我國配電網(wǎng)及自動化系統(tǒng)現(xiàn)存問題及發(fā)展趨勢

摘要：本文介紹了我國配電網(wǎng)及配電網(wǎng)自動化的的基本情況，分析了我國配電網(wǎng)中存在的問題以及一些解決的措施，我國配電網(wǎng)雖然經(jīng)過了長時間的發(fā)展和完善但是仍然存在著很多技術(shù)上的缺陷。我國配電網(wǎng)面臨著適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展及不斷更新改造的雙重任務(wù)。我國配電網(wǎng)經(jīng)過多年的建設(shè)和改造，供電能力已有顯著的提高，但是我國不同地區(qū)配電網(wǎng)發(fā)展的許多共性問題仍然沒有解決。

1 前言

完整的電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、配電和用電四部分組成。配電網(wǎng)從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能，通過配電設(shè)施就地分配或按電壓逐級分配給各類用戶的電力網(wǎng)。配電網(wǎng)是與用戶關(guān)系最密切的部分，是向用戶提供優(yōu)質(zhì)電力的最直接的保證。

配電自動化(DA)是一項集計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備及管理于一體的綜合信息管理系統(tǒng)，其目的是提高供電可靠性，改進(jìn)電能質(zhì)量，向用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，降低運(yùn)行費(fèi)用，減輕運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度。

2 我國配電網(wǎng)及配電網(wǎng)自動化的現(xiàn)狀

我國配電網(wǎng)經(jīng)過多年的建設(shè)和改造，供電能力有了明顯的提高，目前已基本能夠滿足我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，但是長期以來配電網(wǎng)的建設(shè)未得到應(yīng)有的重視, 建設(shè)資金短缺, 設(shè)備技術(shù)性能落后, 事故頻繁發(fā)生, 嚴(yán)重影響了人民生活和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展, 隨著電力的發(fā)展和電力市場的建立, 配電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)顯得越來越突出。配電網(wǎng)實現(xiàn)自動化是一項綜合性工程, 最基本條件是應(yīng)具有較為完善多路電源配電網(wǎng)點(diǎn), 具有較好城市規(guī)劃及電源路徑分布, 有較為可靠一次、二次設(shè)備, 城市建設(shè)規(guī)模和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對配電網(wǎng)提出了較高要求, 但是我國的配電網(wǎng)存在著很多問題。

2.1 配電網(wǎng)存在的問題

(1) 配電網(wǎng)絡(luò)電源點(diǎn)落后于城市建設(shè)發(fā)展, 城市規(guī)模和商業(yè)建立, 電源點(diǎn)容量及電能輸出受到限制, 尤其是配電電線傳輸通道。

(2) 改革開放以來, 城市建設(shè)速度迅速, 負(fù)荷增長率高, 但電力配套建設(shè)不及時, 輸電線半徑小, 線路長, 瓶頸效應(yīng)比較突出, 出現(xiàn)卡脖子現(xiàn)象嚴(yán)重, 電能輸不出去, 往往而引起停電事故。

(3) 出線通道影響與城市規(guī)劃不相適應(yīng), 有方改用下電纜, 施工及投資不允許, 采用架空導(dǎo)線環(huán)境, 條件受限, 有采用絕緣導(dǎo)線, 網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜較為普遍。

(4) 早期建設(shè)線路導(dǎo)線細(xì)、年久失修, 高能耗設(shè)備多, 線損率高, 導(dǎo)線半徑小及無功缺額較大, 合線損損耗大, 個別區(qū)配電網(wǎng)損耗達(dá)到30%, 一般區(qū)l5%～20%, 造成能源大量浪費(fèi)和環(huán)境污染。

(5) 供電不可靠因素增大, 配電網(wǎng)投資不足, 設(shè)備老化和技術(shù)性能低劣, 供電事故頻繁, 往往是一點(diǎn)故障引發(fā)全線大面積停電事故。城市繁華段, 重要場所用戶停電, 影響社會治安及經(jīng)濟(jì)市場。.

