配電網(wǎng)智能管理方法的探討

【摘要】配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)最基礎(chǔ)的設(shè)施，也是面向客戶的重要電力設(shè)施，它的性能好壞將直接影響供電電能質(zhì)量和可靠性，影響社會(huì)安定、和諧。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們開始重視配電網(wǎng)，加強(qiáng)配電網(wǎng)建設(shè)、改進(jìn)配電網(wǎng)管理方法，提高配電網(wǎng)運(yùn)行水平，而配電網(wǎng)智能管理成了其中最重要的環(huán)節(jié)。本文通過調(diào)查美、日、德等配電自動(dòng)化和智能電網(wǎng)的應(yīng)用情況，結(jié)合平陽(yáng)電網(wǎng)管理現(xiàn)狀，指出當(dāng)今配電網(wǎng)智能管理方面存在的問題，提出組織專業(yè)規(guī)劃隊(duì)伍、因地制宜建設(shè)多種供電模式、建立配電網(wǎng)統(tǒng)一模型，以最小的經(jīng)濟(jì)投入最大限度提高配電網(wǎng)供電電能質(zhì)量和供電可靠率。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)；智能管理；方法；探討

一、前言

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)最基礎(chǔ)的設(shè)施，也是面向客戶的重要電力設(shè)施，它的性能好壞將直接影響供電電能質(zhì)量和可靠性，影響社會(huì)安定、和諧。雖然，隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)配電網(wǎng)的管理逐步重視起來，配電網(wǎng)建設(shè)和管理方法都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但由于長(zhǎng)期重輸輕配思想的影響，配電網(wǎng)建設(shè)和管理特別是智能管理方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)發(fā)展的需求，研究出配電網(wǎng)智能管理方法已成為我們急需解決的問題。

二、國(guó)內(nèi)外配電網(wǎng)智能管理方法調(diào)查

20世紀(jì)50年代以前，美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家利用人工方式操作和控制配電變電所及線路開關(guān)，接著時(shí)限順序送電裝置得到應(yīng)用，自動(dòng)隔離故障區(qū)間，縮短了停電范圍，加快了故障排查速度。60多年來，國(guó)內(nèi)外配電網(wǎng)管理發(fā)生了很大的變化，主要集中在配電自動(dòng)化和智能電網(wǎng)兩個(gè)方面。

（一）配電自動(dòng)化應(yīng)用情況

配電自動(dòng)化（DA）是一項(xiàng)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備及管理于一體的綜合信息管理系統(tǒng)，它通過監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息、離線信息、用戶信息等，分析配網(wǎng)運(yùn)行狀況，給值班運(yùn)行人員提供運(yùn)行預(yù)警信息，及時(shí)進(jìn)行人工干預(yù)，優(yōu)化配網(wǎng)運(yùn)行水平；故障時(shí)，迅速動(dòng)作切除故障點(diǎn)，恢復(fù)非故障區(qū)供電，提高配網(wǎng)供電可靠性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行能力。配電自動(dòng)化系統(tǒng)（DAS）主要包括配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視（SCADA系統(tǒng)）、配電地理信息系統(tǒng)（GIS）和需求側(cè)管理（DSM）三個(gè)部分。

由于各國(guó)電網(wǎng)網(wǎng)架及規(guī)模相差很大，所以對(duì)配電自動(dòng)化的應(yīng)用也各有偏重，主要使用以下幾種方法：一是對(duì)長(zhǎng)配電線路主干線上采用多級(jí)重合器、分支線上采用分段器，各級(jí)重合器利用重合次數(shù)與動(dòng)作電流定值的差異，分支線利用分段器實(shí)現(xiàn)上下級(jí)間配合。如美國(guó)利用饋線自動(dòng)化提高長(zhǎng)配電線路供電可靠性。二是對(duì)環(huán)式供電配網(wǎng)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，在局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，以較少的投資獲取最大的收益。如德國(guó)電網(wǎng)。三是提高配網(wǎng)供電等級(jí)，降低線損，在SCADA基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域的隔離和非故障區(qū)域的恢復(fù)供電。如法國(guó)電網(wǎng)。四是利用自動(dòng)重合斷路器和自動(dòng)配電開關(guān)配合實(shí)現(xiàn)故障隔離和恢復(fù)供電。如日本電網(wǎng)，日本供電可靠性處世界領(lǐng)先地位。五是配網(wǎng)自動(dòng)化工程實(shí)行統(tǒng)一外包，一步到位。如泰國(guó)電網(wǎng)，規(guī)模大，投資較集中；工程全部外包，由一家公司統(tǒng)一負(fù)責(zé)，盡量減少各系統(tǒng)集成時(shí)的兼容性問題。六是提高配電管理系統(tǒng)。如印度電網(wǎng)，因地制宜地選擇開發(fā)自動(dòng)抄表系統(tǒng)（AMR），解決了竊電帶來的嚴(yán)重問題。[1]七是利用“主站+終端”模式實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化。如我國(guó)電網(wǎng)2009年開始了配電自動(dòng)化試點(diǎn)工程，實(shí)現(xiàn)了相對(duì)完善的配電SCACA功能，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)及設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視和故障告警、遠(yuǎn)方控制等功能。[2]

