配电自动化技术的发展研究

2023-11-16薛大业

科学与信息化 2023年21期

薛大业

国网江苏省电力有限公司阜宁县供电分公司江苏盐城 224400

引言

电力配电是电力系统的关键组成部分，直接影响到电力的可靠性﹑效率和质量。随着电力需求的不断增长和分布式能源的普及，传统的手动配电管理方法已经无法满足现代电力系统的要求。因此，配电自动化技术应运而生。在现代化的进程中，对配电自动化技术的发展进行综合性的研究，也更有现实意义。

1 配电自动化技术的发展历程

配电自动化技术的发展历程可以分为以下几个阶段：一是初期阶段，20世纪80年代，配电系统主要依靠人工操作和传统的继电保护装置进行运行和维护。在这个阶段，配电自动化技术仍处于初级阶段，主要关注传感器和控制装置的引入，以及远程通信技术的应用。二是系统化阶段，20世纪90年代中期至2000年初，随着计算机技术的发展和数字化技术的普及，配电自动化技术逐渐进入系统化阶段[1]。各种监测设备和控制装置开始广泛应用于配电系统的不同环节，实现了对电网的实时监测和自动化控制。三是智能化阶段，2010年至今，随着物联网﹑大数据和人工智能等新兴技术的兴起，配电自动化技术进入智能化阶段。通过引入智能传感器﹑智能继电器和智能控制器，配电系统能够实现更高级的自动化和智能化功能，如预测性维护﹑能源优化调度和灵活的负荷管理等。未来，配电自动化技术有望继续向更高级﹑更智能的方向发展。随着5G通信技术的普及和边缘计算的应用，配电系统将实现更快速﹑更可靠的通信和数据处理能力；同时，人工智能和机器学习技术的进一步发展将为配电系统提供更智能化﹑自适应的决策和控制能力。

2 配电自动化关键技术形式

2.1 智能感知与监测技术

智能感知与监测技术通过引入高精度的传感器和监测装置，实时采集配电系统各个节点的电流﹑电压﹑功率等参数。同时，结合物联网和大数据技术，将监测数据进行实时传输﹑存储和分析。通过智能感知与监测技术，可以实现对配电系统的全面监测，准确获取各个节点的运行状态和负荷情况。这不仅提供了对系统性能的全面了解，还能够及时发现异常情况和故障，并进行迅速的响应和处理。同时，该技术还可以为系统运维提供大量的数据支持，通过对历史数据的分析与挖掘，提供系统优化﹑故障预测和能源管理的依据。智能感知与监测技术的应用，使配电系统具备了自适应﹑智能化的能力，为提高系统的可靠性﹑降低运维成本和优化能源利用提供了重要的基础。

2.2 远程控制技术

远程控制技术允许操作人员通过远程通信手段对配电系统进行监控和控制，无须亲临现场。这项技术基于现代通信技术，如互联网﹑无线通信等，实现了操作信号的远程传输和设备状态的远程监视。通过远程控制技术，操作人员可以实时监控配电系统的运行状况，包括负荷情况﹑设备状态﹑故障报警等[2]。同时，他们可以通过远程控制指令，对系统进行远程操作和调整，如开关控制﹑负荷调节﹑设备切换等。远程控制技术的优势在于提高了操作灵活性和效率。操作人员无须亲临现场，能够及时响应各种情况并作出相应的控制决策。同时，远程控制技术还具有安全性和可靠性的优势，可以避免人为操作带来的潜在危险，并减少维护和运维的人力成本。随着物联网和云计算技术的不断发展，远程控制技术在配电自动化中的应用也将得到进一步扩展。通过与智能感知技术和大数据分析相结合，远程控制技术不仅可以实现对配电系统的实时控制，还可以提供更智能化﹑自适应的控制策略，以满足不同场景下的需求，并提高系统的运行效率和可靠性。

