淺談電力配電自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

梁浩楠+梁提+陳計(jì)萬(wàn)

摘 要：隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展與普及，全面實(shí)現(xiàn)電力配電自動(dòng)化已經(jīng)成為可能。同時(shí)隨著人們生活對(duì)電力的依賴(lài)度加大，用戶(hù)對(duì)用電質(zhì)量的要求越來(lái)越高，都使得電力配電自動(dòng)化需要進(jìn)一步的普及和發(fā)展。本文將通過(guò)詳細(xì)分析電力配電自動(dòng)化的概念、現(xiàn)狀、問(wèn)題，并結(jié)合國(guó)外相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，闡述我國(guó)電力配電自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：電力配電；配電自動(dòng)化；發(fā)展趨勢(shì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.159

0 引言

自從人類(lèi)開(kāi)始進(jìn)入電氣時(shí)代，對(duì)于電力的依賴(lài)和用電質(zhì)量的要求都越來(lái)越高。隨著自動(dòng)化、智能化技術(shù)的發(fā)展與普及，將之應(yīng)用在電力配電工程中，已經(jīng)成為電力事業(yè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。電力配電自動(dòng)化可以說(shuō)試將電力配電管理引入一個(gè)新的時(shí)代，在不斷提升用戶(hù)質(zhì)量的同時(shí)，也加大電力配電事業(yè)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)。

1 電力配電自動(dòng)化的概述

1.1 電力配電自動(dòng)化的概念

電力配電自動(dòng)化是一項(xiàng)集合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程/自動(dòng)控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備和管理的現(xiàn)代信息管理系統(tǒng)[1]。電力配電自動(dòng)化能有效提升供電質(zhì)量和用戶(hù)體驗(yàn)，同時(shí)降低電力運(yùn)行的成本和對(duì)人工的依賴(lài)。如今在較為發(fā)達(dá)的國(guó)家中，電力配電自動(dòng)化已經(jīng)得到普及，并且已經(jīng)具備一定的規(guī)模。

電力配電自動(dòng)化的發(fā)展主要分為三個(gè)階段[2]：第一階段為自動(dòng)化開(kāi)關(guān)相互配合的階段。在這個(gè)階段的配電自動(dòng)化設(shè)備主要分為重合器和分段器，整個(gè)自動(dòng)化管理系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)的依賴(lài)程度并不高。這階段的配電自動(dòng)化主要體現(xiàn)在當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)保證故障隔離，或恢復(fù)健全區(qū)域的供電。有效避免了電力系統(tǒng)故障造成的影響擴(kuò)大。由于該階段的的自動(dòng)化技術(shù)僅僅局限在自動(dòng)重合器和備用電源自動(dòng)投入裝置，所以整個(gè)配電自動(dòng)化仍處于較為初級(jí)的一個(gè)階段。

第二階段的電力配電自動(dòng)化是建立在通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、饋線(xiàn)終端單元和后臺(tái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。這一階段的電力配電對(duì)自動(dòng)化和智能化技術(shù)的應(yīng)用程度較深。能夠全面檢測(cè)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，并通過(guò)遠(yuǎn)程遙控改變其運(yùn)行的方式。當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)察覺(jué)并做出診斷，同時(shí)采取有效的措施，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。

第三階段是在第二階段的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)控制系統(tǒng)。這一階段對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的依賴(lài)程度更高。在這個(gè)階段的電力配電自動(dòng)化管理系統(tǒng)中，會(huì)有集配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)、配電地理信息系統(tǒng)、需方管理（DSM）、調(diào)度員仿真調(diào)度、故障呼叫服務(wù)系統(tǒng)和工作管理等，能全面實(shí)現(xiàn)變電所自動(dòng)化、饋線(xiàn)分段開(kāi)關(guān)測(cè)控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶(hù)負(fù)荷控制和遠(yuǎn)方抄表等140多項(xiàng)功能[3]?？梢哉f(shuō)，第三階段是電力配電自動(dòng)化最為理想也最為完善的階段。

