电力工程中配电网自动化技术

王腾飞 汪晨涛

摘 要：电能具有使用方便和传输便捷等特点，在各个领域得到广泛应用。基于此，对配电网自动化技术从其原理和运行机制进行了解析，并分析了该技术在电力工程中的起到的作用，深入探讨了配电网自动化应用中涉及到的关键技术以及其应用方式，尝试对拓展其应用范围的对策进行了总结，希望能给相关从业者带来一定借鉴。

关键词：电力工程；配电网；自动化技术

中图分类号：TM76                                文献标识码：A                                   文章编号：2096-6903（2023）11-0117-03

0 引言

随着各地城市化进程的快速推进，电力需求也在不断增长。为满足城市和工业领域对电力的高需求，必须提高电力系统的供电能力和可靠性。配电网自动化技术可以通过实时监测和智能控制来优化电力分配，降低电力故障的发生率，提高供电质量。

1 电力工程中配电网自动化技术的概述

1.1 配电网自动化技术原理

现代的配电自动化系统以一次电力网络和设备为依托，巧妙地融合了计算机科技、通信技术和最新的电子感知技术。这个系统的核心理念在于创建一个强大的配电自动化平台，能够整合配电网络设备的数据，包括实时、准实时和非实时信息。无论是在正常运行模式下还是在发生故障情况下，都能实现持续不断的监测、保护和控制，其高效性和可靠性显著提升了电力系统的运行品质和安全性水平[1]。

应用现代先进的计算机网络设备，配电网自动化系统实现了对供配电系统的遥控，以高效监测和管理电力分配。该系统采用了分层结构，能保障信号的暢通和互通，显著提升电力供应的可靠性和安全性，保障用户的安全，促进电网供电的可持续发展。这一技术创新为电力系统带来了前所未有的便捷性和稳定性，为未来的电力行业发展奠定了坚实基础。

1.2 配电网自动化技术的运行机制

配电网自动化技术的运行机制是一个高度复杂而协调的系统，它始于分布式传感器的实时数据采集。这类传感器广泛分布在电力网络的关键节点，监测电流、电压、频率等电力参数的同时，也能监测线路的状态和负荷情况。基于各种配电设备远程操作开关和断路器，实现对电力设备的远程控制，以便快速隔离故障区域，减少停电时间。

配电自动化系统还能够优化电力流向，根据需求动态调整电力分配，提高电能的利用效率。当出现故障或负荷波动时，系统会自动重新配置电网拓扑，将电力重新分配到可用路径，从而最大程度地减少停电范围。该系统还能预测和优化电网运行状态，提高了电力系统的规划和管理能力。通过大数据分析和人工智能技术，系统可以预测电力需求和潜在故障，提前采取措施，防止潜在问题的发生。

2 配电网自动化技术在电力工程中的作用

2.1 有效融合自动化技术和智能保护功能

自动化技术能够迅速响应电力系统的变化，监测电流、电压、频率等参数以及线路状态和负荷情况，从而实现实时的电力系统监控[2]。智能保护功能可以根据监测到的信息，迅速判断并隔离故障，防止故障扩大，保障了电力系统的稳定性和可靠性。这种融合还能够实现对电力设备的自动控制，包括断路器和开关的自动切换，以最小化停电时间和电力损失。

2.2 提升配电网电能质量水平

各项传感设备能实时监测电力系统的运行情况，达到迅速检测出电力故障或异常的目的，缩短了故障处理时间，有助于减少电力中断的频率和持续时间，提高了供电可靠性，确保了用户的电力需求得到及时满足。实时控制电力设备的开关状态和负载分配，可以有效降低电力系统的过载风险，减少电能损耗，提高电能传输效率，提升了电能的质量。

自动化技术还能够自动平衡电力系统中的电压和频率，防止电压波动和频率偏差，进一步改善了电能的质量。当电力系统遇到外部干扰或突发情况时，自动化系统能够快速采取措施，恢复正常运行，减少了电力系统的恢复时间，降低了电力质量下降的可能性，保障了用户的用电设备不受影响。

2.3 为配电网规划及技术改造提供基础数据

自动化技术可以提供配电网的负荷分布情况、电流负载特性、电压稳定性等数据，帮助电力工程师有效地确定线路和变电站的位置，确保电力供应的可靠性和效率。基于历史数据的分析也能够帮助规划人员预测未来负荷增长趋势，从而为电力系统的扩展和升级提供了科学依据[3]。

自动化技术还能监测设备的运行状况，提前发现设备故障或老化问题，使得维护工作更加精确和高效，并支持智能开关、远程操作和自动化设备的使用，提高电力系统的可操作性和可控性，有助于更好地应对紧急情况和优化系统运行。

