智能自动化技术在配电网中的运用研究

曾尚德 黄朵

摘 要：我国经济迅速发展，电力负荷逐年上升，特别是经济发达地区，商业用电、居民用电大幅度增加，电力网络也越来越大越来越复杂，给电力管理带来巨大的困难。智能自动化技术是帮助解决电网管理的重要手段之一，现代配电智能自动化系统是现代技术与配电设备相结合，综合应用了网络、通信、现代电子和计算机图形等技术，在正常及事故情况下可对配电系统进行的远程监测、控制和保护。实践表明，在配电网中应用自动化技术，不仅提高了供电效率、供电稳定性及安全性，也改变了传统管理模式，加快了管理理念的提高。

关键词：自动化；配电网；故障诊断；远程控制

现代社会，人们生活工作的方方面面都离不开电力。配电线路主要作用是向用户分配电能，但受到气候、地质情况、设备、线路本身缺陷及外力破坏等因素的影响，其安全和稳定性对国民经济影响巨大。采用自动化技术可提高效益，降低人员强度、减少误操作。

配电自动化起源于20世纪70年代，起初依托自动化开关即重合器和分段器的相互配合，在一定的供电区域内，实现切除故障区，恢复正常区段供电。它不依赖于通信网络和配电主站。随着通信技术、计算机的发展，出现一种基于馈线监控终端、通信网络、配电主站的实时在线监视以及远距离遥控系统，方便调度员能及时隔断故障区，快速恢复健全区供电。当前配电网负荷密集区规模越来越大，近些年基于光纤通信、无线通信技术在配电线路上的载波运用，使得配电网自动化技术也越来越智能化。

1 配网自动化系统的基本功能

（1）远程监视：是指通过采集配电网络上的模拟数据（如有功、无功功率值、电压、电流等）、状态数据（如断路器开关位置、变压器分接头信号、保护动作情况等）和电能量，对配电网的运行状态进行实时监视、报警、遥控，包括统计计算、趋势曲线、历史数据存储、事件顺序记录、事故追忆及制表打印等。

（2）远程控制：一是人工控制，在需要的时候，通过人工远距离遥控电容器的投切开关、变压器的分接开关按设计值就地自动投切，以达到均衡负荷、补偿无功、提高电压质量的目的。二是自动控制，对达到设定参数值时自动预警、调控。如变电站出故障时，保护变压器的各种继电保护装置及馈线分段断路器根据设定值自动跳闸或重合闸。

（3）保护：根据继电保护及断路器动作情况和故障检测器动作情况对电网的故障进行诊断与定位分析，进行故障检测且判断故障所在区段，然后隔离故障所在区段，对正常区段恢复供电。

2 配网自动化系统的管理功能

（1）故障诊断分析功能：根据用户故障报修情况，对配电网的故障予以诊断和定位分析，根据配电网故障和供电质量存储的信息（如控制装置及配电设备的误动作故障、电网故障和电能质量） 进行运行分析，恢复供电操作及现场抢修的安排，根据设备状况进行维修计划的编制，同时对班组维修结果进行跟踪管理和分析，计算维修费用和效益。

（2）运行情况统计及报告：它包括维修资料、运行计划和管理资料，以及运行动态数据记录和更新。

（3）模拟运行计划：就是对配电网负荷的预估、有功、无功潮流、倒闸操作以及事故短路电流计算等进行模拟，提前作好备案，确保供电可靠性。

（4）购电优化：根据配电网络的负荷及潮流变化情况，对购电入网电量进行合理安排，在保证供电质量的情况下，使损耗最小，购电成本最低。

（5）遥测负荷及电能质量：有些企业对电能质量有较高的要求，可以遥测特定的企业用户的负荷曲线和特性来建立负荷预测模型，助其用电设计；通过对频率、电压、电流、电压偏移率、三相不平衡度、谐波的测量和诊断以及短時或瞬时断电的监控，保障用户的电能质量。

（6）企业分时电价调控：根据用户用电特点，设计错峰用电，利用分时电价帮助企业降低成本。甚至可通过自动装置遥控用户的大型用电设备错峰分时投切，当电网发生短时意外情况时通过遥控切断个别用户的部分非生产用电负荷（短时停电不影响生产）以实现有效的供电平衡等。

（7）用户故障报修处理管理系统：其包含用户故障报修人工应接记录内容和自动应接记录内容。把用户报修信息导入到配电网地理信息管理系统，给调度提供更多更准确故障信息，方便调度更快分析事故原因、预估恢复供电时间，同时加入电话语音处理设备，用于用户答应。

