智能小區(qū)配電自動化的應(yīng)用

近年來，智能電網(wǎng)(Smart Power Grids)已成為電力界的熱門話題，被認(rèn)為是改變未來電力系統(tǒng)面貌的電網(wǎng)發(fā)展模式。智能電網(wǎng)包括智能輸電網(wǎng)和智能配電網(wǎng)(Smart Distribution Grid, SDG)，其中SDG具有新技術(shù)內(nèi)容多、與傳統(tǒng)電網(wǎng)區(qū)別大的特點(diǎn)，對于實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)建設(shè)的整體目標(biāo)有著舉足輕重的作用[1]。

基于SDG的智能小區(qū)(Intelligent Residential District)是采用光纖復(fù)合低壓電纜或電力線載波等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建覆蓋小區(qū)的通信網(wǎng)絡(luò)，通過用電信息采集、雙向互動服務(wù)、小區(qū)配電、分布式電源運(yùn)行控制等技術(shù)，對用戶供用電設(shè)備、分布式電源、公共用電設(shè)施等進(jìn)行監(jiān)測、分析、控制，提高能源的終端利用效率，為用戶提供優(yōu)質(zhì)便捷的雙向互動服務(wù)，并支持“三網(wǎng)融合”業(yè)務(wù)的開展，以及實(shí)現(xiàn)對小區(qū)安防設(shè)備和系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。自動化

配電系統(tǒng)是智能小區(qū)的重要組成部分，配電系統(tǒng)的可靠性、安全性與居民的生活息息相關(guān)[2]。配電自動化(Distribution Automation, DA)是智能小區(qū)配電系統(tǒng)的核心部分，配電系統(tǒng)的自動化水平直接影響到小區(qū)的智能化程度，配電自動化系統(tǒng)的健康運(yùn)行是小區(qū)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)和保障[3]。

按照智能電網(wǎng)的要求，充實(shí)提高配電自動化技術(shù)，對于推動配電自動化技術(shù)以及智能小區(qū)的建設(shè)發(fā)展具有十分重要的意義。

一、智能小區(qū)的主要技術(shù)支撐

1.智能小區(qū)的定義

智能小區(qū)，是在智能建筑的基本含義中擴(kuò)展和延伸出來的，它通過對社區(qū)建筑群四個基本要素(結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理以及它們之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián))的優(yōu)化考慮，提供一個投資合理，又擁有高效、舒適、便利以及安全的居住環(huán)境。智能小區(qū)是指以一套先進(jìn)、可靠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為基礎(chǔ)設(shè)施，將住戶和公共設(shè)施建成網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)住戶、社區(qū)的生活設(shè)施、服務(wù)設(shè)施的計(jì)算機(jī)化管理的社區(qū)。

智能小區(qū)建設(shè)涵蓋了高速實(shí)時通信、智能電表、智能采集、雙向交互和需方相應(yīng)等多方面的技術(shù)，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、高級測量技術(shù)、控制理論和圖形可視化等學(xué)科交叉的技術(shù)集群。

2.智能小區(qū)的主要傳輸載體

以太無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)技術(shù)為智能小區(qū)的主要傳輸載體。EPON是一種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。它在物理層采用了PON技術(shù)，在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。因此，它綜合了PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：低成本;高帶寬;擴(kuò)展性強(qiáng)，靈活快速的服務(wù)重組;與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性;方便的管理等等。

3.智能小區(qū)的配電系統(tǒng)

智能化的配電系統(tǒng)是智能小區(qū)建設(shè)的重要組成部分。它以靈活、可靠、高效的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和高可靠性、高安全性的通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，支持靈活自適應(yīng)的故障處理和自愈，可滿足高滲透率的分布式電源和儲能元件接入的要求，滿足用戶提高電能質(zhì)量的要求。智能配電系統(tǒng)有機(jī)集成和融合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與通信、高級傳感和測控等技術(shù)，滿足未來配電系統(tǒng)集成、互動、自愈、兼容、優(yōu)化的要求。

