论文部分内容阅读
【摘要】本文从建设智能配电网的作用与意义开始进行介绍，接着对智能配电网发展面临的问题进行了分析，最后重点探讨了智能配网自动化设计。
【关键词】智能配网，自动化，设计
中图分类号：S611文献标识码： A
一、前言
配电网落后也是形成电能质量下降的主要因素，智能配电网具有其独特的特点和研讨方针，其与传统配电网具有极大的差异，加强智能配网自动化的规划，可以更好地满足中国经济与社会发展对电力系统的需求，具有十分重要的含义。
二、建设智能配电网的作用与意义
1、实现配电网的最优运行
达分布式发电装置（Distributed Generation）应用先进的监控技术，对运行状况进行实时监控并优化管理，降低系统容载比提高负荷率，使系统容量能够获得充分利用，从而可以延缓或减少电网一次设备的投资，产生显著的经济效益和社会效益。
2、提供优质可靠电能，保障现代社会经济的发展
智能配电网SDG(Smart Dist ribution Grid)在保证供电可靠性的同时，还能够为用户提供满足其特定需求的电能质量；不仅可以克服以往故障重合闸、倒闸操作引起的短暂供电中断，而且可以消除电压聚降、谐波、不平衡的影响。
3、推动新能源革命，促进环保与可持续发展
传统的配电网的规划设计、保护控制与运行管理方式基本上不考虑SER(SIP EXPRESS ROUTER:一种高性能可配置的免费sip服务器)的接入，而且为不影响配电网的正常运行，现有的标准或运行导则对接入的容量及其并网点的选择都做出了严格的限制，制约了分布式发电的推广应用。SDG具有很好的适应性，能够极大地推动可再生能源发电的发展，大大降低化石燃料使用和碳排放量，在促进环保的同时，实现电力生产方式与能源结构的转变。
三、智能配电网发展面临的问题
配电网络电源点落后于城市建设的发展，电源点容量及电能输出受到限制，尤其是配电电线的传输通道。随着城市建设的发展，负荷增长率高，但电力配套建设不及时，输电线半径小，线路长，瓶颈效应比较突出，卡脖子现象严重，电能输不出去，往往因此而引起停电事故。出线通道与城市规划不相适应。有的地方改用地下电缆，施工及投资不允许，采用架空导线，环境条件受限，有的采用绝缘导线，网络复杂较为普遍。早期建设的线路导线细、年久失修，高能耗设备多，线损率高，由于导线半径小及无功缺额较大，个别地区配电网损耗达30%，一般地区在l5%～20%，造成能源大量浪费。供电不可靠因素增大。由于配电网投资不足，设备老化和技术性能低劣，供电事故频繁，往往是一点故障引发全线甚至大面积停电事故。城市繁华地段及重要场所的用户停电，影响社会治安及经济发展。
四、智能配网自动化设计
1、网络式保护技术
配电系统经过近几年的电网改造，一般将辐射型结构的线路，改造成手拉手的双电源环网或多电源环网结构。但这些配电网络一般还是采用开环运行的方式，网络中设置一台或几台联络开关，平时处于开断状态，联络开关两侧线路用一台或几台开关分段。分段开关和联络开关可以是负荷开关也可能是断路器。当采用负荷开关（或分断器）时，线路上的任何一点故障，都需要变电站出口断路器跳闸，以清除故障。当线路末端故障时，也会造成对线路前段和中段的负荷的不必要的影响。如果要使用断路器或重合器如不能解决保护配合问题，也只能当负荷开关使用。这是因为配电线路一般采用三段式电流保护，或反时限电流保护。
其基本原理是根据短路电流的的大小设置不同的保护动作延时，故障电流越大则延时越短。当上下两级开关处于串联关系时，对于同一短路电流，上级开关保护动作延时要长于下级开关，才能保证保护的选择性。但是，城市配电网中，由于线路距离较短，短路电流都特别大，级联开关比较多，为了实现选择性，出口保护可能需要设定很长的延时，这在实际运行中绝对是不允许的，这种情况下，保护的快速性和选择性是一对不可调和的矛盾。因此提出了网络式保护的概念。如果将其原理应用到配电线路上将造成配电保护的复杂和成本高昂而失去实用意义。随着现代计算机技术和网络技术的发展，使得我们可以借助于网络通信实现保护之间的协调而成为可能。此时不同地点的模拟量在当地检测完成，只是将检测结果的数据信息、保护判别结果的状态信息、开关状态信息等通过网络由不同保护进行共享，以达到不同地点保护之间协调和配合，可以真正实现保护的快速性和选择性的统一，这就是网络式保护技术的核心原理。
