我国配电网及其自动化建设现状

我国配电网及其自动化建设现状、存在问题与发展趋势综述王立有(西南交通大学电气工程学院茅电2班)摘要：我国配电网及其自动化既面临这巨大机遇又面临着巨大的挑战，我国配网自动化工作起步晚，早期的配电网络已基本形成。配电网自动化是电力系统现代化发展的必然趋势。随着科技的发展，配电网自动化展现出配电系统的智能化、自动化，信息化和互动化的新特征。关键词：配电自动化现状；配电网建设问题；配电网发展趋势一、配电网及其自动化简介配网自动化：利用现代电子技术、通讯技术、计算机及网络技术与电力设备相结合，将配电网在正常及事故情况下的检测、保护、控制、计量和供电部门的工作管理有机地融合在一起，改进供电质量，与用户建立更密切更负责的关系，力求供电经济性最好，企业管理更为有效[1]。目前，我国在配电网的建设经历了早期投资不足、近期被动投资、当前主动投资阶段，根据“十二五”发展规划，国家电网和南方电网两大公司，均已将电网投资重点转移到了配电网上面，可见配电网建设正面临着历史上难得的重大机遇[2]，但是中国配电网相比国外发达水平，无疑是落后的。由于在上个世纪末，整个国家电网都仅仅重视电源的建设而忽视了配电网的构建，使得中国城市电网设备陈旧、供电容量不足、点我那个结构不合理、供电可靠性差、电能质量低等问题。配电网络及其自动化是必然的发展趋势。随着通信，计算机，自动化技术广泛应用于电网，并与传统的电力技术有机结合，大大提高了电网的自动化水平。传感器技术和电网信息技术应用、系统状态分析和辅助决策，使电网具有自愈能力。调度技术，自动化技术和成熟的开发柔性输电技术，可再生能源的开发和利用以及分布式电源为配电网络及其自动化提供了基本保证。通信网络技术和用户信息采集技术的改进，促进与电网的用户双向互动[3]，为智能电网打造良好的基础。二、我国配电网及其自动化建设现状由于我国配网自动化工作起步晚，相应的技术政策、标准等较少；同时由于配电网自动化涉及的范围广，点多量大，早期的配电网络已基本形成，只在原有配电网的基础上进行自动化改造难度大[4]。有些地区的供电局在配网自动化的建设规划方面以介绍系统为主，对具体工程、对一次设备的选择及有关技术要求上缺乏统筹规划，没有与实际情况相结合，缺乏完善统一的管理模式。我国通过实施配电网建设改造行动计划，有效加大配电网资金投入。2015-2020年，配电网建设改造投资不低于2万亿元，其中2015年投资不低于3000亿元，“十三五”期间累计投资不低于1.7万亿元。预计到2020年，高压配电网变电容量达到21亿千伏安、线路长度达到101万公里，分别是2014年的1.5倍、1.4倍，中压公用配变容量达到11.5亿千伏安、线路长度达到404万公里，分别是2014年的1.4倍、1.3倍。智能电网，无论这个概念有多火，这个技术完全实现后有多先进，都无法改变这一切是建立在一个良好的配电网基础上的，中国配电网相比国外发达水平，无疑是落后的。2.1规划思路和落地这点绝对是国外对国内优势最大的地方，也是关键所在。国内其实很多地方，不仅是电网，规划都很让人担忧，因为制约太多而目光短浅[5]。就配网而言，没有一个统一的长远的网架和接线规划。当然南网和江浙一带稍微好些，比如浙江电网的三双接线就体现了整体规划思路。图一江浙三双线接法示意图图二新加坡20kV花瓣接线国外网架的理念和思路是值得学习。新加坡20kV花瓣接线，还有法国的哑铃式接线，英国的网孔式接线，日本的中压配网整体多分段多联络接线，非常成熟。而国内目前的情况是发达一点的地方正在朝这些目标过渡，而且需要一段时间。2.2停电时间与发达国家相比，我国用户平均停电时间远比其余国家停电时间长，通过表三即可以看出我国与发达国家的差距，像北京上海这样的大城市都落后于发达国家，更何况中国的那些偏僻地方。图三2012年用户平局停电时间（分钟）如果从整体来看，那么中国的配电水平可能很不乐观，从下图四可以看出日本仅仅停电8分钟，而中国停电为400分钟，虽然日本国土很小，但是日本的配电水平要远远高于中国，日本把精细和严格发挥到了极致。