10kV电力系统配电网络智能化探索

2020-05-12邓国平曹慧

中国设备工程 2020年6期

邓国平，曹慧

（中国中轻国际工程有限公司，北京 100021）

近年来，基于电子技术、通讯技术、网络技术以及计算机技术等先进技术的不断进步，人类已经步入了智能化的时代，而在智能手机、智能冰箱、自动门等智能机器给人们带来充足生活便利的同时，电力行业也越来越呈现智能化的发展趋势。其中，对于10kV电力系统配电网络来说，将其进行智能化处理不仅可实现对离线数据、在线数据、用户数据以及地理图形的整合应用，同时也能进一步提升整个配电网络的供电可靠性，有助于从根本上确保用户的正常安全用电。对此，就10kV配电网络智能化发展路径进行探索，符合当前电力行业发展需求，值得我们给予足够重视。

1 10kV电力系统配电网络智能化的发展背景和主要意义

1．1 10kV电力系统配电网络的发展背景

从目前来看，我国电力系统建设多强调发电和输变电系统建设，对配电网络建设的整体重视程度并不高，这使得我国多数地区的10kV配电网络在设备和技术上都存在一定缺陷，很容易影响人们的正常安全用电。在此背景下，基于人们对电网供电稳定性要求的不断提升以及国家城网改造政策的逐步出台，依托于现代技术手段就10kV配电网络进行智能化升级越来越成为整个电力系统发展过程中的关键一环。

1．2 10kV电力系统配电网络的发展意义

（1）有助于提升供电系统的整体质量。在引入智能化系统监控概念后，本身存在一定技术缺陷的10kV电力系统将得到进一步的实时监控和管理，其中尤其是对于供电电压变化的实时控制，不仅有助于保障配电网络无功功率的平衡稳定，同时也能大幅减少配电网络中的电能损耗，有助于提升供电系统的整体质量，并保障电力企业的切实利益。

（2）有助于保障电网用户的切实利益。在10kV电力系统运作过程中，其难免会受到外界因素而存在一定的故障隐患。对此，依托于智能化监控系统，电网检修人员能够在电网故障时快速确定故障位置，并做好非故障区与故障区的及时隔断，进而一方面可有效提升电网检修的效率，另一方面也能在缩短停电范围的同时极大的就停电时间进行控制，有助于保障电网用户的切实利益。

（3）有助于改善电力人员的工作效率。对于智能化配电系统来说，其一方面加强了对于电力系统各线路运行状态的实时监控，另一方面也能在故障发生时及时给予电网维修人员最直接的帮助，有助于减轻电网人员的工作压力并实现改善其工作效率的根本目的。此外，在智能化监控系统运行过程中，系统能够实时就电网运行状态进行检查，并记录为准确的数据信息，这使得电力企业能够及时调整自身发展决策，最终以此促进电网系统的持续发展。

2 10kV电力系统配电网络智能化的应用技术

2．1 自动控制计量技术

在10kV电力系统配电网络智能化发展过程中，自动控制计量技术始终占有举足轻重的地位，其中，基于10kV电力系统配电网络所具有的设备多、质量隐患高、监控难度大等特性，自动控制计量技术能够依托于在线智能监控实现对包括电网负荷、运行电量等数据信息的实时检测，不仅可为工作人员开展远程抄表、在线检测等作业提供充足帮助，同时也能于提升经济效益、降低运行成本、减少系统能耗等多个方面发挥较大作用，有助于促进10kV电力系统配电网络的持续发展。此外，考虑到以往电力计量人工抄表方式所存在的准确性问题，通过借助智能化计量装置及设备，电力人员不再需要挨家挨户进行抄表，不仅人工作业所导致的误差问题得以真正解决，同时也能在大幅减少企业人力成本的同时保障电力营销的具体效率，进而以此以完善的计量管理体系为基础确保电力企业的快速发展。例如，美国某能源公司已经完成了自动控制计量技术在智能电网中的应用，但反观目前大部分国内10KV电力系统配电网络智能化装置，其虽然具备一定的数字化操作，但是电力设备并没有达到符合预期的一致性检查，而如果没有通过一致性检测就会在很大程度上降低电力系统和通信系统的协调兼容性。

