智能配電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

劉順桂，黃 超，朱正國，鄧 琨，魏恩偉

（1.深圳供電局有限公司 廣東 深圳518001；2.深圳市康拓普信息技術(shù)有限公司 廣東 深圳 518034）

智能配電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

劉順桂1，黃 超1，朱正國1，鄧 琨2，魏恩偉2

（1.深圳供電局有限公司 廣東 深圳518001；2.深圳市康拓普信息技術(shù)有限公司 廣東 深圳 518034）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，配電要求也在不斷提高，智能配電系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)直接影響著用戶的生產(chǎn)生活，兩者之間的關(guān)系非常密切。本文就智能配電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡要的分析，其中包括硬件電路、三相不平衡試驗(yàn)、啟動試驗(yàn)等，從而提高智能配電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用性能。

智能配電系統(tǒng)；關(guān)鍵技術(shù)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；分析

受各方面因素的影響，我國的配電網(wǎng)事業(yè)起步比較晚，明顯滯后于發(fā)電以及輸電行業(yè)，難以滿足社會發(fā)展的客觀需求。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，目前我國90%以上的停電事故均是因?yàn)榕潆娤到y(tǒng)的落后而造成的，通常情況下，電力資源在長距離輸送的過程當(dāng)中，必定會出現(xiàn)一定程度的電力自損，這與能量守恒原則相符，然而由于配電系統(tǒng)的落后，導(dǎo)致電力資源在在輸送的過程當(dāng)中，損耗量增加了三分之一，造成極大的資源浪費(fèi)。自2000年以來，智能電網(wǎng)便受到了社會各界人士的廣泛關(guān)注，而智能電網(wǎng)當(dāng)中最為重要的組成部分就是智能配電系統(tǒng)（SDG），與傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)相比較，智能配電系統(tǒng)具有高度智能化、人性化等優(yōu)點(diǎn)，是我國建設(shè)全面智能電網(wǎng)的核心因素之一。

1 智能配電網(wǎng)的基本概念

智能配電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)智能配電，規(guī)避停電事故，提高電力資源利用效率的重要組成部分之一，當(dāng)前我國的智能配電網(wǎng)整體而言尚處于較低的水平線上。智能配電網(wǎng)是基于自動化配電技術(shù)的尖端配電技術(shù)設(shè)備，集測量、控制、傳感、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)等新型技術(shù)于一體，無論是開關(guān)設(shè)備，還是終端設(shè)備都具備著高度的智能化，搭配雙向通信網(wǎng)絡(luò)與堅強(qiáng)電網(wǎng)合并運(yùn)行，整體的安全性能更加優(yōu)良，運(yùn)行效率更加理想。除此之外，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)質(zhì)支持單一式電源接入，智能配電網(wǎng)則支持分布式電源（DER）接入，根據(jù)用戶的用電高峰時段分布情況，為用戶提供擇時用電服務(wù)，加強(qiáng)用戶與配電網(wǎng)之間的互動，具有高度的實(shí)際應(yīng)用價值。

2 智能配電系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

智能配電系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可劃分為兩大部分，第一部分是內(nèi)部系統(tǒng)，也是核心系統(tǒng)，重要由3大分系統(tǒng)組成，分別是：配電主站系統(tǒng)、配電子站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)，其中配電主站系統(tǒng)對配電子站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)擁有絕對的指揮功能；第二部分是外部系統(tǒng)，主要由七大分系統(tǒng)組成，分別是：營銷管理系統(tǒng)、上級調(diào)度自動化系統(tǒng)、負(fù)荷管理系統(tǒng)、配變采集與監(jiān)測系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、企業(yè)資源管理系統(tǒng)、故障報修系統(tǒng)。一般而言，智能配電系統(tǒng)的主要應(yīng)用價值是分析電網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)智能配電以及饋線自動化，其中主要依賴通信系統(tǒng)的智能化通信手段，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重故障時，可以及時在故障區(qū)與非故障區(qū)建立反感染區(qū)域，切斷故障區(qū)與非故障區(qū)直接的聯(lián)系導(dǎo)線，保證非故障區(qū)的供電不受影響。同時將區(qū)域內(nèi)的配電信息加以整合，聯(lián)系外部系統(tǒng)，共同搭建更加完整的配網(wǎng)系統(tǒng)。同時，智能配電系統(tǒng)支持分布式電源接入，具有較強(qiáng)的自愈功能。配電智能化系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 配電智能化系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 Distribution of intelligent overall system architecture