图四各国电力用户平均停电时间(分钟)2.3配网自动化国内主网可靠性水平世界领先，是因为整体规划的相对比较长远，但配网却做不到。国内在配电网自动化这块刚刚起步的水平，而发达国家不但起步早，而且电网发展的重心都在这里，比如欧洲电网，现在就是围绕分布式电源-微网-主动配网展开，其中配网自动化就是基础。目前国网对配网的投资还是很大，主网基本上没什么太多项目，不过，问题依旧存在，配网投资如何体现整体规划思路，如何合理运用投资，估计需要一定时间[6]。如前面说的停电时间，没有自动化，故障诊断、隔离和恢复时间较长，无法实现网络重构和自愈。体现为互供能力差，直观感受为恢复供电时间长。图五配电网系统图2.4具有完备和使用的故障处理应用模块[7]。在上一轮输电自动化建设中，由于测试手段，需要长期等待故障发生才能检验和完善故障处理功能，各制造企业的配电自动化产品的故障处理功能普遍不够完善。在智能电网建设中，南瑞科技、珠海许继、积成电子、北京四方、电研华源等制造企业在陕西电力科学研究院开发成功的配电自动化故障处理性能测试平台的支撑下，迅速完善了故障处理功能，不仅能够实现准确的故障定位和交互式或全自动故障隔离及健全区域快速回复供电，而且具有一定的容错性[8]。除此以外，我国配电网在设备条件、配网信息管理等方面与外国也有较大差距。三、配电网及其自动化存在问题3.1城市配电网供电能力不足、输、配电容载[8]配电网络电源点落后于城市建设发展，城市规模和商业建立，电源点容量及电能输出受到限制，尤其是配电电线传输通道，改革开放以来，城市建设速度迅速，负荷增长率高，但电力配套建设不及时，输电线半径小，线路长，瓶颈效应比较突出，出现卡脖子现象严重，电能输不出去，往往而引起停电事故。出线通道影响与城市规划不相适应，有方改用下电缆，施工及投资不允许，采用架空导线环境，条件受限，有采用绝缘导线，网络复杂较为普遍。3.2保证供电质量[9]早期建设线路导线细、年久失修，高能耗设备多，线损率高，导线半径小及无功缺额较大，合线损损耗大，个别区配电网损耗达到30%，一般区l5%～20%，造成能源大量浪费和环境污染。3.3功能设计的单一应用配电自动化系统，提高供电可靠率，似乎成了功能设计的传统思路。但据电力可靠性中心简报数据表明，现阶段影响供电可靠性的主要因素不是配电网的故障停电，75%以上的问题出于按照固有传统周期例检方式导致的人为预安排停电。只有在提高管理水平，当故障停电时间等于或大于预安排停电时，才会体现出这一功能的作用。3.4设备选择中的盲目求新缺乏通盘考虑，忽视自身基础，盲目在局部设备上求新求好，结果新设备上马、老设备犯卡，无法取得整体优化的效果。3.5系统结构设计中的顾此失彼在功能设计中缺乏统筹兼顾，出现控制端与主站功能不匹配、通信通道容量不足、一次网架设备不适应，把先进的配电自动化系统装在陈旧的配电网架上，其效果难以实现。3.6GIS还是孤立的静态设备管理系统而不是动态的实时GIS，将SCADA和地理信息统一起来[10]3.7管理体制与管理机制中的传统弊端配电自动化系统主要覆盖生产、营销两大专业，如果还强调垂直职能专业管理，没有条块结合分工协作的保证措施，再好的系统也举步维艰。同时，在系统功能设计中，还存在传统管理机制中的重系统、轻客户;重技术、轻管理;重形式、轻实效的思维定式。配电自动化系统功能规范行业标准虽然已经颁布，但要解决各地配电自动化的不规范问题，仍需要一个过程。四、配电网及其自动化发展趋势4.1配网自动化的综合型受控端[11]新型综合受控端基于高速SCADA系统，可以实现电网信息的快速采集和信号的综合处理，并且大大减少了受控端的数量，从而使系统的规模得到简化。这种受控端不仅具有以往终端所具有的功能，还可以实时监测系统的潮流分布、电压情况、系统是否产生震荡、频率是否满足要求等，将这些信息传递给主控方，供进一步分析使用。