(6) 城市電網(wǎng)改造涉及面廣, 要求較高, 停電難度大。

2.2 配電自動化存在的問題

(1) 功能設(shè)計的單一問題。應(yīng)用配電自動化系統(tǒng)，提高供電可靠率，似乎成了功能設(shè)計的傳統(tǒng)思路。但據(jù)電力可靠性中心簡報數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)階段影響供電可靠性的主要因素不是配電網(wǎng)的故障停電，75%以上的問題出于按照固有傳統(tǒng)周期例檢方式導(dǎo)致的人為預(yù)安排停電。只有在提高管理水平，當(dāng)故障停電時間等于或大于預(yù)安排停電時，才會體現(xiàn)出這一功能的作用。

(2) 配電自動化由單純的配電監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)加配電自動化(DA)轉(zhuǎn)向具有DA、配電管理系統(tǒng)(DMS)、地理信息系統(tǒng)(GJS)等較完整的配電自動化實時及供電企業(yè)管理系統(tǒng)，配電主站系統(tǒng)也由借用調(diào)度主站系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)向選擇面向配電自動化應(yīng)用的配電自動化主站系統(tǒng)。

(3) 設(shè)備選擇中的盲目求新。缺乏通盤考慮，忽視自身基礎(chǔ)，盲目在局部設(shè)備上求新求好，結(jié)果新設(shè)備上馬、老設(shè)備犯卡，無法取得整體優(yōu)化的效果。

(4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中的顧此失彼。在功能設(shè)計中缺乏統(tǒng)籌兼顧，出現(xiàn)控制端與主站功能不匹配、通信通道容量不足、一次網(wǎng)架設(shè)備不適應(yīng)，把先進(jìn)的配電自動化系統(tǒng)裝在陳舊的配電網(wǎng)架上，其效果難以實現(xiàn)。

(5) 管理體制與管理機(jī)制中的傳統(tǒng)弊端。配電自動化系統(tǒng)主要覆蓋生產(chǎn)、營銷兩大專業(yè)，如果還強(qiáng)調(diào)垂直職能專業(yè)管理，沒有條塊結(jié)合分工協(xié)作的保證措施，再好的系統(tǒng)也舉步維艱。同時，在系統(tǒng)功能設(shè)計中，還存在傳統(tǒng)管理機(jī)制中的重系統(tǒng)、輕客戶;重技術(shù)、輕管理;重形式、輕實效的思維定式。

(6) GIS還是孤立的靜態(tài)設(shè)備管理系統(tǒng)而不是動態(tài)的實時GIS，將SCADA和地理信息統(tǒng)一起來。

(7) 配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)雖然已經(jīng)頒布，但要解決各地配電自動化的不規(guī)范問題，仍需要一個過程。

2.3 配電網(wǎng)自動化問題解決措施

配電網(wǎng)自動化的發(fā)展是電力發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物, 隨著電力市場及用電水平的提高,配電網(wǎng)面臨著一場新的改革和發(fā)展, 配電網(wǎng)自動化將進(jìn)一步得到完善。但是配電網(wǎng)自動化在中國仍然是一種因發(fā)展而新出的事物, 必須采取科學(xué)的態(tài)度, 實事求是的原則, 加強(qiáng)我國配電網(wǎng)自動化的研究, 因地制宜地進(jìn)行配電網(wǎng)的改造。

(1)分析地區(qū)配電網(wǎng)的實際應(yīng)用情況, 找出本地區(qū)配電網(wǎng)存在的技術(shù)方案問題, 本著實事求是立足國情和網(wǎng)情的原則。

(2) 配電網(wǎng)自動化是一項綜合性工程, 涉及的專業(yè)多, 規(guī)劃性強(qiáng)的系統(tǒng), 應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)、城市配網(wǎng)的規(guī)化進(jìn)行, 避免盲目。

(3) 配網(wǎng)自動化方案是自動化的核心, 在引進(jìn)國外技術(shù)的同時結(jié)合國內(nèi)配電網(wǎng)的實際情況進(jìn)行分析，國外配電網(wǎng)與國內(nèi)在很大程度上不盡相同, 應(yīng)有所區(qū)別, 吸取精華, 適合國情、地情、網(wǎng)情。