3 配网自动化的主要运用

（1）馈线自动化。

馈线自动化是指变电站出线到用户用电设备之间的馈电线路自动化，是对配电线路上的设备进行远程实时监视、协调及控制，具有减少停电时间、提高供电可靠性和供电质量、节省线路上的投资和减少电网运行与检修费用等优点，是提高配电网可靠性的关键技术之一。

正常运行状态下，实时监测各种参数（包括对馈线、变压器等设备的有功、无功、电压、电流、功率因数及用电量等参数），远程监测设备状态，实现远程控制线路开关的合分闸操作。当馈电线上发生故障时，能自动判别并隔离馈线故障区段，对非故障区域快速恢复供电。

（2）变电站、开关配电所自动化。

变电站自动化向数字化、高集成化、标准化发展。配电系统自动化系统通过对变电站、开关站（配电所）数据采集、监视和控制，保护站内电气设备（包括线路、变压器、母线、，电容器及备自投和低频减载等安全自动装置）；采集断路器分合等状态数据、各段母线电压等模拟数据；对开关跳合记录，对故障录波测距；可通过后台系统对断路器，隔离开关，变压器分接头，电容器组投切进行远程操作；甚至可远程修改故障录波、整定保护定值与测距信号的远传等。受调度中心或集控站（主站）的控制，保证变电站无人值班同样安全运行。

目前可采用计算机视觉技术，可自动检定变电站指针式仪表表示值，自动识别移动物体并报警，能自动跟踪运行人员的操作过程，技术越来越智能化。

（3）用电管理自动化。

主要包括用户信息管理系统，计量计费管理系统，负荷管理系统等。

（4）系统管理拓展。

图资系统：即自动制图/设备管理/地理信息系统（AM/FM/GIS ），把分层管理的基础信息（电网资料）与地理分布信息系统相结合成基础数据库，为电网运行管理提供了一个比较直观的具有地理信息的有效网络模型，方便查询和管理。

配电工作管理自动化系统，其借助GIS技术，对日常的配电网工程设计、施工计划、运行管理、档案和统计等工作管理，并延伸出其他的辅助应用。

通过配电网高级应用软件（DPAS），能实现对网络拓扑、配电网潮流分析，短路电流计算；负荷模型的建立和校核；对配网状态评估、配网负荷预测及安全分析，优化和重构网络结构；配电网电压调整和无功优化等功能。

4 配网自动化意义

配电网自动化意义重大，能快速切除故障线路，保障非故障线路供电，通过负荷监控与管理，对用电负荷进行合理控制，提高了设备利用率，利用自动化抄表计费，确保抄表准确及時，提高工作效率同时还有效降低企业的人工成本，并提升用户用电信息服务。

（1）提高供电能力。

配电网的每条馈线的日负荷曲线是不同的，峰值也不同，甚至是极端不平衡，造成部分设备利用率低，线损增加。通过投切开关进行优化网络，把过负荷线路上的部分负荷切换到轻负荷线路上，节省投资，提高供电能力。

（2）提高供电可靠性。

当配电网络运行异常或故障时，可迅速隔离故障线路区段，减少事故范围，缩短事故处理所需时间，及时恢复非故障区段用户的供电，减少停电面积，缩短对用户的供电时间，提高了配网运行的可靠性。

（3）提高效益。

配电网的线损是供电经济的重要指标，通过实时远程遥控开关实现配电网络重构和电容器投切，可优化电网运行和降低线损，且不显著增加投资，提高效益。

（4）节约人工成本。

自动化技术的发展实现了远程实时自动抄表、远距离操控，变电站也实现无人值守，可减少人员操作，大大节约了人工成本。

（5）降低劳动强度。

配电网自动化由于实现了远距离监视、控制，不用登杆操作、甚至不用人员到现场；配电网自动化对数据记录、统计和处理进行智能处理，减轻运行人员劳动强度，节省维护费用。

（6）提高管理水平。

配电网自动化还能借助人工智能进行数据统计和处理，代替人的经验做出更科学的决策报表、曲线、记录等；配电网地理信息管理系统、客户呼叫服务系统等，提高了管理水平和服务质量。

（7）提高了用户满意程度。

对实行分时电价制的用户可利用配电网自动化系统协助他们合理投切一些较耗能设备，既保证设备发挥作用，又可节约电费。

5 结论

配网自动化意义重大，不仅提高了供电效率、供电稳定性及安全性；智能自动化分析的指令快捷方便，可减少传统人为疏漏，降低人工操作延时产生的误工损失，降低了企业对人力物力的投入；也改变了传统管理模式，加快了管理理念的提高。当前风电、光电等分布式电源特别是家庭小型光伏系统双向能量的接入、储能系统的接入对配网自动化系统提出了新的挑战，配网智能化还任重道远。

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