二、配電自動化在智能小區(qū)中的應(yīng)用

1.配電自動化

配電網(wǎng)自動化(Distribution Automation, DA)指利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、通信與信息技術(shù)，將配電網(wǎng)的實(shí)時運(yùn)行、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備、用戶以及地理圖形等信息集成，構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控及管理的自動化、信息化[4]。其作用主要是提高供電質(zhì)量、用戶服務(wù)質(zhì)量和配電網(wǎng)管理效率。

配電自動化以一次網(wǎng)架和設(shè)備為基礎(chǔ)，以配電自動化系統(tǒng)為核心，綜合利用多種通信方式，實(shí)現(xiàn)對配電系統(tǒng)的監(jiān)測與控制，并通過與相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的信息集成，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的科學(xué)管理。

實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的運(yùn)行監(jiān)視和控制的自動化系統(tǒng)，具備配電SCADA、饋線自動化(FA)、電網(wǎng)分析應(yīng)用及與相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)互連等功能，主要由配電主站、配電終端、配電子站(可選)和通信通道等部分組成。

停電給社會帶來的經(jīng)濟(jì)損失十分可觀，據(jù)報(bào)道，美國每年的停電損失超過1500億美元。我國電科院專家對某沿海城市研究結(jié)果表明：停電每少供一度電帶來的經(jīng)濟(jì)損失近50元。粗略估計(jì)，我國每年的停電損失在2000億元以上，而90%以上的停電事件是中低壓配電網(wǎng)的原因。

提升電網(wǎng)自動化水平，保證小區(qū)可靠供電是智能小區(qū)的一個重要建設(shè)目標(biāo)，也是DA的最主要任務(wù)。

2.目前應(yīng)用

配電網(wǎng)自動化的重要應(yīng)用饋線自動化(Fault Automation，F(xiàn)A)主要實(shí)現(xiàn)故障自動處理功能，包括故障的定位，隔離和恢復(fù)。當(dāng)智能小區(qū)配電網(wǎng)中某一點(diǎn)發(fā)生故障時，配電站向故障點(diǎn)供電的出口斷路器就會動作(跳閘)，線路另外一側(cè)配電站如果存在備自投會在很短時間合閘。此時無論瞬時還是永久故障都可能不成功，如果成功則故障消失，如果不成功則原來供電側(cè)開關(guān)會重合閘。如果是瞬時故障則重合閘成功，如果是永久性故障則重合閘失敗。當(dāng)主站收到線路開關(guān)FTU的過流和失壓信號后，開始處理故障信息。其中最重要的信息就是各個DTU報(bào)故障電流的情況，主站就是通過DTU報(bào)故障電流的信息再結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來定位故障點(diǎn)。

智能小區(qū)里，饋線通常采用環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)，開環(huán)運(yùn)行方式，物理上的一次接線方式為：配電變壓器出線后、手拉手連接饋線上的所有斷路器，然后回到另外一個配電變壓器的出線。環(huán)網(wǎng)柜和配電柜里有配網(wǎng)斷路器，在環(huán)網(wǎng)柜配有DTU，配電柜有智能儀表可以采集到保護(hù)信號，在饋線上的各個配電柜的信號通過光纖環(huán)網(wǎng)通道實(shí)現(xiàn)互享，結(jié)合DTU就可以在小區(qū)里實(shí)現(xiàn)故障的隔離和供電恢復(fù)，而無需將故障信號發(fā)送到調(diào)度中心，直接由小區(qū)的DTU處理，下發(fā)到配電柜或者環(huán)網(wǎng)柜的斷路器執(zhí)行。

而如果通過采用環(huán)形的光纖通道，對小區(qū)的相關(guān)斷路器，采用上游和下游設(shè)備方式建模，然后把環(huán)網(wǎng)柜或者配電柜的保護(hù)信號傳送到小區(qū)環(huán)網(wǎng)柜的DTU上，在眾多DTU上選擇一個中心位置的MAIN_DTU，由MAIN_DTU分析保護(hù)信號后，發(fā)出故障隔離指令或者故障恢復(fù)指令，則可以解決調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)饋線自動化的準(zhǔn)確性和時效性問題。

