基于配电网自动化应用技术与发展趋势分析

基于配电网自动化应用技术与发展趋势分析[摘要]文章结合本人多年的工作经验，分析了国内配电自动化系统的进展和存在问题，并且指出配电自动化及配电配电管理系统建设的技术和未来配电自动化的一些发展趋势。[关键词]配网自动化配电监控数据采集发展趋势供电企业实现配网自动化的主要目的在于：有利于在配电网正常运行时，通过监视配网运行工况，优化配网运行方式；有利于在保证供电可靠性的前提下，确保电力用户用电的时效性，满足电力用户的供电需求；有利于满足和确保供电的质量，符合高新技术装备和居民家用电器的要求，避免高峰低谷，电压幅值和频率以及谐波对用户所产生的不良影响；有利于降低电网的损耗，提高网络的供电能力，减少用户的停电机率；由于采用了自动化设备，当配电网发生故障或异常运行时，能快速隔离故障区段，及时恢复非故障区域用户的供电，缩短对用户的停电时间，减少停电面积，这样就有利于提高设备的故障判断能力和自动隔离故障、恢复非故障线路的供电条件；有利于提高配电网设备的自身可靠性运行能力，大大地减轻运行人员的劳动强度和维护费用；由于实现了配电系统自动化，可以合理控制用电负荷，从而提高了设备的利用率；采用自动抄表计费，可以保证抄表记费的及时和准确，提高企业的经济效益和工作效率，并可为用户提供自动化的用电信息服务。1.我国配电自动化进展和存在问题由于城网及农网的不断改造，在供电可靠性和供电指标已有很大提高的基础上，要继续提高供电自动化是必由之路。近年来许多城市都在不同层次、不同规模上对配电自动化工作进行试点，并积累不少经验和教训。通过近几年的实践，国内配电自动化系统的进展和存在问题主要有：（1）配电自动化的关键设备由依赖进口逐步转向使用国产设备，ftu已有了国产的入网许可产品，其功能与性能价格比更有利于各供电部门选用。（2）配电自动化由单纯的配电监控与数据采集（scada）系统加配电自动化（da）转向具有da、配电管理系统（dms）、地理信息系统（gis）等较完整的配电自动化实时及供电企业管理系统，配电主站系统也由借用调度主站系统逐步转向选择面向配电自动化应用的配电自动化主站系统。（3）全网配电自动化的实现由通过重合器时序整定配合的方式逐步过度到通过馈线自动化终端（ftu）进行故障检测，结合通信技术进行故障隔离和非故障区域恢复供电。当然，重合器的功能应用到变电站10kv出口以及分之线上消除瞬时故障，仍然有意义。（4）通信方式多样化。配电网通信有无线、光纤、专用电缆、载波等多种通行方式，但在主通信线路上更倾向于使用光纤，10kv配电线载波通信以及基于gprs和cdma的无线通信在配电网中的应用受到用户的广泛关注。（5）gis由孤独的静态设备管理系统逐步转向动态的实时gis，将scada和地理信息有机地统一起来。（6）dms由需求不确定、功能繁杂逐步转向功能需求实用化，以及dms与其他系统有机集成构造供电企业信息一体化方向发展。（7）由于技术发展的需求，一次设备与自动化设备结合更加紧密，一次设备的厂家向二次自动化方向发展，二次自动化系统的厂家向一次设备方向发展。（8）部分设备没有通过严格的质量测试，系统在恶劣环境下运行存在质量隐患。（9）配电自动化系统的规划与配电一次网架的规划结合不够。（10）配电自动化系统出厂实验和现场实验没有指导性的试验规范及验收标准。（11）配电自动化系统及dms集成面临网络安全的挑战。（12）试点系统的规模不够，体现不出系统的整体规模效益。（13）部分省公司以及全国电力系统城市供电专用工作网发布了一些配电自动化系统实用化的验收细则，有利于配电自动化系统实用化的发展，但是配电自动化系统的实用化仍然是一个长期的过程。2.配电自动化的发展目标许多供电企业都强烈要求制定配电自动化的各种标准，对投运的具体相当规模的城网配电自动化系统制定相应的实用化要求，进行实用化考核和实用化验收，以体现配电自动化系统的经济效益和社会效益。在总结配电自动化近年发展经验和教训的基础上，应在已颁布的《配电自动化系统功能规范》等行业标准和各省公司以及全国电力系统城市供电专业工作编制的验收导则的基础上，建立配电自动化系统性能测试方法和手段，并在此基础上搞好配电自动化实用化建设，作为当前配电自动化的阶段性发展目标。笔者认为，《配电自动化系统功能规范》的基础思想是实时的配电系统监控和故障处理功能（da）与配电管理功能（dms）相结合的系统，最大程度地实现资源公用、信息共享，以使实时信息尽快地提供给管理应用，使管理信息方便地为实时系统服务。在总结这些经验教训的基础上对功能予以规范。功能分为基本功能和选配功能。基本功能是较为实用的，也是应该实用的；选配功能是为发展提高留有余地，并有利于使用单位因地制宜选用的。3.配电自动化的应用技术对于配电自动化实用化的建设，应在功能规范和验收导则的基础上，在系统性能测试方法和手段健全的前提下，制定可行的实用化验收细则。在实时系统中重点考核scada系统的连续稳定运行情况、馈线自动化（fa）动作可靠情况、出厂测试（fat）和现场测试（sat）的成功率。