[關鍵詞] 配電自動化 FTU分層 分布式監(jiān)控系統(tǒng) 電力市場
一、引言
配電自動化是西方發(fā)達國家70年代提出的概念,目前在日本、歐美已得到了充分發(fā)展。我國近年來也已開展了不少試點工作。 對于配電自動化,《配電系統(tǒng)自動化設計導則》中針對其特點給出了很確切的定義:“利用現(xiàn)代電子、計算機、通信及網(wǎng)絡技術,將配電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進行信息集成,構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng),實現(xiàn)配電網(wǎng)及其設備 正常運行及事故狀態(tài)下的監(jiān)測、保護、控制、用電荷配電管理的現(xiàn)代化”。配電自動化系統(tǒng)(DAS)在縱向結(jié)構(gòu)分屬于配電管理系統(tǒng) (DMS),橫向與110kV變電站綜合自動化、調(diào)度自動化、電力MIS等緊密關聯(lián)。從目前實施的需求和現(xiàn)狀看,配電網(wǎng)自動化實行的模式 應是SCADA與GIS合一,“營配合一",且與地調(diào)、電力MIS等緊密集成的系統(tǒng)。
二、配電自動化實施目的
配電自動化在我國的興起主要是緣于城網(wǎng)改造口長期以來配電網(wǎng)建設不受重視,結(jié)構(gòu)薄弱,導致發(fā)電容量冗余的同時供配電能力低下。由此國家出臺城網(wǎng)改造的政策、資金,并提出要積極穩(wěn)步推進配電自動化。配電自動化實現(xiàn)的目標可以歸結(jié)為:提高電網(wǎng)供電可靠性, 切實提高電能質(zhì)量,確保向用戶不間斷優(yōu)質(zhì)供電;提高城鄉(xiāng)電力網(wǎng)整體供電能力;實現(xiàn)配電管理自動化,對多項管理過程提供信息支持,改善服務,提高管理水平和勞動生產(chǎn)率;減少運行維護費用和各種損耗,實現(xiàn)配電網(wǎng)經(jīng)濟運行;提高勞動生產(chǎn)率及服務質(zhì)量,并為電力系統(tǒng)電力市 場的改革打下良好的技術基礎。
從以上這些目標可以看出,對于電力企業(yè),配電自動化的實施的具體意義在于：近期可以大幅度提高供電可靠性,同時具有減人增效,降低經(jīng)營成本的作用;遠期的意義即針對在良好一次網(wǎng)絡的基礎上的自動化系統(tǒng)可優(yōu)化運行,保持能量平衡,減少尖峰負荷,進而具有推 遲新建項目的潛在經(jīng)濟效益。
按照國際現(xiàn)代企業(yè)的發(fā)展規(guī)律,配電自動化的系統(tǒng)實施是整個配電網(wǎng)絡技術水平、管理水平的全方位、全過程的提高,是未來能夠?qū)崿F(xiàn)多方面、巨大的經(jīng)濟效益的基礎。對于國家整體,在我國目前經(jīng)濟和供電條件下它更能作為一種基礎設施的優(yōu)化促進國民經(jīng)濟發(fā)展,并起 到實現(xiàn)經(jīng)濟和社會雙重效益的作用。
三、配電自動化的實施應面向用戶并適應經(jīng)濟發(fā)展水平
配電自動化是屬于整個電力系統(tǒng)中的一個分支,配電網(wǎng)領域又是整個電力系統(tǒng)與分散的用戶直接相連的部分,是對社會生活變化最為敏感的部分,電力作為商品的屬性也集中體現(xiàn)在配電網(wǎng)這一層上。配電自動化是作為市場經(jīng)濟的產(chǎn)物誕生于市場經(jīng)濟發(fā)達、大多數(shù)國家電力 民營化的西方;當市場需要更高的供電質(zhì)量,電力公司必須在激烈的市場競爭中利用新技術降低運行費用,配電自動化應運而生。配電自動化的實施也是一個自然的過程，因為它直接向用戶接入的特點,它的變化發(fā)展始終引導適應著經(jīng)濟的發(fā)展。