2.3 数据分析与人工智能

随着大数据时代的到来，越来越多的数据被采集和记录下来，包括配电系统的运行数据﹑负荷数据﹑设备状态等。数据分析与人工智能技术通过对这些数据进行深入挖掘和分析，提取出有价值的信息和知识，并利用人工智能算法进行智能决策和优化。数据分析与人工智能技术可以帮助配电系统实现更加精准和智能的运行管理。通过对历史数据的分析，可以揭示系统运行的规律和趋势，进行负荷预测﹑故障预警和能源优化。利用机器学习和深度学习等人工智能技术，可以构建预测模型和优化算法，进一步提高配电系统的效率和可靠性。此外，数据分析与人工智能技术还可以实现配电系统的自主决策与优化。通过建立智能化的监测与控制系统，配合人工智能算法，系统能够自动感知和识别各种异常情况，并自主做出相应的调节措施，如自动切换备用电源﹑调整负荷分配等，以保证系统的稳定运行。总之，数据分析与人工智能技术在配电自动化中的应用，可以帮助提高配电系统的安全性﹑可靠性和运行效率。通过深度挖掘数据的价值，实现智能化的决策与优化，配电系统能够更加适应复杂多变的运行环境，为用户提供更可靠﹑高效的供电服务。

3 配电自动化技术的应用领域

3.1 工业生产

配电自动化技术在工业生产领域有广泛的应用，具体而言，主要包括如下几个方面[3]：第一，工业设备控制。配电自动化技术可以实现对各种工业设备的精确控制和调节，包括电机﹑传动系统﹑加热设备等。通过远程监控和控制，可以实现设备的自动化运行和优化控制，提高生产效率和质量。第二，能源管理与优化。配电自动化技术可用于监测和管理工业生产中的能源消耗情况，通过实时数据采集和分析，可以进行能源使用的监控和评估，识别能源消耗的瓶颈和优化点，从而制定相应的能源管理策略，降低能源成本和环境影响。第三，故障检测与预测。配电自动化技术可以实现对工业生产设备和系统的故障检测和预测。通过实时监控和数据分析，可以发现潜在的故障风险，并及时采取措施进行维修和替换，减少生产停机时间和损失。第四，智能配电网。配电自动化技术在智能配电网中起着关键作用，通过数据采集﹑通信和控制技术，可以实现对电力系统的实时监测﹑负荷管理和故障隔离等功能。智能配电网可以提高电网的可靠性﹑安全性和供电质量，支持工业生产的稳定运行。第五，电力质量管理。配电自动化技术可以对工业生产中的电力质量进行监测和管理，通过实时采集和分析电力质量数据，可以识别并解决电压波动﹑谐波污染﹑电能质量不合格等问题，保证电力供应的稳定性和可靠性。

3.2 市区配电

配电自动化技术在市区配电领域也有广泛的应用，具体而言，包括如下几个方面[4]：第一，负荷管理与优化。配电自动化技术可以实现对市区负荷的实时监测和管理，通过数据采集和分析，可以准确了解市区负荷的特征和变化趋势，通过智能算法进行负荷优化调度，提高供电效率和质量，避免负荷过载和电网压力过大。第二，故障检测与快速恢复。配电自动化技术可以实现对市区配电网络的故障检测和快速恢复，通过智能感知装置和远程监控系统，可以实时监测电网状态，一旦发生故障，系统能够自动检测并定位故障点，并通过自动开关和切换操作实现快速恢复，减少停电时间和影响范围。第三，安全监控与保护。配电自动化技术可以实现对市区配电设备和线路的安全监控和保护，通过智能传感器和断路器等装置，实时监测电流﹑电压和温度等参数，一旦发生异常情况，如短路﹑过载或设备故障，系统能够及时做出响应并采取措施进行保护，确保电网的安全运行。第四，能源管理与优化。配电自动化技术可以用于市区能源管理和优化，通过对市区能源消耗情况进行监测和分析，可以确定节能潜力和优化点，制定相应的能源管理策略，如合理的负荷分配﹑能源储存和再生利用等，降低能源成本和环境影响。第五，智能计量与计费。配电自动化技术可以实现市区配电网络中的智能计量和计费管理，通过智能电能表和通信系统，可以实现远程抄表﹑实时计费和用电监管，提高用电计量的准确性和公平性，同时方便用户管理和节约用电。

