电网配电自动化现状 发展趋势

配电网是电力系统发电、输电和配电(有时也称供电和用电)三大系统之一。电力公司通过配电网实现产品销售--向广大电力用户提供电能。1.配电自动化前景配电网自动化智能电网投资重中之重：配电网作为输配电系统的最后一个环节，其实现自动化的程度与供用电的质量和可靠性密切相关。配电自动化是智能电网的重要基础之一。从投资构成上我们预计，智能电网的投资构成上，配网自动化将占40%左右，是智能电网投资的重中之重。我国配网自动化处于初级阶段：配网自动化在我国处在起步阶段，国内城市配网馈线自动化率不足10%，目前国外配网自动化的比例达到60%-70%，国内仍刚刚开始试点，未来市场空间广阔。2.配电自动化简介配电自动化指：利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术与电力设备相结合，将配电网在正常及事故情况下的监测、保护、控制、计量和供电部门的工作管理有机地融合在一起，改进供电质量，与用户建立更密切更负责的关系，以合理的价格满足用户要求的多样性，力求供电经济性最好，企业管理更为有效。配电自动化是一个庞大复杂的、综合性很高的系统性工程，包含电力企业中与配电系统有关的全部功能数据流和控制。从保证对用户的供电质量，提高服务水平，减少运行费用的观点来看，配电自动化是一个统一的整体。2.1配电自动化包含以下4个方面：馈线自动化。馈线自动化完成馈电线路的监测、控制、故障诊断、故障隔离和网络重构。其主要功能有：运行状态监测、远方控制和就地自主控制、故障区隔离、负荷转移及恢复供电、无功补偿和调压等。变电站自动化。变电站自动化指应用自动控制技术和信息处理与传输技术，通过计算机硬软件系统或自动装置代替人工对变电站进行监控、测量和运行操作的一种自动化系统。变电站自动化以信号数字化和计算机通信技术为标志，进入传统的变电站二次设备领域，使变电站运行和监控发生了巨大的变化，取得显著的效益。变电站自动化的基本功能有：数据采集、数据计算和处理、越限和状态监视、开关操作控制和闭锁、与继电保护交换信息、自动控制的协调和配合、与变电站其他自动化装置交换信息和与调度控制中心或集控中心通信等项功能。变电站自动化技术是配电自动化的重点之一。配电管理系统。配电管理系统(DMS)是指用现代计算机、信息处理及通信等技术和相关设备对配电网的运行进行监视、管理和控制。它是配电自动化系统的神经中枢，整个配电自动化系统的监视、控制和管理中心。主要功能有：数据采集和监控(SCADA)、配电网运行管理、用户管理和控制、自动绘图/设备管理/地理信息系统(AM/FM/GIS)等。需求侧管理。通过一系列经济政策和技术措施，由供需双方共同参与的供用电管理。包含负荷管理、用电管理及需方发电管理等。需求侧管理的几个内容涉及电力供需双方，甚至与电力管理体制有关，必须通过立法和制订相应的规则，并最终由电力市场来调节。可以看到，电力的供需双方不仅仅是一种电力买卖关系，也是以双方利益为纽带的合作伙伴关系，在电力市场环境下，需求侧管理必将被重视。2.1.1馈线自动化采用就地、集中两种方式实现。其中，支线、幅射供电线路采用就地控制方式，局部范围内实现快速控制。配电主干环路采用集中控制的方式，通过主站系统协调，借助通信信息传输来实现控制a.电压型就地控制故障隔离和自动恢复送电由开关自身完成，不需要主站控制，因此在故障处理时对通信系统没有要求，所以投资省见效快；b.电流型集中控制采用配电自动化主站系统，加配电测控终端的方式实现。由终端设备检测电流以判别故障类型，故障信息传送到主站，由主站确定故障区段，然后由主站系统发遥控命令控制开关动作，完成故障隔离并恢复非故障区供电。c.光纤快速差动型(就地或集中)系统具备专用的保护信息通道，通过比较相连开关间流过的故障电流来快速隔离故障，可以通过主站，也可以通过局部范围内的通信共享来获取相关的信息来做出判断。2.1.2变电站自动化------数字化变电站a标准：IEC61850。