西方發(fā)達國家于80年代末,開始應用配電自動化技術。90年代以來,歐美一些國家先后開放電力市場,由于各電力企業(yè)忙于進行體制轉(zhuǎn)換, 配電自動化實施工作一度放緩。目前,為了降低運營成本,提高供電可靠性和供電質(zhì)量,爭取更多的用戶,各供電企業(yè)正在積極地開展配電自動化工 作。日本在70年代就開始進行高電壓大容量的配電方式,以解決大城市的配電問題,并著手開發(fā)依靠配電設備及繼電保護進行配電網(wǎng)絡自動化運行的方法,從80年代到現(xiàn)在已完成了計算機系統(tǒng)與配電設備配合的配電自動化系統(tǒng),在主要城市的配電網(wǎng)絡上投入運行,其中大規(guī)模的配電自動 化系統(tǒng)可控制約4000個以上的中壓開關,中小規(guī)模的配電自動化系統(tǒng)也可控制約1500個中壓開關。由于配電自動化工作的深入,電網(wǎng)供電可靠性得到顯著的提高,日本96年至97年度平均每戶停電0.1次,每次平均8分鐘,可靠性居全球之首。香港電燈公司的3000多個中壓開關全部可以遙控。 韓國、臺灣于90年代也完成了局部配電系統(tǒng)的饋線自動化,并建立了自己配電自動化實驗網(wǎng)絡。與其它方面的現(xiàn)代化一樣,配電技術的現(xiàn)代化是建立在一定工業(yè)基礎之上的,而上述國家的90年代均是已實現(xiàn)經(jīng)濟騰飛、經(jīng)濟得到了充分發(fā)展的階段,是社會技術經(jīng)濟發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物。
98年我們國家決定投巨資進行城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造,反映了我們國家綜合國力的增強:國家電力公司配合國家計委作出了實施方案,分批投入城市電網(wǎng)建設和改造項目,三年國家將投入資金數(shù)千億元。另外根據(jù)國家發(fā)展委員會計投資(1998)1509號的批復,國家將投入1368億元,用于我 國農(nóng)網(wǎng)的建設與改造,拉開了建國以來最大規(guī)模的農(nóng)村電網(wǎng)建設的序幕。全國城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設與改造的資金投入將近3000億元。這樣大規(guī)模的城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設與改造加上1"6年在濟南召開的全國電力工業(yè)技改會議提出的‘把技術進步作為九五期間發(fā)展我國電力工業(yè)的主要方向,的方針,必 將極大促進配電自動化工作的開展,配電自動化已成為電力自動化的熱門技術,是電網(wǎng)發(fā)展的大勢所趨。
但對于在我國的實施與國外又有很大不同:一、我國對電力是國家壟斷經(jīng)營,尚未真正實現(xiàn)電力市場化;二、我國畢竟還屬發(fā)展中國家且各地發(fā)展很不平衡。實施的目的既是為適應終端用戶的需求,這種需求既會因不同用戶、因地、因行業(yè)而異,又是隨時變化的。假如不尊重 經(jīng)濟和市場發(fā)展的需求變化,必然要遭遇挫折,比如曾一度興起的負荷管理控制系統(tǒng),很多電業(yè)局自安裝上之后就一直沒發(fā)揮過作用,既不能給用戶拉閘限電又不好集成進抄表營業(yè)系統(tǒng),投資于是變成浪費。關于差異,比如東部沿海地區(qū)一個縣的供電量可能大于內(nèi)陸不發(fā)達省份一個地 區(qū)的供電量;作為實施基礎的一次網(wǎng)絡和變電站綜合自動化的水平各地區(qū)間差距更大。如果全面的實施配電自動化,首先應考慮的是:
1.對于提高供電可靠性,首先是要將它看作一個長期的市場行為。