2.4 提升对分布式光伏等新能源的消纳能力

自动化技术可以实时监测和管理电力系统中分布式能源的产生和消耗，确保它们平稳地融入电网。通过智能控制和数据分析，系统可以根据能源供需的变化，灵活地调整电力分配，以确保新能源的高效利用，并降低能源浪费。自动化技术不仅促进了可再生能源的大规模接入，还提高了电力系统的稳定性和可靠性，为电力工程带来了新的发展机遇。

3 配电网自动化应用的关键技术

3.1 现场总线技术

在配电网的不同设备和控制器之间，建立一个共享的数字通信通道，让各个设备能实时交换信息和指令，可实现对电力系统的实时监测、控制和管理。可在配电网的各个关键节点上，安装控制器、传感器和执行器等现场总线通信设备，使用Modbus、Profibus、CAN等串行通信协议来建立通信网络。正确配置设备的波特率、地址等通信参数，一旦通信网络建立起来，各个设备就可以实时监测电力系统的状态。操作员能够迅速响应系统变化，从而可以进行远程控制操作，以维持电力系统的稳定性和效率。

3.2 主动对象数据库技术

主动对象数据库技术的核心概念，是将所有的电力设备、元件和系统都抽象为数据库中的主动对象，各种传感器和监测设备会持续不断地收集电力系统各个部分的电流、电压、负载等信息，并将其上传到数据库中。通过数据处理算法，对采集到的数据进行分析和计算，生成实时状态信息、故障诊断以及预测分析等关键信息。这些信息能帮助运维人员快速了解系统状况。基于上述数据生成用户界面和报警系统，系统可实现查看实时数据、历史记录和报告的功能。

3.3 光互联技术

光互联技术能利用光纤传输数据和控制信号，实现电力设备之间的高效通信和协调，提高配电网的可靠性和效率。它需要在配电网的关键节点设置光纤传感器和通信设备，这些设备可以监测电力系统的状态并传输数据。使用光纤连接这些设备，构建起一个高速、低延迟的通信网络。这个网络可以实时传输数据，包括电流、电压、频率等信息以及控制信号，如故障检测和远程操作命令[4]。

光互联网络建立完成后，配电网自动化系统就可以实时监测电力系统的运行状况，并根据需要进行调整和控制。操作人员可以通过远程管理系统访问这些数据，识别潜在问题并采取相应的措施，从而减少停电时间和电力系统的损坏。

3.4 广域测控技术

广域测控技术尽管在硬件方面与传统的配电自动化系统差别不大，也具备了独特的能力，这项技术使每个终端都能够支持高级应用，提供了开放的程序接口，数据模型必须符合IEC 61850标准，并且能够自动掌握电网拓扑信息，以为用户编写自定义程序提供极大便利。

传统的孤岛保护方法主要依赖于就地控制，这就可能导致无法检测到某些情况。为了克服这一难题，引入了一种国外装置，称为DTT（远程跳闸保护）。这一装置在检测到断路器跳闸时，将跳闸指令发送给并网开关控制装置，实现更可靠的保护机制。每个终端都将充当小型主站，具备独立完成控制任务的能力。例如，在变电站安装终端后，一旦检测到变电站跳闸事件，其能将信息传输给并网开关。而并网开关终端可通过接力查询拓扑结构、上游开关状态等信息，从而实现更加智能的跳闸操作，并实时追踪馈线拓扑结构的变化，以保持信息的最新状态。

3.5 配电网通信技术

要想实现配电网自动化的目标，就要建立高速、双向、集成的通信系统，它不仅为智能电网的数据获取、保护和控制提供了坚实支撑，更是驱动智能电网发展的重要推动力。这一通信系统必须覆盖每家每户，与配电网无缝融合，共同构建出紧密联系的信息网络。

在地区配电网中，通信节点的距离相对较短，通常采用主干通道与小区分支通信网络相结合的方式。在这种方案中，一个小区内的FTU、变压器检测仪、自动读表控制器等终端设备的数据，可以被小区内的变电站或开闭所收集并转发，通信距离通常在2、3 km以内。这种结合了主干通道和小区分支通信网络的方案，有效地解决了通信距离的限制问题，适用于覆盖较小区域的配电网自动化系统[5]。

4 电力工程中的配电网自动化技术的应用方式

4.1 配电房配电自动化终端

自动化终端是配电网自动化技术的核心组成部分，通过实时监测、控制和管理电力系统，提高了电力供应的可靠性和效率。配电自动化终端通过精确的数据采集功能，能够实时监测电力系统的状态。通过收集来自变压器、开关设备、电流和电压传感器等设备的数据，以获得关于电力负荷、电压水平和电流流向等关键信息。对数据进行高精度分析有助于及时识别潜在问题，如过载、短路或设备故障，降低电力系统的故障风险。基于实时数据和预定的操作规则，能够自动调整开关设备的状态，以确保电力系统的稳定运行。