2、分布式智能控制技术
（一）、集中式控制
在一些已经实施了配电自动化的线路上，往往采取主站集中控制的方式，即FTU负责检测故障电流，控制中心的主站收集FTU的信息，并进行网络拓扑分析确定故障区域，下发控制命令让相应的开关跳闸以隔离故障，让联络开关合闸以实现转供。但由于这种方式对通信通道、主站计算系统、网络拓扑结构的正确性等依赖性很强，任何一个环节不正常，将导致控制失败，事实上，现有的已实施的自动化工程，大多数故障处理的功能在投运一段时间后都已经不能正常工作了。这是因为配电线路上的通信通道缺少专人维护，故障率高；配网的网络结构变化快，主站计算机系统中的使用的配电网络结构数据一般不能及时与现场同步（有的系统投运后用户没有能力自己去维护网络结构数据）。
（二）、就地控制功能
有些配电线路采用电流分断器、电压分断器或重合器进行故障处理。电流计数型的分段器要求出口多次重合闸，电压—时间延时型的分段器开关动作次数多，时间长，转供时会对相邻线路有短路冲击，因此使用效果受到了限制。简单的重合器方案，保护配合困难，转供时有时也会对相邻线路有冲击。但上述这些就地控制方案中，不需要依赖通讯和主站系统，而可以独立工作，这是他们的优点。
（三）、分布式智能方案
它吸取了分断器和重合器的优点，尽可能屏蔽了它们的缺点。传统的重合器和分段器大多是只根据线路电压或电流状态之一作为故障判断的判据，而新型的分布式智能网络重构方案利用了电压和电流两个信号作为故障段的判据，故又称为V-I-T（电压-电流-时间）型网络重构方案。
3、故障点自动定位技术
（一）、相间短路故障检测和指示
故障指示器技术是近年来发展的一种有效地指示故障位置的手段。故障指示器是一种安装在电力线（架空线，电缆及母排）上，指示故障电流通路的裝置。大多数故障指示器可以通过检测短路电流的特征来判别短路故障，通过在分支点和用户进线等处安装短路故障指示器，可以在故障后借助于指示器的指示，迅速确定故障分支和区段，大幅度减少了寻找故障点的时间，有利于快速排除故障，恢复正常供电，提高了供电可靠性。
（二）、单相接地故障检测和指示
在中性点不直接接地的配网系统中，对于单相接地故障，多年来已经研究了很多方法并有相应的装置用于变电站检测和查找故障出线。常用的方法有几类：基于稳态零序电流和零序电压的基波或高次谐波的计算和分析的方法；基于暂态的电压电流采集和计算分析的方法；通过改变网络结构（投切电阻、调节消弧线圈参数等）检测系统电量变化的方法；向系统注入特殊型号的方法等。
4、高级配网自动化
高级配网自动化或称高级配电自动化是美国电科院的专家提出的。所谓 “高级”是指智能电网概念下的DA。它是以前DA概念的继承与发展。它首先要适应分布式电源的大量接入，把分布式电源纳入运行监控范围，解决线路上功率双向流动带来的问题。第二是要高度标准化，做到即插即用。因为配网自动化设备众多，一个中等城市的监控点也要有几千个，大城市要上万个，必须将数据模型、通信接口标准化，能够像USB盘一样，插到计算机上就能用，否则，逐一进行配置、调试，工作量相当大。另一方面，设备标准化了，生产批量上去了，成本才能降下来。第三个特点是分布式智能控制，即现场终端装置能够通过局域网交换信息，实现故障隔离、电网无功调节等控制功能。采用分布式智能控制，主要是提高响应速度。传统的 DA 技术主要依赖控制中心的主站集中完成数据处理与控制功能，处理速度难以满足实时性应用要求。以故障隔离为例，应用分布式智能控制技术，可在几秒之内解决问题，而通过主站集中处理，最快也需要一分钟的时间。
五、结束语
智能电网带动了整个电力系统中各环节的技术进步和升级换代，中国配电网的自动化和智能化程度以及运行能力都远低于输电网，因而智能配电网的建造已经成为中国电力工业完善的必然趋势。
参考文献
[1]李天友，金文龙，徐丙垠.配电技术.北京:中国电力出版社，2008.
