淺析我國(guó)配電自動(dòng)化的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
摘要：配電自動(dòng)化技術(shù)是利用現(xiàn)代電子、計(jì)算機(jī)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要配電技術(shù)，也是一個(gè)復(fù)雜性與綜合性極高的系統(tǒng)工程。目前，全國(guó)有近百個(gè)城市的供電企業(yè)實(shí)施了各具特色的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，取得了初步成績(jī)。但是，要解決我國(guó)配電自動(dòng)化中的技術(shù)難點(diǎn)仍然任重而道遠(yuǎn)。本文介紹了有關(guān)配電自動(dòng)化的幾個(gè)概念，簡(jiǎn)述了我國(guó)配電自動(dòng)化的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)對(duì)配電自動(dòng)化的難點(diǎn)與問(wèn)題進(jìn)行了分析，淺議了我國(guó)今后配電網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)注重的幾個(gè)問(wèn)題。
關(guān)鍵字：配電自動(dòng)化，發(fā)展趨勢(shì)，配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)
自從市場(chǎng)化改革以來(lái)，如何使我國(guó)配電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)發(fā)展成一個(gè)開(kāi)放、公平的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)，已成為電力高科技產(chǎn)業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。因此建立合理可靠、公平競(jìng)爭(zhēng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)其他環(huán)節(jié)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。配電領(lǐng)域的技術(shù)性能不足，大面積使用陳舊的設(shè)備，導(dǎo)致電力事故頻繁發(fā)生，造成一些設(shè)備損壞，嚴(yán)重的危及人身安全，直接影響到了我國(guó)人民生活和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的正常發(fā)展。
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和電力市場(chǎng)的建設(shè)，大規(guī)模的配電網(wǎng)已經(jīng)步入正軌。以此帶來(lái)的是設(shè)備使用量的大幅度增加，供電設(shè)備的可靠性也有了明顯的提升。隨著城市電網(wǎng)改造的不斷深入和配電網(wǎng)自動(dòng)化試點(diǎn)及不斷投運(yùn)，全國(guó)目前有近百個(gè)城市的供電企業(yè)實(shí)施了各具特色的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，取得了初步成績(jī)。同時(shí)也還有許多問(wèn)題有待解決。因此，我國(guó)配電自動(dòng)化的發(fā)展就成為了電力市場(chǎng)建設(shè)的重要組成部分。
配電網(wǎng)自動(dòng)化內(nèi)容包括配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、變電站自動(dòng)化、饋線(xiàn)的故障定位和隔離、自動(dòng)恢復(fù)供電、負(fù)荷控制、最低銅損、電壓無(wú)功優(yōu)化、地理信息系統(tǒng)、變電配電和綜合用電管理信息系統(tǒng)、負(fù)荷管理、遠(yuǎn)方自動(dòng)讀表、計(jì)費(fèi)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)分析和優(yōu)化工作管理系統(tǒng)、配電投資系統(tǒng)等。配電自動(dòng)化是一個(gè)復(fù)雜性、綜合性很高的系統(tǒng)工程。包括電力企業(yè)與配電有關(guān)的全部功能數(shù)據(jù)流和控制配電網(wǎng)自動(dòng)化，涉及計(jì)算機(jī)、通信、電子、網(wǎng)絡(luò)、地理信息、開(kāi)關(guān)、電源等多項(xiàng)技術(shù)。各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展都會(huì)對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展起到促進(jìn)與推動(dòng)作用。另外配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的合理投入分配也應(yīng)引起重視。