1.2 電力配電自動(dòng)化的應(yīng)用

自人們開(kāi)始進(jìn)入電氣時(shí)代，用電負(fù)荷量就一直呈現(xiàn)出持續(xù)增長(zhǎng)的情況。隨著各種用電負(fù)載的情況不斷出現(xiàn)，用電質(zhì)量已經(jīng)成為用戶(hù)最為關(guān)心的問(wèn)題。同時(shí)隨著環(huán)保理念的推廣與普及，如何在滿(mǎn)足用戶(hù)需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，也成為電力行業(yè)所關(guān)心的問(wèn)題。

現(xiàn)代的電力配電自動(dòng)化管理系統(tǒng)均建立在當(dāng)前發(fā)達(dá)的通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的全面檢測(cè)和管理，大大保證了用戶(hù)的用電質(zhì)量。電力配電自動(dòng)化系統(tǒng)還具備監(jiān)控作用，在各行業(yè)都發(fā)揮著重要的作用。現(xiàn)代電力配電自動(dòng)系統(tǒng)主要分為系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制、電能質(zhì)量監(jiān)視和分析、功率因數(shù)監(jiān)視和控制、高精度電能計(jì)算、電能消耗統(tǒng)計(jì)和分析、預(yù)防性電氣火災(zāi)監(jiān)視、報(bào)警和事件管理和用戶(hù)管理[4]?，F(xiàn)代電力配電自動(dòng)系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性，能同時(shí)與其他系統(tǒng)和智能設(shè)備聯(lián)用。

2 國(guó)外配電自動(dòng)化的發(fā)展概述

電力配電自動(dòng)化技術(shù)首先是出現(xiàn)在國(guó)外工業(yè)化的國(guó)家，因此國(guó)外電力配電自動(dòng)化技術(shù)和相關(guān)系統(tǒng)的建立都已經(jīng)非常成熟，進(jìn)入了第三階段的穩(wěn)定時(shí)期。如今國(guó)外的配電自動(dòng)化已經(jīng)在研究和應(yīng)用上都獲得了不少成果，如將配電自動(dòng)化全面推向多島自動(dòng)化，讓配電自動(dòng)系統(tǒng)具備更好的開(kāi)放性和綜合性；并提升了配電自動(dòng)化系統(tǒng)的管理水平，讓其更適合市場(chǎng)的需求。

目前，只有英國(guó)、美國(guó)和日本已經(jīng)進(jìn)入了真正意義的上配電自動(dòng)化時(shí)代，最大限度提升了配電的可靠性、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。以日本九州為例，其配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分，即讀入變電站和繼電器信息的SV/TM裝置，監(jiān)視控制配電線(xiàn)和遠(yuǎn)程遙控開(kāi)發(fā)裝置以及對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[5]。為進(jìn)一步加大九州全區(qū)的配電自動(dòng)化，在城市使用專(zhuān)用的通信線(xiàn)的脈沖編碼方式，在郊區(qū)使用配電線(xiàn)載波的頻譜擴(kuò)散方式。需要注意的是，九州電力公司將配電自動(dòng)系統(tǒng)與氣象信息系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)合，使之能在輔助因?yàn)樘鞖庠蛟斐纱笠?guī)模地區(qū)停電之后的修復(fù)工作。這對(duì)于我國(guó)沿海地區(qū)是非常具有借鑒意義的。

在次發(fā)達(dá)國(guó)家中，韓國(guó)的配電自動(dòng)化較為典型。由于韓國(guó)的配電網(wǎng)電壓為22.9kV，具有配電線(xiàn)路長(zhǎng)、分段多、輸送容量大的特點(diǎn)，在客觀(guān)上要求韓國(guó)盡早實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化。所以，韓國(guó)的配電自動(dòng)化是由國(guó)家組織統(tǒng)一進(jìn)行。韓國(guó)的配電自動(dòng)化分為三種模式，即小規(guī)模DAS、大規(guī)模DAS和單服務(wù)器型大規(guī)模DAS。目前，韓國(guó)的配電自動(dòng)技術(shù)已經(jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)光纖普及，大大提升了配電自動(dòng)系統(tǒng)的通信技術(shù)的信息傳輸能力。韓國(guó)在進(jìn)行配電自動(dòng)化建設(shè)時(shí)，非常注重技術(shù)經(jīng)濟(jì)的投資回報(bào)，注重自主研發(fā)技術(shù)。因此其配電自動(dòng)系統(tǒng)中使用的高級(jí)應(yīng)用程序并不多，但具有操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)使用、安全性高的特點(diǎn)。

