)劃時(shí)需要解決的重要問(wèn)題。

3.2 配電網(wǎng)實(shí)施的經(jīng)濟(jì)性投資問(wèn)題

在實(shí)施配電自動(dòng)化時(shí)，應(yīng)充分考慮所實(shí)施地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要及供電企業(yè)本身的效益，分步分階段實(shí)施。就城市電網(wǎng)的建設(shè)和改造而言，電網(wǎng)企業(yè)所得到的更多的是間接的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，因此需謹(jǐn)慎實(shí)施并制定詳細(xì)的規(guī)劃方案。

一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)合理、設(shè)備可靠，具有一定的備用容量和足夠的負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力，是實(shí)施配電自動(dòng)化的前提條件。此外，需考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)供電可靠性和供電質(zhì)量的要求，以及供電企業(yè)在經(jīng)濟(jì)上的承受能力。配電自動(dòng)化項(xiàng)目有多種技術(shù)方案，但須從經(jīng)濟(jì)上對(duì)整個(gè)配電自動(dòng)化生命周期內(nèi)的費(fèi)用進(jìn)行比較，使用全壽命周期法進(jìn)行評(píng)估。配電系統(tǒng)及其設(shè)備量大、面廣，其自動(dòng)化系統(tǒng)涉及的費(fèi)用大部分為控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的設(shè)備費(fèi)用。要通過(guò)對(duì)實(shí)施的配電自動(dòng)化的變電站、線路、配電所規(guī)劃，給出配置方案和基本評(píng)價(jià)，以供決策參考。

4 基于智能電網(wǎng)背景下的配電系統(tǒng)化

傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)僅實(shí)現(xiàn)了單向功能，即將電力輸送給終端用戶(hù)，智能電網(wǎng)背景下的配電系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和用戶(hù)之間的電力和信息的雙向交換[5]。與傳統(tǒng)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)不同，智能電網(wǎng)背景下的配電自動(dòng)化系統(tǒng)是高級(jí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)（ADA）?；九潆婋娐烽_(kāi)關(guān)的自動(dòng)控制功能是傳統(tǒng)的配電自動(dòng)化主要的關(guān)注點(diǎn)，而高級(jí)配電自動(dòng)化延伸和發(fā)展了傳統(tǒng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的功能，對(duì)原有的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的整合和擴(kuò)展。ADA關(guān)于所有可控設(shè)備和功能進(jìn)行完全自動(dòng)控制，改進(jìn)系統(tǒng)的控制和運(yùn)行的結(jié)構(gòu)和方式。由于ADA中各種組件實(shí)現(xiàn)了相互操作，通過(guò)通信和控制手段就可以來(lái)運(yùn)行系統(tǒng)，因此，這將帶來(lái)系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化。毫無(wú)疑問(wèn)，ADA將實(shí)現(xiàn)配電領(lǐng)域的技術(shù)上的革命性突破，帶來(lái)配電系統(tǒng)翻天覆地的變化，但由于投資巨大，這種配網(wǎng)的改造和建設(shè)將分階段多目標(biāo)逐漸實(shí)現(xiàn)，進(jìn)展會(huì)比較緩慢。

基于智能電網(wǎng)的高級(jí)配電自動(dòng)化旨在建立未來(lái)配電系統(tǒng)所需要的技術(shù)和功能。因此，未來(lái)的配電系統(tǒng)應(yīng)該具有如下特性。

a）系統(tǒng)配置的優(yōu)化，如環(huán)形饋線，微網(wǎng)和雙向電力潮流。

b）運(yùn)作能力的更新，如智能分區(qū)和故障重配置，緊急響應(yīng)和綜合電壓及無(wú)功管理。

c）電子設(shè)備的智能化，信息技術(shù)和其他配電新技術(shù)的應(yīng)用。

這些特性使系統(tǒng)更加柔性，更加高效可靠。自動(dòng)化系統(tǒng)提高了資產(chǎn)利用率，改善系統(tǒng)維護(hù)和運(yùn)作，系統(tǒng)將更加經(jīng)濟(jì)。

5 結(jié)論

“十二五”期間，國(guó)家將大力發(fā)展新能源和智能電網(wǎng)技術(shù)，這為配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。積極研發(fā)并推廣應(yīng)用ADA技術(shù)，建設(shè)現(xiàn)代配電網(wǎng)，更好地滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)的要求，具有十分重要的意義。

［1］ 徐臘元.我國(guó)配電自動(dòng)化的發(fā)展及實(shí)施方案［J］.電工技術(shù)雜志，2003（7）:3-7.

［2］ 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能規(guī)范［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2002.

［3］ 吳國(guó)良，張憲法.配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)問(wèn)答［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2005.

［4］ 劉文霞，劉曉茹.基于偏好DEA方法的配電通信網(wǎng)多種接入方式的評(píng)估［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（4）:24-27.

［5］ 李惠宇，羅小莉，于盛林.一種基于GPRS的配電自動(dòng)化系統(tǒng)方案［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，24（27）:63-67.

The Development of Power Distribution Automation System

ZHANG Zhen1，GUO Ji-fang1，LIU Jian-qiang2
（1.Pingquan Sub-branch of Datong Power Supply Company，Datong，Shanxi 037000，China；
2.Pinggu Power Supply Company of Beijing Electric Power Company，Beijing 101200，China）

Power distribution network refers to the power gird with voltage rating being 110 kV and below.The distribution network,linking the power system and customers,plays a key role in power supply and distribution.In this paper,the difficulties of the distribution network are analyzed and the advanced distribution automation system in Smart Grid is perspected.

power system；power distribution network；distribution automation；Smart Grid

TP2

A

1671-0320（2011）04-0037-03

2011-04-11，

2011-05-23

張 震（1982-），男，山西大同人，2006年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，技術(shù)員，主要從事變電運(yùn)行管理工作；

郭繼芳（1981-），女，北京人，2008年畢業(yè)于華北電力大學(xué)，碩士，助理工程師，主要從事變電運(yùn)行管理工作；

劉建強(qiáng)（1980-），男，北京人，2002年畢業(yè)于長(zhǎng)沙電力學(xué)院，工程師，主要從事變電運(yùn)行管理工作。