【摘 要 】配电网是电力系统最基础的设施,也是面向客户的重要电力设施,它的性能好坏将直接影响供电电能质量和可靠性,影响社会安定、和谐.随着社会的发展,人们开始重视配电网,加强配电网建设、改进配电网管理方法,提高配电网运行水平,而配电网智能管理成了其中最重要的环节.本文通过调查美、日、德等配电自动化和智能电网的应用情况,结合平阳电网管理现状,指出当今配电网智能管理方面存在的问题,提出组织专业规划队伍、因地制宜建设多种供电模式、建立配电网统一模型,以最小的经济投入最大限度提高配电网供电电能质量和供电可靠率.
【关 键 词 】配电网;智能管理;方法;探讨
一、前言
配电网是电力系统最基础的设施,也是面向客户的重要电力设施,它的性能好坏将直接影响供电电能质量和可靠性,影响社会安定、和谐.虽然,随着社会的发展,人们对配电网的管理逐步重视起来,配电网建设和管理方法都有了长足的进步,但由于长期重输轻配思想的影响,配电网建设和管理特别是智能管理方面远远不能满足社会发展的需求,研究出配电网智能管理方法已成为我们急需解决的问题.
二、国内外配电网智能管理方法调查
20世纪50年代以前,美、日等发达国家利用人工方式操作和控制配电变电所及线路开关,接着时限顺序送电装置得到应用,自动隔离故障区间,缩短了停电范围,加快了故障排查速度.60多年来,国内外配电网管理发生了很大的变化,主要集中在配电自动化和智能电网两个方面.
(一)配电自动化应用情况
配电自动化(DA)是一项集计算机技术、数据传输技术、控制技术、现代化设备及管理于一体的综合信息管理系统,它通过监测配电网实时信息、离线信息、用户信息等,分析配网运行状况,给值班运行人员提供运行预警信息,及时进行人工干预,优化配网运行水平;故障时,迅速动作切除故障点,恢复非故障区供电,提高配网供电可靠性和经济运行能力.配电自动化系统(DAS)主要包括配电网数据采集与监视(SCADA系统)、配电地理信息系统(GIS)和需求侧管理(D)三个部分.
由于各国电网网架及规模相差很大,所以对配电自动化的应用也各有偏重,主要使用以下几种方法:一是对长配电线路主干线上采用多级重合器、分支线上采用分段器,各级重合器利用重合次数与动作电流定值的差异,分支线利用分段器实现上下级间配合.如美国利用馈线自动化提高长配电线路供电可靠性.二是对环式供电配网,电网结构相对稳定时,在局部区域网络关键点应用自动化技术,以较少的投资获取最大的收益.如德国电网.三是提高配网供电等级,降低线损,在SCADA基础上,实现故障区域的隔离和非故障区域的恢复供电.如法国电网.四是利用自动重合断路器和自动配电开关配合实现故障隔离和恢复供电.如日本电网,日本供电可靠性处世界领先地位.五是配网自动化工程实行统一外包,一步到位.如泰国电网,规模大,投资较集中;工程全部外包,由一家公司统一负责,尽量减少各系统集成时的兼容性问题.六是提高配电管理系统.如印度电网,因地制宜地选择开发自动抄表系统(AMR),解决了窃电带来的严重问题.[1]七是利用“主站+终端”模式实现配电自动化.如我国电网2009年开始了配电自动化试点工程,实现了相对完善的配电SCACA功能,实现配电网及设备的数据采集、运行状态监视和故障告警、远方控制等功能.[2]
(二)智能电网的应用
智能电网是将先进的传感和测量技术、信息技术、通信技术、自动控制技术等和输配电设施组成的新型电网,主要提高电网发生扰动和故障时防止大面积停电事故和抵御攻击实现安全运行的能力;实现故障自动隔离和系统自我恢复的能力;容许各种不同发电形式的接入;优化资产的利用,降低投资成本和运行维护成本.[3]
各国智能电网的发展,主要解决如下问题:
1.最大限度利用信息技术、通信技术、控制技术等成果,将其与传统电网紧密结合起来;
2.解决供电安全问题,如网络安全、能源安全,提高供电能力和可靠性;
3.充分利用可再生能源发电,满足日益增长的用电需求,保护自然环境,缓解能源紧张和环境恶化问题;
4.充分挖掘电力市场潜力,降低投资成本和运行维护成本,实现资源共享.
