城域网中配电自动化关键技术的研究

柳文述

(国网湖北省电力公司恩施供电公司,湖北 恩施 445000)



城域网中配电自动化关键技术的研究

柳文述

(国网湖北省电力公司恩施供电公司,湖北 恩施 445000)

摘要：结合多年来国内外电网配电自动化的发展历程，分析了配网自动化在城市电网之应用中的不足之处，指出了其具体的限制条件，并提出了相应优化建议.提出了一个基于城域网电量需求、区域分布以及负荷量等多方预测的多元化预测方案，以满足城市电网配网自动化的需求.

关键词：城域网；配电；自动化

电能在经济建设和人民日常生活中一直扮演者不可或缺的角色，是社会稳步和谐向前发展的基石.电力能源等一系列清洁能源在社会生活中的占比越来越大，因此对电能的质量以及可靠性的要求也越来越高.

自2003年电力改革之后，随着相关法案的出台与贯彻实施，电力清洁能源已然成为了一种商品进入了市场经济体制之中.用户拥有了更大的自主权，电力经营者对用电过程中的停电这一类事件需负有责任[1-2].

因电力系统自身的特殊性；即不能长期存储、生产和消费过程基本同时完成[3].空间分布上辽阔但在电气分布上却浑然一体，因此电力系统发生故障的时候很容易牵一动而发全身，基于这样的特性，一旦故障被扩大就会影响到整个区域的电力网络供电系统，并造成大面积的停电，这样的事故一旦发生将是灾难性的，对人民的生产生活以及国家的经济发展都会造成严重的损失[4-5].

提升系统的自动化以及配电的可靠性就显得越来越重要，随着技术的不断进步，火电厂、水电厂、综合变电站等等都已走向了自动化并且与各种自动化装置进行融合、协调与整合.更高层次上的综合自动化要求也使得当前配网自动化技术呈现出了新的发展特点、功能和更加复杂的自动化系统构成设备，与此同时对系统进行实时的监测也就显得尤为重要.现在网路技术、计算机技术、通讯技术、图像处理技术等也因此得以在配网监测上起到了重要作用.

1　配电网自动化发展阶段

第一阶段为人工处理当某一段线路发生故障或送电失败时，通过在负荷开关或者配电线路上安装的故障显示器沿途查找故障点，更有甚者将各配电线路的跌落式熔断器取下后，再次合闸送电，然后逐项排查，找出并切除故障点，恢复供电.

第二阶段是分布智能处理.分布智能处理是通过各区段的安全自动化装置相互配合，通过重合闸操作将故障区段隔离在配电系统外以达到减小事故扩大以及恢复供电的目的.但这种手段需要在故障没有消除前对系统进行重合闸操作，这对用户的用电安全以及安全自动装置都会造成极大的破坏.所以这种系统主要针对配电网结构简单，以双电源为支撑的系统，主要涉及的是地处偏远，通讯手段落后的地区.

第三阶段是集中智能处理.通过RTU对遥信，遥测遥信的数据进行采集并发送到主站上，当故障发生时，主站对接收到的故障数据按照一定的故障处理算法以及配电网的网络拓扑结构进行分析处理，确定故障点并将动作指令下传到相应的RTU，由RTU的输出执行机构跳开故障区域的断路器，从而恢复供电.目前，分布智能处理随着我国电力系统的发展而得到了广泛的应用，这种系统运行可靠，并大大节约了供电成本.

国内的配电网自动化技术发展时间不长，但是已经取得了较为显著的成果，从早期的人工处理为主发展到近阶段的集中智能处理，随着人为介入因素的减少，人力资源投入的降低，配电系统的自动化监控变得尤为重要.利用远程监测的方式来对配网进行调控，查找并排除故障、完成配网作业已然成了未来智能电网的趋势，本文也就就这一问题展开相应的分析与研究.

