配電自動(dòng)化技術(shù)在智能配電網(wǎng)建設(shè)中的運(yùn)用研究

摘要：在智能配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃過(guò)程中，準(zhǔn)確應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)非常必要，綜合運(yùn)用各項(xiàng)技術(shù)，能夠在很大程度上提高整個(gè)智能配電網(wǎng)工程的運(yùn)行安全性，從而提升整個(gè)智能配電網(wǎng)系統(tǒng)的質(zhì)量。通過(guò)對(duì)光纖IP通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模擬與快速仿真技術(shù)、廣域測(cè)控技術(shù)、配電自動(dòng)化技術(shù)等核心技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，結(jié)合“綠動(dòng)未來(lái)”智能配電網(wǎng)優(yōu)化工程，闡述了配電自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用策略，以期為建設(shè)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的智能配電網(wǎng)提供有效參考。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng) 配電自動(dòng)化技術(shù) 通信數(shù)據(jù)交換平臺(tái) PLC控制柜

Research on the Application of Distribution Automation Technology in the Construction of Intelligent Distribution Network

LI Pengpeng" WANG Kun

Guodian Nanrui Nanjing Control System Co.， Ltd， Nanjing， Jiangsu Province， 210000 China

Abstract： Accurate application of automation technology is essential in the planning process of intelligent distribution network construction projects. By comprehensively utilizing various technologies， the operational safety of the entire intelligent distribution network project can be greatly improved， thereby enhancing the quality of the entire intelligent distribution network system. Through a detailed analysis of core technologies such as fiber optic IP communication network technology， simulation and fast simulation technology， wide area measurement and control technology， and distribution automation technology， combined with the \"Green Future\" intelligent distribution network optimization project， this paper elaborates on the application strategies of distribution automation technology， in order to provide effective reference for the construction of a safe and stable intelligent distribution network.

Key Words： Intelligent distribution network; Distribution automation technology; Communication data exchange platform; PLC control cabinet

傳統(tǒng)配電網(wǎng)存在管理水平落后、供電可靠性不高、電能質(zhì)量差等問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的安全、高效運(yùn)行，迫切需要引入新技術(shù)進(jìn)行改造升級(jí)。智能配電網(wǎng)利用先進(jìn)的通訊、控制和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)配電系統(tǒng)狀態(tài)的全方位感知，以及智能化的決策和自動(dòng)調(diào)節(jié)，顯著提高了電網(wǎng)供電可靠性、改善了電能質(zhì)量、提高了運(yùn)營(yíng)效率。

1智能配電網(wǎng)建設(shè)中的配電自動(dòng)化技術(shù)

1.1光纖IP通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

光纖IP通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有速度快、容量大、衰減小等突出優(yōu)點(diǎn)，這一技術(shù)不但能夠顯著提高數(shù)據(jù)傳輸效率與穩(wěn)定性，同時(shí)也為配電系統(tǒng)的信息交互提供了一個(gè)更可靠的平臺(tái)。具體來(lái)講，將光纖IP通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于智能配電網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)配電系統(tǒng)內(nèi)部各設(shè)備之間的實(shí)時(shí)通信，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。以智能電網(wǎng)為例，傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)采集線路溫度、電流、電壓等重要數(shù)據(jù)，其生成速度一般為每秒成千上萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。通過(guò)光纖傳輸，這些海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（例如，每秒鐘傳送幾百兆位數(shù)據(jù)量）可以被快速、準(zhǔn)確地傳輸?shù)娇刂浦行摹？刂浦行牟捎酶咚贁?shù)據(jù)處理算法，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的過(guò)載、短路或者設(shè)備故障，從而為管理人員提供準(zhǔn)確的決策依據(jù)[1]。

1.2模擬與快速仿真技術(shù)

