摘　要: 闡述了實施配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的目的。在分析配電自動化系統(tǒng)的內(nèi)容和特點的基礎上,提出應將配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的實施作為整個電力營銷策略的環(huán)節(jié)之一,建立一個完整的、統(tǒng)一的自動化體系平臺。

關鍵詞: 配電自動化; FTU分層;分布式監(jiān)控系統(tǒng);電力市場

配電自動化,《配電系統(tǒng)自動化設計導則》中針對其特點給出了很確切的定義:“利用現(xiàn)代電子、計算機、通信及網(wǎng)絡技術,將配電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結構和地理圖形進行信息集成,構成完整的自動化系統(tǒng),實現(xiàn)配電網(wǎng)及其設備正常運行及事故狀態(tài)下的監(jiān)測、保護、控制、用電和配電管理的現(xiàn)代化”。當前，配電網(wǎng)自動化正在以SCADA 與GIS合一,“營配合一”,與地調(diào)、電力M IS等緊密集成的模式實行。

1   配電自動化實施目的

配電自動化在我國的興起主要是緣于城網(wǎng)改造工程。長期以來配電網(wǎng)建設不受重視,結構薄弱,供配電能力低。國家出臺的城網(wǎng)改造政策,提出要積極穩(wěn)步推進配電自動化。配電自動化實現(xiàn)的目標可以歸結為:提高電網(wǎng)供電可靠性,切實提高電能質(zhì)量,確保向用戶不間斷優(yōu)質(zhì)供電;提高城鄉(xiāng)電力網(wǎng)整體供電能力;實現(xiàn)配電管理自動化,對多項管理過程提供信息支持,改善服務;提高管理水平和勞動生產(chǎn)率;減少運行維護費用和各種損耗,實現(xiàn)配電網(wǎng)經(jīng)濟運行;提高勞動生產(chǎn)率及服務質(zhì)量,為電力市場改革打下良好的技術基礎。

2　配電自動化的實施的原則

配電自動化是整個電力系統(tǒng)與分散的用戶直接相連的部分,電力作為商品的屬性也集中體現(xiàn)在配電網(wǎng)這一層上。配點網(wǎng)自動化應面向用戶并適應經(jīng)濟發(fā)展水平。日本在20世紀80年代,已完成了計算機系統(tǒng)與配電設備結合的配電自動化系統(tǒng),主要城市的配電網(wǎng)絡上投入運行。使得電網(wǎng)供電可靠性得到顯著的提高,日本1996～1997年度平均每戶停電0. 1次,每次平均8 min,可靠性居全球之首。

1998年我國投巨資進行城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造。由于我國對電力是國家壟斷經(jīng)營,尚未真正實現(xiàn)電力市場化，各地發(fā)展很不平衡，因此配電自動化系統(tǒng)實施的目的必須適應終端用戶的需求。這種需求會因不同用戶、因地、因行業(yè)而異隨時變化。如果全面的實施配電自動化,應綜合考慮。對于提高供電可靠性,應將它看作一個長期的市場行為。供電可靠性的提高是一個受多種因素制約、用多種手段有效協(xié)作后的結果,尤其依賴于系統(tǒng)管理水平的提高。故應將改造的重點轉為采用各種綜合手段提高供電質(zhì)量,如采用不停電施工減少計劃停電;開發(fā)應用配電自動化設備,實現(xiàn)遠方監(jiān)視、控制、協(xié)調(diào),消除操作中人為因素可能導致的錯誤,從而使停電時間減少到3 min / (年·戶) 。供電企業(yè)在實施配電自動化時,也應首先研究客戶長期的、變化的、潛在的需求,按現(xiàn)代的營銷模式做市場調(diào)查、顧客群細分等,將配電自動化的實施同時作為整個電力營銷策略中的環(huán)節(jié)之一;其次,量力而行,綜合企業(yè)內(nèi)已有的線路網(wǎng)絡水平、調(diào)度自動化和變電站(開閉所)自動化水平、人員素質(zhì),制定實施的進度和規(guī)模。

3　配電自動化設備應具備先進性、開放性和服務的可持續(xù)性

城市配電自動化的內(nèi)容是對城域所轄的全部柱上開關、開閉所、配電變壓器進行監(jiān)控和協(xié)調(diào),既要有實現(xiàn)FTU的三遙功能,又要具備對故障的識別和控制功能,從而配合配電自動化主站實現(xiàn)城區(qū)配電網(wǎng)運行中的工況監(jiān)測、網(wǎng)絡重構、優(yōu)化運行。由此，配電自動化的系統(tǒng)結構應當是一個分層、分級、分布式的監(jiān)控管理系統(tǒng),應遵循開放系統(tǒng)的原則,按全分布式概念設計。按照一個城區(qū)全部實施設計,系統(tǒng)必須將變電站級作為一個完整的通信、控制分層;系統(tǒng)整體設計可分為配調(diào)中心層、變電站層、中壓網(wǎng)層、低壓網(wǎng)層,以下分析這4層的具體設計實施。

