電力工程中配電網(wǎng)自動化技術(shù)分析

周洪磊

（青島金萊熱電有限公司，山東 青島 266600）

0 引 言

電力項目建設(shè)中，采用針對性技術(shù)方法將電能配送至各變電站，并由變電站重新輸配送電能，以此構(gòu)成整個配電網(wǎng)。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益成熟，電力行業(yè)逐步實現(xiàn)智能化和自動化管控配電，明顯提升配電系統(tǒng)技術(shù)水平，也提高配電網(wǎng)運行效率。

1 配電系統(tǒng)自動化技術(shù)的作用

1.1 遠距離監(jiān)測

電力系統(tǒng)中引用配電系統(tǒng)自動化技術(shù)，并依靠網(wǎng)絡(luò)計算機及時監(jiān)管每個電網(wǎng)運轉(zhuǎn)。遠距離監(jiān)測有利于保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行，經(jīng)監(jiān)測掌握當(dāng)下系統(tǒng)問題，從而保持系統(tǒng)可靠運轉(zhuǎn)。

1.2 采集和處理信息

配電網(wǎng)智能化技術(shù)可以收集和處理信息。一般在配電系統(tǒng)供電過程，將收集的電流、電壓信息以共享和交流等形式處理，保證配電網(wǎng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

1.3 饋線提醒

采取監(jiān)測技術(shù)掌握配電系統(tǒng)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，如果配電網(wǎng)中產(chǎn)生問題，饋線提醒會產(chǎn)生反應(yīng)，告知維修者解決故障，提升維護效率的同時保障電網(wǎng)運轉(zhuǎn)。

1.4 停電控制

停電控制功能的體現(xiàn)，一般是采集、整理與歸納信息，對于配電系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題能夠掌握其原因，進而確定停電區(qū)域。

2 電力項目內(nèi)配電網(wǎng)智能化技術(shù)的運用

2.1 總線智能化管理技術(shù)

電力項目內(nèi)配電網(wǎng)智能化技術(shù)的使用要采用許多智能化設(shè)備或是裝置，將這類智能化設(shè)備或是裝置和配電網(wǎng)與智能化控制程序相結(jié)合，從而智能化管控配電網(wǎng)[1]。總線技術(shù)主要應(yīng)用于配電網(wǎng)智能化模式中，且技術(shù)原理比較簡單，操作方便、運行效率高，因此已普遍用在電力項目中。

配電系統(tǒng)智能化技術(shù)的構(gòu)成主要包括配電系統(tǒng)控制中心、配電系統(tǒng)站控終端和供電終端，能夠共同監(jiān)測、管理電力系統(tǒng)內(nèi)配電系統(tǒng)運轉(zhuǎn)情況。

2.2 配電系統(tǒng)饋線智能化規(guī)劃

饋線是電力系統(tǒng)配電網(wǎng)可靠運轉(zhuǎn)的核心構(gòu)成部分，有利于管控電力系統(tǒng)內(nèi)各種度量設(shè)備。配電系統(tǒng)高速運轉(zhuǎn)過程中，受環(huán)網(wǎng)和負荷作用，配電系統(tǒng)饋線將出現(xiàn)改變，饋線線路異常檢測效果和精度下降。因此，要全面規(guī)劃配電網(wǎng)饋線智能化。

通過配電系統(tǒng)饋線智能化有效覆蓋率可以體現(xiàn)配電系統(tǒng)饋線智能化建設(shè)程度和質(zhì)量的指標(biāo)，其運算公式為

式中：Q表示配電系統(tǒng)饋線智能化有效覆蓋率；Ra表示配電系統(tǒng)饋線內(nèi)已設(shè)置智能化開關(guān)的公用電路總數(shù)；R表示配電系統(tǒng)饋線公用電路總數(shù)。

計量配電系統(tǒng)饋線智能化有效覆蓋率之后，能夠?qū)崟r收集、統(tǒng)計配電系統(tǒng)饋線電路中的負荷變動，再按照負荷變動結(jié)果，預(yù)測電力項目所處地方附近客戶用電需求，優(yōu)化配電系統(tǒng)饋線發(fā)布。