一、配電自動(dòng)化目前存在的幾個(gè)問(wèn)題
配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)是配電網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，但實(shí)施配電網(wǎng)自動(dòng)化過(guò)程中仍面臨解決一些技術(shù)難點(diǎn)問(wèn)題。由于城市規(guī)劃與電力的條塊分割,形成了不相適應(yīng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu),使配電網(wǎng)規(guī)劃及發(fā)展不適應(yīng)城市的需求,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
1.配電網(wǎng)絡(luò)電源點(diǎn)落后于城市建設(shè)的發(fā)展。
2.改革開(kāi)放以來(lái),城市建設(shè)速度迅速,負(fù)荷增長(zhǎng)率高,但電力配套建設(shè)不及時(shí),輸電線(xiàn)半徑小,線(xiàn)路長(zhǎng),瓶頸效應(yīng)比較突出,出現(xiàn)卡脖子現(xiàn)象嚴(yán)重,電能輸不出去,往往因此而引起停電事故。
3.出線(xiàn)通道影響與城市規(guī)劃不相適應(yīng)。
4.早期建設(shè)的線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)細(xì)、年久失修,高能耗設(shè)備多,線(xiàn)損率高,由于導(dǎo)線(xiàn)半徑小及無(wú)功缺額較大,合線(xiàn)損損耗大,個(gè)別地區(qū)配電網(wǎng)損耗達(dá)到30%,一般地區(qū)在l5%～20%,造成能源大量浪費(fèi)和環(huán)境污染。
5.供電不可靠因素增大,由于配電網(wǎng)投資不足,設(shè)備老化和技術(shù)性能低劣,供電事故頻繁。
6.電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)接點(diǎn)較多。
7.城市電網(wǎng)改造涉及面廣,要求較高,停電難度大。
因此,城市配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是一項(xiàng)綜合性的工程,最基本的條件是應(yīng)具有較為完善的多路電源的配電網(wǎng)點(diǎn),具有較好的城市規(guī)劃及電源路徑的分布,有較為可靠的一次、二次設(shè)備。
二、配電網(wǎng)自動(dòng)化問(wèn)題解決措施
配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展是電力發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物,隨著電力市場(chǎng)及用電水平的提高,配電網(wǎng)面臨著一場(chǎng)新的改革和發(fā)展,配電網(wǎng)自動(dòng)化將進(jìn)一步得到完善。但是配電網(wǎng)自動(dòng)化在中國(guó)仍然是一種因發(fā)展而新出的事物,必須采取科學(xué)的態(tài)度,實(shí)事求是的原則,加強(qiáng)我國(guó)配電網(wǎng)自動(dòng)化的研究,因地制宜地進(jìn)行配電網(wǎng)的改造。
1.分析地區(qū)配電網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用情況,找出本地區(qū)配電網(wǎng)存在的技術(shù)方案問(wèn)題,本著實(shí)事求是立足國(guó)情和網(wǎng)情的原則。
2.配電網(wǎng)自動(dòng)化是一項(xiàng)綜合性工程,涉及的專(zhuān)業(yè)多,規(guī)劃性強(qiáng)的系統(tǒng),應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)、城市配網(wǎng)的規(guī)化進(jìn)行,避免盲目。
3.配網(wǎng)自動(dòng)化方案是自動(dòng)化的核心,在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析，國(guó)外配電網(wǎng)與國(guó)內(nèi)在很大程度上不盡相同,應(yīng)有所區(qū)別,吸取精華,適合國(guó)情、地情、網(wǎng)情。
4.配電設(shè)備的使用面廣、量大、運(yùn)行環(huán)境較為嚴(yán)酷,設(shè)備選擇應(yīng)符合當(dāng)前配電網(wǎng)形勢(shì)要求,具有高度可靠性和優(yōu)越的技術(shù)性能。并以真空開(kāi)關(guān)為主,免維護(hù)周期長(zhǎng),二次保護(hù)和控制設(shè)備具有可靠牲,抗干擾能力及適合戶(hù)外高溫和低溫等較為嚴(yán)酷的運(yùn)行環(huán)境,應(yīng)具有遠(yuǎn)方通訊的接口。自動(dòng)化程度高,一次開(kāi)關(guān)設(shè)備與二次保護(hù)裝置能良好地配合,能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)隔離故障,恢復(fù)正常供電的能力,具有就地和遙控功能。