4.2 故障自动定位

故障自动定位是指利用先进的监测和控制系统，迅速准确地识别和定位配电网中的故障，以便及时采取措施修复问题并恢复电力供应。控制系统利用接收到的数据和算法进行故障分析，迅速确定故障的类型和位置。通过准确的故障定位，可以避免出现漫长的故障排查过程，缩短了故障恢复的时间。自动定位还有助于降低人为错误的风险，提高电力系统的可靠性和稳定性。一旦确定了故障的位置，配电网自动化系统便可以通过遥控装置远程切断受影响的电路，以防止故障扩散或危害安全。

4.3 分布式能源管理

分布式能源管理的核心目标是实现高效管理和优化利用，以满足不断增长的电力需求，并确保电力系统的稳定性和可靠性。通过智能化的监测和控制系统，配电网可以实时监测分布式能源的产生和消耗情况，包括太阳能电池板、风力涡轮机和其他可再生能源系统的产电量以及用户的用电需求。分布式能源管理技术可以优化电力系统的运行，最大程度地提高能源利用效率。其可以根据电力需求的变化，自动调整分布式能源资源的输出，并将多余的电力存储起来供将来使用，有助于减少能源浪费，提高系统的经济性和环保性。

分布式能源管理还可以实现对电力系统的远程控制和协调。通过远程监控和调度，电力运营商可以更好地管理分布式能源资源，协调不同资源之间的互补关系，确保电力系统的稳定运行。这种协同管理有助于应对突发事件和电力需求峰值。

4.4 用户抄表自动化

智能电表是一种集成了先进传感器和通信技术的装置，能够实时测量电能使用情况，并将数据传输到配电网管理系统。这些数据可以包括用户的用电量、功率因数、电压质量等信息。这些智能电表不仅能够远程监测电能使用情况，还可以远程控制电力供应，例如实施远程抄表和远程切断电力供应，以提高电力资源的管理效率。

4.5 馈线自动化

馈线是电力系统中的一种关键元素，它通常用于将电能从发电厂或变电站输送到终端用户或不同的配电设备，包括电缆、导线、开关设备、变压器等組成部分，它们构成了电力系统的物理基础。系统可以根据实时负荷需求和电力供应情况，自动调整馈线的电压和频率，以确保电力供应的稳定性和质量，有效降低电能损耗，提高电力系统的效率。

5 在电力工程中推广配电网自动化技术的策略

5.1 加强基础设施建设

基础设施建设是推广配电网自动化技术的首要任务，供电企业要及时建设新的电力设施，并对现有电力设施进行升级和改造。这一过程虽需要投入大量资金和资源，但也为未来提供了坚实的基础。某些旧的输电设备无法与现代自动化技术兼容，因此必须进行相应的改进。要替换掉老化的变压器、电缆和开关设备等，还需要不断优化电力网络布局，这样能最大程度地减少能源损耗，并提高电力系统的稳定性。

5.2 对现有功能结构进行优化

优化现有功能结构的关键是采用先进的传感技术、智能算法和远程监测控制技术，以提高电力系统的性能、可靠性和效率。这些优化方法可以在不引入大规模硬件改造的情况下，改善电力系统的运行，实现配电网自动化技术的推广。

5.3 积极引进新技术

要引进新技术，需要先进行详尽的市场研究和技术评估，这样才能科学地确定适合特定电力系统的最佳解决方案。供电公司与技术供应商、研究机构和政府部门合作，要建立合适的合作伙伴关系，获取支持和资源。在引进阶段，需要制定清晰的技术集成、培训人员和监测性能的执行措施。

6 结束语

在电力工程领域，配电网自动化技术的不断发展和应用，已经成为现代电力系统的重要组成部分。这一技术的应用为电力系统提供了更高的效率、可靠性和可控性，为电力工程带来了新的发展机遇。

参考文献

[1] 孙晨.配电网自动化技术及其在电力系统中的应用[J].光源与照明，2022（6）：163-165.

[2] 李旺军.配电网精准规划应用研究[D].广州：广东工业大学， 2022.

[3] 姚凤群.电力系统配电自动化的常见故障和处理技术[J].设备管理与维修，2020（12）：179-180.

[4] 申扬.配电网自动化建设与配网运行管控探讨[J].通信电源技术，2020，37（4）：258-259.

[5] 刘小强，姜丹炜.电力系统配电网自动化系统应用注意事项[J].通信电源技术，2019，36（12）：228-229.