2.3 智能化通信模式

基智能化通信模式的規(guī)劃要遵守配電網(wǎng)通信邏輯原則，既可以增加配電系統(tǒng)應(yīng)用時間，還可以節(jié)約配電網(wǎng)智能化建設(shè)支出[2-3]。在配電系統(tǒng)遙控終端，應(yīng)增添光纖虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）作用，采取無線傳送形式，綁定電力項目配電系統(tǒng)的網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）地址，令配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的信息溝通專門化。配電系統(tǒng)智能化通信模式示意如圖1 所示。

圖1 配電智能化通信模式示意圖

由圖1 得知，在配電系統(tǒng)智能化主站和通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）公網(wǎng)中，能夠采用虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）通信形式創(chuàng)建連接；電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的客戶智能化分界開關(guān)、智能化異常指示模塊、配電系統(tǒng)監(jiān)測終端盒客戶智能化通信模塊能夠?qū)崟r傳遞配電網(wǎng)信息變化至GPRS 公網(wǎng)，再由GPRS 公網(wǎng)將信息傳送配電智能化主站，取得高效、便利的智能化通信。

2.4 配電系統(tǒng)遙控終端系統(tǒng)

配電系統(tǒng)遙控終端內(nèi)涉及帶電控結(jié)構(gòu)和開關(guān)輔助節(jié)點的開關(guān)站，其工作狀態(tài)和效果直接影響配電系統(tǒng)智能化發(fā)展[4]。因此，要采取自動化系統(tǒng)整體規(guī)劃配電系統(tǒng)遙控終端。

2.5 采用GIS 系統(tǒng)診斷配電系統(tǒng)異常

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）診斷的重點是可以精準(zhǔn)定位遠程故障部位，GIS系統(tǒng)采取拓撲結(jié)構(gòu)，能夠判斷立體化點位，當(dāng)配電系統(tǒng)線路上開關(guān)狀態(tài)變化時，便會觸動配電系統(tǒng)內(nèi)的監(jiān)控器，憑借GIS 系統(tǒng)內(nèi)的SCADA 軟件傳送數(shù)據(jù)信號，由GIS 系統(tǒng)內(nèi)的全球移動通信系統(tǒng)（Global System for Mobile communications，GMS）模塊接收數(shù)據(jù)，并操控配電網(wǎng)內(nèi)的開關(guān)[5]。GIS 系統(tǒng)的重點是為每個配電網(wǎng)內(nèi)的線路和開關(guān)節(jié)點構(gòu)建了相關(guān)的精準(zhǔn)模型，模型內(nèi)的每條線路與節(jié)點均和實際情況中的電路規(guī)劃一樣，從3D 實際場景轉(zhuǎn)變成了2D 拓撲結(jié)構(gòu)。每條線路與節(jié)點對應(yīng)的信息不一樣，以便于故障診斷。

2.6 采用遺傳算法完善配電系統(tǒng)多目標(biāo)權(quán)重

配電系統(tǒng)自動化運轉(zhuǎn)期間，遺傳算法屬于常用算法，經(jīng)采用遺傳算法能夠智能化分配和完善設(shè)置配電系統(tǒng)內(nèi)多目標(biāo)權(quán)重。其算式比較煩瑣，通常在確定了算法算式后，將其輸入計算機，從而依靠計算機計算出精準(zhǔn)信息。

2.7 配電系統(tǒng)潮流運算與問題確定

配電系統(tǒng)潮流算法的使用能夠定位問題，配電網(wǎng)智能化技術(shù)運用中，潮流算法的形式很多，可以精準(zhǔn)化運算的方式包括前推回代法。該方法依靠配電系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用，明確初始化節(jié)點電壓，按照配電系統(tǒng)樹狀框架層次，由最后一層節(jié)點完成前推運算，求出每個節(jié)點的負荷電壓值，從而計算出相關(guān)電壓修正數(shù)據(jù)。常用公式為

式中：?Vi(1)表示配電系統(tǒng)內(nèi)i節(jié)點的電壓調(diào)整信息；Vi(1)表示配電系統(tǒng)內(nèi)i節(jié)點的迭代電壓新參數(shù)；Vi(0)表示配電系統(tǒng)內(nèi)i節(jié)點的電壓初始值。