5.遠(yuǎn)方通訊是自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù),RTU要符合配電網(wǎng)使用,分布(散)式,單點(diǎn)的特點(diǎn)：通訊方式應(yīng)選擇合理,通訊功能強(qiáng),誤碼率小,速度快,符合遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。
6.計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā),首先選擇具有開(kāi)放、兼容的操作平臺(tái),對(duì)各種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)具有聯(lián)接功能，地理信息應(yīng)實(shí)時(shí)地反應(yīng)配電系統(tǒng)的潮流及負(fù)荷情況,對(duì)事故記錄及信息反饋,可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制、遠(yuǎn)方抄表、設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)及規(guī)劃、無(wú)功優(yōu)化的理論計(jì)算等。計(jì)算機(jī)軟件功能是配電系統(tǒng)自動(dòng)化的核心，好的軟件可充分體現(xiàn)出技術(shù)和自動(dòng)化的水平,應(yīng)充分比較。
7.配電網(wǎng)的工程設(shè)施應(yīng)有計(jì)劃地分期、分批實(shí)施。應(yīng)確定配電網(wǎng)絡(luò)的基本條件,導(dǎo)線(xiàn)截面、輸送容量、線(xiàn)路走向及用戶(hù)的基本條件。先采用具有自動(dòng)化功能的一次開(kāi)關(guān)設(shè)備和二次保護(hù)監(jiān)控設(shè)備完成自動(dòng)送電、故障自動(dòng)分閘和隔離故障功能,能做到隔離和區(qū)分故障點(diǎn)。在條件具備時(shí),再投入通訊和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，避免走彎路，資金投入可以分批實(shí)施。
三、為配電自動(dòng)化搭建配電網(wǎng)絡(luò)
1.改變傳統(tǒng)的投資體制，形成多元的輸電網(wǎng)絡(luò)
投資主體在改革以前的垂直一體化結(jié)構(gòu)下。電網(wǎng)投資和電源投資統(tǒng)一由一體化的電力公司規(guī)劃，但在“重電源、輕電網(wǎng)”指導(dǎo)思想下，電網(wǎng)投資遠(yuǎn)落后于電源的投資。而在市場(chǎng)化改革后，廠(chǎng)網(wǎng)分離，解決電網(wǎng)投資尤其是輸電網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)投資不足更沒(méi)有得到有效解決。為此，在國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)公司作為網(wǎng)絡(luò)主要建設(shè)者之外，可以引進(jìn)商業(yè)輸電投資模式。
2.改革輸配電體制，建立有效的輸電定價(jià)模式
近幾年來(lái)，我國(guó)電力行業(yè)從生產(chǎn)過(guò)剩到電力短缺再到生產(chǎn)過(guò)剩，似乎難于走出這種“怪圈”，其主要的原因是，我國(guó)的電力體制改革不到位，壟斷體制造成建造成本居高不下，沒(méi)有形成一個(gè)合適的輸電電價(jià)機(jī)制，輸電價(jià)格沒(méi)有提供一個(gè)正確的地區(qū)信號(hào)。不能正確引導(dǎo)電源投資和消費(fèi)者進(jìn)行有效的區(qū)域選擇。為此，可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)定價(jià)原理，設(shè)計(jì)能反映區(qū)域信號(hào)，并體現(xiàn)網(wǎng)路外部性和線(xiàn)路損失的輸電定價(jià)模式。協(xié)調(diào)電源和網(wǎng)路建設(shè)，平衡電力需求和供給。
3.加強(qiáng)輸電網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)．提高電力網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性