在管理系统中重点考核配电gis基础信息的准确率和及时更新情况，配电工区设计和操作人员真正应用图纸管理系统代替常规的cad图纸，配电调度操作功能代替手工记录和操作。至于配电高级应用软件以及配电管理中的其他业务流程管理，可放在第二步，当条件成熟后再逐步实用化。实现配电自动化系统的应用技术主要有：（1）ftu应能有效可靠地捕捉故障信息，并结合通信和算法来实现故障隔离及恢复功能，并实现配电自动化功能的分布、分层控制。（2）系统通信方式的广泛支持性，通信速率和通信可靠性应满足配电自动化要求，系统通信结构应满足在一点通信故障时数据畅通，且配电自动化功能正常实现，并能解决因配电自动化系统信息最大而可能造成的信息“瓶颈”效应。（3）ftu采用全工业级设计，满足户外恶劣环境运行要求，技术指标达到户外d2级标准（-40摄氏度~85摄氏度）。柱上开关与fut在电气和结构上匹配，可靠接口，便于维修。（4）具有通过ftu进行蓄电池在智能维护的功能，有效的延长蓄电池的寿命。（5）配电主站采用开放式支撑平台技术，具体分布式运行管理环境，采用大型商业数据库作为历史数据库，实时数据库具有客户/服务器技术。应用软件通过软总线进行数据交换。（6）dms数据建模及设备编码考虑全局信息一体化建设的完备性和一致性，做到信息源头唯一，系统拓扑信息cis/scada/dma的一致性。负荷控制信息、客户服务信息、用电信息等其他系统信息，能有机地接入配电主站系统，共同构件全局信息一体化系统。（7）配电scada系统与gis应运软件之间在保证网络安全的基础上有效互通，使得实时信息在gis中具有与scada系统相同的实时性，保持图元在不同硬件、软件平台上的一致性。（8）通过中间件软件技术和工作流方式dms流程化管理。配电自动化系统的试验性能是保证实用化验收效果的关键。配电自动化系统涉及面广、系统集成度高，配电自动化系统试验是为了保证配电自动化产品在其形成的各个阶段的产品质量而进行的各种测试过程。配电自动化系统产品的生命期大致可以分为产品研制、市场认可、供货与接入系统3个阶段。在每个阶段都有各自不同的测试与运行过程。在产品研制阶段，站端产品进行功能验证和型式试验，主站产品进行单元测试；在市场认可阶段，进行产品技术鉴定，取得入网许可证；在供货与接入系统阶段，进行fat，现场投运前进行sat。3个阶段的每一个测试项目都必须有完整的测试计划、明确的初始条件、严格的测试过程和对测试结果进行有效评估。关于建立配电自动化系统性能测试方法和手段，应考虑配电动模试验模型的建设。为了阐述配电模试验模型，本文以某公司建成的配电系统模拟仿真实验室为例介绍其功能。实验室模拟系统规模为6个电源点，35条分段线路，6个开闭所单元。系统可模拟正常运行时的各种工况，例如改变符合的大小和性质、改变负荷分布、操作开关改变系统送电的网络结构等。系统可根据现场实际保护配置情况来配置模型系统的保护装置，使系统自身的动作情况与配电自动化系统对系统的操作二者得到真实反映。系统可模拟电网运行中的各种故障情况，并可模拟配电网各种中性点接地方式的运行，包括中性点不接地方式和中性点经消弧线圈接地方式、中性点经小电阻接地方式。配电动模试验模型将为系统联调和测试提供仿真配电网运行的实时数据采集及控制对象，是系统联调和测试可以在出厂前完整地进行，这对于提高开发和服务质量、减少现场服务工作量将产生明显的效果。4.配电网自动化系统的发展趋势配电自动化推广应用的时间不长，在实用化工作逐步推进和完善的同时，配电自动化的理论和技术有着广阔的发展空间。一些发达国家的配电自动化及配电管理系统已经从单纯的监控及故障建设发展到优化运行和提高效益。配电自动化技术发展中应特别关注的研究方向主要有以下两个方面。（1）配电网优化运行决策支持系统通过配电自动化的有效投运，可以缩小停电范围和停电时间，提高供电可靠性。但是，配电自动化系统要真正在系统中取得经济效益，除了提高供电可靠性，需要优化电网结构与运行方式，降低线路损耗，提高供电质量。配电网优化运行决策支持系统的研究将为提高供电的经济性、优化运行方式提供一个有效的工具。配电网优化运行决策支持系统中将要研究建立配电网优化运行决策模型，综合利用各种配电网的在线和离线参数信息，通过优化运行决策模型的输入输出关系，反映配电网运行的在线工况与未来可能的运行方式和配电网的规划信息，计算出各种经济指标、安全指标，并得出各种可能的在线辅助决策方案及其模拟运行的效果。（2）信息一体化大平台集成系统配电网自动化及dms是整个电力企业信息一体化集成系统的一个有机组成部分，而不是孤立的系统。在未来的配电自动化系统中，需要研究信息一体化大平台背景下的配电实时信息引擎机制，在支持iec61970cim（公共信息模型）和iec61968uib（企业集成总线）系统应用层互联模拟标准的同时，需要满足电力二次系统网络安全框架方案，以提供数据安全引擎机制作为数据应用的基础环节。5.结束语随着科技的不断发展，配电网自动化技术也会逐渐提升，工程走向实用化也是一个必然趋势；包括配电网优化运行决策支持系统和电力企业信息一体化集成系统也将会得到实现，只是还有待于我们不断的去努力。