为不同厂家的设备互联提供互操作性；实现“即插即用”，“一个世界、一种技术、一个标准”的目标。b数字化变电站“三层两网”架构（1）典型的过程层设备是远方I/O,智能传感器和控制器；（采集和执行）（2）间隔层装置包含各间隔控制、保护和监视单元；（功能实现）（3）变电站层设备由配有数据库的站级计算机、操作场所、远方通信接口等组成（远程操作、信息管理、高级应用）b数字化变电站发展趋势优点：1.改变了变电站建设模式--基建、扩展、维护容易2.一、二次融合--一次设备智能化、状态检修3.面向全站的保护和控制--多间隔保护和控制4.设备连接光纤化--电缆大大减少5.减少变电站集控室面积--二次设备小型化、标准化、集成化--二次设备可灵活布置6.全站高级应用--数据质量高，应用容易--各种功能共享统一的信息平台7.可采用电子式互感器--无CT饱和、CT开路、铁磁谐振等问题--绝缘结构简单、干式绝缘、免维护8.提升测量精度--数字信号传输和处理，无附加误差9.提高信息传输可靠性--通信自检和CRC校验--光纤通信无电磁兼容问题10.一、二次设备间无电联系--无传输过电压和两点接地等问题--一次设备电磁干扰不会传输到集控室2.1.3需求侧管理应用--------需求相应如果您是用电大户，参加需求响应程序可以帮助您：减少能源成本－在要求限电使用的特殊时期，您有能力减少或者全部切除负载，作为交换，供电公司可以为您的电费提供特殊折扣或奖励为什么供电公司提供需求响应程序：a限制发电机的能力，b限制传输的能力，c由于峰值需求的原因产生波动的市场价格，分析系统信息，确定参与项目的时机•减少负载或增加使用？（自动关闭非重要负载，在短期响应时间内得到最大程度的节省成本）„电力监控为您的电力系统的节能机会提供分析•了解电能消耗渠道和使用方式•通过优化使用和减少不必要的设备采购可以节省2～5％的运行成本•通过减少断电时间，可以节省10％或更多的生产成本和人力资源需求响应项目通过得到特殊的折扣或电气帐单的奖励为您减少电能成本，通过满足供电公司要求电能限制通知时，有能力切除部分或全部的负载。与供电公司一起，实现双赢3配电自动化系统的五种建设模式（1）3.1简易型1）系统简介简易型配电自动化系统是基于就地检测和控制技术的一种系统。它采用故障指示器获取配电线路上的故障信息，由人工现场巡视故障指示器翻牌信号获得故障定位，也可利用GSM等无线通信方式将故障指示信号上传到相关的主站，由主站来判断故障区段；在一次设备具备条件的情况下，采用重合器或配电自动开关，通过开关之间的时序配合就地实现故障的隔离和恢复供电。2）主要特点可不需要通信系统和主站而独立工作，结构简单，成本低、易于实施。3）适用范围适用于农村单辐射配电线路和城市中无专门通信条件区域的配电线路3.2实用型1）系统简介实用型配电自动化系统是利用多种通信手段（如光纤、载波、无线公网/专网等），以两遥（遥信、遥测）为主，并具备简单遥控功能的实时监测系统。它的主站具备基本的SCADA功能，对配电线路、开闭所、环网柜等的开关、断路器以及重要的配变等实现数据采集和监测，对部分具备条件的一次设备可实行遥控。根据配电终端数量或通信方式的需要，该系统可以增加配电子站（或通信汇接站）。在一些没有条件或没有必要实时监测的线路，依然可以采用简易型的配电自动化模式。该系统既可以是独立的配电监控系统，在有配调机构情况下也可做成调度和配电监控一体化的系统。2）主要特点结构比较简单、以监测为主、具备简单的控制功能，对通信系统要求不高，投资比较节约、实用性强。它主要为配电运行管理部门和配网调度服务。3）适用范围适用于中等规模配电网且已设立或准备设立配网调度机构的供电企业。3.3标准型1）系统简介标准型配电自动化系统是在实用型的基础上增加基于主站控制的馈线自动化功能（即FA：故障定位、隔离、恢复非故障区供电），有条件区域还可实现网络重构。它对通信系统要求较高，一般需要采用光纤通信，它还需要比较完善的配电一次网架且相关的配电设备具备电动操作机构和受控功能。