目前我國(guó)部分區(qū)域電網(wǎng)主干網(wǎng)架薄弱，跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)系薄弱，地區(qū)間聯(lián)絡(luò)線(xiàn)容量不足，導(dǎo)致了電網(wǎng)穩(wěn)定水平偏低，制約了電力輸送，降低了電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性，無(wú)法滿(mǎn)足跨區(qū)交易的需求，限制了聯(lián)網(wǎng)效益的發(fā)揮。因此，輸電網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展對(duì)于增加我國(guó)電力的區(qū)域交易，促進(jìn)電力資源的合理流動(dòng)，增強(qiáng)輸電網(wǎng)絡(luò)的安全，有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
4.擴(kuò)大輸電網(wǎng)絡(luò)，抑制發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)市場(chǎng)力，提高電力競(jìng)爭(zhēng)
目前我國(guó)電力市場(chǎng)結(jié)構(gòu)主要特征是政府通過(guò)制度安排在發(fā)電側(cè)形成了寡頭壟斷市場(chǎng)。五大發(fā)電集團(tuán)合計(jì)總?cè)萘考s占了全國(guó)發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?0％。區(qū)域電力市場(chǎng)內(nèi)輸電線(xiàn)路的傳輸能力限制了電力市場(chǎng)的地理范圍，目前許多省級(jí)地域范圍內(nèi)電力供應(yīng)由某一發(fā)電集團(tuán)壟斷，在輸電范圍內(nèi)有較強(qiáng)的市場(chǎng)力。擴(kuò)大輸電網(wǎng)絡(luò)，引入其它發(fā)電商的競(jìng)爭(zhēng)，有利于提高當(dāng)?shù)氐碾娏κ袌?chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)程度，減少當(dāng)?shù)匕l(fā)電商的市場(chǎng)力。
四、配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)
1.配電網(wǎng)自動(dòng)化功能框架。
國(guó)際供電會(huì)議(CIGRED)將配電自動(dòng)化功能劃分為四組：電網(wǎng)運(yùn)行、運(yùn)行計(jì)劃及其優(yōu)化、維修管理、用戶(hù)聯(lián)系和控制。在上述主功能組的基礎(chǔ)上，再分若干功能，奠定了配電自動(dòng)化系統(tǒng)的主功能框架。需要強(qiáng)調(diào)的是數(shù)據(jù)管理本身并不是配電自動(dòng)化的功能，但是，所有的功能都包含在數(shù)據(jù)管理內(nèi)，要實(shí)現(xiàn)龐大復(fù)雜的眾多功能必須依靠數(shù)據(jù)管理來(lái)完成。
2.配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行
電力市場(chǎng)的不斷完善迫使電力企業(yè)以效益為目標(biāo)，把工作中心轉(zhuǎn)移到效率管理、降低成本和為用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)上。這使得供電企業(yè)必須不斷地分析電網(wǎng)的運(yùn)行性能、制定電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的方案。配電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行主要包括：無(wú)功補(bǔ)償、提高供電質(zhì)量、降低線(xiàn)損、設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)。其中，供電質(zhì)量包含安全性、電壓合格率、頻率合格率、供電可靠性和用戶(hù)對(duì)停電、收費(fèi)、服務(wù)的意見(jiàn)。
3.集成化、智能化、綜合化。
早期配電自動(dòng)化的實(shí)施采用發(fā)展獨(dú)立的、單項(xiàng)自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)解決問(wèn)題，由于配電自動(dòng)化的功能之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)，其中大部分要求很難滿(mǎn)足，且還無(wú)法克服在擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模時(shí)確認(rèn)所需投資的合理性所遇到的困難。另外，配電自動(dòng)化系統(tǒng)包含眾多的設(shè)備和子系統(tǒng)，各功能、子系統(tǒng)之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)，其本身及其所用技術(shù)又處于不斷發(fā)展之中。這就要求配電自動(dòng)化系統(tǒng)采用全面解決的方案，走系統(tǒng)集成之路，使得各種應(yīng)用之間可共享投資和運(yùn)行費(fèi)用，最大限度保護(hù)用戶(hù)原有的投資。在饋線(xiàn)自動(dòng)化方面，現(xiàn)有饋線(xiàn)終端設(shè)備不僅具有常規(guī)的遙測(cè)和遙控功能，還集成了斷路器的監(jiān)視功能，且有進(jìn)一步與斷路器、開(kāi)關(guān)相結(jié)合，機(jī)電一體化，發(fā)展成為智能化開(kāi)關(guān)的趨勢(shì)故障定位和自動(dòng)恢復(fù)送電可以明顯地縮短停電時(shí)間。為了有效地解決這一問(wèn)題，必須以數(shù)字式繼電保護(hù)、饋線(xiàn)自動(dòng)化、DMS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，輔以其他技術(shù)和管理措施。
