配網(wǎng)智能化的體系結構及實現(xiàn)策略
摘要：智能電網(wǎng)的概念涵蓋了電網(wǎng)的發(fā)、輸、變、配、用電各個環(huán)節(jié)。本文簡述了對智能配網(wǎng)的認識、智能配網(wǎng)的體系結構及實現(xiàn)策略。同時，結合實際提出幾點當前智能配網(wǎng)建設的相關建議。
關鍵詞：智能電網(wǎng)，智能配網(wǎng)，體系結構，策略
1、智能電網(wǎng)與智能配網(wǎng)簡述
近年來，在世界范圍內興起的智能電網(wǎng)是指用先進的通信、信息、網(wǎng)絡、傳感器、分布式電源、分布式計算技術等一切可以應用的先進技術和傳統(tǒng)的電網(wǎng)技術相結合，使電網(wǎng)具有一種思維、分析、判斷、決策、控制的功能，無論在什么情形下，電網(wǎng)都能自動快速準確的進行自控，因而電網(wǎng)就能更安全、穩(wěn)定、高質、高效，更人性化的運行，這就是智能電網(wǎng)，也稱為綠色電網(wǎng)、可持續(xù)發(fā)展的電網(wǎng)、社會各方面都能受益的電網(wǎng)。智能電網(wǎng)應該涵蓋電網(wǎng)的發(fā)、輸、變、配、用電各個環(huán)節(jié)。
智能配網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，其范圍包括以10kV（20kV）饋線自動化為主，覆蓋了400V低壓配電臺區(qū)自動化，延伸到用戶集中抄表系統(tǒng)。智能配網(wǎng)的概念首先是一種集成化的自動化系統(tǒng)，在在線實時狀態(tài)下，能夠監(jiān)控、協(xié)調、管理配網(wǎng)各環(huán)節(jié)設備優(yōu)化控制。目標是提高供電可靠性、改善電能質量和提高配網(wǎng)的運行管理效率，實現(xiàn)配網(wǎng)的優(yōu)化和經(jīng)濟運行。
2．智能配網(wǎng)的體系結構
實現(xiàn)智能配網(wǎng)是一項系統(tǒng)工程，其體系結構應包含供電和配網(wǎng)管理、配電自動化、需求
側管理等主要環(huán)節(jié)，并通過遠動系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和主站網(wǎng)絡對智能配網(wǎng)進行體系鏈結，
3．智能配網(wǎng)的實施原則
1）可靠性原則
①具有可靠的電源點(雙電源進線、備自投、變電所自動化)。
�、诰哂锌煽康呐潆娋W(wǎng)網(wǎng)架(規(guī)劃、布局、線路)。
�、劬哂锌煽康脑O備(一次智能化開關、二次戶外FTU、TTU)。
�、芫哂锌煽康耐ㄐ畔到y(tǒng)(通信介質、設備)。
⑤具有可靠的主站系統(tǒng)(計算機硬件、軟件、網(wǎng)絡)。
2）分散性原則
�、儆捎谂渚W(wǎng)的地域分布性特點，建立配網(wǎng)自動化系統(tǒng)希望功能分散、危險分散，采用具有智能的一次設備（如重合器等），故障就地解決。對于縣級規(guī)模的配網(wǎng)，復雜性并不高，通常雙電源即能滿足提高供電可靠性的要求，推薦重合器方案，并且在10kV干線適當配置開關數(shù)量，使保護配合能夠實現(xiàn)。
�、跒樘岣吲渚W(wǎng)的安全可靠性，主站軟件功能分散，以SCADA為主體的實時監(jiān)控功能獨立運行，以GIS地理信息系統(tǒng)為主體的在線管理功能獨立運行，電網(wǎng)分析計算功能獨立運行，各功能間內核一體化設計，保證信息的可靠、高效、優(yōu)質共享。
4．實現(xiàn)智能配網(wǎng)的技術策略
1）供電方式及一次設備
目前，配網(wǎng)的供電方式由電源點、線路開關設備、網(wǎng)架三部分決定，電源點、網(wǎng)架的不同方式組合，架構了多種多樣的供電方式，如單電源輻射狀供電、雙(多)電源互備供電、雙(多)電源環(huán)網(wǎng)供電、網(wǎng)格狀供電等，而線路開關設備如環(huán)網(wǎng)柜、重合器、分段器、斷路器、負荷開關等提供了功能各異的供電配合方案。城市電纜網(wǎng)多采用環(huán)網(wǎng)柜作為配電線路主設備，農電架空網(wǎng)多采用重合器、分段器、斷路器、負荷開關等作為配電線路主設備。以線路開關設備區(qū)分的供電方案主要有：電纜環(huán)網(wǎng)柜方案、架空重合器方案、分段器方案、斷路器方案、負荷開關方案等。各種方案具有不同的技術特點，但下述的幾個方面是共性的，這是配網(wǎng)實現(xiàn)智能化的基礎條件。
①評價架空網(wǎng)配網(wǎng)自動化供電方案優(yōu)劣的首要依據(jù)是供電可靠性，包括故障下停電范圍、停電次數(shù)、停電時間、恢復供電時間。