[2]徐丙垠，李天友，薛永端.智能配电网与配电自动化..电力系统自动化，2009
【关键词】智能配网，自动化，设计
中图分类号：S611文献标识码： A
一、前言
配电网落后也是形成电能质量下降的主要因素，智能配电网具有其独特的特点和研讨方针，其与传统配电网具有极大的差异，加强智能配网自动化的规划，可以更好地满足中国经济与社会发展对电力系统的需求，具有十分重要的含义。
二、建设智能配电网的作用与意义
1、实现配电网的最优运行
达分布式发电装置（Distributed Generation）应用先进的监控技术，对运行状况进行实时监控并优化管理，降低系统容载比提高负荷率，使系统容量能够获得充分利用，从而可以延缓或减少电网一次设备的投资，产生显著的经济效益和社会效益。
2、提供优质可靠电能，保障现代社会经济的发展
智能配电网SDG(Smart Dist ribution Grid)在保证供电可靠性的同时，还能够为用户提供满足其特定需求的电能质量；不仅可以克服以往故障重合闸、倒闸操作引起的短暂供电中断，而且可以消除电压聚降、谐波、不平衡的影响。
3、推动新能源革命，促进环保与可持续发展
传统的配电网的规划设计、保护控制与运行管理方式基本上不考虑SER(SIP EXPRESS ROUTER:一种高性能可配置的免费sip服务器)的接入，而且为不影响配电网的正常运行，现有的标准或运行导则对接入的容量及其并网点的选择都做出了严格的限制，制约了分布式发电的推广应用。SDG具有很好的适应性，能够极大地推动可再生能源发电的发展，大大降低化石燃料使用和碳排放量，在促进环保的同时，实现电力生产方式与能源结构的转变。
三、智能配电网发展面临的问题
配电网络电源点落后于城市建设的发展，电源点容量及电能输出受到限制，尤其是配电电线的传输通道。随着城市建设的发展，负荷增长率高，但电力配套建设不及时，输电线半径小，线路长，瓶颈效应比较突出，卡脖子现象严重，电能输不出去，往往因此而引起停电事故。出线通道与城市规划不相适应。有的地方改用地下电缆，施工及投资不允许，采用架空导线，环境条件受限，有的采用绝缘导线，网络复杂较为普遍。早期建设的线路导线细、年久失修，高能耗设备多，线损率高，由于导线半径小及无功缺额较大，个别地区配电网损耗达30%，一般地区在l5%～20%，造成能源大量浪费。供电不可靠因素增大。由于配电网投资不足，设备老化和技术性能低劣，供电事故频繁，往往是一点故障引发全线甚至大面积停电事故。城市繁华地段及重要场所的用户停电，影响社会治安及经济发展。
四、智能配网自动化设计
1、网络式保护技术
配电系统经过近几年的电网改造，一般将辐射型结构的线路，改造成手拉手的双电源环网或多电源环网结构。但这些配电网络一般还是采用开环运行的方式，网络中设置一台或几台联络开关，平时处于开断状态，联络开关两侧线路用一台或几台开关分段。分段开关和联络开关可以是负荷开关也可能是断路器。当采用负荷开关（或分断器）时，线路上的任何一点故障，都需要变电站出口断路器跳闸，以清除故障。当线路末端故障时，也会造成对线路前段和中段的负荷的不必要的影响。如果要使用断路器或重合器如不能解决保护配合问题，也只能当负荷开关使用。这是因为配电线路一般采用三段式电流保护，或反时限电流保护。
其基本原理是根据短路电流的的大小设置不同的保护动作延时，故障电流越大则延时越短。当上下两级开关处于串联关系时，对于同一短路电流，上级开关保护动作延时要长于下级开关，才能保证保护的选择性。但是，城市配电网中，由于线路距离较短，短路电流都特别大，级联开关比较多，为了实现选择性，出口保护可能需要设定很长的延时，这在实际运行中绝对是不允许的，这种情况下，保护的快速性和选择性是一对不可调和的矛盾。因此提出了网络式保护的概念。如果将其原理应用到配电线路上将造成配电保护的复杂和成本高昂而失去实用意义。随着现代计算机技术和网络技术的发展，使得我们可以借助于网络通信实现保护之间的协调而成为可能。此时不同地点的模拟量在当地检测完成，只是将检测结果的数据信息、保护判别结果的状态信息、开关状态信息等通过网络由不同保护进行共享，以达到不同地点保护之间协调和配合，可以真正实现保护的快速性和选择性的统一，这就是网络式保护技术的核心原理。
