配電自動化技術在智能電網中的應用

蘇 新

（國網啟東市供電公司，江蘇 南通 226200）

0 引 言

全面建成小康社會促進了農村地區經濟和科技的發展，人們的物質文化需求不斷加大，電能的使用需求也在逐步增加。隨著計算機技術和移動通信技術的發展，配電網絡也在逐步走向智能化，在很多地方已經建立起較為完整的自動化系統。只有逐步實現整個配電網的智能化，才能保證居民用電的穩定安全。

1 配電自動化技術在智能電網中應用的意義

1.1 提高電網供電的穩定性

配電自動化技術在電力系統中的運用，保證了供電過程的可靠性和安全性。由于傳統的電網結構比較落后，在系統出現故障時不能對故障進行自動隔離和維修，同時不能準確地確定故障的位置，導致大規模停電。運用配電自動化技術來加強智能電網的建設，可以快速找到故障點，并對故障進行一定程度的自動修復，使電力供應更加可靠。

1.2 對電網電壓形成有效監管

利用配電自動化技術，對電網各環節的終端設備進行實時監測和報警，并根據實際情況，向電力企業提供輸電線路的數據。通過設置調節變壓器、投切無功補償電容器等設備，可以實現對輸電線路的功率進行自動調整，以保證輸電線路的電壓穩定，保證用戶端的供電電壓處于合理的區間，從而有效地減少因電壓不穩引起的線路傳輸故障和用戶電氣設備損壞[1]。

1.3 提高用戶用電質量與效率

通過將配電自動化技術引入電網，可以為電力企業搭建一個用戶用電信息平臺，方便客戶提出用電請求，實現對電費的查詢和支付。另外，當系統出現故障時，可以向用戶提供斷電提示，給用戶充分的反應時間，以便作出相應的反應，進而提升電力使用者的滿意度。

1.4 便于對輸電系統的管理

配電網自動化技術的運用，使電力系統中設備和電纜的工作狀況得到了全面的監控，不僅能減少運行中的事故次數，而且能在故障發生后快速地確定故障點和原因，從而提高了檢修的效率，并節省了大量的人工檢查費用。配電網絡的信息化能夠為電力企業提供用戶準確的用電數據，使電力傳輸工作和數據更加透明，從而有效減少了偷電、漏電等問題[2]。

2 智能電網配電自動化系統組成

農村智能電網的配電自動系統，包括主站、子站層、終端層、通信網。該體系結構比較清晰，主要站級數目比較少，通常一個主站級對應多個分站級、終端級，隨著用戶增多、電網線路增多，可以根據實際情況增加子站和終端，從而實現全電網的一體化。

主站層就像是一個人的大腦，它是整個自動控制系統的核心，通常在主站層都會建立一個龐大的數據庫，擁有一個超級的分析電腦，它可以對各個分站和終端的數據進行分析，從而對整個電網的運行狀況進行監控。同時，主站層還需要對各分站的構成和功能協作進行全面協調，對問題進行快速判斷，并利用計算機對大數據進行分析，不斷地優化配電網的智能化建設，并對供電方案進行優化[3]。

由于農村地區分布廣泛、輸電線路較長，幾個主基站無法將各前端、終端全部連通，因此必須將兩級乃至三級的分站或終端與主站相連。子站就像一個智能化的中轉站，既可以將終端與主站相連，又可以實現自身的智能功能。通常來說，一個子站管理著大量的終端，它會根據自己的數據模型對這些數據進行分析、存儲、傳輸，一旦發現異常，就會通過相應的程序來分析。如果原因明確、故障點明確，并且能夠自我修復，那么就會向終端發出相關的命令；如果不能解決，就將故障信息發送給主站點，由主站進行進一步的判斷和維修[4]。

終端是一種直接作用于配電網絡的前端執行設備，它在電力系統中的應用范圍越來越廣、密度越來越大、種類也越來越多，包括變電站、自動保護開關、電流感應器、家用智能電表等各種類型，主要對電力系統中的電流、電壓進行監控。一旦發生故障，就能及時采集和發送相關的故障信息。在故障處理階段，還可以接收來自副站或主站的命令，進行停電、恢復電源等操作。另外，在日常使用中，通過采集配電網絡的運行情況和用戶的用電量，并將其進行整理和傳送，從而實現對配電網絡的監控。

由于農村配電網規模龐大，傳輸距離較遠，各分站與分站、子站與主站的數據傳輸距離較長，因此必須借助通信系統的輔助才能完成相關的數據傳輸和發布。特別是在5G時代，由于要傳送大量的數據，因此對網絡的傳輸質量提出了更高的要求[5]。

3 常見的配電自動化技術類型

3.1 分布式監測技術

分布式監控技術是將相應的監控設備按照較為合理的方法分布在電力系統中，相對于傳統的監控設備來說，它的分布比傳統的監控設備密集得多。在運行期間，對電流、電壓時刻進行精確的檢測，在某個故障點發生故障時，它能迅速判斷出故障的分支，并通過兩臺最接近故障點的監控設備及故障點特定電流到達兩個監控設備的時間和速度，來確定故障的位置。在確定故障點后，根據最小的影響原理對相關線路進行斷電，同時恢復了其他線路的電力供應，最終將收集到的信息反饋給了管理者，以便進一步的檢修。然而這項技術對每一項檢測設備都有很高的要求，并且由于其工作量比較大，因此在農村地區的普及程度并不高。

3.2 集中式控制技術

集中式控制技術分為主站、副站和終端，由終端將監控數據傳回子站，子站進行采集、整理、傳輸。主站將采集到的數據進行匯總，并根據故障信息進行全面的分析，并對故障區域、故障部位進行分析，最終得出最佳的解決辦法，并以人工指令的方式進行遠程處理。與分布式系統相比，這種方法在分析故障時更加精確，更加科學，但它的處理速度卻很慢，需要更高的傳輸信道，而且會造成更大的干擾。