2.供電可靠性的提高是一個受多種因素制約、用多種手段有效協(xié)作后的結(jié)果,尤其依賴于系統(tǒng)管理水平的提高?？梢詮膰獾睦涌磁渚W(wǎng)建設的歷程,以日本關西電力公司為例,在60-70年代主要在改進一次設備,80年代為滿足城市環(huán)境規(guī)劃要求而大量采用地下電纜后,大大提高了供 電可靠性,達到每戶年停電次數(shù)0.05次/年,此后改造的重點轉(zhuǎn)為采用各種綜合手段提高供電質(zhì)量,如采用不停電施工減少計劃停電;開發(fā)利用配電自動化實現(xiàn)設備的遠方監(jiān)視、控制、協(xié)調(diào),消除操作中人為因素可能導致的錯誤。從而使停電時間減少到每戶每年3分鐘的水平。眾所周知60 -80年代正是日本經(jīng)濟高速發(fā)展的黃金時期,從以上可見在當時計算機通訊技術條件下實施配電自動化:一、肯定有強大的利益驅(qū)動外因(用戶對電能質(zhì)量的高要求),二、單純的通過改造一次設施即能達到每戶年停電次數(shù)0.05次/年,關西電力公司在實施自可見一斑。
所以我們建議一個供電企業(yè)在安裝配電自動化是首先研究的應是客戶長期的、變化的、潛在的需求,按現(xiàn)代的營銷模式作市場調(diào)查、顧客群細分等,將配電自動化的實施同時作為整個電力營銷策略中的一環(huán)來處理;其次量力而行,綜合企業(yè)內(nèi)已有的線路網(wǎng)絡水平、調(diào)度自動化 和變電站(開閉所)自動化水平、人員素質(zhì)、管理改革配套來制定實施的進度和規(guī)模。
四、配電自動化產(chǎn)品應具備先進性、開放性和服務的可持續(xù)性
城市配電自動化的內(nèi)容是對城域所轄的全部柱上開關、開閉所、配電變壓器進行監(jiān)控和協(xié)調(diào)。既要實現(xiàn)FTU的三遙功能,又要對故障的識別和控制功能。從而配合配電自動化主站實現(xiàn)城區(qū)配網(wǎng)運行中的工況監(jiān)測、網(wǎng)絡重構(gòu)、優(yōu)化運行。為系統(tǒng)自動化的一部分,因為它直接面向用戶 且信息量大,故要求它必須具備很先進的適應性和強大的多系統(tǒng)接口能力。與其它自動化系統(tǒng)比,它在使用上的特點是協(xié)調(diào)和集成,在充分數(shù)據(jù)共事的基礎上發(fā)揮集成后系統(tǒng)整體的性能以支持和帶動電力企業(yè)業(yè)務和管理水平的提高。
配電自動化的內(nèi)容和特點決定了配電自動化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應當是一個分層、分級、分布式的監(jiān)控管理系統(tǒng),應遵循開放系統(tǒng)的原則,按全分布式概念設計,按照一個城區(qū)全部實施設計,系統(tǒng)必須將變電站級作為一個完整的通信/控制分層;系統(tǒng)整體設計可分為配調(diào)中心層、變電站 層、中壓網(wǎng)層、低壓網(wǎng)層,以下分析這四層的具體設計實施。
(1)配調(diào)中心層
配調(diào)中心局域網(wǎng)是整個自動化系統(tǒng)的最高層,采用高速以太網(wǎng)雙機配置、互為備用。該網(wǎng)絡構(gòu)成配網(wǎng)自動化的調(diào)度中心(中心主站),由共享同一數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)配網(wǎng)自動化不同功能的工作站及服務器組成。系統(tǒng)硬件設備及接口符合國際工業(yè)標準。操作系統(tǒng)可選用中文WindowNT網(wǎng)絡 操作系統(tǒng)。在此基礎之上提供配網(wǎng)自動化軟件支持平臺,包括數(shù)據(jù)庫軟件、人機交互軟件、通信軟件、分布式的配電監(jiān)控、管理應用軟件。采用開放式和分布式的體系及面向?qū)ο蠹夹g,具有開放性和可擴展性。應用軟件以配網(wǎng)實時數(shù)據(jù)庫為基礎,應用客戶機/服務器模式,各自獨立實現(xiàn)不 同的自動化功能。系統(tǒng)的接口能力及開放性全依賴于這一層的設計,,所以目前配電調(diào)度中心的建設務必須先考慮:
·底層數(shù)據(jù)的同一共享(數(shù)據(jù)庫唯一,標準接口);
·民ADA與地理信息系統(tǒng)(GB)緊密集成;