智能配電網(wǎng)是集各種新型配電技術(shù)于一身的配電網(wǎng)，與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)相比，配電性能有了非常大的提升。配電自動化（DA）與智能配電網(wǎng)（SDG）存在著很大的相似之處，然而就整體而言，智能配電網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用價值更高，技術(shù)內(nèi)容也更加豐富，智能配電網(wǎng)是在配電自動化的基礎(chǔ)上對凡是涉及配電系統(tǒng)一次與二次的全部配電技術(shù)加以整合，整體的配電效果更為理想。配電自動化（DA）與智能配電網(wǎng)（SDG）的結(jié)構(gòu)關(guān)系見如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)關(guān)系圖Fig.2 Structure diagram

2.1 配電主站系統(tǒng)

智能化配電主站系統(tǒng)具有高安全性、高效率等特點(diǎn)，受國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的管理。其軟件與硬件的選擇需要遵循地區(qū)的實(shí)際情況，如配電網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)、供電企業(yè)的需求等內(nèi)容，在地區(qū)內(nèi)的配電自動化應(yīng)用、基礎(chǔ)比較差的情況下，軟硬件系統(tǒng)的配置要求也需要相對降低。通常情況下，配電主站系統(tǒng)的主要功能包括兩個方面，第一個方面是調(diào)度配電，及時根據(jù)地區(qū)內(nèi)電力用戶的實(shí)際用電需求，包括用電高峰期等情況，合理調(diào)度配電，在保證電力資源得到最大限度的利用的同時，滿足用戶的用電需求，調(diào)度配電是配電主站系統(tǒng)的核心功能。第二個方面是電網(wǎng)分析應(yīng)用，即是在配電網(wǎng)正常運(yùn)行的情況下，就整個系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)完備情況進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)配電主站系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的互聯(lián)，以綜合數(shù)據(jù)平臺為載體，實(shí)現(xiàn)信息交換，電網(wǎng)分析應(yīng)用屬于配電主站系統(tǒng)的次要功能，只有當(dāng)調(diào)度配電（SCADA）正常的情況下，電網(wǎng)分析應(yīng)用功能才具備存在的意義。

2.2 配電子站系統(tǒng)

配電子站系統(tǒng)是由配電主站系統(tǒng)衍生而來的，其整體結(jié)構(gòu)采取模塊化設(shè)計，穩(wěn)定性高，可靠性強(qiáng)，并且由于其具有相對的獨(dú)立性，因此在出現(xiàn)故障的時候，維修的難度相對于母站而言要小得多。根據(jù)《城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》的具體要求，配電子站系統(tǒng)需要同時滿足不同接線方式的所有要求，在隔離故障方面需要保持相對的獨(dú)立性，維持固定地區(qū)的供電正常，而在恢復(fù)供電的方面，則需要充分展示互聯(lián)性，在同一方案的指導(dǎo)下，恢復(fù)故障地區(qū)的供電。一般而言，配電子站系統(tǒng)可分為兩個部分，分別是：監(jiān)控功能型子站與通信匯集型子站，監(jiān)控功能型子站負(fù)責(zé)監(jiān)控配電網(wǎng)的運(yùn)行情況，對故障及時作出預(yù)警，通信匯集型子站可以看成通信網(wǎng)絡(luò)的中轉(zhuǎn)站，收集配電網(wǎng)運(yùn)行的詳細(xì)參數(shù)，加以整合傳輸至控制終端。

2.3 通信系統(tǒng)

