我國配電網(wǎng)及自動(dòng)化系統現存問(wèn)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(dòng)化的的基本情況，分析了我國配電網(wǎng)中存在的問(wèn)題以及一些解決的措施，我國配電網(wǎng)雖然經(jīng)過(guò)了長(cháng)時(shí)間的發(fā)展和完善但是仍然存在著(zhù)很多技術(shù)上的缺陷。我國配電網(wǎng)面臨著(zhù)適應社會(huì )經(jīng)濟持續快速發(fā)展及不斷更新改造的雙重任務(wù)。我國配電網(wǎng)經(jīng)過(guò)多年的建設和改造，供電能力已有顯著(zhù)的提高，但是我國不同地區配電網(wǎng)發(fā)展的許多共性問(wèn)題仍然沒(méi)有解決。

1 前言

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

配電自動(dòng)化(DA)是一項集計算機技術(shù)、數據傳輸、控制技術(shù)、現代化設備及管理于一體的綜合信息管理系統，其目的是提高供電可靠性，改進(jìn)電能質(zhì)量，向用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，降低運行費用，減輕運行人員的勞動(dòng)強度。

2 我國配電網(wǎng)及配電網(wǎng)自動(dòng)化的現狀

我國配電網(wǎng)經(jīng)過(guò)多年的建設和改造，供電能力有了明顯的提高，目前已基本能夠滿(mǎn)足我國社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展的需求，但是長(cháng)期以來(lái)配電網(wǎng)的建設未得到應有的重視, 建設資金短缺, 設備技術(shù)性能落后, 事故頻繁發(fā)生, 嚴重影響了人民生活和經(jīng)濟建設的發(fā)展, 隨著(zhù)電力的發(fā)展和電力市場(chǎng)的建立, 配電網(wǎng)的薄弱環(huán)節顯得越來(lái)越突出。配電網(wǎng)實(shí)現自動(dòng)化是一項綜合性工程, 最基本條件是應具有較為完善多路電源配電網(wǎng)點(diǎn), 具有較好城市規劃及電源路徑分布, 有較為可靠一次、二次設備, 城市建設規模和經(jīng)濟發(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(zhù)很多問(wèn)題。

2.1 配電網(wǎng)存在的問(wèn)題

(1) 配電網(wǎng)絡(luò )電源點(diǎn)落后于城市建設發(fā)展, 城市規模和商業(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(xiàn)傳輸通道。

(2) 改革開(kāi)放以來(lái), 城市建設速度迅速, 負荷增長(cháng)率高, 但電力配套建設不及時(shí), 輸電線(xiàn)半徑小, 線(xiàn)路長(cháng), 瓶頸效應比較突出, 出現卡脖子現象嚴重, 電能輸不出去, 往往而引起停電事故。

(3) 出線(xiàn)通道影響與城市規劃不相適應, 有方改用下電纜, 施工及投資不允許, 采用架空導線(xiàn)環(huán)境, 條件受限, 有采用絕緣導線(xiàn), 網(wǎng)絡(luò )復雜較為普遍。

(4) 早期建設線(xiàn)路導線(xiàn)細、年久失修, 高能耗設備多, 線(xiàn)損率高, 導線(xiàn)半徑小及無(wú)功缺額較大, 合線(xiàn)損損耗大, 個(gè)別區配電網(wǎng)損耗達到30%, 一般區l5%～20%, 造成能源大量浪費和環(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(xiàn)大面積停電事故。城市繁華段, 重要場(chǎng)所用戶(hù)停電, 影響社會(huì )治安及經(jīng)濟市場(chǎng)。.

(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(dòng)化存在的問(wèn)題

(1) 功能設計的單一問(wèn)題。應用配電自動(dòng)化系統，提高供電可靠率，似乎成了功能設計的傳統思路。但據電力可靠性中心簡(jiǎn)報數據表明，現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(wèn)題出于按照固有傳統周期例檢方式導致的人為預安排停電。只有在提高管理水平，當故障停電時(shí)間等于或大于預安排停電時(shí)，才會(huì )體現出這一功能的作用。

(2) 配電自動(dòng)化由單純的配電監控與數據采集(SCADA)系統加配電自動(dòng)化(DA)轉向具有DA、配電管理系統(DMS)、地理信息系統(GJS)等較完整的配電自動(dòng)化實(shí)時(shí)及供電企業(yè)管理系統，配電主站系統也由借用調度主站系統逐步轉向選擇面向配電自動(dòng)化應用的配電自動(dòng)化主站系統。