3.3 簡單自動化技術

大部分地方都在使用簡易的自動控制系統，只要將監控到的數據傳回主站，就能找到正確的故障，再由人力來修復。雖然沒有前兩種自動化程度更高，但其技術簡單、投資小，應用范圍很廣。

4 配電自動化技術在智能電網中應用

4.1 配電線路中的智能開關

農村配電的實際運行將會受到外部自然條件的影響，可以在配電系統中設置線路開關來實現對其的控制與保護，為農村智能電網的正常運營創造了有利的條件。在農村配電網中，由于分支線路數量眾多，而且線路長度比較大，導致線路端部的短路電流值很低。而在配電網中，主、備用保護設備常常不能滿足這一要求，無法及時地切斷配電故障，從而導致配電線路的保護工作缺乏可靠性。通過在配電網絡中設置一個智能開關來實現對配電網絡中的分支進行配置，從而達到了對故障點進行電流輸送的目的。為了保證配電的安全，可以將配電網絡分成3～4個部分，分別裝上斷路器、負載開關或刀閘，如果安裝了刀閘，就必須對開關的安裝數量進行有效的控制，這種方法可以在配電線路超載的情況下自動斷開，避免在系統的運行中出現重大安全事故。

4.2 電網自動化主站系統

在智能電網中通過建設和使用電網自動化主站，可以極大地提高電力調度的智能化水平，提高電力傳輸的效率，降低電網調度的難度，達到無人值守就可以完成電網調度任務，從而大大減少農村電網運行的人力成本。智能電網中的主站系統總體上是分布的，它通過信息技術將各支點之間的聯系，實時地傳輸、收集、分析各支點的運行情況，從而實現對電力網的監控與控制。在系統的各個支點上設置了現場數據采集設備，可以向主站提供模擬量、狀態量和脈沖量3種類型的數據。其中，模擬量主要是由電力操作期間產生的電流和電壓。由主站系統內的電纜等設備實現數據的傳送，并對 CPU進行數據處理。通過將可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技術引入主站系統，實現了主站系統的實時監控與控制。主站將采集到的數據用信號傳輸器傳輸給各設備節點，實現對故障的準確定位與及時處理，保證了農村電網的正常運營。目前湖南省農村電網中廣泛采用的是省級主站系統，它既考慮了主站的運行管理，又通過訂單管理系統（Operations Management System，OMS）實現了主要業務工作的管理，增強了農村電網智能化程度，同時也提高了對電網運行的自動化管理效率，從而進一步提升了智能電網運行的安全性。

4.3 科學規劃，完善配電自動化系統網絡結構

在智能電網的建設中，合理的規劃是保證電力系統安全穩定的基礎。具體來說，在遠程數據傳送系統的設計中，采用一個電壓監控裝置，與 GSM公共無線網絡進行通信，同時滿足了電力網的數據傳輸需求。在此系統中，對各種供電線路的電壓進行實時監控，發現饋線電壓不足時，應加大配變布點數目，或增設低壓無功自動補償裝置。在應用負載控制系統中，采用 GPRS和 GSM移動通信網絡作為基本通信平臺，對配電終端進行遠程管理。通過對電力系統的自動抄表、電能質量的監測、用電負荷的監測，提高農村電網的供電可靠性、安全性，能夠實時、動態地監測用戶的用電過程。在監控終端的安裝方面，通過對電力系統的實時監測，對各個變電站的運行狀況進行全面的了解，對三相平衡和無功補償進行了合理的分配，以保證電力系統的最佳運行。例如，當電網發生用電故障或電網異常時，可以使用報警系統來顯示故障類型，并通過故障點自動控制功能，使無故障區段的電力需求得到滿足。

4.4 建設終端系統自動化

為了實現對配電網中有關設備的實時監測，需要對其進行自動化改造和升級。通過實現遠程控制、故障識別、檢測等功能，可以實現主站、副站的實時監測，保證電力系統的安全、穩定。其中，采用光纖以太網技術將變電站自動控制終端與服務器相連，實現了對變電站的數據采集。數據的收集與交換是由無線接入或者利用光纖實現的。這種終端的配置比較靈活，適用的范圍也比較廣，但是為了適應不同的操作要求，也可以對相應的系統進行一些調整。

4.5 相關基礎設施的完善

在推進自動化、智能化的進程中，必須重視配電網絡的基礎設施建設與改造。要實現自動化，就必須與電網的改造相協調，而農網改造則要兼顧自動化方面的相關需求。例如，對相關輸電線路的選材進行優化，對電力設備進行改造時應優先選用與智能化建設要求相適應的電力設備，并在線路的選型、設施的設置上重視自動化裝置的安裝與使用。另外，要注意沿線的通信設施，與有關運營商合作，根據實際情況選擇鋪設光纜進行有線傳送或設立基站，使通信容量達到最大。

4.6 管理運維水平的提高

在自動化系統建設完成后，日常的維護和維修工作也會發生新的變化，要對維修人員進行系統的培訓，讓他們能夠掌握有關的維修知識，改變他們的傳統的操作理念，在檢修中更加重視對相關的自動化設備的維護。根據需求組建一支專業的自動化管理團隊，相關的管理人員不僅要掌握有關的電氣專業知識，還要掌握電腦技術，并能利用有關的資料，使整個自動化和配電網絡得到最佳的發展。

5 結 論

智能電網的建立，不僅能夠解決目前電力供應面臨的問題，而且能夠有效地提高其利用效率，有利于加快農業、工業的發展，改善居民的生活條件。為此，國家和政府應加強對智能電網的改造，以推動地區的可持續發展。