模擬與快速仿真技術(shù)可以通過(guò)建立高精度數(shù)學(xué)模型與仿真環(huán)境，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)運(yùn)行狀況、故障情況與多種控制策略的綜合仿真分析。模擬與快速仿真技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用不僅大大提高了配電系統(tǒng)在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、優(yōu)化等方面的工作效率和精度，還對(duì)配電自動(dòng)化技術(shù)在配電中的進(jìn)一步應(yīng)用起到了有力支持作用。模擬和快速仿真技術(shù)可以對(duì)配電系統(tǒng)中的各種復(fù)雜場(chǎng)景進(jìn)行精確的模擬，包括負(fù)荷的變化、設(shè)備的故障、網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)等。同時(shí)，該技術(shù)還能夠快速評(píng)估各種控制策略的效果，如電壓調(diào)節(jié)、潮流控制、故障恢復(fù)等，從而幫助優(yōu)化控制策略，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[2]。

1.3廣域測(cè)控技術(shù)

廣域測(cè)控技術(shù)融合了傳感技術(shù)、通訊手段和數(shù)據(jù)處理方法，從而達(dá)到了對(duì)配電系統(tǒng)整體狀況的即時(shí)監(jiān)控和管理。廣域測(cè)控技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用不僅顯著增強(qiáng)了配電系統(tǒng)可觀性與可控性，還可以對(duì)配電系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓、電流和功率因數(shù)等電氣量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過(guò)高速通信網(wǎng)絡(luò)傳送到控制中心。控制中心收到信息后，可以快速地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，繼而實(shí)時(shí)監(jiān)控配電系統(tǒng)全局狀態(tài)。同時(shí)，廣域測(cè)控技術(shù)還能夠根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果自動(dòng)調(diào)整配電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，如電壓等級(jí)、無(wú)功補(bǔ)償?shù)龋詢?yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。

1.4 配電自動(dòng)化技術(shù)

配電自動(dòng)化技術(shù)是將先進(jìn)的通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合，從而達(dá)到綜合監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況、迅速定位和恢復(fù)故障、優(yōu)化分配資源等目的。配電自動(dòng)化技術(shù)具備實(shí)時(shí)監(jiān)控配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的能力，包括電壓、電流和功率因數(shù)。通過(guò)運(yùn)用智能算法，對(duì)這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的分析和處理，能夠及時(shí)識(shí)別并預(yù)警可能出現(xiàn)的故障風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，配電自動(dòng)化技術(shù)能夠快速定位到故障點(diǎn)，并自動(dòng)啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的故障隔離與恢復(fù)程序，將停電時(shí)間與影響范圍降到最低。

1.5分布式能源接入技術(shù)

分布式能源（如太陽(yáng)能光伏、風(fēng)能發(fā)電、小型燃?xì)廨啓C(jī)等）由于清潔、高效、靈活的特性正在逐漸改變傳統(tǒng)的能源供應(yīng)模式。分布式能源接入技術(shù)的整合是把這些分布式能源有效、安全、可靠地接入智能配電網(wǎng)，以達(dá)到能源優(yōu)化配置與有效利用。

2案例分析

2.1智能配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目概況

“綠動(dòng)未來(lái)”智能配電網(wǎng)優(yōu)化工程項(xiàng)目具體覆蓋范圍為該城市及其周邊10個(gè)鄉(xiāng)村。項(xiàng)目計(jì)劃對(duì)現(xiàn)有的30座變電站進(jìn)行智能化改造，其中包括增設(shè)智能監(jiān)控系統(tǒng)和自動(dòng)化控制設(shè)備。同時(shí)，項(xiàng)目將新建10個(gè)智能配電室，并對(duì)城市內(nèi)的50 000戶居民和商業(yè)用戶安裝智能電表，實(shí)現(xiàn)用電數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與分析。該項(xiàng)目計(jì)劃使用尖端的電力負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)，結(jié)合過(guò)去的電力使用數(shù)據(jù)和氣象預(yù)測(cè)來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)24h的電力負(fù)荷，預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性預(yù)期將超過(guò)90%。