图1　城域网中的应用平台Fig.1　MAN application platform

图2　城域网监测模型图Fig.2　MAN monitor model diagram

2　存在的问题

目前配电自动化逐步应用于城域网配电网络，相关企业与部门在技术和资金方面都加大了投入，同时配电自动化在城域网配电网络中也取得了更深更广的进步[6-7].但在实际的生产运营与操作中仍然存在很多问题制约着城网的发展.但目前而言在我国配电自动化在城域网配电网络中的应用还存在这些许的不足，大致可以总结为以下两个方面：

2.1　平台繁杂

配电自动化在城域网配电网络中的应用平台包含：监控组态系统(SCADA)、地理信息系统(GIS)、变电所自动化系统(SA)、停电管理系统(OMS)、用户信息系统(CIS)、馈线自动化系统(FA)等.各个系统平台之间信息相互共享在于配网的生产以及其他服务进行接口时需要对接，需要相关的协议存在.

2.2　负荷预测方式过于落后

20世纪末我国为了促进区域经济发展，不断的推动着城市化的步伐，并初步开展城域网规划工作.那个时候因为区域经济处于起步发展阶段所以借助于简单的数学回归模型算法来预测负荷能基本适用于区域电力的使用，但后来经济飞速发展城域网建设速率也倍速提升，负荷的增长速率已然明显超过了电力行业的供给.以长春市为例，12年，城域网配电负荷达1164kW，同比提升12.6%，供电范围2.06万km2[8-9].这就意味着以外传统的负荷预测方案已经无法跟上飞速发展的负荷增量，城域网电量供需矛盾一步步凸显，因而在常规的负荷预测方案上也必须跟着城网的建设水平进一步提升优化.

3　城域网自动化提高措施

3.1　对监控系统的简化

配网自动化的监测系统为整个自动化系统的核心，配网从各个终端采集的数据会通过网络传输实时的传至系统数据中心，通过相应处理之后再将将数值信息用友好的、易于理解和便于人为分析的形式呈现给操作者.同时操作者利用监控中心可以向系统子站或终端下发各种控制命令，以完成系统配置或对系统运行突发状况给予及时处理.监控中心的后台机及上位机人机交互界面设计对系统操作实时性、便利性均有较大影响.因而设计一套优秀的监测系统是很有必要的.

配网自动化的监控中心是监控系统的控制中心，在建设的过程中需从以下方面进行：①具有强大的数据通信能力.监控中心后台系统包括的前置通信部分，实现配电网终端采集的监控信息的接收，还必须将监控中心对电网运行控制信号下发至下层基站.因配网自动化的监测系统监测对象较多、分布广、系统复杂，监控中心的信息吞吐量较大，因此设计时需考虑中心前置通信模块的通信能力.②数据存储及处理能力.监控系统庞大且复杂，时常涉及跨区域传输，监控对象采集数据量形式多样，数据量庞大，并系统应具备事件追踪和记录功能，因而需要监控中心有大的数据存储能力作为支持，同时能以最快的处理速度来解决自动化监控对电网配置问题.③友好的人机交互界面.监控系统暂时难以完全脱离人工监控而独立运行，监控中心机器与工作人员交流主要通过计算机显示界面进行，为便于人工监测管理，系统界面进行交互友好设计.交互界面需要运行监视功能，管理功能，如打印，制表，报警等.④一定的容错功能.监控中心功能强大，数据存储及提取频繁，连续工作时间长.这就要求其在工作过程中，软、硬件两方面都具有一定容错能力，这可以通过加设后备硬件设施或软件查询自我修复等方式来实现.

表1　五年计划与经济增长表

图3　GM与PLS结合负荷预测流程图Fig.3　GM PLS combined load forecasting flowchart

在设计配网自动化监控中心过程中，需要考虑的方面如下:①安全性.监控中心安全重要性十分突出，可以在系统中设置身份验证和操作权限验证，身份验证决定哪些人可以对监控中心系统进行操作，而权限验证则进一步细化通过身份验证后的工作人员对系统的访问深度，即访问级别问题.②可靠性.配网自动化监控系统需要具备连续工作的能力，能在长时间运行条件下保持良好的性能而不至于引起信息处理延误等问题.因此在搭建系统时可以考虑采用双机器同时运行的方式，一台后备机器同步备份进行工作，如果前端运行的机器出现问题，可以及时切换顶替前端机器作为主机.③经济性.电子信息行业的不断发展降低了PC机及专用服务器的价格，在选择系统硬件时，要以性价比为准.④可扩展性.配网自动化在不断发展，更新的自动化通信技术也将运用到其中，设计的监控中心在软硬件设备上符合国际或国家标准，由此才能保证在未来系统扩展、兼容性方面不会有问题.