3. 1　配調(diào)中心層

配調(diào)中心局域網(wǎng)是整個自動化系統(tǒng)的最高層,采用高速以太網(wǎng)雙機配置、互為備用。該網(wǎng)絡構成配電網(wǎng)自動化的調(diào)度中心(中心主站) ,由共享同一數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)配網(wǎng)自動化不同功能的工作站及服務器組成。采用開放式和分布式的體系及面向對象技術,具有開放性和可擴展性。配電調(diào)度中心的建設必須先考慮:a. 底層數(shù)據(jù)的同一共享(數(shù)據(jù)庫唯一,標準接口) ; b. 與地理信息系統(tǒng)(GIS)緊密集成; c. 實時數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的結合(“營配合一”,與電力M IS集成) ;d. 先進、靈活的發(fā)布和支持查詢能力。

3. 2　變電站層

系統(tǒng)結構的第二層網(wǎng)絡是配調(diào)中心主站與各變電站子站通信的城域網(wǎng)。該網(wǎng)絡利用各變電站原有的一路通道,采用光纖、電纜、載波、微波通信方式均可實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)SCADA功能及部分故障處理功能。進行信息分層,減少中心層負擔和底層對中心層的依賴。故障處理時遙控變電站(開閉所)出口斷路器,實現(xiàn)對安裝在變電站的終端單元的控制。起建設可選擇利用現(xiàn)有的現(xiàn)場智能設備實現(xiàn),僅增加一套現(xiàn)場的遠動通信單元(或一發(fā)雙收) ，或者再建一套帶通信的現(xiàn)場裝置完成通信和控制功能。

3. 3　中壓網(wǎng)

系統(tǒng)結構的第三層網(wǎng)絡是以中壓10 kV電力網(wǎng)絡為依托的中壓監(jiān)測、控制網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡由變電站子站、饋線出口保護FTU、分段開關FTU、開閉所FTU、配電變壓器FTU組成。這層網(wǎng)絡完成配電網(wǎng)自動化的主要數(shù)據(jù)交換及控制,是配電網(wǎng)自動化的核心網(wǎng)絡。

3. 3. 1　FTU。系統(tǒng)通過FTU的測量實現(xiàn)配網(wǎng)的SCADA功能,并能通過對各FTU 的控制實現(xiàn)配網(wǎng)的故障識別、故障隔離、網(wǎng)絡重構及配電網(wǎng)的無功/電壓控制和優(yōu)化運行等功能。FTU系列因需與開關、變壓器配套,往往安裝在戶外且現(xiàn)場很惡劣的電氣環(huán)境中,古要求其具有優(yōu)秀的抗干擾、抗振動以及適應寬溫度工作范圍的能力。此外, FTU 內(nèi)部需配置蓄電池以使停電后仍能工作。

3. 3. 2　通信。調(diào)信方式可采用載波、光纖、雙絞線、無線方式。現(xiàn)在多采用DSP技術、現(xiàn)場總線技術。以數(shù)字載波原理為基礎,實現(xiàn)了載波通信技術跨時代的突破。

3. 3. 3　控制方式。配電自動化的控制模式主要分為兩類:分布式就地控制、遠方集中控制。前者僅僅實現(xiàn)故障隔離功能,不具有擴展性和通用性;遠方集中控制依賴于強大的通信系統(tǒng),適合于建立一個完整的、統(tǒng)一的自動化體系平臺。遠方集中控制方式還可在FTU上置入一套通信故障時啟動的智能現(xiàn)場判斷處理程序,緊急時刻轉為分布式就地控制。

3. 3. 4　小電流接地。配電網(wǎng)的一個主要故障是單相接地。小電流接地保護主要是利用各出現(xiàn)的零序電流實現(xiàn)故障選線。但是小電流接地選線在正確率很低( 20% ～30% ) 。如果以小波技術、模糊技術為識別工具,在通信系統(tǒng)的支持下可實現(xiàn)了小電流接地的故障選線、定段，大大提高接地選線的正確率。

3. 4　低壓網(wǎng)

系統(tǒng)結構的第四層網(wǎng)絡是面向10 kV /0. 4kV配電變壓器低壓側符負的低壓數(shù)據(jù)網(wǎng)。該網(wǎng)絡由各配電變壓器的低壓側出發(fā),到各負荷節(jié)點結束;實現(xiàn)對各負荷節(jié)點的測量與控制,如自動抄表、負荷控制,并通過中壓網(wǎng)、城域網(wǎng)與配網(wǎng)自動化中心主站通信。低壓網(wǎng)在“營配合一”的系統(tǒng)中是用電營業(yè)系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡,該網(wǎng)絡的通信量很小,波特率低,通信方式可采用載波、無線。因絕大部分用戶是低壓用戶,且 “一戶一表”正在全面推行,故最終的低壓網(wǎng)的配電自動化必將是抄表、負荷管理、SCADA、需方管理(DSM)集成為一體的系統(tǒng)。

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