该类型系统的主站具备完整的SCADA功能和FA功能，当配电线路发生故障时，通过主站和终端的配合实现故障区段的快速切除与自动恢复供电。它与上级调度自动化系统和配电GIS应用系统的实现互连，具备完整的配网模型和丰富的配电数据，因此可以支持基于全网拓扑的配电应用功能。它主要为配网调度服务，同时兼顾配电生产和运行管理部门的应用。2）主要特点系统结构完整、自动化程度较高，成本较高。3）适用范围适用于多电源、多分段的城市配网自动化建设，其中馈线自动化建议在新区或电缆化程度较高的区域里实施。3.4集成型1）系统简介集成型是在标准型的基础上扩展配电管理功能和综合应用功能，通过基于IEC61968标准的信息集成总线实现与各类相关实时系统和管理系统（如：生产管理系统、营销管理系统以及ERP系统）的接口，并具有配电网的高级应用分析软件功能。2）主要特点系统结构完整、自动化程度高、管理功能完善、运行方式灵活，投资较大。。3）适用范围适用于大中型城市较大规模、结构复杂的配网自动化建设；供电企业内部各类相关系统已经建立且应用比较成熟。3.5智能型1）系统简介智能型是在集成型配电自动化系统基础上扩展对于分布式电源、微网以及储能装置等设备的接入功能，实现智能自愈的馈线自动化功能以及与智能用电系统的互动功能，并具有与输电网的协同调度功能，以及多能源互补的智能能量管理网分析软件功能。2）主要特点系统结构完整、功能完善、智能化程度高、运行方式灵活，管理相对复杂、投资大，建成后综合效益好。3）适用范围适用于配电一次网架结构完善、已完成集成型配电自动化系统建设的供电企业，且已开展分布式电源或微电网及储能建设、智能化用电营销系统建设等。配电自动化系统五种模式的关系4配电自动化发展趋势根据对国内外发展动态的研究，配电自动化技术的发展呈现以下特点：1）多样化。尽管配电自动化技术的发展经历了三个阶段，但是从日本等国家的应用情况看，各个阶段的技术都在使用，并且各有其适应范围：基于自动化开关设备相互配合的馈线自动化系统适合于农网等负荷密度低、供电半径长、故障较多而供电可靠性较差的区域；第二阶段的配电自动化系统（DAS）适合于中小城市和县城；基于人工智能具有丰富高级应用的第三阶段配电自动化系统适合于大城市和重要园区；甚至仅仅具有遥信和遥测功能而不具备遥控功能的配电网信息系统也有其应用前景，主要因为它可以直接采用公用通信资源（如GPRS等），而不需要建设专用通信网。2）集成化。配电自动化涉及面很广，它不但有自己实时信息采集的部分，还有相当多的实时、非实时和准时实时信息需要从其它应用系统中去获取。比如，从地调自动化系统中获取主供电网和变电站信息；从GIS系统中获取配电线路拓扑模型和相关图形；从PMS系统中获取配电设备参数；从用电营销系统/负荷控制系统中获取用户信息等。因此，配电自动化的主站不再是单一的实时监控系统，而是将多个与配电有关的应用系统集成起来形成综合应用的系统。为了规范应用系统间集成和接口，国际电工委员会制订了IEC61968系列标准，提出运用信息交换总线（即企业集成总线），可将若干个相对独立的、相互平行的应用系统整合起来，在实现信息交换的同时，使每个系统继续发挥自己的特色，形成一个有效的应用整体。3）智能化。配电系统是智能电网的重要环节，配电系统智能化则是配电自动化的发展方向。因此，配电自动化与实现智能电网密切相关，主要表现在：自愈配电技术。这就是配电自动化系统中馈线自动化的故障诊断、定位、隔离以及恢复供电的基本功能，在智能电网的背景下需要进一步升级为适应分布式发电的双向能量流下的馈线自动化功能。高效运行技术。这就是配电自动化系统中高级应用软件功能。在智能电网的背景下需要进一步升级为考虑设备全生命周期的资产优化与智能调度业务功能。分布式电源和储能系统的接入技术。这是配电自动化系统面临的新要求，尤其是涉及到配网潮流计算和分析以及分布式电源对电网的影响。定制电力技术。根据电能质量的相关标准，以不同的技术和价格提供不同等级的电能质量，以满足不同