（二）智能電網(wǎng)的應(yīng)用

智能電網(wǎng)是將先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等和輸配電設(shè)施組成的新型電網(wǎng)，主要提高電網(wǎng)發(fā)生擾動(dòng)和故障時(shí)防止大面積停電事故和抵御攻擊實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行的能力；實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)隔離和系統(tǒng)自我恢復(fù)的能力；容許各種不同發(fā)電形式的接入；優(yōu)化資產(chǎn)的利用，降低投資成本和運(yùn)行維護(hù)成本。[3]

各國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展，主要解決如下問題：

1、最大限度利用信息技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)等成果，將其與傳統(tǒng)電網(wǎng)緊密結(jié)合起來；

2、解決供電安全問題，如網(wǎng)絡(luò)安全、能源安全，提高供電能力和可靠性；

3、充分利用可再生能源發(fā)電，滿足日益增長(zhǎng)的用電需求，保護(hù)自然環(huán)境，緩解能源緊張和環(huán)境惡化問題；

4、充分挖掘電力市場(chǎng)潛力，降低投資成本和運(yùn)行維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)資源共享。

三、配電網(wǎng)智能管理方法分析

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)配電網(wǎng)的供電質(zhì)量、服務(wù)及可靠性提出了更高的要求，國(guó)家電網(wǎng)公司適時(shí)提出了“電網(wǎng)堅(jiān)強(qiáng)、資產(chǎn)優(yōu)良、服務(wù)優(yōu)質(zhì)、業(yè)績(jī)優(yōu)秀”的戰(zhàn)略目標(biāo)，經(jīng)過幾輪的農(nóng)村電網(wǎng)改造升級(jí)，我們的配電網(wǎng)發(fā)生了翻天覆地的變化，農(nóng)村電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)強(qiáng)，供電質(zhì)量和可靠性不斷加強(qiáng)，同時(shí)，農(nóng)村配電網(wǎng)建設(shè)也促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展?，F(xiàn)結(jié)合平陽(yáng)電網(wǎng)智能管理實(shí)際加以分析：

（一）提前謀劃，合理安排中長(zhǎng)期建設(shè)項(xiàng)目，使配網(wǎng)適度超前電力負(fù)荷發(fā)展，指導(dǎo)并有序推進(jìn)全縣電網(wǎng)建設(shè)。十二五規(guī)劃的制定，使得平陽(yáng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加完善，性能更加可靠，運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)，為配電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。但配電網(wǎng)規(guī)劃做得不夠細(xì)，電網(wǎng)、通信、智能化建設(shè)相對(duì)孤立，對(duì)他們綜合考慮不夠，沒能最大限度發(fā)揮規(guī)劃的作用。

（二）平陽(yáng)公司發(fā)展多點(diǎn)電源供電和“手拉手”供電，普及使用真空開關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜、節(jié)能型變壓器等新興配電設(shè)備，建設(shè)了地理信息系統(tǒng)（GIS）、配電工作管理系統(tǒng)（DJM）等，初步建成了配電生產(chǎn)業(yè)務(wù)高效處理的公共支撐平臺(tái)，使用PMS生產(chǎn)管理系統(tǒng)，為開展配電網(wǎng)智能化改造打下了良好的基礎(chǔ)。但配網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)不夠完善，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不完整，影響了配電網(wǎng)智能管理的進(jìn)程。配電網(wǎng)處于電源末端，地方龐大、電力設(shè)施設(shè)置分散，保護(hù)剩余時(shí)限很短，限制了多級(jí)重合器和分段器的使用；負(fù)荷重的中心城區(qū)的配變布點(diǎn)、偏遠(yuǎn)山區(qū)環(huán)境惡劣阻撓配網(wǎng)建設(shè)還沒有得到有效的解決；而且長(zhǎng)期以來重輸輕配，配電網(wǎng)建設(shè)相對(duì)落后于輸電網(wǎng)，許多配網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)沒有很好的保管下來，造成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確；現(xiàn)有基層檢修、運(yùn)行人員平均年齡大、素質(zhì)相對(duì)低，也影響了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入質(zhì)量，影響了配電網(wǎng)動(dòng)作準(zhǔn)確性。