2.2配電自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用情況

2.2.1主站集中型饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建

“綠動(dòng)未來(lái)”智能配網(wǎng)優(yōu)化工程中，主站集中型饋線自動(dòng)化系統(tǒng)是智能配網(wǎng)的神經(jīng)中樞，這一系統(tǒng)不僅融合了高級(jí)的監(jiān)測(cè)、控制和分析功能，還通過(guò)配置高性能計(jì)算平臺(tái)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)綜合感知和智能管理。該系統(tǒng)覆蓋廣泛，涉及30座變電站和新建的10個(gè)智能配電室。它可以對(duì)從這些站獲取的電流、電壓、功率因數(shù)等主要電氣參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、故障指示等重要信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理。主站集中的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)具有故障自動(dòng)定位、隔離、恢復(fù)等功能。在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，該系統(tǒng)能快速反應(yīng)并自動(dòng)實(shí)施相應(yīng)控制策略，從而有效減少停電時(shí)間，增強(qiáng)供電可靠性[3]。

2.2.2通信數(shù)據(jù)交換平臺(tái)的強(qiáng)大功能與數(shù)據(jù)流通

在“綠動(dòng)未來(lái)”項(xiàng)目中，通信數(shù)據(jù)交換平臺(tái)嚴(yán)格按照通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式規(guī)范，如IEC 61850和IEC 60870-5-104等標(biāo)準(zhǔn)，這些準(zhǔn)則保證不同設(shè)備和系統(tǒng)無(wú)縫連接并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和處理。該平臺(tái)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)高可用性和可擴(kuò)展性，以冗余配置和負(fù)載均衡為技術(shù)手段，保證在復(fù)雜多樣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中持續(xù)傳輸數(shù)據(jù)和穩(wěn)定地提供業(yè)務(wù)。針對(duì)海量數(shù)據(jù)處理的需要，該平臺(tái)整合了功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析功能，其可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的清洗、轉(zhuǎn)換和聚合，從而為上層應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，平臺(tái)還提供了靈活的數(shù)據(jù)接口與應(yīng)用程序編程接口，方便其他系統(tǒng)或應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)交互與集成。

2.2.3數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的智能決策與預(yù)測(cè)能力

數(shù)據(jù)分析平臺(tái)可以對(duì)配電系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理，其中包括實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和故障記錄。根據(jù)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)收集的數(shù)據(jù)，搭建基于機(jī)器學(xué)習(xí)的負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)負(fù)荷的變化趨勢(shì)，從而為電網(wǎng)調(diào)度和能源管理等工作提供科學(xué)依據(jù)[4]。該數(shù)據(jù)分析平臺(tái)在負(fù)荷預(yù)測(cè)的同時(shí)，采用人工智能算法，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)故障的智能診斷和報(bào)警；利用模式識(shí)別和異常檢測(cè)等技術(shù)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)，從而為系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行提供保證。

2.2.4 PLC控制柜控制邏輯的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在“綠動(dòng)未來(lái)”項(xiàng)目中，PLC控制柜集成了多個(gè)傳感器、執(zhí)行器和通信模塊，實(shí)現(xiàn)了配電系統(tǒng)內(nèi)部各類設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，采用模塊化設(shè)計(jì)理念，對(duì)PLC控制柜的控制邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，將復(fù)雜的控制邏輯拆分為多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子模塊，每個(gè)子模塊都負(fù)責(zé)執(zhí)行特定的控制任務(wù)。

（1）模糊控制算法。[ 1] 在溫度控制、液位控制中，模糊控制算法可以處理不確定、模糊的系統(tǒng)。例如：當(dāng)溫度傳感器探測(cè)到當(dāng)前溫度小于設(shè)定值后，模糊控制算法根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行推理，得到適當(dāng)?shù)募訜峁β剩M(jìn)而調(diào)節(jié)加熱器輸出，以逐步實(shí)現(xiàn)溫度到達(dá)設(shè)定值[5]。