首先，建設(shè)配電通信網(wǎng)絡(luò)，在建設(shè)的過程當(dāng)中，需要將用戶用電信息、配電自動化、配電計量等情況納入考慮的范圍，提高配電通信網(wǎng)絡(luò)的利用效率，合理設(shè)計配電通信網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu)。在智能配電系統(tǒng)當(dāng)中，各級通信網(wǎng)絡(luò)層級非常明顯，各自的功能也存在著較大的區(qū)別，如配電主站系統(tǒng)與配電子站系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)是骨干通信系統(tǒng)層，而配電子站系統(tǒng)之間的則為接入層，其重要性與具體作用均不如骨干通信系統(tǒng)層。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)采用的都是采用公網(wǎng)通信，公網(wǎng)通信方式的安全性能比較低，容易遭受入侵。筆者建議無論是骨干通信系統(tǒng)層，還是接入通信系統(tǒng)層，都必須采用專網(wǎng)通信，在對饋線自動化要求特別高的地區(qū)，可以采取光纖專網(wǎng)通信，保證通信安全。具體的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3 Communication system structure

3 智能配電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 分布式發(fā)電技術(shù)和DG技術(shù)

分布式發(fā)電技術(shù)是在分布式電源的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)只支持單一式接入，而智能配電系統(tǒng)則可以支持分布式接入方式。連接到配電網(wǎng)的小容量發(fā)電機(jī)或儲能裝置，具有多種接入方式的即是分布式發(fā)電。分布式發(fā)電技術(shù)對智能配電系統(tǒng)的影響非常大，換言之，智能配電網(wǎng)的容量很大程度上取決于分布式發(fā)電技術(shù)的水平，然而分布式發(fā)電技術(shù)容易受到外界因素的制約，比如非輻射性潮流、短路容量等問題，且在孤島情況下的運(yùn)行能力明顯難以為繼。基于此，我國智能配電系統(tǒng)的分布式發(fā)電技術(shù)，關(guān)鍵在于提升其抗非輻射性潮流的性能。DG技術(shù)即是微網(wǎng)技術(shù)，微網(wǎng)技術(shù)是相對獨(dú)立的技術(shù)，及產(chǎn)能與儲能于一體，允許接入可再生能源，通常情況下，微網(wǎng)技術(shù)與分布式發(fā)電技術(shù)時相伴存在，共同運(yùn)行的，微網(wǎng)技術(shù)通過自身的儲能優(yōu)勢，一定程度上可以提升分布式發(fā)電技術(shù)的抗非輻射性潮流性能。

3.2 電子測量技術(shù)

電子測量技術(shù)（AMI技術(shù)），是實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)信息化和數(shù)字化的重要基礎(chǔ)條件之一，其主要的實(shí)現(xiàn)載體是進(jìn)量測和通信技術(shù)的配電系統(tǒng)高級量測體系（AMI）。電子測量技術(shù)的組成部分包括：數(shù)據(jù)收集單元、計量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、回程傳輸單元、智能表計等構(gòu)件，簡而言之，AMI技術(shù)是從人工抄表的基礎(chǔ)上進(jìn)化而來的，更好地實(shí)現(xiàn)了用戶與供電企業(yè)之間的雙向溝通，一則用戶可以實(shí)時了解到自身的電力消費(fèi)情況，二則供電企業(yè)可以直接向用戶發(fā)送電價信號，獲悉用戶的用電信息，隨后通過MDMS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，測量效率與精確度都比較理想。

3.3 自愈控制技術(shù)

智能配電系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境相對封閉，在有利于接入分布式電源的同時，如果智能配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，人工維修的難度比較大。而智能化配電系統(tǒng)則是在靈活、可靠、高效的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)當(dāng)中，利用先進(jìn)的數(shù)學(xué)和控制理論，在系統(tǒng)的內(nèi)部劃定檢修維護(hù)區(qū)，當(dāng)故障發(fā)生的時候，利用數(shù)學(xué)控制理論計算出故障發(fā)生的具體區(qū)域以及可造成供電停止的區(qū)域范圍，自行加以判別，隨后在此基礎(chǔ)上完成自愈，省卻了人工維護(hù)的步驟，節(jié)約人力資源。自愈控制技術(shù)的運(yùn)行指標(biāo)包括穩(wěn)定性評價、經(jīng)濟(jì)評價、電能量評價、用戶服評價等方面，需要注意的是，智能配電系統(tǒng)的自愈控制技術(shù)并非完全智能化，需要在隱預(yù)測的基礎(chǔ)上，根據(jù)地區(qū)的實(shí)際情況執(zhí)行相應(yīng)的自愈控制技術(shù)方案，從而達(dá)到預(yù)期的自愈控制目標(biāo)。