（三）歷年來科技創(chuàng)新提高了配網(wǎng)管理水平和供電可靠性，同時(shí)，為我們的智能管理積累了經(jīng)驗(yàn)，但大多處于孤立和試點(diǎn)階段，有待綜合、普及和深化應(yīng)用。如：開發(fā)了智能報(bào)警系統(tǒng)，為故障診斷提供信息數(shù)據(jù)支持[5]；配網(wǎng)智能故障隔離系統(tǒng)，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)迅速動(dòng)作，防止對(duì)電源變壓器和配電線路造成過流沖擊[6]；配網(wǎng)智能調(diào)控一體化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)日常運(yùn)行監(jiān)視、自愈、停電管理等各個(gè)環(huán)節(jié)的高效管控[7]；實(shí)現(xiàn)了公變終端全覆蓋，對(duì)配電變壓器及其附屬設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，提早進(jìn)行負(fù)荷分流、公變布點(diǎn)，防止公變發(fā)生超過載、低電壓現(xiàn)象，但公變終端的功能還沒有充分挖掘出來，需進(jìn)一步深化公變終端的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償自動(dòng)投切，平穩(wěn)配網(wǎng)電壓水平，但無功補(bǔ)償設(shè)備都為單個(gè)配變就地補(bǔ)償，綜合補(bǔ)償方面考慮不夠全面。智能臺(tái)區(qū)改造實(shí)現(xiàn)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器分合閘告警及短信提醒、實(shí)現(xiàn)無功功率自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ?。三雙接線通過主備電源的切換實(shí)現(xiàn)線路和主變的配載均勻、自動(dòng)隔離故障并恢復(fù)對(duì)配變的供電。但這些都還處于孤立試點(diǎn)階段，大面積推廣和普及還待進(jìn)一步的研究。

（四）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)搭建不夠完善，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自愈和重構(gòu)還有距離。如平陽(yáng)公司雖然實(shí)現(xiàn)調(diào)度延伸提高生產(chǎn)運(yùn)行管理精益化水平，但目前只延伸到10千伏線路的主干線（包括10（20）千伏具有環(huán)網(wǎng)功能的聯(lián)絡(luò)開關(guān)、分段開關(guān)）和帶有聯(lián)絡(luò)的分支線上的柱上開關(guān)和閘刀。智能分析與決策支持系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)、出力負(fù)荷等計(jì)算邊界條件進(jìn)行管理，給出運(yùn)行方式調(diào)整優(yōu)化建議；配電自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)及設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視和故障告警、遠(yuǎn)方控制等功能。目前配電自動(dòng)化只實(shí)現(xiàn)了相對(duì)完善的配電SCADA功能，對(duì)狀態(tài)估計(jì)、潮流計(jì)算、配電網(wǎng)自愈、分布式能源接入等方面只進(jìn)行初步的嘗試，功能不完善。[2]

四、配電網(wǎng)智能管理方法建議

雖然近年來我國(guó)配電網(wǎng)管理水平節(jié)節(jié)上升，科技含量逐步提高，但是跟發(fā)達(dá)國(guó)家配電網(wǎng)管理相比，我們的配電網(wǎng)智能化水平還有很大的提升空間，現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)管理提出建議如下：

（一）組織配網(wǎng)一次管理、二次管理、通信管理、自動(dòng)化管理等各專業(yè)人員在內(nèi)的規(guī)劃?rùn)C(jī)構(gòu)，堅(jiān)持“循序漸進(jìn)、適度超前”的原則，做好配電網(wǎng)前期規(guī)劃設(shè)計(jì)，對(duì)配電網(wǎng)網(wǎng)架建設(shè)、通信建設(shè)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)、配電網(wǎng)管理框架建設(shè)等綜合考慮，同步進(jìn)行；均衡各方面建設(shè)，防止重復(fù)建設(shè)、某專業(yè)建設(shè)落后拖后腿造成先進(jìn)資源白白浪費(fèi)等現(xiàn)象。

（二）科學(xué)進(jìn)行電力需求預(yù)測(cè)分析，減少預(yù)測(cè)偏差；加快配電網(wǎng)網(wǎng)架、通信、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)及自動(dòng)控制等建設(shè)，為配電網(wǎng)智能管理提供良好的基礎(chǔ)平臺(tái)。