3.2多元化城域网负荷预测方案

针对城域网未来电量需求、区域分布、负荷量等来进行多方预测，这么做除了对电力网络发展有指向标的作用外，对于区域经济的建设与发展更有强大的推动力量.鉴于部分城市中，人口的数量与分布会影响负荷预测的精确度，且远距离输送电更加让负荷预测的准确度难以保证，再城域网负荷增长速率极速增长，以至于利用传统的简单数学回归模型来对用电负荷进行预测的方案已经不适用于城域网的发展，因此在城网的自动化规划过程中相关的预测规划人员应当采用多元化的负荷预测方案，譬如弹性系数法、负荷密度法、卡尔曼滤波负荷预测法、小波分析法等等.

弹性系数法：εxy=(dy/dx)/(y/x)表示y对x的弹性系数假设电力弹性系数为β待测年CDP增长率为αk则可用wt=w0(1+β×αk)预测待测年负荷值.

负荷密度法：A=sd式中A表示预测量s表示人口数d表示用电密度.

4　结语

配网自动化系统在城域网建设中具有很高的实际应用价值，在保证地区经济发展与用电安全性可靠性等方面也起着重要作用.虽目前我国城域网配电自动化系统中仍然存在这些许的不足，但是通过具有针对性的措施进行改进是可以适用于目前我国区域发展的，并且对我国的配电自动化也具有强有力的促进作用.

参考文献:

[1]马志强.我国配电自动化的现状和展望[J].山东电力高等专科学校学报,2005(8):76-79.

[2]陈孟华.城市配网自动化建设及其配网规划的应用[J].企业技术开发，2014，33(27)：86-87.

[3]任亚军.城市配网自动化及其配网规划的应用[J].科技创新与应用：电力科技，2014，33：189.

[4]方黎明.城市配网自动化及其配网规划应用探讨[J].河南科技：机械与自动化，2014(11)：121-122.

[5]劳江南.培养规划中城市配网自动化的应用[J].中国高新技术企业，2014，290(11)：127-128.

[6]邓春，王晨晨.2014国际大电网会议变电站专委会情况综述[J].华北电力技术，2015(1)：1-4.

[7]刘永欣，师峰，姜帅，等.智能变电站继电保护状态监测的一种模糊评估算法[J].电力系统保护与控制，2014，42(3)：37-41.

[8]Gungor V C ,Lambert F C.A survey on communication network for electric system automation[J].Computer Network,2006，50:877-897.

[9]潘振.基于GPRS的县级配电网自动化系统解决方案[D].武汉:华中科技大学,2007:16-20.

责任编辑：时凌

Research on Key Technology of Distribution Automation

in Metropolitan Area Network

LIU Wenshu

(Enshi Power Supply Company，Enshi 445000，China)

Abstract：Based on the development of domestic and international grid distribution automation in the past years,this paper analyzed the shortcomings of distribution automation applications in urban power grid,pointed out their specific constraints and put forward corresponding optimization suggestions.Multiple prediction plans based on electricity demand,regional distribution and load forecasting are proposed meet the urban power grid distribution automation needs.

Key words：metropolitan area network；power distribution；automation

作者简介：贺申泰(1981- )，男，硕士，主要从事地类信息、土地利用方面的研究. 何孙鹏(1988- ),男，硕士，主要从事城市与区域发展的研究;*甄江红(1970- )，女，教授，博士，主要从事城市与区域发展的研究.

DOI:10.13501/j.cnki.42-1569/n.2015.06.027 10.13501/j.cnki.42-1569/n.2015.06.026

文章编号：1008-8423(2015)02-0225-05 1008-8423(2015)02-0218-07

通信作者：

基金项目：国家自然科学基金项目(41261109)；内蒙古自然科学基金项目(2012MS0617). 武汉大学自主科研项目资助项目(121013).

收稿日期：2015-03-24. 2015-04-27.

中图分类号：TM732

文献标志码：A