4 結(jié)束語

綜上所述，智能化配電網(wǎng)有利于根據(jù)地區(qū)的電力資源的不同而合理調(diào)配電力，保證電力資源的利用效率達(dá)到最大化，然而目前我國的智能化配電網(wǎng)發(fā)展水平尚處于提升的階段，自動化程度不足，用戶與電網(wǎng)之間的互動性有限。智能化配電系統(tǒng)是整個智能化配電網(wǎng)中的重要組成部分，只有在明確其內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的情況下，充分發(fā)揮其技術(shù)特點(diǎn)，才能促進(jìn)我國智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。

[1]王宇.智能配電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[J].河南科技, 2013(6):111.WANG Yu.Key technology and system architecture of intelligent power distribution system[J].Henan Science and Technology,2013(6):111.

[2]何瑞華.智能電網(wǎng)用戶端講座第二講智能電器與智能配電系統(tǒng)[J].低壓電器,2012(7):58-64.HE Rui-hua.Smart Grid client Lecture smart appliances and smart distribution systems[J].Low-voltage Electrical,2012(7): 58-64.

[3]劉壯志.含微電網(wǎng)的智能配電網(wǎng)規(guī)劃理論及其應(yīng)用研究[D].保定：華北電力大學(xué),2013.

[4]廖毓聰.淺析智能配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)[J].電器工業(yè), 2010(9):42-46.LIAO Yu-cong.On the intelligent distribution system structure and key technologies[J].Electrical Equipment Industry, 2010(9):42-46.

[5]徐金全,郭宏,張秦嶺,等.基于余度和容錯技術(shù)的高可靠機(jī)載智能配電系統(tǒng)設(shè)計[J].航空學(xué)報,2011(11):2117-2123.XU Jin-quan,GUO Hong,ZHANG Qin-ling,et al.Redundancy and fault tolerance based on the highly reliable technology onboard intelligent power distribution system design[J].Aeronautics,2011(11):2117-2123.

[6]胡宏彬，張愛軍，段洪濤,等.配電網(wǎng)長架空線路電壓壓降分析與計算[J].電子設(shè)計工程，2013（14）:114-117.HU Hong-bin,ZHANG Ai-jun,DUAN Hong-tao,et al.Long overhead line voltage distribution network analysis and calculation of the pressure drop[J].Electronic Design Engineering,2013（14）:114-117.

[7]劉斌，許紅軍，陳樨.基于OPNET的智能配電變電站通信網(wǎng)絡(luò)研究與仿真[J].陜西電力，2013（10）：35-38.LIU Bin，XU Hong-jun，CHEN Xi.Research and simulation of smart distribution substation communication network based on OPNET[J].Shaanxi Electric Power，2013（10）：35-38.

[8]郭國梁；馬光耀；劉寶柱.電網(wǎng)參數(shù)對系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性影響的分析[J].陜西電力，2012（11）：38-42.GUO Guo-liang,MA Guang-yao,LIU Bao-zhu.Analysis on influence of power grid parameters on transient voltage stability[J].Shaanxi Electric Power，2012（11）：38-42.

The key technology of intelligent power distribution system and the system structure analysis

LIU Shun-gui1,HUANG Chao1,ZHU Zheng-guo1,DENG Kun2,WEI En-wei2
（1.Shenzhen Power Supply Co,Ltd,Shenzhen 518001,China; 2.Shenzhen Comtop Information Technology Co,Ltd,Shenzhen 518034,China）

With the development of economy,the distribution requirements are constantly improve,the key technology of intelligent power distribution system directly affects the user's production and living,the relationship between the two is very close.In this paper,the key technology of intelligent power distribution system and the system structure is briefly analyzed, including the hardware circuit,three-phase unbalance test,start the test,so as to improve the practical application of intelligent power distribution system performance.

intelligent power distribution system;the key technology;the system structure；analysis

TN91

A

1674－6236（2015）10-0093-03

2014-09-27 稿件編號：201409254

劉順桂(1963—)，男，湖南邵陽人，碩士，高級工程師。研究方向：新能源及系統(tǒng)運(yùn)行。