配电自动化技术在智能电网中的应用

2022-11-27苏新

通信电源技术 2022年4期

苏新

（国网启东市供电公司，江苏南通 226200）

0 引言

全面建成小康社会促进了农村地区经济和科技的发展，人们的物质文化需求不断加大，电能的使用需求也在逐步增加。随着计算机技术和移动通信技术的发展，配电网络也在逐步走向智能化，在很多地方已经建立起较为完整的自动化系统。只有逐步实现整个配电网的智能化，才能保证居民用电的稳定安全。

1 配电自动化技术在智能电网中应用的意义

1.1 提高电网供电的稳定性

配电自动化技术在电力系统中的运用，保证了供电过程的可靠性和安全性。由于传统的电网结构比较落后，在系统出现故障时不能对故障进行自动隔离和维修，同时不能准确地确定故障的位置，导致大规模停电。运用配电自动化技术来加强智能电网的建设，可以快速找到故障点，并对故障进行一定程度的自动修复，使电力供应更加可靠。

1.2 对电网电压形成有效监管

利用配电自动化技术，对电网各环节的终端设备进行实时监测和报警，并根据实际情况，向电力企业提供输电线路的数据。通过设置调节变压器、投切无功补偿电容器等设备，可以实现对输电线路的功率进行自动调整，以保证输电线路的电压稳定，保证用户端的供电电压处于合理的区间，从而有效地减少因电压不稳引起的线路传输故障和用户电气设备损坏[1]。

1.3 提高用户用电质量与效率

通过将配电自动化技术引入电网，可以为电力企业搭建一个用户用电信息平台，方便客户提出用电请求，实现对电费的查询和支付。另外，当系统出现故障时，可以向用户提供断电提示，给用户充分的反应时间，以便作出相应的反应，进而提升电力使用者的满意度。

1.4 便于对输电系统的管理

配电网自动化技术的运用，使电力系统中设备和电缆的工作状况得到了全面的监控，不仅能减少运行中的事故次数，而且能在故障发生后快速地确定故障点和原因，从而提高了检修的效率，并节省了大量的人工检查费用。配电网络的信息化能够为电力企业提供用户准确的用电数据，使电力传输工作和数据更加透明，从而有效减少了偷电、漏电等问题[2]。

2 智能电网配电自动化系统组成

农村智能电网的配电自动系统，包括主站、子站层、终端层、通信网。该体系结构比较清晰，主要站级数目比较少，通常一个主站级对应多个分站级、终端级，随着用户增多、电网线路增多，可以根据实际情况增加子站和终端，从而实现全电网的一体化。

主站层就像是一个人的大脑，它是整个自动控制系统的核心，通常在主站层都会建立一个庞大的数据库，拥有一个超级的分析电脑，它可以对各个分站和终端的数据进行分析，从而对整个电网的运行状况进行监控。同时，主站层还需要对各分站的构成和功能协作进行全面协调，对问题进行快速判断，并利用计算机对大数据进行分析，不断地优化配电网的智能化建设，并对供电方案进行优化[3]。

由于农村地区分布广泛、输电线路较长，几个主基站无法将各前端、终端全部连通，因此必须将两级乃至三级的分站或终端与主站相连。子站就像一个智能化的中转站，既可以将终端与主站相连，又可以实现自身的智能功能。通常来说，一个子站管理着大量的终端，它会根据自己的数据模型对这些数据进行分析、存储、传输，一旦发现异常，就会通过相应的程序来分析。如果原因明确、故障点明确，并且能够自我修复，那么就会向终端发出相关的命令；如果不能解决，就将故障信息发送给主站点，由主站进行进一步的判断和维修[4]。

终端是一种直接作用于配电网络的前端执行设备，它在电力系统中的应用范围越来越广、密度越来越大、种类也越来越多，包括变电站、自动保护开关、电流感应器、家用智能电表等各种类型，主要对电力系统中的电流、电压进行监控。一旦发生故障，就能及时采集和发送相关的故障信息。在故障处理阶段，还可以接收来自副站或主站的命令，进行停电、恢复电源等操作。另外，在日常使用中，通过采集配电网络的运行情况和用户的用电量，并将其进行整理和传送，从而实现对配电网络的监控。

由于农村配电网规模庞大，传输距离较远，各分站与分站、子站与主站的数据传输距离较长，因此必须借助通信系统的辅助才能完成相关的数据传输和发布。特别是在5G时代，由于要传送大量的数据，因此对网络的传输质量提出了更高的要求[5]。

3 常见的配电自动化技术类型

3.1 分布式监测技术

分布式监控技术是将相应的监控设备按照较为合理的方法分布在电力系统中，相对于传统的监控设备来说，它的分布比传统的监控设备密集得多。在运行期间，对电流、电压时刻进行精确的检测，在某个故障点发生故障时，它能迅速判断出故障的分支，并通过两台最接近故障点的监控设备及故障点特定电流到达两个监控设备的时间和速度，来确定故障的位置。在确定故障点后，根据最小的影响原理对相关线路进行断电，同时恢复了其他线路的电力供应，最终将收集到的信息反馈给了管理者，以便进一步的检修。然而这项技术对每一项检测设备都有很高的要求，并且由于其工作量比较大，因此在农村地区的普及程度并不高。