3.智能型DA方式

智能型DA方式是在標(biāo)準(zhǔn)型的基礎(chǔ)上，通過擴(kuò)展配電網(wǎng)分布式電源/儲能裝置/微電網(wǎng)的接入及應(yīng)用功能，在快速仿真和預(yù)警分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行配電網(wǎng)自愈控制，并通過配電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和提高供電能力實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行，以及與其它智能應(yīng)用系統(tǒng)的互動，實(shí)現(xiàn)智能化應(yīng)用。

三、未來發(fā)展趨勢

1.新能源接入

人類正面臨化石能源枯竭問題，全球變暖成為制約化石能源應(yīng)用新的制約因數(shù)、碳稅征收不可避免，發(fā)展新能源保證能源安全、應(yīng)對全球變暖迫在眉睫。

但同時新能源也會帶來新的問題：

(1)新能源指還沒有大規(guī)模開發(fā)利用的新型能演形式，包括核電、風(fēng)電、太陽能、生物質(zhì)、大水電。

(2)核電不能調(diào)峰，只能充電基礎(chǔ)負(fù)荷。

(3)風(fēng)電、太陽能發(fā)電的間歇性、隨機(jī)性特點(diǎn)給電力系統(tǒng)功率平衡、電壓無功控制帶來了困難。

(4)可再生能源發(fā)電、分布式發(fā)電大量接入配電網(wǎng)使其成為功率雙向流動的有源網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)的保護(hù)控制、運(yùn)行管理方式需要做出根本性地改變。

2.發(fā)展高級配電網(wǎng)自動化

高級配電自動化包括運(yùn)行自動化、管理自動化。

高級配電運(yùn)行自動化包括高級配電運(yùn)行監(jiān)視與控制、自動故障隔離與配電網(wǎng)自愈等內(nèi)容，是本體自動化、現(xiàn)場設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控與成熟應(yīng)用分析軟件的有效結(jié)合。除實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)配電運(yùn)行自動化功能(如配電SCADA、故障定位、隔離和供電恢復(fù)、多重網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等)外，高級配電運(yùn)行自動化還實(shí)現(xiàn)含分布式電源的配電網(wǎng)監(jiān)視與控制故障應(yīng)急處理、安全預(yù)警和自愈控制等功能。

高級配電管理自動化是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)和信息管理技術(shù)，將配電網(wǎng)的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備、用戶以及地理圖形等信息進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)管理的自動化、信息化。其主要內(nèi)容包括設(shè)備管理、停電管理等。

四、結(jié)語

對智能小區(qū)配電自動化系統(tǒng)技術(shù)研究具有現(xiàn)實(shí)及長遠(yuǎn)的意義。其主要意義在于：在正常運(yùn)行的情況下，通過監(jiān)視配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,優(yōu)化小區(qū)配電運(yùn)行方式;當(dāng)配電系統(tǒng)發(fā)生故障或異常運(yùn)行時，能夠迅速排查和處理，最大限度的減少停電對居民生活的影響;合理控制無功負(fù)荷和電壓水平，改善供電質(zhì)策，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的;合理控制用電負(fù)荷，提高設(shè)備利用率;自動抄表計(jì)費(fèi)，保證抄表計(jì)費(fèi)及時和準(zhǔn)確，提高工作效率，能夠?yàn)橛脩籼峁┳詣踊挠秒娦畔⒎?wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐丙垠,李天友,薛永端. 智能配電網(wǎng)與配電自動化[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2009,Vol.33 No.17:39-41.

[2] 趙青云. 智能小區(qū)配電系統(tǒng)控制技術(shù)研究[J]. 山西師范大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, Vol.22 No.2:52-55.

[3] 夢子軍,劉國華. 智能小區(qū)配電自動化系統(tǒng)技術(shù)研究綜述[J]. 輕工科技, 2012,第07期:67,101.

[4] 李天友,金文龍,徐丙垠. 配電技術(shù). 北京:中國電力出版社. 2008.