(4) 配電設(shè)備的使用面廣、量大、運(yùn)行環(huán)境較為嚴(yán)酷, 設(shè)備選擇應(yīng)符合當(dāng)前配電網(wǎng)形勢要求, 具有高度可靠性和優(yōu)越的技術(shù)性能。并以真空開關(guān)為主, 免維護(hù)周期長, 二次保護(hù)和控制設(shè)備具有可靠牲, 抗干擾能力及適合戶外高溫和低溫等較為嚴(yán)酷的運(yùn)行環(huán)境, 應(yīng)具有遠(yuǎn)方通訊的接口。自動化程度高, 一次開關(guān)設(shè)備與二次保護(hù)裝置能良好地配合, 能自動實現(xiàn)配電網(wǎng)自動隔離故障,恢復(fù)正常供電的能力, 具有就地和遙控功能。

(5)遠(yuǎn)方通訊是自動化的關(guān)鍵技術(shù), RTU 要符合配電網(wǎng)使用, 分布(散)式, 單點(diǎn)的特點(diǎn)：通訊方式應(yīng)選擇合理, 通訊功能強(qiáng), 誤碼率小, 速度快, 符合遠(yuǎn)方實時監(jiān)控的功能。

(6) 計算機(jī)應(yīng)用軟件的開發(fā), 首先選擇具有開放、兼容的操作平臺, 對各種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)具有聯(lián)接功能，地理信息應(yīng)實時地反應(yīng)配電系統(tǒng)的潮流及負(fù)荷情況, 對事故記錄及信息反饋, 可實現(xiàn)負(fù)荷控制、遠(yuǎn)方抄表、設(shè)備數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計及規(guī)劃、無功優(yōu)化的理論計算等。計算機(jī)軟件功能是配電系統(tǒng)自動化的核心，好的軟件可充分體現(xiàn)出技術(shù)和自動化的水平, 應(yīng)充分比較。

(7) 配電網(wǎng)的工程設(shè)施應(yīng)有計劃地分期、分批實施。應(yīng)確定配電網(wǎng)絡(luò)的基本條件, 導(dǎo)線截面、輸送容量、線路走向及用戶的基本條件。先采用具有自動化功能的一次開關(guān)設(shè)備和二次保護(hù)監(jiān)控設(shè)備完成自動送電、故障自動分閘和隔離故障功能, 能做到隔離和區(qū)分故障點(diǎn)。在條件具備時, 再投入通訊和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，避免走彎路，資金投入可以分批實施。

4 我國配電網(wǎng)及自動化的發(fā)展趨勢

4.1為配電自動化搭建配電網(wǎng)絡(luò)

4.1.1改變傳統(tǒng)的投資體制，形成多元的輸電網(wǎng)絡(luò)

投資主體在改革以前的垂直一體化結(jié)構(gòu)下。電網(wǎng)投資和電源投資統(tǒng)一由一體化的電力公司規(guī)劃，但在“重電源、輕電網(wǎng)”指導(dǎo)思想下，電網(wǎng)投資遠(yuǎn)落后于電源的投資。而在市場化改革后，廠網(wǎng)分離，解決電網(wǎng)投資尤其是輸電網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)投資不足更沒有得到有效解決。為此，在國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)公司作為網(wǎng)絡(luò)主要建設(shè)者之外，可以引進(jìn)商業(yè)輸電投資模式。

4.1.2 改革輸配電體制，建立有效的輸電定價模式

近幾年來，我國電力行業(yè)從生產(chǎn)過剩到電力短缺再到生產(chǎn)過剩，似乎難于走出這種“怪圈”，其主要的原因是，我國的電力體制改革不到位，壟斷體制造成建造成本居高不下，沒有形成一個合適的輸電電價機(jī)制，輸電價格沒有提供一個正確的地區(qū)信號。不能正確引導(dǎo)電源投資和消費(fèi)者進(jìn)行有效的區(qū)域選擇。為此，可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)定價原理，設(shè)計能反映區(qū)域信號，并體現(xiàn)網(wǎng)路外部性和線路損失的輸電定價模式。協(xié)調(diào)電源和網(wǎng)路建設(shè)，平衡電力需求和供給。

4.1.3 加強(qiáng)輸電網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián).提高電力網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性