(3) 設備選擇中的盲目求新。缺乏通盤(pán)考慮，忽視自身基礎，盲目在局部設備上求新求好，結果新設備上馬、老設備犯卡，無(wú)法取得整體優(yōu)化的效果。

(4) 系統結構設計中的顧此失彼。在功能設計中缺乏統籌兼顧，出現控制端與主站功能不匹配、通信通道容量不足、一次網(wǎng)架設備不適應，把先進(jìn)的配電自動(dòng)化系統裝在陳舊的配電網(wǎng)架上，其效果難以實(shí)現。

(5) 管理體制與管理機制中的傳統弊端。配電自動(dòng)化系統主要覆蓋生產(chǎn)、營(yíng)銷(xiāo)兩大專(zhuān)業(yè)，如果還強調垂直職能專(zhuān)業(yè)管理，沒(méi)有條塊結合分工協(xié)作的保證措施，再好的系統也舉步維艱。同時(shí)，在系統功能設計中，還存在傳統管理機制中的重系統、輕客戶(hù);重技術(shù)、輕管理;重形式、輕實(shí)效的思維定式。

(6) GIS還是孤立的靜態(tài)設備管理系統而不是動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)GIS，將SCADA和地理信息統一起來(lái)。

(7) 配電自動(dòng)化系統功能規范行業(yè)標準雖然已經(jīng)頒布，但要解決各地配電自動(dòng)化的不規范問(wèn)題，仍需要一個(gè)過(guò)程。

2.3 配電網(wǎng)自動(dòng)化問(wèn)題解決措施

配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展是電力發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物, 隨著(zhù)電力市場(chǎng)及用電水平的提高,配電網(wǎng)面臨著(zhù)一場(chǎng)新的改革和發(fā)展, 配電網(wǎng)自動(dòng)化將進(jìn)一步得到完善。但是配電網(wǎng)自動(dòng)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(shí)事求是的原則, 加強我國配電網(wǎng)自動(dòng)化的研究, 因地制宜地進(jìn)行配電網(wǎng)的改造。

(1)分析地區配電網(wǎng)的實(shí)際應用情況, 找出本地區配電網(wǎng)存在的技術(shù)方案問(wèn)題, 本著(zhù)實(shí)事求是立足國情和網(wǎng)情的原則。

(2) 配電網(wǎng)自動(dòng)化是一項綜合性工程, 涉及的專(zhuān)業(yè)多, 規劃性強的系統, 應根據電網(wǎng)、城市配網(wǎng)的規化進(jìn)行, 避免盲目。

(3) 配網(wǎng)自動(dòng)化方案是自動(dòng)化的核心, 在引進(jìn)國外技術(shù)的同時(shí)結合國內配電網(wǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析，國外配電網(wǎng)與國內在很大程度上不盡相同, 應有所區別, 吸取精華, 適合國情、地情、網(wǎng)情。

(4) 配電設備的使用面廣、量大、運行環(huán)境較為嚴酷, 設備選擇應符合當前配電網(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(kāi)關(guān)為主, 免維護周期長(cháng), 二次保護和控制設備具有可靠牲, 抗干擾能力及適合戶(hù)外高溫和低溫等較為嚴酷的運行環(huán)境, 應具有遠方通訊的接口。自動(dòng)化程度高, 一次開(kāi)關(guān)設備與二次保護裝置能良好地配合, 能自動(dòng)實(shí)現配電網(wǎng)自動(dòng)隔離故障,恢復正常供電的能力, 具有就地和遙控功能。

(5)遠方通訊是自動(dòng)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)：通訊方式應選擇合理, 通訊功能強, 誤碼率小, 速度快, 符合遠方實(shí)時(shí)監控的功能。

(6) 計算機應用軟件的開(kāi)發(fā), 首先選擇具有開(kāi)放、兼容的操作平臺, 對各種標準的數據庫應具有聯(lián)接功能，地理信息應實(shí)時(shí)地反應配電系統的潮流及負荷情況, 對事故記錄及信息反饋, 可實(shí)現負荷控制、遠方抄表、設備數據庫統計及規劃、無(wú)功優(yōu)化的理論計算等。計算機軟件功能是配電系統自動(dòng)化的核心，好的軟件可充分體現出技術(shù)和自動(dòng)化的水平, 應充分比較。