2．2 物联网技术

所谓物联网技术，其是近年来逐渐发展的一种以RFID技术、无线传感器技术以及定位技术为核心的数据交换技术，其中，物联网在10kV电力系统配电网络智能化发展过程中主要承担“终端用电设备感知末梢”的重要角色，不仅是提升10kV智能配电系统准确性和稳定性的关键路径，同时也是在智能家电、智能小区等概念发展基础上推广智能电网的主要手段。此外，在物联网技术与自动控制计量技术的技术融合过程中，工作人员能够实时就10kV配电网络的工作状态进行检测，借此不仅可实现用电信息采集、用户电量管理等作业的智能化发展，同时也能在物联网的支持下给予电网用户更加便捷的电网服务和更加多样的电网功能。例如在国家智能化电力的配电系统当中，上海部分区域的电网系统已经完成了计算机系统和数字信息通信的良好改造，不仅在运行管理工作中实现了变电站的电力设备优化以及智能化，同时也通过应用智能化配电设施系统使得电力系统因网络原因造成的干扰得以解决。此外，电力系统的智能化元件可以通过互联网实现计算机网络下的电能质量检测，对电动机进行智能保护和控制。

2．3 智能信息处理技术

在智能信息处理技术中，神经网络技术、进化算法技术、模糊理论技术均十分符合电网监控及数据采集的具体需求，其中，通过将智能信息处理技术引入10kV智能配电网络，工作人员可以随时在线就系统运行数据进行整理分析，不仅可实现对电网潜在故障隐患的事先预估，同时也能通过系统的电网检测及时调整企业的营销策略，有助于在给予电网用户最便捷供电服务的基础上保障企业效益的进一步改善。例如在北京某小区的智能电网配置工程中，已经初步完成了智能电网的自动化配置和运行试点工作，对配网工作进行了很好的调试，完成了国家电网的安全检验，并且在各种智能电力小区配置过程中，试点的信息采集工作已经逐渐开始提升。此外，智能电网已经开始集成到户，电梯走廊等照明单计的智能化供电配置，并且能够在保证智能电网安全的前提下，实现高效电力配比。

3 10kV电力系统配电网络智能化的发展策略

3．1 设备开关智能化

在10kV电力系统配电网络中，设备开关不仅承担着数据控制及采集的重要作用，同时也是不同电网设备形成电网系统的关键枢纽，因此，为满足10kV电力系统配电网络的智能化发展需求，应遵循以下原则就设备开关进行优化。首先，考虑到设备开关是控制电力系统各种操作的核心部件，因此优化后的设备开关应兼具手动与电动两种控制方式，即在电力系统无人控制时，系统也同样能根据电网运行情况来控制设备的运转，同时，智能设备开关应与电网在线监控系统形成紧密的控制联系，应能够在电网出现故障时由系统自主控制来降低电网的故障损失，进而保障电网用户的切实利益；其次，为确保电网维修人员能够在电网故障发生时第一时间确定故障位置并予以维修，在设计设备开关状态信号时，应设有一定的刀闸信号和开发分合信号，即在设备出现故障时以信号方式警告工作人员，并告知其最准确的故障位置；再次，基于现阶段电网用户对于10kV电力系统稳定性要求的逐步提升，于质量层面设备开关不仅应尽量采用48V或24V的直流电源，同时也应在具有良好绝缘性能的基础上尽可能将运转功耗控制到最低水准，进而以此有效提升电网控制的安全性和准确性，并规避各种开关故障所致的电网事故；最后，针对集电流、电压互感器为一体的设备开关，其一般应采用50～100V的电压互感器容量，同时为了保障电流互感器的稳定运行，通常情况下应配以三相电流互感器进行设计。

3．2 配电系统智能化

于软件层面，考虑到10kV配电网络涉及设备数量较多，因此一般不能将信息量及数据量全部交由10kV配网主站接收，以免造成严重的信息拥挤问题。对此，需采用分层处理的方式将整个智能配电系统划分为主站层、分站层、子站层以及终端层，并形成图1的系统结构，其中1、2、3、4分别代表配调中心、分中心、子站和终端。首先，针对主站层和分站层，其多由工作站、前置服务器、数据库服务器以及网络设备微机构成，而不同的工作站会承担不同的电网控制任务，再加上DTU、TTU以及FTU等多种终端信息的实时控制，工作人员能够在SCADA系统的帮助下就10kV配电网络进行运行状态分析，并以此确保电网始终处于最佳运行状态；其次，针对子站层，PC数据采集服务器是其主要构成部件，而借助电缆、光纤网络等数据传输手段，子站层能够不间断就自身监测到的电网数据传递至分站层和主站层，进而在完善的通信网络体系下发挥较强的数据交换作用；最后，针对终端层，包括DTU、TTU、FTU在内终端单元是终端层的主要构成，其中，TTU多以GPRS或CDMA通信方式与主站层和分站层进行沟通，DTU和FTU多以光纤环网进行联系。