發(fā)展中國(guó)家的配電自動(dòng)化大多數(shù)處于第一階段和第二階段。部分國(guó)家的電力工業(yè)非常落后，日常的電力供應(yīng)都存在問(wèn)題。為保證本國(guó)的電力的逐步發(fā)展并降低網(wǎng)損，需要該國(guó)根據(jù)本國(guó)的國(guó)情制定出綜合性強(qiáng)的配電自動(dòng)化發(fā)展計(jì)劃。而另一部分已經(jīng)具備良好電力基礎(chǔ)的國(guó)家，則注重發(fā)展配電自動(dòng)系統(tǒng)的兼容性和功能性，進(jìn)一步降低配電自動(dòng)化的運(yùn)行成本并提升經(jīng)濟(jì)收益，同時(shí)也保證各區(qū)域人們的用電質(zhì)量。

3 國(guó)內(nèi)電力配電自動(dòng)化的現(xiàn)狀及問(wèn)題

3.1 國(guó)內(nèi)電力配電自動(dòng)化的現(xiàn)狀

（1）我國(guó)電力配電自動(dòng)化已經(jīng)達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：實(shí)現(xiàn)電力配電全面自動(dòng)化一直是我國(guó)電力行業(yè)致力實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，國(guó)家相關(guān)部門(mén)也對(duì)其投入了大量的人力、物力和財(cái)力。加強(qiáng)了CC-2000，SD-6000和OPEN-2000在配電自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中的使用質(zhì)量[6]。使這三種系統(tǒng)能夠在不同的環(huán)境中提供兩種數(shù)據(jù)的采集方式，讓配電自動(dòng)化系統(tǒng)與其所使用的技術(shù)更加的契合、靈活、安全和可靠。

（2）對(duì)配電自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)程度有待提升：全面實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化已經(jīng)成為全世界國(guó)家電力的發(fā)展目標(biāo)，其發(fā)展趨勢(shì)逐步呈現(xiàn)功多樣化、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)。由于各國(guó)的國(guó)情不一樣，因此一些國(guó)家致力于自主開(kāi)發(fā)配電自動(dòng)化技術(shù)，以提升本國(guó)的配電自動(dòng)化程度，如韓國(guó)。但我國(guó)配電自動(dòng)化技術(shù)大多數(shù)是引進(jìn)國(guó)外，自主研發(fā)創(chuàng)新能力并不強(qiáng)，配電自動(dòng)化系統(tǒng)的市場(chǎng)化、數(shù)字化均需要進(jìn)一步的發(fā)展。

（3）我國(guó)配電自動(dòng)系統(tǒng)中的新技術(shù)應(yīng)用情況良好：電力配電自動(dòng)化最終是會(huì)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化線(xiàn)性控制，通過(guò)多種自動(dòng)化技術(shù)的協(xié)調(diào)和非線(xiàn)性的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)全面配電自動(dòng)化。所以，配電自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的新技術(shù)程度是非常重要的。在我國(guó)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電器設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)控技術(shù)、對(duì)供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)保護(hù)技術(shù)和GPS智能控制技術(shù)。

3.2 國(guó)內(nèi)電力配電自動(dòng)化的問(wèn)題

（1）配電管理體系有待完善：目前我國(guó)的配電管理系統(tǒng)的問(wèn)題主要體現(xiàn)在對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)能力不足方面，對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)力不足和信息系統(tǒng)的集成化和功能綜合度不夠[7]。電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)工作一直是電力系統(tǒng)運(yùn)行成本中的一個(gè)主要部分，如果專(zhuān)門(mén)建立一套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將進(jìn)一步加大電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本。但如果在配電系統(tǒng)中多加一個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)電能功能，就能大大的降低運(yùn)行成本。