適度超前加快配電網(wǎng)建設(shè)，堅(jiān)持走“共性和個(gè)性并存”的發(fā)展之路，開展輻射式、多分段單聯(lián)絡(luò)、多分段多聯(lián)絡(luò)等多種供電模式，重點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)雙電源、手拉手、環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、清潔能源供電，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益提高配電網(wǎng)供電可靠性。負(fù)荷重、布點(diǎn)難的城區(qū)考慮使用地埋式免維護(hù)型配電變壓器，保護(hù)和美化城區(qū)環(huán)境，同時(shí)鼓勵(lì)使用太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能風(fēng)能路燈、太陽(yáng)能光伏發(fā)電住宅[8]減輕負(fù)荷壓力；在山區(qū)開發(fā)利用小水電、沼氣能、風(fēng)能發(fā)電，節(jié)約能源，充分利用儲(chǔ)能設(shè)備，做好電源儲(chǔ)存和專供；利用科技創(chuàng)新，做好高新技術(shù)試點(diǎn)工作，為配電網(wǎng)智能管理提供經(jīng)驗(yàn)，逐步推進(jìn)配電網(wǎng)各方面管理持續(xù)健康的發(fā)展。

（三）配網(wǎng)智能化建設(shè)應(yīng)因地制宜，考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益，充分挖掘其經(jīng)濟(jì)潛力，以最少的經(jīng)濟(jì)代價(jià)提高供電可靠性，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。對(duì)負(fù)荷重點(diǎn)區(qū)域優(yōu)先考慮新設(shè)備、配電自動(dòng)化等控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)檢測(cè)、迅速切除故障段、恢復(fù)非故障段正常運(yùn)行、甚至實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)重構(gòu)；對(duì)于負(fù)荷輕的區(qū)域，利用公變終端監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)與用戶直接相關(guān)的低壓電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，掌握低壓配電網(wǎng)運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和異常并加以處理，確保配變正常運(yùn)行；利用智能臺(tái)區(qū)改造對(duì)負(fù)荷較重配變進(jìn)行自動(dòng)測(cè)溫、電容器遠(yuǎn)程自動(dòng)投入、漏電保護(hù)器自動(dòng)投跳等功能，提高配變供電質(zhì)量和供電可靠性。

（四）加強(qiáng)配電網(wǎng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析模型的開發(fā)?，F(xiàn)有的配電網(wǎng)模型開發(fā)平臺(tái)不一、模式不一，應(yīng)用分散、效率低，容易造成“信息孤島”現(xiàn)象，無法滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的需求。因此需要建立統(tǒng)一的模型實(shí)現(xiàn)信息一體化應(yīng)用，統(tǒng)一的模型包括：完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一的信息標(biāo)準(zhǔn)編碼、完整的圖像模型等。公用信息模型CIM（Common Information Model）是個(gè)抽象模型，采用的是全面面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，即用統(tǒng)一建模語言描述現(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象，CIM是通過提供對(duì)象類和屬性及它們之間的關(guān)系表示電力系統(tǒng)資源的標(biāo)準(zhǔn)方法，實(shí)現(xiàn)不同的EMS系統(tǒng)之間的應(yīng)用拓展，以及EMS系統(tǒng)與其他系統(tǒng)間的集成。它采用統(tǒng)一建模語言UML（Unified Modeling Language）、 可擴(kuò)展標(biāo)記語言XML（extensible markup Language）、可縮放矢量圖形SVG（Scalable Vector Graphics）實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)建模、數(shù)據(jù)和圖像的描述等。應(yīng)該實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下模型的多樣性，比如復(fù)雜配電網(wǎng)的簡(jiǎn)化模型、基于IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的配電網(wǎng)模型等，最大限度發(fā)揮各類模型的作用。[9]

五、結(jié)論與展望

隨著社會(huì)的發(fā)展，面向客戶的配電網(wǎng)安全和穩(wěn)定越發(fā)受到人們的重視，利用科技創(chuàng)新，加強(qiáng)配電網(wǎng)智能管理是提高配電網(wǎng)運(yùn)行水平的重要手段。未來配電網(wǎng)主要應(yīng)該從以下幾個(gè)方面發(fā)展：如何提高配電網(wǎng)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃的準(zhǔn)確性，確保配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、通信、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)及自動(dòng)控制綜合同步發(fā)展；如何設(shè)定堅(jiān)強(qiáng)配電網(wǎng)的目標(biāo)規(guī)模，建立標(biāo)準(zhǔn)型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，發(fā)展分布式電源，解決負(fù)荷密級(jí)型地區(qū)、偏遠(yuǎn)山區(qū)用電問題；研究縣級(jí)配電網(wǎng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析模型，根據(jù)調(diào)度SCADA數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立運(yùn)行方式?jīng)Q策表，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)智能監(jiān)控、故障自動(dòng)隔離和負(fù)荷自動(dòng)重組問題，減少停電時(shí)間，提高供電可靠性；實(shí)現(xiàn)智能化巡線，解放勞動(dòng)力，解決巡線速度、質(zhì)量受人員素質(zhì)影響的問題。

參考文獻(xiàn)

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