②在架空線網(wǎng)中，重合器方案具有現(xiàn)實的和技術的優(yōu)點：實際中，架空線路故障的80%是瞬間故障，采用重合器隔離瞬間故障，能大幅度提高供電可靠性；由于強電的危險性，線路發(fā)生故障時，希望現(xiàn)場問題就地解決，不宜擴大，減少人為復雜化；重合器的智能化程度高，使供電網(wǎng)絡能獨立運行，不依賴于通信系統(tǒng)、主站系統(tǒng)，同時可以統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施；由于故障多發(fā)生在分支線低壓臺區(qū)，支線可以用智能分段器與干線重合器保護配合。
③縣級城市配網(wǎng)的特點是架空線網(wǎng)、供電半徑在5km以內，推薦雙電源環(huán)網(wǎng)供電，并采用三開關四分段重合器方案。
�、軣o論是依靠智能開關設備保護配合隔離故障還是通過通信、主站軟件隔離故障，均希望簡化電網(wǎng)聯(lián)結的復雜性，對一般的城區(qū)和農網(wǎng)，采用雙電源環(huán)網(wǎng)供電，完全能滿足用戶的供電可靠性要求。
2）遠動系統(tǒng)及二次設備
配電自動化系統(tǒng)的遠動主要實現(xiàn)FTU、TTU對線路開關、配電臺區(qū)(變壓器)的監(jiān)控。遠動系統(tǒng)及設備的可靠性功能主要包括保護動作、環(huán)網(wǎng)控制、遠方控制、就地手動等四方面。配電自動化遠動系統(tǒng)的主要問題是線路電源(儀表與操作電源)和傳輸規(guī)約，設計適用于戶外環(huán)境的、可靠的不間斷電源是實現(xiàn)配電自動化的一個難題。由于配電線路設備的地理分布性，目前變電所采用的CDT、POLLING規(guī)約，均不適用于配電自動化系統(tǒng)，新的101規(guī)約得到了一定程度的應用，它能否作為配電自動化遠動傳輸標準，尚難評定，目前IEC正在制定新的傳輸協(xié)議標準。
3）通信方案及相關設備
通信方案包括主站對子站、主站對現(xiàn)場單元、子站對現(xiàn)場單元、子站之間、現(xiàn)場單元之間的通信等廣義的范圍。目前實施的試點工程的通信方案指主站對子站、主站對現(xiàn)場單元的通信。通信是智能配電的一個重點和難點，區(qū)域不同、條件不同，通信方案也多種多樣：光纖、電力載波、有線電纜、微波、擴頻等，但總的來看，采用混合通信方案是比較符合實際的原則。需要說明的是，光纖通信通常傳輸一路數(shù)據(jù)，帶寬在幾十K即可，需采用專用光端機。配電載波技術是有著巨大前景的配電網(wǎng)通信技術，目前尚未達到實用化。
4）主站網(wǎng)絡
配電主站功能包括SCADA實時監(jiān)控、GIS地理信息系統(tǒng)在線管理、電網(wǎng)經(jīng)濟運行分析等，主站框架要突破傳統(tǒng)的單一調度自動化系統(tǒng)C/S模式，以P-P-C/S-B/S一體化架構，充分體現(xiàn)分布式網(wǎng)絡的管控一體的綜合集成系統(tǒng)特點，計算機網(wǎng)絡與軟件平臺技術充分體現(xiàn)功能與開放，并提供與異構系統(tǒng)跨平臺接口，與調度、負控、MIS、CIS等自動化子系統(tǒng)實現(xiàn)無縫集成。采用—體化主站設計方案，需要建設一個規(guī)模龐大的包含有地理信息系統(tǒng)功能在內的主站系統(tǒng)，功能完善并能夠充分實現(xiàn)資源和信息共享，防止設備和功能重疊。同時可避免重復投資。缺點是系統(tǒng)復雜，投資大，建設周期長。因功能過于集中．對系統(tǒng)的可靠性要求較高，系統(tǒng)故障時影響面較大。
目前，我國配網(wǎng)智能化建設處于起步階段，沒有長期運行經(jīng)驗，涉及到的許多內容還沒有標準和規(guī)范，一般不宜建立龐大的、功能十分完善的配網(wǎng)管理系統(tǒng)。為了節(jié)省投資，增強系統(tǒng)的靈活性，可采用二級主站方案，二級主站通常設置在變電站自動化系統(tǒng)內，它既可以是一個獨立的自動化系統(tǒng)，對整個變電站實施監(jiān)視、測量、保護和控制，也可以上與控制中心或配電自動化管理系統(tǒng)DMS通信，下與饋線自動化系統(tǒng)相聯(lián)。如圖1所示。
圖1配網(wǎng)智能化二級主站方案
5．建議與結語
探索智能配網(wǎng)的科學構建，應以安全、可靠、先進、實用為目標，理論上講應建立在配電自動化的基礎上。但前些階段實施配電自動化工作中形成的誤區(qū)之一就是過分強調自動化及軟件功能，往往忽略了電網(wǎng)的根本需求。同時，在實施配網(wǎng)自動化工程中，存在的另一誤區(qū)，就是以GIS代SCADA(如ARCINFO)，實時處理圖形，增加了計算機工作負擔，人為地降低了系統(tǒng)安全運行的可靠性。因此，當前對智能配網(wǎng)建設側重點的建議是：以提高供電可靠性為第一目標的架空網(wǎng)為重點；以實現(xiàn)SCADA實時監(jiān)控為重點；以確保主站信息處理的及時性為重點；對GIS在線管理當前應為次之。同時，對城市中一般以運行管理為主要目標的電纜網(wǎng)應根據(jù)當?shù)鼐唧w情況和條件區(qū)別對待。使智能配網(wǎng)的構建從起步開始就達到科學、先進、實用、實效的目的。
