智能配电系统发展综述

/华东建筑设计研究总院 邵民杰 /

智能配电系统发展综述

/华东建筑设计研究总院 邵民杰 /

智能配电技术的发展对保证用户的高效、高质量、高可靠供电及智能电网的全过程实施起着重要的作用。智能配电系统要求有高技术含量的配电系统、自动化系统与之相适应，以适应配电系统的高可靠性、高智能化及其他分布式电源的接入要求。

自从2009年我国正式启动智能电网建设工作后，经过多年的努力，我国的智能电网建设已取得了长足的进步。智能电网是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，与发电、输电、变电、配电、用电、调度等各环节基础设施高度集成，具备全方位、全过程的智能监测、诊断、通信、控制、决策与自愈能力，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。

作为智能电网终端的一个重要环节——智能配电，其与用户的联系最为紧密，对用户的影响也最为直接。智能配电技术的发展对保证用户的高效、高质量、高可靠供电及智能电网的全过程实施起着重要的作用。智能配电系统要求有高技术含量的配电系统、自动化系统与之相适应，以适应配电系统的高可靠性、高智能化及其他分布式电源的接入要求。另外智能配电系统对在故障隔离与自愈、分布式电源与可平移负荷调度、监测与控制、通信技术、计算机辅助决策等方面都注入了新的要求。

一、智能配电技术的概念

智能配电系统是面向智能电网终端用户的末层设备系统，更注重用户的体验，注重供配电系统的高可靠性、安全性和良好的电能质量，是智能电网的重要组成部分。

智能配电系统是按用户需求，遵循配电系统的标准规范而发展成具有专业性强、自动化程度高、易使用、高性能、高可靠、高兼容等特点的适用于配电系统的智能化管理系统。

二、智能配电系统的发展

从20世纪90年代初开始，随着计算机、微电子、电力电子、抗干扰等新技术的发展，特别是网络通信技术的发展使得电力自动化技术得到了快速发展。

国际上多家著名的电器制造公司开始把这些技术应用于配电系统，也就是所谓的把配电监测控制与微电子技术、计算机技术、网络通信技术相结合。研发了带有通信、监测、控制功能的智能型配电柜及相关产品。随后还陆续推出了智能配电系统的综合技术及解决方案，并开始在国内大型工程中推广应用，构成了初期的配电监控系统。

初期的智能配电柜很多是在以往的以模拟仪表、继电器为监测、控制的普通配电柜基础上，与新型智能仪表（网络电力仪表、智能配电监控/保护模块等、网络I/O）进行配合。

通过其网络通信接口与中央控制室的计算机系统联网，从而对配电回路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、电度量等电参数进行监测以及对断路器的分合状态、故障信息进行监视。

对断路器的分合状态进行控制，并配合各种远程监控软件，实现“四遥”功能。

智能配电系统将各种带智能功能的配电柜与计算机监控系统进行组合应用，由一批通过通信网络联接的智能型或非智能型配电柜组成。其配置根据工程的需要，既可配置成全智能型器件及监控装置的配电柜，又可配置成部分使用传统电器元件及监控装置的开关柜，或混合配置。

三、智能配电系统的主要实施功能

智能电网的用户端智能配电系统主要包括从中压（6～35kV）到低压配电的智能配电系统，作为直接面向终端用户的低压配电设备及系统，相对而言其智能化研究与应用要后于中高压配电系统及智能电网。不少低压智能配电系统基本上是在原有低压电力监控系统基础上发展而成的，可以满足基本的监控。

智能配电系统采用的结构形式以分层、分布式结构为多，系统一般分为系统软件管理层、通信网络层、现场设备层三层结构，如图1所示。

图1

系统实施功能主要体现在：

1）采集各种遥测、遥信、电度信息与数据（如配电系统母线段电压值、电流值；各回路电量的实时采集；线电压、相电流；三相有功功率、无功功率、有功电能；频率、功率因数；电压不平衡度、电流不平衡度；各断路器、手车状态；变压器温度、运行状态等），并对这些数据进行实时计算，包括计算遥测量与多点遥信等。一些系统同时能够对实时采集的数据进行各种统计分析。

图2 某大型工程智能配电系统网络结构示意图

2）通过监控主机或远程工作站对现场的配电开关进行远程分合操作，设备定值管理、参数调节，并对操作人员、操作时间、操作类型进行实时记录。

3）监控主机具有图形显示功能，能显示出流程图、电气接线图、运行状况图、配电柜正视图等；同时具有友好的汉化人机接口界面。

4）分类报警显示。对可能发生的事故进行预报警， 并及时处理以避免事故的出现，节省时间，减少损失。

5）其他。如实时或历史报表管理、打印管理、用户管理、数据库管理、通信管理等。

6）一些系统还具有遥视联动等附加功能，即在原有“四遥”的基础上，系统软件提供“遥视”联动等功能，在变配电站内设置视频探测，远程对电站进行全方位监控；在系统监视画面上嵌入设备视频监视窗口，故障时推出对应的配电柜或视频窗口等。

7）与传统元件装置相比，系统中的智能元件装置克服了传统元件功能单一的弱点，能够集测量、控制、保护等多种功能于一体，取代了指针式电量表、变送器、信号灯、继电器等常规元件，并大量减少了柜内的二次接线，使得系统更加紧凑，安装和调试更方便。

8）智能配电系统的实施有效保障了供电可靠性和供电品质，改善了配电系统管理，优化了电能使用状况及用电负荷分配，提高了系统响应的实时性、稳定性、可靠性及电能利用效率如图2所示。

四、智能配电系统发展的主要技术

1）智能配电系统的发展给智能低压电器特别是智能断路器提出了更高的要求，另外随着第四代及更新一代智能断路器的不断问世，其内置智能控制器的功能也在日趋完善，且融合了现代机电、测量、控制和微机技术。

2）不断发展与完善的现场总线技术对智能配电系统的发展起到了重要的作用。在低压电气设备中，现场总线技术已在电动机控制、综合测控仪表及开关保护等智能化元件上得到了广泛应用。

3）智能配电系统的实施对配电通信系统提出了更高的要求，不仅需要满足由用户直接参与的需求侧智能管理的要求，有时还要满足用户与配电系统运营者间双向信息交互的需要，需要有适应于配电系统运行监测、预警、自愈控制等高级辅助决策的功能等。

4）智能配电技术的不断发展，也带动了智能配电箱柜的发展。新一代的产品在利用现场总线技术及以太网技术与具有网络化、智能化的各新型智能配电设备结合等方面体现出更高的技术含量，并使配电箱柜的功能性更强， 可靠性更高， 系统更完善，控制更方便。

同时新一代的智能配电箱柜的技术也越来越倾向于系统化、模块化、集成一体化及通信功能的多样化，注重新型智能元器件的开发、选择及新材料的利用。

“安全、经济、自愈、清洁”的智能电网，已成为我国电力建设主要方向，智能电网的稳步发展带动了智能配电技术的发展，国家能源局在《配电网建设改造行动计划（2015-2020年）》中对于实现配电网装备和智能配电水平升级、推进配电设备智能化提出了具体的要求。