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2018

淺談電力配電自動化的發展趨勢

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自從人類開始進入電氣時代，對于電力的依賴和用電質量的要求都越來越高。隨著自動化、智能化技術的發展與普及，將之應用在電力配電工程中，已經成為電力事業必然的發展趨勢。電力配電自動化可以說試將電力配電管理引入一個新的時代，在不斷提升用戶質量的同時，也加大電力配電事業的社會效益和經濟效益的實現。

1 電力配電自動化的概述

1.1 電力配電自動化的概念

電力配電自動化是一項集合了計算機技術、數據傳輸、遠程/自動控制技術、現代化設備和管理的現代信息管理系統[1]。電力配電自動化能有效提升供電質量和用戶體驗，同時降低電力運行的成本和對人工的依賴。如今在較為發達的國家中，電力配電自動化已經得到普及，并且已經具備一定的規模。

電力配電自動化的發展主要分為三個階段：

第一階段為自動化開關相互配合的階段。在這個階段的配電自動化設備主要分為重合器和分段器，整個自動化管理系統對網絡技術和計算機的依賴程度并不高。這階段的配電自動化主要體現在當供電系統出現故障時，能夠自動控制開關保證故障隔離，或恢復健全區域的供電。有效避免了電力系統故障造成的影響擴大。由于該階段的的自動化技術僅僅局限在自動重合器和備用電源自動投入裝置，所以整個配電自動化仍處于較為初級的一個階段。

第二階段的電力配電自動化是建立在通信網絡技術、饋線終端單元和后臺計算機網絡管理系統。這一階段的電力配電對自動化和智能化技術的應用程度較深。能夠全面檢測配電網的運行狀況，并通過遠程遙控改變其運行的方式。當配電網出現故障時，系統能夠及時察覺并做出診斷，同時采取有效的措施，防止故障進一步擴大。

第三階段是在第二階段的基礎上增加了自動控制系統。這一階段對計算機技術及網絡管理系統的依賴程度更高。在這個階段的電力配電自動化管理系統中，會有集配電網SCADA系統、配電地理信息系統、需方管理(DSM)、調度員仿真調度、故障呼叫服務系統和工作管理等，能全面實現變電所自動化、饋線分段開關測控、電容器組調節控制、用戶負荷控制和遠方抄表等140多項功能[3]。可以說，第三階段是電力配電自動化最為理想也最為完善的階段。

1.2 電力配電自動化的應用

自人們開始進入電氣時代，用電負荷量就一直呈現出持續增長的情況。隨著各種用電負載的情況不斷出現，用電質量已經成為用戶最為關心的問題。同時隨著環保理念的推廣與普及，如何在滿足用戶需求的同時實現節能減排，也成為電力行業所關心的問題。

現代的電力配電自動化管理系統均建立在當前發達的通訊技術和計算機技術上，實現了對電網運行的全面檢測和管理，大大保證了用戶的用電質量。電力配電自動化系統還具備監控作用，在各行業都發揮著重要的作用。現代電力配電自動系統主要分為系統運行監視和控制、電能質量監視和分析、功率因數監視和控制、高精度電能計算、電能消耗統計和分析、預防性電氣火災監視、報警和事件管理和用戶管理[4]。現代電力配電自動系統具有良好的開放性，能同時與其他系統和智能設備聯用。

2 國外配電自動化的發展概述

電力配電自動化技術首先是出現在國外工業化的國家，因此國外電力配電自動化技術和相關系統的建立都已經非常成熟，進入了第三階段的穩定時期。如今國外的配電自動化已經在研究和應用上都獲得了不少成果，如將配電自動化全面推向多島自動化，讓配電自動系統具備更好的開放性和綜合性;并提升了配電自動化系統的管理水平，讓其更適合市場的需求。