（2）自適應(yīng)控制算法。當(dāng)電機(jī)速度控制和壓力控制時(shí)，自適應(yīng)控制算法能夠隨系統(tǒng)狀態(tài)變化而自動(dòng)整定控制參數(shù)。例如：在電機(jī)負(fù)載驟增的情況下，自適應(yīng)控制算法發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速降低，隨即調(diào)節(jié)控制參數(shù)來(lái)增大輸出扭矩，以維持電機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。

（3）控制算法。控制算法作為經(jīng)典控制方法，被廣泛地應(yīng)用在各類工業(yè)控制系統(tǒng)。它計(jì)算系統(tǒng)誤差（偏差），產(chǎn)生控制信號(hào)，控制信號(hào)按比例、積分、微分3個(gè)分量進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)節(jié)。以液位控制系統(tǒng)為例，控制算法根據(jù)液位傳感器測(cè)得的實(shí)際液位偏離設(shè)定液位的情況，計(jì)算出控制信號(hào)，以此調(diào)節(jié)水泵輸出流量，以將液位控制在設(shè)定區(qū)間。

2.2.5 應(yīng)用效果評(píng)估與分析

“綠動(dòng)未來(lái)”智能配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目完成后，項(xiàng)目組對(duì)應(yīng)用效果做了全面深入的評(píng)價(jià)和分析。為了全面衡量項(xiàng)目的實(shí)施成效，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)建立了科學(xué)、合理的指標(biāo)體系，這些指標(biāo)涵蓋了可靠性指標(biāo)（如供電可靠率）、效率指標(biāo)（如線損率）、質(zhì)量指標(biāo)（如電壓合格率）等多個(gè)方面。通過(guò)不斷監(jiān)測(cè)并詳細(xì)分析這些指標(biāo)，使項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)與工程實(shí)施后取得的成效有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。在算法應(yīng)用上，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成功地把模糊控制、自適應(yīng)控制，PID控制等先進(jìn)算法集成于PLC控制柜，顯著提高了控制精度與穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)表明，在項(xiàng)目實(shí)施后，電力供應(yīng)的穩(wěn)定性有了顯著的提升，達(dá)到了99.99%的水平，這種升級(jí)歸功于智能配電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與精確控制使供電中斷大大減少；與此同時(shí)，電力線路的損耗率降低了15%，這主要得益于經(jīng)過(guò)算法優(yōu)化的節(jié)能調(diào)度方案有效減少了電網(wǎng)在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的能量損耗；另外，電壓合格率高達(dá)99.8%，這確保了電力的質(zhì)量穩(wěn)定和可靠。這些資料的更新既證明了“綠動(dòng)未來(lái)”智能配網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目的成功實(shí)施，也充分證明了智能配網(wǎng)建設(shè)在提升電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)效率、能源利用效率等方面具有較大潛力。

3結(jié)語(yǔ)

配電自動(dòng)化技術(shù)為配電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展提供了有力支撐。自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的全面監(jiān)測(cè)、控制和優(yōu)化管理，大幅度提高了電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性與智能化水平。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，配電自動(dòng)化技術(shù)將獲得更大發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新技術(shù)不斷成熟，會(huì)推動(dòng)自動(dòng)化向著精細(xì)化、綜合化方向發(fā)展，提高電力系統(tǒng)安全、運(yùn)維效率，提高智能配電網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]龐皓文，萬(wàn)小燕.基于配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的智能配電網(wǎng)建設(shè)研究[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2024，65（S01）：300-302

[2]楊雋雯，尚磊，董旭柱，等.新型配電系統(tǒng)多層次綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)方法[J].廣東電力，2024，37（10）：13-24.

[3]吳小佳.試析配電自動(dòng)化技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)高新科技，2024（7）：67-69

[4]朱向偉.電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)在配電網(wǎng)運(yùn)行管理中的應(yīng)用[J].電力設(shè)備管理，2024（15）：192-194

[5]袁哲，孫明輝，顏偉.考慮信號(hào)畸變的多源信息融合配電網(wǎng)故障定位方法[J].電力信息與通信技術(shù)，2024，22（10）：1-8.