4.配電數(shù)字通信高速發(fā)展
自1997年的英國(guó)Norweb通信公司與加拿大Nortel公司聯(lián)合取得電力線(xiàn)通信技術(shù)重大突破以來(lái)，配電線(xiàn)數(shù)字通信技術(shù)(DigitalPowerLineDPL)又有了新的進(jìn)展。目前最新的由西班牙DS2公司開(kāi)發(fā)研制的電力線(xiàn)調(diào)制解調(diào)芯片的傳輸速率已經(jīng)達(dá)到了45Mbit／s。該芯片采用了一種稱(chēng)之為正交頻分服用OFDM(orthogonalfrequencydivisionmutiplex)的多載波調(diào)制、高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。其最大特點(diǎn)是傳輸速率高，對(duì)碼間干擾和信道衰落具有很強(qiáng)的抗御能力。采用OFDM的數(shù)字配電線(xiàn)通信技術(shù)已基本成熟，配電線(xiàn)通信下一步將向構(gòu)件配電線(xiàn)數(shù)字通信網(wǎng)方向發(fā)展實(shí)現(xiàn)配電線(xiàn)數(shù)字通信網(wǎng)的技術(shù)關(guān)鍵是數(shù)據(jù)高速傳輸及網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。根據(jù)理論分析，采用OFDM技術(shù)的通信芯片可支持最大為1000Mbit／s的傳輸速率，完全滿(mǎn)足寬帶傳輸?shù)囊蟆?shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，著重解決配電線(xiàn)通信隔離設(shè)備，在可靠安全供電的同時(shí)，將數(shù)據(jù)信號(hào)從配電線(xiàn)中分離出來(lái)，并保證數(shù)據(jù)的私密性，隔離相鄰住宅或電氣設(shè)備無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)，阻斷本地網(wǎng)與外網(wǎng)的連接。配電網(wǎng)中配電變壓器其電感作用，對(duì)高頻信號(hào)衰耗非常大。因此，研究和解決高頻信號(hào)跨越配電變壓器也是構(gòu)建配電數(shù)字通信網(wǎng)急待解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
5.電能質(zhì)量成為關(guān)注熱點(diǎn)
電能質(zhì)量定義為：導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差。電能質(zhì)量與一般產(chǎn)品質(zhì)量不同，有以下兩方面特點(diǎn)：一是不完全取決于電力生產(chǎn)企業(yè)；二是對(duì)于不同的供電點(diǎn)和不同的供電時(shí)刻，電能質(zhì)量指標(biāo)往往是不同的。電能質(zhì)量的特點(diǎn)說(shuō)明，電能質(zhì)量問(wèn)題涉及面廣，與供用電雙方密切相關(guān)，不能用常規(guī)的方法進(jìn)行衡量。采用專(zhuān)用的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使用電能質(zhì)量補(bǔ)償設(shè)備局部進(jìn)行補(bǔ)償僅是解決電能質(zhì)量問(wèn)題的一個(gè)方法。因而，開(kāi)發(fā)具備電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)：分析、控制補(bǔ)償?shù)男滦团潆娮詣?dòng)化系統(tǒng)已成為配電自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)新的方向，需發(fā)展以下新的監(jiān)測(cè)技術(shù)。
總之，隨著我國(guó)配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)將加大電力建設(shè)的力度，在未來(lái)的一段時(shí)期內(nèi)，開(kāi)放、平穩(wěn)可靠、高性能的配電網(wǎng)目標(biāo)將在各地逐步實(shí)現(xiàn)�！ �
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