·實時數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的結(jié)合(“營配合一”,與電力MIS集成);
·先進、靈活的發(fā)布和支持查詢能力;
良好的集成后可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,能極大的提高工作效率。北京四方華能公司配調(diào)后臺除采用上述一系列先進性設計外)網(wǎng)絡采用TCP/IP 協(xié)議,實時數(shù)據(jù)庫采用標準數(shù)據(jù)接口,具有極廣泛的集成能力。
(2)變電站層
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的第二層網(wǎng)絡是配調(diào)中心主站與各變電站子站通信的城域網(wǎng)。該網(wǎng)絡利用各變電站原有的一路通道,光纖、電纜、載波、微波均可,可實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)SCADA功能及部分故障處理功能。變電站層的設計主要有兩個原因:一是進行信息分層,減少中心層負擔和底層對中心層的依賴: 二是因故障處理是需遙控變電站(開閉所)出口斷路器,它的實現(xiàn)必須通過安裝在變電站的終端單元。變電站層的實現(xiàn)有兩種方式:一是利用現(xiàn)有的現(xiàn)場智能設備實現(xiàn),僅增加一套現(xiàn)場的遠動通信單元(或一發(fā)雙收);二是再建一套帶通信的現(xiàn)場裝置完成通信和控制功能。
(3)中壓網(wǎng)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的第三層網(wǎng)絡是以中壓10kV電力網(wǎng)絡為依托的中壓監(jiān)測、控制網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡由變電站子站、饋線出口保護FTU、分段開關FTU、開閉所FTU、配電變壓器FTU組成。這層網(wǎng)絡完成配網(wǎng)自動化的主要的數(shù)據(jù)交換及控制,是配網(wǎng)自動化的核心網(wǎng)絡。所以這層網(wǎng)絡的實施是配電自 動化是否成敗的關鍵,其中的難點是通信方式和系統(tǒng)控制方式的選擇,小電流接地選線定位。
·FTU:系統(tǒng)通過FTU的測量實現(xiàn)配網(wǎng)的SCADA功能,并能通過對各FTU的控制實現(xiàn)配網(wǎng)的故障識別、故障隔離、網(wǎng)絡重構(gòu)及配網(wǎng)的無功/電壓控制和優(yōu)化運行等功能。FTU系列因需與開關、變壓器配套,往往安裝在戶外且現(xiàn)場很惡劣的電氣環(huán)境中,所以相對于變電站綜合自動他系統(tǒng)中的現(xiàn)場 單元,它的抗干擾、抗震動以及溫度范圍要求更高。國家電力公司在發(fā)布的技術條件要求中規(guī)定適應溫度需達到-40一85度,電磁兼容性需通過I EC四級瞬變干擾試驗(IEC61000-4-4:1995)。此外,FTU內(nèi)部需配置蓄電池以使停電后照樣工作。四方華能公司的CSF111系列FTU采用四方公司第三代微機保護硬件的設計原則,由多種新技術和可靠的隔離濾波措施來保證硬件的可靠性,此外在智能充電器上增加了可以進行深充深放的功能 以利于蓄電池的維護。FTU已于1999年11月份通過國家電力公司權(quán)威部門監(jiān)測,并且已在現(xiàn)場成功應用。
·通信:可采用載波、光纖、雙絞線、無線方式:集中方式的優(yōu)劣本文不作討論,但發(fā)展方向應是載波和光纖的混合使用。配電網(wǎng)載波確實有很多難點,但它對網(wǎng)絡具有天然的適應性,隨著技術發(fā)展它無疑將是配電層通信的主流。目前國外研制的配電載波可以在現(xiàn)場應用至2M的速率(可傳輸 圖像)。北京四方華能公司在國內(nèi)率先推出具有世界先進水平的網(wǎng)絡化配電數(shù)字載波通信技術(NDLC)。該技術以90年代中期出現(xiàn)的DSP技術、現(xiàn)場總線技術、新一代數(shù)字載波原理為基礎,是載波通信技術跨時代的突破,達到ABB公司同類產(chǎn)品的相同性能,并在2000年1月成功通過國家電力公司 監(jiān)測。