目前，只有英國、美國和日本已經進入了真正意義的上配電自動化時代，最大限度提升了配電的可靠性、社會效益和經濟效益。以日本九州為例，其配電自動化系統主要分為三個部分，即讀入變電站和繼電器信息的SV/TM裝置，監視控制配電線和遠程遙控開發裝置以及對信息數據進行全面分析的計算機系統[5]。為進一步加大九州全區的配電自動化，在城市使用專用的通信線的脈沖編碼方式，在郊區使用配電線載波的頻譜擴散方式。需要注意的是，九州電力公司將配電自動系統與氣象信息系統進行了結合，使之能在輔助因為天氣原因造成大規模地區停電之后的修復工作。這對于我國沿海地區是非常具有借鑒意義的。

在次發達國家中，韓國的配電自動化較為典型。由于韓國的配電網電壓為22.9kV，具有配電線路長、分段多、輸送容量大的特點，在客觀上要求韓國盡早實現配電自動化。所以，韓國的配電自動化是由國家組織統一進行。韓國的配電自動化分為三種模式，即小規模DAS、大規模DAS和單服務器型大規模DAS。目前，韓國的配電自動技術已經在全國范圍內實現光纖普及，大大提升了配電自動系統的通信技術的信息傳輸能力。韓國在進行配電自動化建設時，非常注重技術經濟的投資回報，注重自主研發技術。因此其配電自動系統中使用的高級應用程序并不多，但具有操作簡單、經濟使用、安全性高的特點。

發展中國家的配電自動化大多數處于第一階段和第二階段。部分國家的電力工業非常落后，日常的電力供應都存在問題。為保證本國的電力的逐步發展并降低網損，需要該國根據本國的國情制定出綜合性強的配電自動化發展計劃。而另一部分已經具備良好電力基礎的國家，則注重發展配電自動系統的兼容性和功能性，進一步降低配電自動化的運行成本并提升經濟收益，同時也保證各區域人們的用電質量。

3 國內電力配電自動化的現狀及問題

3.1 國內電力配電自動化的現狀

(1)我國電力配電自動化已經達到國際標準：實現電力配電全面自動化一直是我國電力行業致力實現的目標，國家相關部門也對其投入了大量的人力、物力和財力。加強了CC-2000，SD-6000和OPEN-2000在配電自動化系統當中的使用質量[6]。使這三種系統能夠在不同的環境中提供兩種數據的采集方式，讓配電自動化系統與其所使用的技術更加的契合、靈活、安全和可靠。

(2)對配電自動化技術的研發程度有待提升：全面實現配電自動化已經成為全世界國家電力的發展目標，其發展趨勢逐步呈現功多樣化、綜合性強的特點。由于各國的國情不一樣，因此一些國家致力于自主開發配電自動化技術，以提升本國的配電自動化程度，如韓國。但我國配電自動化技術大多數是引進國外，自主研發創新能力并不強，配電自動化系統的市場化、數字化均需要進一步的發展。

(3)我國配電自動系統中的新技術應用情況良好：電力配電自動化最終是會實現最優化線性控制，通過多種自動化技術的協調和非線性的控制來實現全面配電自動化。所以，配電自動化系統中所使用的新技術程度是非常重要的。在我國的配電自動化系統中，已經實現對變電器設備在線監控技術、對供電系統實時保護技術和GPS智能控制技術。

3.2 國內電力配電自動化的問題

(1)配電管理體系有待完善：目前我國的配電管理系統的問題主要體現在對電能質量的監測和評價能力不足方面，對市場的適應力不足和信息系統的集成化和功能綜合度不夠[7]。電能質量的監測和評價工作一直是電力系統運行成本中的一個主要部分，如果專門建立一套監測系統將進一步加大電力系統的運行成本。但如果在配電系統中多加一個自動監測電能功能，就能大大的降低運行成本。

市場的需求在不斷變化的，因此配電自動化的程度也應該不斷的提升以滿足市場的需求。在當前市場中，負荷量的隨機性和預測的難度逐步增大，這將影響到分時電價和實時電價收費制度的推廣，進而影響到我國網損的控制與降低目標的實現[8]。不同的用電質量應搭配不同的收費標準，以達到逐步優化市場，利益最大化的目的。而這需要建立在電網故障的及時恢復和電網網絡系統的重構。