2、分布式智能控制技术
（一）、集中式控制
在一些已经实施了配电自动化的线路上，往往采取主站集中控制的方式，即FTU负责检测故障电流，控制中心的主站收集FTU的信息，并进行网络拓扑分析确定故障区域，下发控制命令让相应的开关跳闸以隔离故障，让联络开关合闸以实现转供。但由于这种方式对通信通道、主站计算系统、网络拓扑结构的正确性等依赖性很强，任何一个环节不正常，将导致控制失败，事实上，现有的已实施的自动化工程，大多数故障处理的功能在投运一段时间后都已经不能正常工作了。这是因为配电线路上的通信通道缺少专人维护，故障率高；配网的网络结构变化快，主站计算机系统中的使用的配电网络结构数据一般不能及时与现场同步（有的系统投运后用户没有能力自己去维护网络结构数据）。
（二）、就地控制功能
有些配电线路采用电流分断器、电压分断器或重合器进行故障处理。电流计数型的分段器要求出口多次重合闸，电压—时间延时型的分段器开关动作次数多，时间长，转供时会对相邻线路有短路冲击，因此使用效果受到了限制。简单的重合器方案，保护配合困难，转供时有时也会对相邻线路有冲击。但上述这些就地控制方案中，不需要依赖通讯和主站系统，而可以独立工作，这是他们的优点。
（三）、分布式智能方案
它吸取了分断器和重合器的优点，尽可能屏蔽了它们的缺点。传统的重合器和分段器大多是只根据线路电压或电流状态之一作为故障判断的判据，而新型的分布式智能网络重构方案利用了电压和电流两个信号作为故障段的判据，故又称为V-I-T（电压-电流-时间）型网络重构方案。
3、故障点自动定位技术
（一）、相间短路故障检测和指示
故障指示器技术是近年来发展的一种有效地指示故障位置的手段。故障指示器是一种安装在电力线（架空线，电缆及母排）上，指示故障电流通路的裝置。大多数故障指示器可以通过检测短路电流的特征来判别短路故障，通过在分支点和用户进线等处安装短路故障指示器，可以在故障后借助于指示器的指示，迅速确定故障分支和区段，大幅度减少了寻找故障点的时间，有利于快速排除故障，恢复正常供电，提高了供电可靠性。
（二）、单相接地故障检测和指示
在中性点不直接接地的配网系统中，对于单相接地故障，多年来已经研究了很多方法并有相应的装置用于变电站检测和查找故障出线。常用的方法有几类：基于稳态零序电流和零序电压的基波或高次谐波的计算和分析的方法；基于暂态的电压电流采集和计算分析的方法；通过改变网络结构（投切电阻、调节消弧线圈参数等）检测系统电量变化的方法；向系统注入特殊型号的方法等。
4、高级配网自动化
高级配网自动化或称高级配电自动化是美国电科院的专家提出的。所谓 “高级”是指智能电网概念下的DA。它是以前DA概念的继承与发展。它首先要适应分布式电源的大量接入，把分布式电源纳入运行监控范围，解决线路上功率双向流动带来的问题。第二是要高度标准化，做到即插即用。因为配网自动化设备众多，一个中等城市的监控点也要有几千个，大城市要上万个，必须将数据模型、通信接口标准化，能够像USB盘一样，插到计算机上就能用，否则，逐一进行配置、调试，工作量相当大。另一方面，设备标准化了，生产批量上去了，成本才能降下来。第三个特点是分布式智能控制，即现场终端装置能够通过局域网交换信息，实现故障隔离、电网无功调节等控制功能。采用分布式智能控制，主要是提高响应速度。传统的 DA 技术主要依赖控制中心的主站集中完成数据处理与控制功能，处理速度难以满足实时性应用要求。以故障隔离为例，应用分布式智能控制技术，可在几秒之内解决问题，而通过主站集中处理，最快也需要一分钟的时间。
五、结束语
智能电网带动了整个电力系统中各环节的技术进步和升级换代，中国配电网的自动化和智能化程度以及运行能力都远低于输电网，因而智能配电网的建造已经成为中国电力工业完善的必然趋势。
参考文献
[1]李天友，金文龙，徐丙垠.配电技术.北京:中国电力出版社，2008.
[2]徐丙垠，李天友，薛永端.智能配电网与配电自动化..电力系统自动化，2009