3.3 新能源接入

配电自动化技术在新能源接入领域有着重要的应用，随着可再生能源（如太阳能﹑风能等）的快速发展，将其接入现有电力系统需要配电自动化技术的支持。具体而言，主要体现在如下几个方面：第一，并网控制与管理。配电自动化技术可以用于实现新能源发电设备的并网控制与管理，通过智能控制系统，可以监测和控制新能源发电设备的运行状态，实现对电力输出的调节和优化，并确保与传统电网的稳定连接。第二，功率平衡与调度。新能源发电具有间断性和不可控性特点，配电自动化技术可以根据新能源发电设备的实时输出情况，结合负荷需求，实现功率平衡与调度。通过智能算法和数据分析，可以优化新能源和传统电源的协调运行，提高供电可靠性和经济性。第三，储能系统控制。新能源接入中常伴随着储能系统的应用，配电自动化技术可以实现对储能设备的控制与管理。通过智能控制策略，可以对储能系统进行充放电控制，根据能源需求和价格信号优化能量的存储和释放，提高电网的可靠性和稳定性。第四，微网管理。新能源接入常涉及微网的构建与管理，配电自动化技术在微网中发挥着重要作用。通过智能监控﹑通信和控制技术，可以实现微网内部各个能源源和负荷的协调与优化管理，提高微网的自主运行能力和供电可靠性。第五，数据监测与分析。配电自动化技术可以实现对新能源发电设备和系统的数据监测和分析，通过数据采集和处理，可以实时监测新能源发电设备的运行状况﹑电能输出情况等，为运维人员提供状态评估﹑故障诊断和性能优化的依据。

4 配电自动化技术的应用优势与挑战

4.1 优势

首先，配电自动化技术可以实现对电网状态的实时监测和调度，通过智能算法和控制策略，及时识别并处理电网故障和异常情况，避免停电和其他供电事故的发生，从而提高供电可靠性。其次，配电自动化技术可以实现对电力设备和线路的远程监测和管理，减少人工巡检和运维维修的工作量和成本，同时提高运维效率和设备利用率。此外，配电自动化技术还可以结合能源储存﹑能源管理和货物监控等技术，实现能源的管理和优化利用，降低能源成本和环境影响。

4.2 挑战

当然，配电自动化技术的应用也面临一些挑战，包括以下几个方面：一是技术复杂性，配电自动化技术需要综合运用电力系统﹑通信网络﹑数据处理和智能算法等多个领域的知识，涉及的技术较为复杂。这要求从事配电自动化的人员具备较高的专业技术水平，同时还需要不断跟进技术发展，以适应新的技术要求。二是兼容性和互操作性，配电自动化系统往往需要与现有电力设备和系统进行集成，但由于不同厂家的设备和系统存在兼容性和互操作性的差异，可能会导致集成过程困难。因此，确保各个设备和系统之间的互相协调和信息交换是一个挑战。三是数据安全和隐私保护，配电自动化技术依赖于大量的数据采集和处理，涉及用户的能源消耗和行为等隐私信息。因此，确保数据的安全性和隐私保护是一个重要的挑战，需要采取有效的安全措施和合规政策，防止数据泄露和滥用。四是运维和维护，配电自动化系统的运维和维护也是一个挑战。这需要专业的技术人员进行系统监测﹑故障排除和维护工作，及时处理因软硬件故障引起的问题，并确保系统的稳定运行。此外，对于老旧电力设备和系统的升级和改造，也需要考虑到对现有运行的影响和工作量的合理安排。