同时，这些受控端之间还可以进行相互通信，进一步提高数据的精确程度。4.2配电线路载波通信技术和基于因特网的IP通信技术[12]通信系统一直是配电网自动化的难点之一。在10kV及以下的配电系统里，由于受控端数目多，对通信的要求也显著提高。因此，如果要实现系统潮流实时监测、频率控制等需求，稳定的大容量的高速载波通信系统是必备的。该系统不仅可以满足上述需求，还可以为客户提供更多的生活服务，如电力线上网等。另外，光纤通信具有容量大、可靠性高、传输速率高等优点，已成为主流通信系统的首选。随着成本的降低，采用光纤通信作为配电系统自动化的主干通信网已得到普遍共识。随着通信技术的进步，基于城市光纤网的IP通信技术充分利用了光纤通信技术抗干扰能力强、误码率低、传递快速和IP通信方式的通用兼容性接口等优越性，可望成为智能配电网自动化系统的前沿通信技术。4.3定制电力技术[13]定制电力技术是柔性配电系统的实际应用，它将智能电网技术、柔性送电技术、云计算技术等高科技技术用于中低压配电网，用以消除谐波，防止电压闪变，保证各相对称，提高供电可靠性和经济性。主要由电压稳定器、快速无功补偿器、频率检测器、高速断路器等设备组成。当系统出现突然增大负荷或者瞬间丢失大负荷时，该技术可以瞬间发现系统的变化，并满足极限情况下系统的稳定，该技术应用于配网自动化中，可以实现系统实时优化，满足高层次用户的需求。4.4新型FA系统[14]新型的FA系统主要的思路是实现分布式电源，即根据不同的负荷就地提供合适的电源，减小线路传输的损耗，提高能量利用率。根据国家电网制订的未来发展方案，未来我国将把输配电系统分离，并在用户端设立电网提供者的信息，用户可以根据实时电价选择供电方。新型FA系统应用于配网自动化中也存在许多困难，主要有：分布式电源位置不确定，配网的运行方式多变，从而导致二次设备难以满足要求。4.5配电系统的集中化管理[15]在以往往的配网系统中，用户是分散的，系统被迫分离为多岛，多岛之间功能相似，但系统难以交流，通道不可共享。集中化管理的配电系统，可以利用先进的通信网络将配电网控制中心与系统多岛连接在一起。比如，将SCADA系统与配网控制中心通过接口连接起来，形成一个多级系统。4.6优化的系统配电网运行随着社会的发展和电力企业体制改革的推进，国家电网也逐渐以经济效益作为一个阶段性目标。这要求供电企业要不断分析电网的运行状态，提出最优潮流的方案，即按照状态估计、潮流计算、最优潮流控制来对系统进行优化，在保证可靠性的同时提高系统的经济性。配网要在运行中提高经济效益，还应当优化系统的网络结构，尽量保证二次设备“不误动，不据动”，防止因系统突发事件导致巨大的经济损失。4.7信息一体化的配电网络信息一体化是未来社会的发展趋势，配电网不是一个单独的部分，而是电力系统的一个重要的组成部分。在未来的发展中，配电网络要更多的考虑电力系统这个整体的重要信息，而不是单单关注配电网区域的信息。信息一体化的配电网系统需要满足信息实时搜索机制，支持公共信息模型等国际电工信息传输标准，实现智能化的配电系统，满足电力设备的二次网络安全方案。参考文献[1]M.Cai.Hubeiofsmartgrid,thekeytechnologyresearch[J].JournalofHubeielectricpower.2011,35(05):14-18.[2]朱发国，武庙.对我国配电网建设及其关键技术的思考[J].南方电网技术,2013,7(03):59-60.[3]ShanlinCui.ResearchonDistributionNetworkControlIntegrationBasedontheSmartGridEnvironment[J].InternationalConferenceonLogisticsEngineering,ManagementandComputerScience(LEMCS2015).[4]杨泓.城市配电网规划及存在问题分析[J].内蒙古电力技术,2009,