市場(chǎng)的需求在不斷變化的，因此配電自動(dòng)化的程度也應(yīng)該不斷的提升以滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求。在當(dāng)前市場(chǎng)中，負(fù)荷量的隨機(jī)性和預(yù)測(cè)的難度逐步增大，這將影響到分時(shí)電價(jià)和實(shí)時(shí)電價(jià)收費(fèi)制度的推廣，進(jìn)而影響到我國(guó)網(wǎng)損的控制與降低目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[8]。不同的用電質(zhì)量應(yīng)搭配不同的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到逐步優(yōu)化市場(chǎng)，利益最大化的目的。而這需要建立在電網(wǎng)故障的及時(shí)恢復(fù)和電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重構(gòu)。

我國(guó)配電自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)信息系統(tǒng)集成化和功能綜合度不夠，主要體現(xiàn)在對(duì)用戶(hù)信息無(wú)法進(jìn)行全面的分析，其主要功能用于收繳電費(fèi)，了解該地區(qū)的電量負(fù)荷狀況。各自動(dòng)化技術(shù)沒(méi)有形成很好的集成，每個(gè)技術(shù)功能還是相對(duì)獨(dú)立的。如此很容易造成自動(dòng)化技術(shù)的重疊，增加配電自動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

（2）需進(jìn)一步推動(dòng)配電自動(dòng)化發(fā)展：當(dāng)前我國(guó)配電自動(dòng)化的問(wèn)題仍存在可靠性和反應(yīng)度不高、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較低和自動(dòng)化終端的綜合性不強(qiáng)。高質(zhì)量的配電自動(dòng)系統(tǒng)不僅能保證供電質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)供電系統(tǒng)中的故障并作出診斷、隔離和修復(fù)，還應(yīng)該減低停電的次數(shù)和時(shí)間，快速分辨出重要客戶(hù)，優(yōu)先恢復(fù)其用電。當(dāng)前使用的配電自動(dòng)系統(tǒng)SCADA應(yīng)該能對(duì)用戶(hù)進(jìn)行精準(zhǔn)、靈敏、可靠的監(jiān)測(cè)，最大限度減少停電時(shí)間和停電次數(shù)，以滿(mǎn)足不斷提升的市場(chǎng)要求。但目前電力公司并沒(méi)有就其功能進(jìn)行全面的開(kāi)發(fā)與使用。自動(dòng)化終端系統(tǒng)的綜合性不強(qiáng)主要表現(xiàn)其功能單一，主要用于電量的監(jiān)測(cè)這類(lèi)基本的功能。對(duì)于其應(yīng)該具備的實(shí)時(shí)電價(jià)發(fā)布、電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)、故障記錄和儀表功能仍需要進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)。

4 電力配電自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 配電方式實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備

我國(guó)城市的供電網(wǎng)主要為電纜網(wǎng)，農(nóng)村以架空線(xiàn)的方式為主。供電方式主要有電源線(xiàn)、電路開(kāi)關(guān)設(shè)備和網(wǎng)架三部分組成[9]。這樣的配電方式雖然能夠組成多種供電方式，但同時(shí)也增加了電源開(kāi)發(fā)設(shè)備的重復(fù)設(shè)置和網(wǎng)架的重疊。但配電方式實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備就能很好的解決上述問(wèn)題。根據(jù)區(qū)域用電的情況，采用以電源為核心，建立環(huán)網(wǎng)供電方式，實(shí)現(xiàn)從電源直接連接供電區(qū)域的目的。

4.2 遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備

遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)是通過(guò)FTU和TTU來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電區(qū)域的變電器和線(xiàn)路開(kāi)關(guān)的監(jiān)控。遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)具有良好的安全性和可靠性，但要設(shè)計(jì)出一個(gè)符合當(dāng)?shù)赜秒娨笄夷鼙ＷC不間斷的對(duì)電源實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的程序是非常難的。但加快數(shù)字化變電站的建設(shè)，并加大二次設(shè)備的投入使用，就能將實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合在一切，大大提升整個(gè)電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。