三、配电网智能管理方法分析
随着社会经济的发展,人们对配电网的供电质量、怎么写作及可靠性提出了更高的要求,国家电网公司适时提出了“电网坚强、资产优良、怎么写作优质、业绩优秀”的战略目标,经过几轮的农村电网改造升级,我们的配电网发生了翻天覆地的变化,农村电网结构更加坚强,供电质量和可靠性不断加强,同时,农村配电网建设也促进了当地经济的发展.现结合平阳电网智能管理实际加以分析:
(一)提前谋划,合理安排中长期建设项目,使配网适度超前电力负荷发展,指导并有序推进全县电网建设.十二五规划的制定,使得平阳配电网结构更加完善,性能更加可靠,运行更加经济,为配电网的可持续发展打下良好的基础.但配电网规划做得不够细,电网、通信、智能化建设相对孤立,对他们综合考虑不够,没能最大限度发挥规划的作用.
(二)平阳公司发展多点电源供电和“手拉手”供电,普及使用真空开关、环网柜、节能型变压器等新兴配电设备,建设了地理信息系统(GIS)、配电工作管理系统(DJM)等,初步建成了配电生产业务高效处理的公共支撑平台,使用PMS生产管理系统,为开展配电网智能化改造打下了良好的基础.但配网基础架构不够完善,基础数据不完整,影响了配电网智能管理的进程.配电网处于电源末端,地方庞大、电力设施设置分散,保护剩余时限很短,限制了多级重合器和分段器的使用;负荷重的中心城区的配变布点、偏远山区环境恶劣阻挠配网建设还没有得到有效的解决;而且长期以来重输轻配,配电网建设相对落后于输电网,许多配网基础数据没有很好的保管下来,造成基础数据不够准确;现有基层检修、运行人员平均年龄大、素质相对低,也影响了基础数据的录入质量,影响了配电网动作准确性. (三)历年来科技创新提高了配网管理水平和供电可靠性,同时,为我们的智能管理积累了经验,但大多处于孤立和试点阶段,有待综合、普及和深化应用.如:开发了智能报警系统,为故障诊断提供信息数据支持[5];配网智能故障隔离系统,当线路发生故障时迅速动作,防止对电源变压器和配电线路造成过流冲击[6];配网智能调控一体化系统实现对配电网日常运行监视、自愈、停电管理等各个环节的高效管控[7];实现了公变终端全覆盖,对配电变压器及其附属设备进行在线监测,提早进行负荷分流、公变布点,防止公变发生超过载、低电压现象,但公变终端的功能还没有充分挖掘出来,需进一步深化公变终端的应用.实现无功补偿自动投切,平稳配网电压水平,但无功补偿设备都为单个配变就地补偿,综合补偿方面考虑不够全面.智能台区改造实现剩余电流动作保护器分合闸告警及短信提醒、实现无功功率自动补偿等功能.三双接线通过主备电源的切换实现线路和主变的配载均匀、自动隔离故障并恢复对配变的供电.但这些都还处于孤立试点阶段,大面积推广和普及还待进一步的研究.
(四)基础数据平台搭建不够完善,实现配网自愈和重构还有距离.如平阳公司虽然实现调度延伸提高生产运行管理精益化水平,但目前只延伸到10千伏线路的主干线(包括10(20)千伏具有环网功能的联络开关、分段开关)和带有联络的分支线上的柱上开关和闸刀.智能分析与决策支持系统对电网结构、参数、出力负荷等计算边界条件进行管理,给出运行方式调整优化建议;配电自动化实现配电网及设备的数据采集、运行状态监视和故障告警、远方控制等功能.目前配电自动化只实现了相对完善的配电SCADA功能,对状态估计、潮流计算、配电网自愈、分布式能源接入等方面只进行初步的尝试,功能不完善.[2]
四、配电网智能管理方法建议
虽然近年来我国配电网管理水平节节上升,科技含量逐步提高,但是跟发达国家配电网管理相比,我们的配电网智能化水平还有很大的提升空间,现对配电网管理提出建议如下:
(一)组织配网一次管理、二次管理、通信管理、自动化管理等各专业人员在内的规划机构,坚持“循序渐进、适度超前”的原则,做好配电网前期规划设计,对配电网网架建设、通信建设、基础数据平台建设、配电网管理框架建设等综合考虑,同步进行;均衡各方面建设,防止重复建设、某专业建设落后拖后腿造成先进资源白白浪费等现象.