我國配電自動化系統對信息系統集成化和功能綜合度不夠，主要體現在對用戶信息無法進行全面的分析，其主要功能用于收繳電費，了解該地區的電量負荷狀況。各自動化技術沒有形成很好的集成，每個技術功能還是相對獨立的。如此很容易造成自動化技術的重疊，增加配電自動系統的運行成本。

(2)需進一步推動配電自動化發展：當前我國配電自動化的問題仍存在可靠性和反應度不高、市場競爭力較低和自動化終端的綜合性不強。高質量的配電自動系統不僅能保證供電質量，及時發現供電系統中的故障并作出診斷、隔離和修復，還應該減低停電的次數和時間，快速分辨出重要客戶，優先恢復其用電。當前使用的配電自動系統SCADA應該能對用戶進行精準、靈敏、可靠的監測，最大限度減少停電時間和停電次數，以滿足不斷提升的市場要求。但目前電力公司并沒有就其功能進行全面的開發與使用。自動化終端系統的綜合性不強主要表現其功能單一，主要用于電量的監測這類基本的功能。對于其應該具備的實時電價發布、電能質量的監測、故障記錄和儀表功能仍需要進一步的開發。

4 電力配電自動化的發展趨勢

4.1 配電方式實現一次設備

我國城市的供電網主要為電纜網，農村以架空線的方式為主。供電方式主要有電源線、電路開關設備和網架三部分組成[9]。這樣的配電方式雖然能夠組成多種供電方式，但同時也增加了電源開發設備的重復設置和網架的重疊。但配電方式實現一次設備就能很好的解決上述問題。根據區域用電的情況，采用以電源為核心，建立環網供電方式，實現從電源直接連接供電區域的目的。

4.2 遠程管理系統實現二次設備

遠程管理系統是通過FTU和TTU來實現對配電區域的變電器和線路開關的監控。遠程管理系統具有良好的安全性和可靠性，但要設計出一個符合當地用電要求且能保證不間斷的對電源實現監控的程序是非常難的。但加快數字化變電站的建設，并加大二次設備的投入使用，就能將實時操作系統和實時數據庫結合在一切，大大提升整個電力系統的可靠性和安全性。

4.3 通信技術和設備的多樣化和靈活性得到提升

前文已經介紹到，配電自動化是建立當前發達的通信技術和網絡技術的。在配電自動化系統中，主站與子站、主站與現場單位、子站與現場單元、子站與子站之間、現場單元與現場單元之間都需要通信技術來完成信息傳輸[10]。不同區域針對用電質量的不同，其通信方式也不一樣。但隨著通信技術的不斷發展，其傳輸數據量和速度都會大幅度提升。這必然會影響配電自動化的發展。以太網技術作為目前數據傳輸量和傳輸最快的技術，以其為標準，將變電站信息模型標準化，實現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

目前配電自動化管理主站的功能主要為SCADA實時監控、GIS在線管理和電網經濟運行分析。這些功能都為該系統的基本功能，仍具備進一步開發的空間。隨著配電自動系統的開放性和兼容性逐步提升，其異構系統的跨平臺接口、子系統的無縫集成都將實現。進而實現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 全面智能化的發展

智能化是自動化與網絡技術相結合的最理想狀態，也是全世界各國爭相研究的一個重要領域。當配電自動化全面實現智能化，必然會具備可觀測性，可控制性，自適應性，實時分析性，自適應性，自愈性。它將配電自動化引入一個新的時代，更為精確的保證用電質量，分析實時用電信息，還具備自我修復和預判故障的能力，在任何環境中都能夠發揮應有的效果。當配電自動化全面實現智能化，電網運行的人工成本將達到最低，其運行系統也將更加的復雜。

5 結論

電力配電自動化已經成為電力發展的主要目標和趨勢。隨著網絡技術、通信技術和智能化技術的不斷發展，配電自動系統也將多功能化和全面化。未來電力配電自動化的發展趨勢必將會以全面智能化、多功能高度集為主要特點。它也將給用戶帶來更好的客戶體驗，更好的提升電網系統的經濟效果和社會效果。