目前我國部分區(qū)域電網(wǎng)主干網(wǎng)架薄弱，跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)系薄弱，地區(qū)間聯(lián)絡(luò)線容量不足，導(dǎo)致了電網(wǎng)穩(wěn)定水平偏低，制約了電力輸送，降低了電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性，無法滿足跨區(qū)交易的需求，限制了聯(lián)網(wǎng)效益的發(fā)揮。因此，輸電網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展對于增加我國電力的區(qū)域交易，促進(jìn)電力資源的合理流動，增強(qiáng)輸電網(wǎng)絡(luò)的安全，有重大的現(xiàn)實意義。

4.1.4 擴(kuò)大輸電網(wǎng)絡(luò)，抑制發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)市場力，提高電力競爭

目前我國電力市場結(jié)構(gòu)主要特征是政府通過制度安排在發(fā)電側(cè)形成了寡頭壟斷市場。五大發(fā)電集團(tuán)合計總?cè)萘考s占了全國發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?0%。區(qū)域電力市場內(nèi)輸電線路的傳輸能力限制了電力市場的地理范圍，目前許多省級地域范圍內(nèi)電力供應(yīng)由某一發(fā)電集團(tuán)壟斷，在輸電范圍內(nèi)有較強(qiáng)的市場力。擴(kuò)大輸電網(wǎng)絡(luò)，引入其它發(fā)電商的競爭，有利于提高當(dāng)?shù)氐碾娏κ袌龅母偁幊潭?，減少當(dāng)?shù)匕l(fā)電商的市場力。

4.2我國配電網(wǎng)自動化的發(fā)展趨勢

4.2.1配電網(wǎng)自動化功能框架

國際供電會議(CIGRED)將配電自動化功能劃分為四組：電網(wǎng)運(yùn)行、運(yùn)行計劃及其優(yōu)化、維修管理、用戶聯(lián)系和控制。在上述主功能組的基礎(chǔ)上，再分若干功能，奠定了配電自動化系統(tǒng)的主功能框架。需要強(qiáng)調(diào)的是數(shù)據(jù)管理本身并不是配電自動化的功能，但是，所有的功能都包含在數(shù)據(jù)管理內(nèi)，要實現(xiàn)龐大復(fù)雜的眾多功能必須依靠數(shù)據(jù)管理來完成。

4.2.2 配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行

電力市場的不斷完善迫使電力企業(yè)以效益為目標(biāo)，把工作中心轉(zhuǎn)移到效率管理、降低成本和為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)上。這使得供電企業(yè)必須不斷地分析電網(wǎng)的運(yùn)行性能、制定電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的方案。配電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行主要包括：無功補(bǔ)償、提高供電質(zhì)量、降低線損、設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)。其中，供電質(zhì)量包含安全性、電壓合格率、頻率合格率、供電可靠性和用戶對停電、收費(fèi)、服務(wù)的意見。

4.2.3 集成化、智能化、綜合化

早期配電自動化的實施采用發(fā)展獨(dú)立的、單項自動化系統(tǒng)來解決問題，由于配電自動化的功能之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)，其中大部分要求很難滿足，且還無法克服在擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模時確認(rèn)所需投資的合理性所遇到的困難。另外，配電自動化系統(tǒng)包含眾多的設(shè)備和子系統(tǒng)，各功能、子系統(tǒng)之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)，其本身及其所用技術(shù)又處于不斷發(fā)展之中。這就要求配電自動化系統(tǒng)采用全面解決的方案，走系統(tǒng)集成之路，使得各種應(yīng)用之間可共享投資和運(yùn)行費(fèi)用，最大限度保護(hù)用戶原有的投資。在饋線自動化方面，現(xiàn)有饋線終端設(shè)備不僅具有常規(guī)的遙測和遙控功能，還集成了斷路器的監(jiān)視功能，且有進(jìn)一步與斷路器、開關(guān)相結(jié)合，機(jī)電一體化，發(fā)展成為智能化開關(guān)的趨勢故障定位和自動恢復(fù)送電可以明顯地縮短停電時間。為了有效地解決這一問題，必須以數(shù)字式繼電保護(hù)、饋線自動化、DM S系統(tǒng)為基礎(chǔ)，輔以其他技術(shù)和管理措施。

