配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)與繼電保護措施研究

周 斌，芮 典

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司杭州市臨安區(qū)供電公司，浙江 杭州 311300）

0 引 言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力需求量不斷增加，配電網(wǎng)的規(guī)模和復(fù)雜度也在逐步提高。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)運行管理模式已經(jīng)難以滿足實際需求，人工調(diào)度與管理存在效率低下、誤操作多等問題，容易造成事故和損失。為了提高配電網(wǎng)的可靠性和運行效率，必須加強配電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)的研究與應(yīng)用。

1 配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)概述

1.1 配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)

配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是對配電網(wǎng)開展實時、自動、智能化監(jiān)測、管理以及運行的一種全自動化系統(tǒng)。它通過將實時數(shù)據(jù)采集與處理、空間數(shù)據(jù)管理、決策支持系統(tǒng)和各種控制功能等一系列技術(shù)有機地結(jié)合起來，提高配電網(wǎng)的管理和運行效率，并保障電力的供應(yīng)質(zhì)量。在配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中，通信技術(shù)不僅用于配電自動化終端測控終端、集中器、調(diào)度自動化系統(tǒng)之間的通信，還提供了數(shù)據(jù)處理和信息交換的基礎(chǔ)。其中，通信技術(shù)的主要技術(shù)手段包括以無線、有線等方式傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議與網(wǎng)關(guān)協(xié)議。其數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取捄驮肼曇种频燃夹g(shù)特性均對于配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及高效性起到了重要的促進作用。通過通信技術(shù)，配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)可以將配電線路、開關(guān)、斷路器等設(shè)備的狀態(tài)實時反饋給調(diào)度中心和管理人員，便于有效預(yù)防故障，提升配電線路的穩(wěn)定性與供電質(zhì)量[1]。

1.2 配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

當前，國內(nèi)外配電自動化系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，制約自動化技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題也逐漸得到解決。在國外，各國的配電自動化技術(shù)水平、應(yīng)用范圍、數(shù)據(jù)傳輸方式、信號傳遞方式、數(shù)據(jù)采集方法和自動化管理體系等方面均存在一定的差異。而在我國，隨著一系列宏觀調(diào)控政策的推行，配電自動化技術(shù)得到了迅速發(fā)展，已應(yīng)用到了電網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)。國外的主要配電自動化系統(tǒng)應(yīng)用種類包括基于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）系統(tǒng)的配電自動化系統(tǒng)、基于配電管理系統(tǒng)（Distribution Management System，DMS）的配電自動化系統(tǒng)、基于公共信息模型（Common Information Model，CIM）的配電自動化系統(tǒng)以及基于地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）的配電自動化系統(tǒng)等。而在我國，目前主要采用的是SCADA系統(tǒng)、數(shù)據(jù)安全態(tài)勢管理（Data Security Posture Management，DSPM）系統(tǒng)和GIS 系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電力公司的各個環(huán)節(jié)，包括配電變電站、配電線路、電網(wǎng)運行監(jiān)測等。國內(nèi)外配電自動化系統(tǒng)的應(yīng)用水平已經(jīng)達到了一定的高度，但是隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展和應(yīng)用需求的日益增加，配電自動化技術(shù)仍然面臨很多的挑戰(zhàn)和問題。因此，需要進一步加強技術(shù)研發(fā)，提升系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性，以推動配電自動化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[2]。

1.3 配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的發(fā)展歷程

20 世紀60 年代，隨著計算機技術(shù)的崛起，電力行業(yè)開始采用計算機來協(xié)助實現(xiàn)配電自動化。但是當時的技術(shù)水平相對較低，計算機硬件和軟件都存在著非常大的局限性。

20 世紀80 年代，配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)迎來了新的發(fā)展機遇。隨著計算機技術(shù)的不斷提升和控制技術(shù)的逐步成熟，自動化控制系統(tǒng)開始逐漸成為配電網(wǎng)調(diào)度的主要手段。

21 世紀初，新興計算機技術(shù)、新型傳感器技術(shù)和云計算技術(shù)的不斷突破與應(yīng)用，使得配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)獲得了更為廣泛的應(yīng)用場景和更為優(yōu)異的性能指標。同時，智能電網(wǎng)、可再生能源等新技術(shù)的應(yīng)用，使得配電網(wǎng)能夠更加準確地對系統(tǒng)進行控制和監(jiān)控[3]。

1.4 配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的優(yōu)化對策

首先，應(yīng)該對傳統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)中的缺陷進行改進，引用現(xiàn)代技術(shù)，提高負載預(yù)測準確度，使得調(diào)度系統(tǒng)能夠更加準確地預(yù)判負荷變化，合理分配供電資源，提高能源利用率。此外，應(yīng)該對調(diào)度系統(tǒng)中的毛刺現(xiàn)象進行調(diào)整，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，以應(yīng)對負荷突變，防止系統(tǒng)過載，保證電力穩(wěn)定供應(yīng)。