(7) 配電網(wǎng)的工程設施應有計劃地分期、分批實(shí)施。應確定配電網(wǎng)絡(luò )的基本條件, 導線(xiàn)截面、輸送容量、線(xiàn)路走向及用戶(hù)的基本條件。先采用具有自動(dòng)化功能的一次開(kāi)關(guān)設備和二次保護監控設備完成自動(dòng)送電、故障自動(dòng)分閘和隔離故障功能, 能做到隔離和區分故障點(diǎn)。在條件具備時(shí), 再投入通訊和計算機網(wǎng)絡(luò )，避免走彎路，資金投入可以分批實(shí)施。

4 我國配電網(wǎng)及自動(dòng)化的發(fā)展趨勢

4.1為配電自動(dòng)化搭建配電網(wǎng)絡(luò )

4.1.1改變傳統的投資體制，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構下。電網(wǎng)投資和電源投資統一由一體化的電力公司規劃，但在“重電源、輕電網(wǎng)”指導思想下，電網(wǎng)投資遠落后于電源的投資。而在市場(chǎng)化改革后，廠(chǎng)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(méi)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(jià)模式

近幾年來(lái)，我國電力行業(yè)從生產(chǎn)過(guò)剩到電力短缺再到生產(chǎn)過(guò)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(méi)有形成一個(gè)合適的輸電電價(jià)機制，輸電價(jià)格沒(méi)有提供一個(gè)正確的地區信號。不能正確引導電源投資和消費者進(jìn)行有效的區域選擇。為此，可以根據節點(diǎn)定價(jià)原理，設計能反映區域信號，并體現網(wǎng)路外部性和線(xiàn)路損失的輸電定價(jià)模式。協(xié)調電源和網(wǎng)路建設，平衡電力需求和供給。

4.1.3 加強輸電網(wǎng)絡(luò )擴展，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò )互聯(lián).提高電力網(wǎng)絡(luò )的安全性和穩定性

目前我國部分區域電網(wǎng)主干網(wǎng)架薄弱，跨區互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)系薄弱，地區間聯(lián)絡(luò )線(xiàn)容量不足，導致了電網(wǎng)穩定水平偏低，制約了電力輸送，降低了電網(wǎng)運行的靈活性，無(wú)法滿(mǎn)足跨區交易的需求，限制了聯(lián)網(wǎng)效益的發(fā)揮。因此，輸電網(wǎng)絡(luò )的擴展對于增加我國電力的區域交易，促進(jìn)電力資源的合理流動(dòng)，增強輸電網(wǎng)絡(luò )的安全，有重大的現實(shí)意義。

4.1.4 擴大輸電網(wǎng)絡(luò )，抑制發(fā)電領(lǐng)域內市場(chǎng)力，提高電力競爭

目前我國電力市場(chǎng)結構主要特征是政府通過(guò)制度安排在發(fā)電側形成了寡頭壟斷市場(chǎng)。五大發(fā)電集團合計總容量約占了全國發(fā)電裝機總容量的50%。區域電力市場(chǎng)內輸電線(xiàn)路的傳輸能力限制了電力市場(chǎng)的地理范圍，目前許多省級地域范圍內電力供應由某一發(fā)電集團壟斷，在輸電范圍內有較強的市場(chǎng)力。擴大輸電網(wǎng)絡(luò )，引入其它發(fā)電商的競爭，有利于提高當地的電力市場(chǎng)的競爭程度，減少當地發(fā)電商的市場(chǎng)力。

4.2我國配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢

4.2.1配電網(wǎng)自動(dòng)化功能框架

國際供電會(huì )議(CIGRED)將配電自動(dòng)化功能劃分為四組：電網(wǎng)運行、運行計劃及其優(yōu)化、維修管理、用戶(hù)聯(lián)系和控制。在上述主功能組的基礎上，再分若干功能，奠定了配電自動(dòng)化系統的主功能框架。需要強調的是數據管理本身并不是配電自動(dòng)化的功能，但是，所有的功能都包含在數據管理內，要實(shí)現龐大復雜的眾多功能必須依靠數據管理來(lái)完成。

4.2.2 配電網(wǎng)優(yōu)化運行

電力市場(chǎng)的不斷完善迫使電力企業(yè)以效益為目標，把工作中心轉移到效率管理、降低成本和為用戶(hù)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)的運行性能、制定電網(wǎng)優(yōu)化運行的方案。配電網(wǎng)的優(yōu)化運行主要包括：無(wú)功補償、提高供電質(zhì)量、降低線(xiàn)損、設備運行和維護。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(hù)對停電、收費、服務(wù)的意見(jiàn)。