4.2.4 配電數(shù)字通信高速發(fā)展

自1997年的英國Norweb通信公司與加拿大Nortel公司聯(lián)合取得電力線通信技術(shù)重大突破以來，配電線數(shù)字通信技術(shù)(Digital Power Line DPL)又有了新的進(jìn)展。目前最新的由西班牙DS2公司開發(fā)研制的電力線調(diào)制解調(diào)芯片的傳輸速率已經(jīng)達(dá)到了45Mbit/s。該芯片采用了一種稱之為正交頻分OFDM(orthogonal frequency division mutiplex)的多載波調(diào)制、高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。其最大特點(diǎn)是傳輸速率高，對碼間干擾和信道衰落具有很強(qiáng)的抗御能力。采用OFDM 的數(shù)字配電線通信技術(shù)已基本成熟，配電線通信下一步將向構(gòu)件配電線數(shù)字通信網(wǎng)方向發(fā)展實現(xiàn)配電線數(shù)字通信網(wǎng)的技術(shù)關(guān)鍵是數(shù)據(jù)高速傳輸及網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。根據(jù)理論分析，采用OFDM 技術(shù)的通信芯片可支持最大為1 000Mbit/s的傳輸速率，完全滿足寬帶傳輸?shù)囊?。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，著重解決配電線通信隔離設(shè)備，在可靠安全供電的同時，將數(shù)據(jù)信號從配電線中分離出來，并保證數(shù)據(jù)的私密性，隔離相鄰住宅或電氣設(shè)備無關(guān)數(shù)據(jù)，阻斷本地網(wǎng)與外網(wǎng)的連接。配電網(wǎng)中配電變壓器其電感作用，對高頻信號衰耗非常大。因此，研究和解決高頻信號跨越配電變壓器也是構(gòu)建配電數(shù)字通信網(wǎng)急待解決的一個關(guān)鍵問題。

4.2.5電能質(zhì)量成為關(guān)注熱點(diǎn)

電能質(zhì)量定義為：導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差。電能質(zhì)量與一般產(chǎn)品質(zhì)量不同，有以下兩方面特點(diǎn)：一是不完全取決于電力生產(chǎn)企業(yè);二是對于不同的供電點(diǎn)和不同的供電時刻，電能質(zhì)量指標(biāo)往往是不同的。電能質(zhì)量的特點(diǎn)說明，電能質(zhì)量問題涉及面廣，與供用電雙方密切相關(guān)，不能用常規(guī)的方法進(jìn)行衡量。采用專用的電能質(zhì)量監(jiān)測儀器進(jìn)行監(jiān)測，使用電能質(zhì)量補(bǔ)償設(shè)備局部進(jìn)行補(bǔ)償僅是解決電能質(zhì)量問題的一個方法。因而，開發(fā)具備電能質(zhì)量監(jiān)測、統(tǒng)計：分析、控制補(bǔ)償?shù)男滦团潆娮詣踊到y(tǒng)已成為配電自動化發(fā)展的一個新的方向，需發(fā)展以下新的監(jiān)測技術(shù)。

總之，隨著我國配電網(wǎng)自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，我國將加大電力建設(shè)的力度，在未來的一段時期內(nèi)，開放、平穩(wěn)可靠、高性能的配電網(wǎng)目標(biāo)將在各地逐步實現(xiàn)。

5.結(jié)束語

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)和人民生活對電力的依賴程度越來越高，配電網(wǎng)已經(jīng)成為城市生命線工程的重要組成部分。配電網(wǎng)的健康發(fā)展可以增強(qiáng)我國綜合國力和我國的國際競爭力提供必不可少的基本保證。如何使配電自動化系統(tǒng)適應(yīng)電力市場環(huán)境的要求，并通過實施配電系統(tǒng)的綜合自動化來降低供電企業(yè)的運(yùn)行成本，同時提高對客戶的服務(wù)質(zhì)量，將成為今后供電企業(yè)和科研工作者共同關(guān)注的問題。因此，開發(fā)出技術(shù)先進(jìn)、功能實用的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)是大家共同的目標(biāo)。

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