判定收斂條件的表達式為

式中：ε表示功率損耗。

判定完成后能夠輸出最后結(jié)果，以確定異常情況和獲得相關(guān)的維修調(diào)整計劃。

3 實驗檢驗

為驗證智能化技術(shù)的可操作性，進行實驗檢驗工作。以某地方的A 電力項目為例，電力項目配電系統(tǒng)調(diào)度口徑的最大用電負荷大概是5.15×106kW，營業(yè)戶數(shù)大概有106.9 萬戶，整個項目施工規(guī)模很大。A 電力項目的配電線路具體參數(shù)如表1 所示。

表1 A 電力項目的配網(wǎng)線路數(shù)據(jù)

由表1得知，A電力項目內(nèi)總共涉及6個配網(wǎng)種類，其相應(yīng)的配網(wǎng)電路長度都不一樣。該電力項目配電網(wǎng)包含100 個變電站，每個變電站都超過35 kV，變電容量大概是8.104×106kVA；整體配電系統(tǒng)的輸電線路很長，大概是2 416.9 km；用電營業(yè)戶數(shù)有125 萬戶。A 電力項目配電系統(tǒng)內(nèi)，以110 kV 變電站用作主配電站，以220 kV 變電站用作配電系統(tǒng)的主網(wǎng)架，實驗選擇110 kV/10 kV 變壓器銜接2 段母線，確保每段母線上存在3 條支路，各支路上涉及架空線路和電纜線路。基于此，將文章規(guī)劃的配電網(wǎng)智能化技術(shù)用于A 電力項目。

檢測配電網(wǎng)開閉站的自動化功能是否有效，按照電力工程建設(shè)的實際情況和具體特征判斷開閉站能否按照實際情況規(guī)避電壓的轉(zhuǎn)換操作。從開閉站的子站層面入手，結(jié)合附近子站和變電站的通信線路，確定連接接口檢測開閉站的數(shù)據(jù)和信息是否能夠自動上傳到主站，同時對主站發(fā)出的有關(guān)指令自動做出回應(yīng)。按照電力工程的基本需求，選擇匹配程度極高的變壓器類型，精準(zhǔn)地收集配電網(wǎng)的直流設(shè)備信息和其他轉(zhuǎn)換設(shè)備信息。用配電系統(tǒng)智能化遙控準(zhǔn)確率為實驗的監(jiān)測指標(biāo)，目標(biāo)值取90%。智能化遙控準(zhǔn)確率的運算公式為

式中：P表示配電網(wǎng)智能化遙控準(zhǔn)確率；Mt表示配電網(wǎng)開關(guān)正確遙控隔離異常區(qū)段的次數(shù)；Mq表示配電系統(tǒng)開關(guān)所處區(qū)段產(chǎn)生問題的頻率。

文章中設(shè)計的配電網(wǎng)自動化技術(shù)的配電系統(tǒng)智能化遙控準(zhǔn)確率數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 配電系統(tǒng)智能化遙控準(zhǔn)確率數(shù)據(jù)統(tǒng)計

由表2 數(shù)據(jù)可知，文章設(shè)計技術(shù)的智能化遙控準(zhǔn)確率均高于90%，即高于目標(biāo)值，能夠按照電力工程實際情況精準(zhǔn)地監(jiān)督遙控配電網(wǎng)變化，能夠滿足遙控需求。由此表明，在電力工程應(yīng)中用配電網(wǎng)智能技術(shù)能夠控制電力系統(tǒng)的運行，促使電力工程順利建設(shè)。

4 結(jié) 論

在電力工程不帶有配電變壓器的開閉站中，應(yīng)用配電網(wǎng)智能技術(shù)，安裝自動測控裝置，能夠精準(zhǔn)地收集各項數(shù)據(jù)信息，按照監(jiān)控配電網(wǎng)通信設(shè)備的運行情況獲取監(jiān)測指標(biāo)的具體變化狀態(tài)。同時，電力系統(tǒng)中配電系統(tǒng)自動化技術(shù)的運用減輕大部分勞動力，尤其是削減室外配電系統(tǒng)巡查者的任務(wù)量和難度，在配電中心可以精準(zhǔn)定位配電網(wǎng)問題位置和成因，還能遠距離解除問題，大幅度提升配電項目效率。未來，配電網(wǎng)智能化技術(shù)會與國際化道路接軌，進而深度完善電力項目中配電系統(tǒng)運轉(zhuǎn)與管護。