其次，將分布式電源接入調(diào)度系統(tǒng)，需要滿足對可靠性和安全性的要求。將分布式電源接入調(diào)度系統(tǒng)的方式應(yīng)該確保能夠追蹤和管理其運行狀態(tài)，以及轉(zhuǎn)移電力系統(tǒng)運行的控制權(quán)。一方面，分布式能源（Distributed Energy Resources，DERs）的接入應(yīng)在考慮其發(fā)電能力的同時，讓其承擔一部分電力負荷，以減少傳輸和分配成本。另一方面，將DERs 接入調(diào)度系統(tǒng)要從多個分布式電源尋找和選擇最佳的能源利用方式，實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)利用和節(jié)約能源。為了將DERs 成功地接入電力調(diào)度系統(tǒng)，需要使用透明和可編程的技術(shù)。多個廠商的DERs 可根據(jù)不同的標準和管制要求設(shè)計，這意味著需要使用能夠?qū)⒉煌募夹g(shù)和服務(wù)接入微網(wǎng)的技術(shù)。這樣的技術(shù)應(yīng)該支持數(shù)據(jù)共享和透明性，以便統(tǒng)一控制，同時保證調(diào)度的公正性和客觀性。另外，應(yīng)該采用分布式控制技術(shù)，建立一套新的分布式配電網(wǎng)控制系統(tǒng)，進一步提高系統(tǒng)的可靠性和效率[4]。

最后，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以幫助人們處理大量的數(shù)據(jù)，包括歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)的分析和挖掘，可以了解配電網(wǎng)的運行狀況，發(fā)現(xiàn)潛在的問題，并進行相應(yīng)的優(yōu)化和調(diào)整。同時，可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來預(yù)測未來的電力需求，以便提前做好調(diào)度的準備。而人工智能技術(shù)可以幫助人們更好地掌握配電網(wǎng)的運行規(guī)律。通過建立各種模型和算法來分析數(shù)據(jù)，預(yù)測失效和事故的可能性，并及時采取措施來降低風險。

2 配電網(wǎng)調(diào)度繼電保護

2.1 繼電保護的概念和基本原理

配電網(wǎng)調(diào)度繼電保護是一種通過傳感器、信號傳輸和雙重電氣型斷路器等手段實現(xiàn)發(fā)生故障時自動斷開的電力保護系統(tǒng)。它的主要作用是檢測和隔離在電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障，防止故障擴大、損壞設(shè)備和影響正常電網(wǎng)運行。該系統(tǒng)的基本原理是利用電氣元件的特定參數(shù)，如電壓、電流等，來判斷電力系統(tǒng)中是否發(fā)生故障，然后通過電氣信號的傳遞，及時合理地控制電路的制動操作，達到保護電氣設(shè)備和保證電網(wǎng)安全運行的目的。保護系統(tǒng)的運行離不開人們對電氣設(shè)備的日常監(jiān)管與維護，保持設(shè)備的良好狀態(tài)和有效運轉(zhuǎn)才能保證相關(guān)保護系統(tǒng)得以有效運行。

2.2 繼電保護選型和參數(shù)設(shè)置

在電力系統(tǒng)中，配電網(wǎng)是中轉(zhuǎn)電能的重要環(huán)節(jié)，也是影響電力質(zhì)量及供電可靠性的重要組成部分。因此，配電網(wǎng)的調(diào)度繼電選型和參數(shù)設(shè)置顯得尤為重要。在配電網(wǎng)調(diào)度繼電選型方面，首先需要考慮的是繼電器的類型。普遍來說，繼電器主要分為電流繼電器和電壓繼電器2 種類型，而在具體選型時，應(yīng)根據(jù)不同電力設(shè)備的特征進行辨別。其次，在繼電器參數(shù)設(shè)置方面，需要選擇恰當?shù)膭幼魈卣髁俊Ｒ话銇碚f，動作量特征是以電壓、電流等作為基礎(chǔ)，而選取特征量則應(yīng)根據(jù)實際情況來定。特別是在需要防止短路故障的情況下，需要考慮短路發(fā)生時的電流水平，以便繼電器能夠快速、準確地動作，及時隔離故障，保障供電可靠性。此外，繼電器參數(shù)設(shè)置需要結(jié)合實際的負載情況進行。通常情況下，繼電器的動作特性與負載條件密切相關(guān)，而負載的變化會引起電壓和電流的波動，因此繼電器的參數(shù)設(shè)置需要根據(jù)負載情況進行動態(tài)調(diào)整，以確保電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全可靠運行[5]。