3.2 集中式控制技术

集中式控制技术分为主站、副站和终端，由终端将监控数据传回子站，子站进行采集、整理、传输。主站将采集到的数据进行汇总，并根据故障信息进行全面的分析，并对故障区域、故障部位进行分析，最终得出最佳的解决办法，并以人工指令的方式进行远程处理。与分布式系统相比，这种方法在分析故障时更加精确，更加科学，但它的处理速度却很慢，需要更高的传输信道，而且会造成更大的干扰。

3.3 简单自动化技术

大部分地方都在使用简易的自动控制系统，只要将监控到的数据传回主站，就能找到正确的故障，再由人力来修复。虽然没有前两种自动化程度更高，但其技术简单、投资小，应用范围很广。

4 配电自动化技术在智能电网中应用

4.1 配电线路中的智能开关

农村配电的实际运行将会受到外部自然条件的影响，可以在配电系统中设置线路开关来实现对其的控制与保护，为农村智能电网的正常运营创造了有利的条件。在农村配电网中，由于分支线路数量众多，而且线路长度比较大，导致线路端部的短路电流值很低。而在配电网中，主、备用保护设备常常不能满足这一要求，无法及时地切断配电故障，从而导致配电线路的保护工作缺乏可靠性。通过在配电网络中设置一个智能开关来实现对配电网络中的分支进行配置，从而达到了对故障点进行电流输送的目的。为了保证配电的安全，可以将配电网络分成3～4个部分，分别装上断路器、负载开关或刀闸，如果安装了刀闸，就必须对开关的安装数量进行有效的控制，这种方法可以在配电线路超载的情况下自动断开，避免在系统的运行中出现重大安全事故。

4.2 电网自动化主站系统

在智能电网中通过建设和使用电网自动化主站，可以极大地提高电力调度的智能化水平，提高电力传输的效率，降低电网调度的难度，达到无人值守就可以完成电网调度任务，从而大大减少农村电网运行的人力成本。智能电网中的主站系统总体上是分布的，它通过信息技术将各支点之间的联系，实时地传输、收集、分析各支点的运行情况，从而实现对电力网的监控与控制。在系统的各个支点上设置了现场数据采集设备，可以向主站提供模拟量、状态量和脉冲量3种类型的数据。其中，模拟量主要是由电力操作期间产生的电流和电压。由主站系统内的电缆等设备实现数据的传送，并对 CPU进行数据处理。通过将可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技术引入主站系统，实现了主站系统的实时监控与控制。主站将采集到的数据用信号传输器传输给各设备节点，实现对故障的准确定位与及时处理，保证了农村电网的正常运营。目前湖南省农村电网中广泛采用的是省级主站系统，它既考虑了主站的运行管理，又通过订单管理系统（Operations Management System，OMS）实现了主要业务工作的管理，增强了农村电网智能化程度，同时也提高了对电网运行的自动化管理效率，从而进一步提升了智能电网运行的安全性。

4.3 科学规划，完善配电自动化系统网络结构

在智能电网的建设中，合理的规划是保证电力系统安全稳定的基础。具体来说，在远程数据传送系统的设计中，采用一个电压监控装置，与 GSM公共无线网络进行通信，同时满足了电力网的数据传输需求。在此系统中，对各种供电线路的电压进行实时监控，发现馈线电压不足时，应加大配变布点数目，或增设低压无功自动补偿装置。在应用负载控制系统中，采用 GPRS和 GSM移动通信网络作为基本通信平台，对配电终端进行远程管理。通过对电力系统的自动抄表、电能质量的监测、用电负荷的监测，提高农村电网的供电可靠性、安全性，能够实时、动态地监测用户的用电过程。在监控终端的安装方面，通过对电力系统的实时监测，对各个变电站的运行状况进行全面的了解，对三相平衡和无功补偿进行了合理的分配，以保证电力系统的最佳运行。例如，当电网发生用电故障或电网异常时，可以使用报警系统来显示故障类型，并通过故障点自动控制功能，使无故障区段的电力需求得到满足。

4.4 建设终端系统自动化

为了实现对配电网中有关设备的实时监测，需要对其进行自动化改造和升级。通过实现远程控制、故障识别、检测等功能，可以实现主站、副站的实时监测，保证电力系统的安全、稳定。其中，采用光纤以太网技术将变电站自动控制终端与服务器相连，实现了对变电站的数据采集。数据的收集与交换是由无线接入或者利用光纤实现的。这种终端的配置比较灵活，适用的范围也比较广，但是为了适应不同的操作要求，也可以对相应的系统进行一些调整。

4.5 相关基础设施的完善

在推进自动化、智能化的进程中，必须重视配电网络的基础设施建设与改造。要实现自动化，就必须与电网的改造相协调，而农网改造则要兼顾自动化方面的相关需求。例如，对相关输电线路的选材进行优化，对电力设备进行改造时应优先选用与智能化建设要求相适应的电力设备，并在线路的选型、设施的设置上重视自动化装置的安装与使用。另外，要注意沿线的通信设施，与有关运营商合作，根据实际情况选择铺设光缆进行有线传送或设立基站，使通信容量达到最大。

4.6 管理运维水平的提高

在自动化系统建设完成后，日常的维护和维修工作也会发生新的变化，要对维修人员进行系统的培训，让他们能够掌握有关的维修知识，改变他们的传统的操作理念，在检修中更加重视对相关的自动化设备的维护。根据需求组建一支专业的自动化管理团队，相关的管理人员不仅要掌握有关的电气专业知识，还要掌握电脑技术，并能利用有关的资料，使整个自动化和配电网络得到最佳的发展。