(二)科学进行电力需求预测分析,减少预测偏差;加快配电网网架、通信、基础数据平台及自动控制等建设,为配电网智能管理提供良好的基础平台.
适度超前加快配电网建设,坚持走“共性和个性并存”的发展之路,开展辐射式、多分段单联络、多分段多联络等多种供电模式,重点区域实现双电源、手拉手、环网结构、清洁能源供电,综合考虑经济效益提高配电网供电可靠性.负荷重、布点难的城区考虑使用地埋式免维护型配电变压器,保护和美化城区环境,同时鼓励使用太阳能热水器、太阳能风能路灯、太阳能光伏发电住宅[8]减轻负荷压力;在山区开发利用小水电、沼气能、风能发电,节约能源,充分利用储能设备,做好电源储存和专供;利用科技创新,做好高新技术试点工作,为配电网智能管理提供经验,逐步推进配电网各方面管理持续健康的发展.
(三)配网智能化建设应因地制宜,考虑综合经济效益,充分挖掘其经济潜力,以最少的经济代价提高供电可靠性,实现经济效益最大化.对负荷重点区域优先考虑新设备、配电自动化等控制技术,实现故障自动检测、迅速切除故障段、恢复非故障段正常运行、甚至实现电网重构;对于负荷轻的区域,利用公变终端监测系统对与用户直接相关的低压电网运行状态进行实时监测,掌握低压配电网运行情况,及时发现设备故障和异常并加以处理,确保配变正常运行;利用智能台区改造对负荷较重配变进行自动测温、电容器远程自动投入、漏电保护器自动投跳等功能,提高配变供电质量和供电可靠性.
(四)加强配电网静态、动态分析模型的开发.现有的配电网模型开发平台不一、模式不一,应用分散、效率低,容易造成“信息孤岛”现象,无法满足社会经济日益发展的需求.因此需要建立统一的模型实现信息一体化应用,统一的模型包括:完整的数据结构、统一的信息标准编码、完整的图像模型等.公用信息模型CIM(Common Information Model)是个抽象模型,采用的是全面面向对象的建模技术,即用统一建模语言描述现实世界中的对象,CIM是通过提供对象类和属性及它们之间的关系表示电力系统资源的标准方法,实现不同的EMS系统之间的应用拓展,以及EMS系统与其他系统间的集成.它采用统一建模语言UML(Unified Modeling Language)、 可扩展标记语言XML(extensible markup Language)、可缩放矢量图形SVG(Scalable Vector Graphics)实现配电网建模、数据和图像的描述等.应该实现统一标准下模型的多样性,比如复杂配电网的简化模型、基于IEC61970标准的配电网模型等,最大限度发挥各类模型的作用.[9]
五、结论与展望
随着社会的发展,面向客户的配电网安全和稳定越发受到人们的重视,利用科技创新,加强配电网智能管理是提高配电网运行水平的重要手段.未来配电网主要应该从以下几个方面发展:如何提高配电网发展中长期规划的准确性,确保配电网结构、通信、基础数据平台及自动控制综合同步发展;如何设定坚强配电网的目标规模,建立标准型电网结构,发展分布式电源,解决负荷密级型地区、偏远山区用电问题;研究县级配电网静态、动态稳定分析模型,根据调度SCADA数据和实时运行数据,建立运行方式决策表,实现配电网智能监控、故障自动隔离和负荷自动重组问题,减少停电时间,提高供电可靠性;实现智能化巡线,解放劳动力,解决巡线速度、质量受人员素质影响的问题.