2.3 配電網(wǎng)繼電保護優(yōu)化策略

配電網(wǎng)繼電保護的主要目的是在電網(wǎng)發(fā)生故障時及時切除故障部分，保障電網(wǎng)其他部分正常運行，最大化降低故障對電網(wǎng)的影響。為保證繼電保護的正常工作，首先應(yīng)完善配電網(wǎng)的監(jiān)測系統(tǒng)，增強故障識別能力。通過在電網(wǎng)上安裝監(jiān)測設(shè)備來實時監(jiān)測各項參數(shù)，如電流、電壓、頻率等，使得故障的發(fā)生能夠及時被發(fā)現(xiàn)。同時，建立網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控系統(tǒng)，可以快速判斷故障是否已經(jīng)得到解決，避免誤操作導(dǎo)致其他部分電網(wǎng)的不必要切除。其次，對配電網(wǎng)進行規(guī)劃和設(shè)計時，應(yīng)充分考慮安全穩(wěn)定性。在配電網(wǎng)的建設(shè)中，應(yīng)避免過度集中式配置，一般采取分布式配置，確保故障不會對整個電網(wǎng)造成巨大影響。此外，應(yīng)建立完備的備份電源系統(tǒng)，以應(yīng)對突發(fā)故障所帶來的電力缺失風險。最后，進行定期維護和檢修工作。定期對繼電保護設(shè)備進行檢修，還需要進行有計劃的演練，以便于處理故障時能夠確保操作的正確性和及時性。在配電網(wǎng)運營中還需要倡導(dǎo)員工安全意識的提升，積極宣傳相關(guān)知識，避免操作失誤和不當行為。

3 配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)與繼電保護應(yīng)用前景

近年來，隨著電力領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)已經(jīng)成為電力配送管理的核心技術(shù)。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動化調(diào)節(jié)供電負荷和監(jiān)控電力質(zhì)量等功能，極大地提高了配電網(wǎng)的運行效率和可靠性。而在配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中，繼電保護作為重要的組成部分，同樣具有重要的應(yīng)用前景。繼電保護在配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中具有重要的功能。配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是通過對各個設(shè)備進行監(jiān)控、管理以及控制等，將配電網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系在一起，從而使得整個配電網(wǎng)能夠快速智能地響應(yīng)各類故障和負荷變化。而在配電網(wǎng)運行過程中，繼電保護則負責對配電網(wǎng)進行安全保護，及時采取措施避免各種故障及事故的發(fā)生，保障配電網(wǎng)的正常運行和穩(wěn)定供電。

3.1 配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)技術(shù)

首先，未來發(fā)展將會更加智能化。當前的調(diào)度自動化系統(tǒng)主要是按照預(yù)定的規(guī)則進行調(diào)度，無法根據(jù)實時的數(shù)據(jù)智能化調(diào)度電網(wǎng)，因此未來發(fā)展將會更加依賴人工智能等技術(shù)，以提高電網(wǎng)調(diào)度的智能化水平。其次，未來的發(fā)展將會更注重安全性。配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中非常重要的一項技術(shù)，關(guān)系到整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性。此外，在未來的發(fā)展中，調(diào)度自動化系統(tǒng)將更加關(guān)注用戶需求。調(diào)度自動化系統(tǒng)在未來的發(fā)展中將不僅是一個技術(shù)方案，而且是一個能夠滿足用戶需求的高效能工具。例如，通過提高電費梯度、調(diào)節(jié)電力供應(yīng)等方式，可以更好地滿足用戶需求。最后，未來發(fā)展將涉及新的技術(shù)改善和應(yīng)用。例如，區(qū)塊鏈技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等已經(jīng)開始被應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，未來在配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)方面也將涌現(xiàn)新技術(shù)的應(yīng)用，以提高調(diào)度自動化系統(tǒng)的能力和效率。

3.2 繼電保護

隨著我國電力行業(yè)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)繼電保護技術(shù)也在不斷發(fā)展壯大。未來，這方面的技術(shù)將會更加成熟和完善，為電力行業(yè)提供更加可靠的保障。一方面，在技術(shù)層面上，配電網(wǎng)繼電保護技術(shù)將會不斷朝著數(shù)字化、智能化、集成化方向發(fā)展。采用數(shù)字化、智能化技術(shù)可以更加準確地感知故障狀況，并針對性地進行保障和處理。隨著這些技術(shù)的發(fā)展，配電網(wǎng)的保護能力將會更加穩(wěn)定。另一方面，在應(yīng)用方面，配電網(wǎng)繼電保護技術(shù)將會更加貼近實際應(yīng)用需求。針對不同應(yīng)用場景，配電網(wǎng)繼電保護技術(shù)將會針對性地進行研發(fā)和應(yīng)用。例如，在智能配電網(wǎng)建設(shè)中，繼電保護技術(shù)需要與智能感知、智能控制等技術(shù)進行深度融合，實現(xiàn)智能配電保護系統(tǒng)；在新能源領(lǐng)域中，配電網(wǎng)繼電保護技術(shù)需要更好地適應(yīng)分布式能源和微電網(wǎng)的接入，實現(xiàn)對這些新能源的合理保護與控制。

4 結(jié) 論

配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)和繼電保護措施在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以提升電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。然而，由于當前電力系統(tǒng)中的配電網(wǎng)規(guī)模越來越大、復(fù)雜度不斷增加，需要不斷改進配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)和繼電保護措施，以適應(yīng)快速的電力系統(tǒng)發(fā)展與變化。未來的研究應(yīng)重點關(guān)注如何繼續(xù)提高自動化系統(tǒng)的智能化、可靠性以及適應(yīng)性，并探索新的保護措施，以最大限度地降低故障對電力系統(tǒng)的影響。