·控制方式:配電自動化的控制模式主要分為兩類:分布式就地控制、遠方集中控制。前者主要應用于六、七十年代,僅僅實現(xiàn)故障隔離功能,不具有擴展性和通用性；遠方集中控制依賴于強大的通信系統(tǒng)!適合于建立一個完整的、統(tǒng)一的自動化體系平臺,現(xiàn)已成為主流。四方華能公司的C SDA2000系統(tǒng)采用綜合智能式的遠方集中控制方式,在FTU上置入一套通信故障時啟動的智能現(xiàn)場判斷處理程序,緊急時刻轉(zhuǎn)為分布式就地控制,這是一種集理方集中控制與保護的局部控制優(yōu)勢相結(jié)合的控制方式。
·小電流接地:配電網(wǎng)的一個主要故障是小電流接地,在我國目前中性點不接地系統(tǒng)現(xiàn)狀下定位仍是一個難題?，F(xiàn)有的小電流接地保護主要是利用各出現(xiàn)的零序電流實現(xiàn)故障選線。由于實際中的種種技術原因?qū)е卢F(xiàn)有的小電流接地選線的正確率很低(20%~30%)。實際的配電網(wǎng)運行還是采 用“拉線法”進行選線,因而對新原理的小電流接地保護的呼聲越來越高。北京四方華能公司在國內(nèi)首次提出基于全網(wǎng)通信的小電流接地智能保護系統(tǒng)。該保護系統(tǒng)以小波技術、模糊技術為識別工具,在通信系統(tǒng)的支持下實現(xiàn)了小電流接地的故障選線、定段。從而從根本上解決困擾配電 網(wǎng)運行的小電流接地問題。這一功能在蘭州鐵路配網(wǎng)工程中已達到預期的效果。
（4）低壓網(wǎng)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的第四曾網(wǎng)絡是面向10kV/0.4kV配電變壓器低壓側(cè)的符合的低壓數(shù)據(jù)網(wǎng)。該網(wǎng)絡由各配電變壓器的低壓側(cè)出發(fā)，到各負荷節(jié)點結(jié)束。實現(xiàn)對各負荷節(jié)點的測量與控制，如自動抄表、負荷控制，并通過中壓網(wǎng)、城域網(wǎng)與配網(wǎng)自動化中心主站通信。低壓網(wǎng)在“營配合一 ”的系統(tǒng)中是用電營業(yè)系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡的通信量很小，波特率僅為幾百bps，通信方式可采用載波、無線。因絕大部分用戶是低壓用戶，且國家對99.99%供電可靠性的統(tǒng)計即將要求到0.4kV低壓，“一戶一表”也正在全面推行，故最終的低壓網(wǎng)的配電自動化必將是抄表、負荷管 理、SCADA、需方管理（DSM）集成為一體的系統(tǒng)。對于低壓網(wǎng)制約的主要問題仍是通信問題，而目前流行的有雙絞線，低壓載波；雙絞線敷設困難，現(xiàn)有的低壓載波應用有一定的困難。北京四方華能公司研制的載波系統(tǒng)可同樣成功地應用于低壓，目前在貴陽市做的試點工作已初見成效。
國際上的配網(wǎng)自動化正經(jīng)歷兩個深刻的轉(zhuǎn)變，一是由多島自動化向開放式、綜合集成的方向發(fā)展；二是電力市場的興起與實施，對從電 能表到配電管理軟硬件都提出了新的要求。技術的不斷進步必然要求廠家有很強的后續(xù)研發(fā)能力和服務能力。對于電力自動化領域這一最末端的系統(tǒng)，它的實施必然還伴隨著一場管理的革命，這也需要廠家具有向電力企業(yè)的管理需求提供完全技術支持的能力。所以在系統(tǒng)實施過程中選擇 好有實力、有持續(xù)服務能力的配套廠家，更為關鍵。
（---摘自埃波羅科技(中國)有限公司網(wǎng)站）
（轉(zhuǎn)載）