4.3 通信技術(shù)和設(shè)備的多樣化和靈活性得到提升

前文已經(jīng)介紹到，配電自動(dòng)化是建立當(dāng)前發(fā)達(dá)的通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的。在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，主站與子站、主站與現(xiàn)場(chǎng)單位、子站與現(xiàn)場(chǎng)單元、子站與子站之間、現(xiàn)場(chǎng)單元與現(xiàn)場(chǎng)單元之間都需要通信技術(shù)來(lái)完成信息傳輸[10]。不同區(qū)域針對(duì)用電質(zhì)量的不同，其通信方式也不一樣。但隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，其傳輸數(shù)據(jù)量和速度都會(huì)大幅度提升。這必然會(huì)影響配電自動(dòng)化的發(fā)展。以太網(wǎng)技術(shù)作為目前數(shù)據(jù)傳輸量和傳輸最快的技術(shù)，以其為標(biāo)準(zhǔn)，將變電站信息模型標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)信息共享是完全可行的。

4.4 管理主站和軟件多功能的高度集成

目前配電自動(dòng)化管理主站的功能主要為SCADA實(shí)時(shí)監(jiān)控、GIS在線(xiàn)管理和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析。這些功能都為該系統(tǒng)的基本功能，仍具備進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的空間。隨著配電自動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)放性和兼容性逐步提升，其異構(gòu)系統(tǒng)的跨平臺(tái)接口、子系統(tǒng)的無(wú)縫集成都將實(shí)現(xiàn)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)配電管理主站多種功能一體化，多種軟件功能的高度集成。

4.5 全面智能化的發(fā)展

智能化是自動(dòng)化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的最理想狀態(tài)，也是全世界各國(guó)爭(zhēng)相研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。當(dāng)配電自動(dòng)化全面實(shí)現(xiàn)智能化，必然會(huì)具備可觀(guān)測(cè)性，可控制性，自適應(yīng)性，實(shí)時(shí)分析性，自適應(yīng)性，自愈性。它將配電自動(dòng)化引入一個(gè)新的時(shí)代，更為精確的保證用電質(zhì)量，分析實(shí)時(shí)用電信息，還具備自我修復(fù)和預(yù)判故障的能力，在任何環(huán)境中都能夠發(fā)揮應(yīng)有的效果。當(dāng)配電自動(dòng)化全面實(shí)現(xiàn)智能化，電網(wǎng)運(yùn)行的人工成本將達(dá)到最低，其運(yùn)行系統(tǒng)也將更加的復(fù)雜。

5 結(jié)論

電力配電自動(dòng)化已經(jīng)成為電力發(fā)展的主要目標(biāo)和趨勢(shì)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，配電自動(dòng)系統(tǒng)也將多功能化和全面化。未來(lái)電力配電自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)必將會(huì)以全面智能化、多功能高度集為主要特點(diǎn)。它也將給用戶(hù)帶來(lái)更好的客戶(hù)體驗(yàn)，更好的提升電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效果和社會(huì)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬潤(rùn).配電自動(dòng)化相關(guān)問(wèn)題探討[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2015（35）：83-84.

[2]邢峰，劉秀林.電力供配電系統(tǒng)自動(dòng)化控制發(fā)展趨勢(shì)分析[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（14）：191.

[3]劉兆瑞，李航，張興波.淺談自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2013（10）：1-3.

[4]曲毅，魏震波，向月，劉俊勇，劉洋，李成鑫.智能電網(wǎng)配電自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2013（05）：56-60.

[5]戴暉.國(guó)外配電自動(dòng)化技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)的探討[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（01）：136-137.

[6]彭史文.淺談國(guó)內(nèi)配電自動(dòng)化的現(xiàn)狀和趨勢(shì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（01）：90.