4.2.3 集成化、智能化、綜合化

早期配電自動(dòng)化的實(shí)施采用發(fā)展獨立的、單項自動(dòng)化系統來(lái)解決問(wèn)題，由于配電自動(dòng)化的功能之間存在著(zhù)不同程度的關(guān)聯(lián)，其中大部分要求很難滿(mǎn)足，且還無(wú)法克服在擴大應用規模時(shí)確認所需投資的合理性所遇到的困難。另外，配電自動(dòng)化系統包含眾多的設備和子系統，各功能、子系統之間存在著(zhù)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(dòng)化系統采用全面解決的方案，走系統集成之路，使得各種應用之間可共享投資和運行費用，最大限度保護用戶(hù)原有的投資。在饋線(xiàn)自動(dòng)化方面，現有饋線(xiàn)終端設備不僅具有常規的遙測和遙控功能，還集成了斷路器的監視功能，且有進(jìn)一步與斷路器、開(kāi)關(guān)相結合，機電一體化，發(fā)展成為智能化開(kāi)關(guān)的趨勢故障定位和自動(dòng)恢復送電可以明顯地縮短停電時(shí)間。為了有效地解決這一問(wèn)題，必須以數字式繼電保護、饋線(xiàn)自動(dòng)化、DM S系統為基礎，輔以其他技術(shù)和管理措施。

4.2.4 配電數字通信高速發(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(xiàn)通信技術(shù)重大突破以來(lái)，配電線(xiàn)數字通信技術(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(kāi)發(fā)研制的電力線(xiàn)調制解調芯片的傳輸速率已經(jīng)達到了45Mbit/s。該芯片采用了一種稱(chēng)之為正交頻分OFDM(orthogonal frequency division mutiplex)的多載波調制、高速數據傳輸技術(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的抗御能力。采用OFDM 的數字配電線(xiàn)通信技術(shù)已基本成熟，配電線(xiàn)通信下一步將向構件配電線(xiàn)數字通信網(wǎng)方向發(fā)展實(shí)現配電線(xiàn)數字通信網(wǎng)的技術(shù)關(guān)鍵是數據高速傳輸及網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)。根據理論分析，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(mǎn)足寬帶傳輸的要求。實(shí)現網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)，著(zhù)重解決配電線(xiàn)通信隔離設備，在可靠安全供電的同時(shí)，將數據信號從配電線(xiàn)中分離出來(lái)，并保證數據的私密性，隔離相鄰住宅或電氣設備無(wú)關(guān)數據，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建配電數字通信網(wǎng)急待解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)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：導致用電設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(shí)刻，電能質(zhì)量指標往往是不同的。電能質(zhì)量的特點(diǎn)說(shuō)明，電能質(zhì)量問(wèn)題涉及面廣，與供用電雙方密切相關(guān)，不能用常規的方法進(jìn)行衡量。采用專(zhuān)用的電能質(zhì)量監測儀器進(jìn)行監測，使用電能質(zhì)量補償設備局部進(jìn)行補償僅是解決電能質(zhì)量問(wèn)題的一個(gè)方法。因而，開(kāi)發(fā)具備電能質(zhì)量監測、統計：分析、控制補償的新型配電自動(dòng)化系統已成為配電自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)新的方向，需發(fā)展以下新的監測技術(shù)。

總之，隨著(zhù)我國配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，我國將加大電力建設的力度，在未來(lái)的一段時(shí)期內，開(kāi)放、平穩可靠、高性能的配電網(wǎng)目標將在各地逐步實(shí)現。

5.結束語(yǔ)

隨著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟和人民生活對電力的依賴(lài)程度越來(lái)越高，配電網(wǎng)已經(jīng)成為城市生命線(xiàn)工程的重要組成部分。配電網(wǎng)的健康發(fā)展可以增強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(dòng)化系統適應電力市場(chǎng)環(huán)境的要求，并通過(guò)實(shí)施配電系統的綜合自動(dòng)化來(lái)降低供電企業(yè)的運行成本，同時(shí)提高對客戶(hù)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(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)出技術(shù)先進(jìn)、功能實(shí)用的配網(wǎng)自動(dòng)化系統是大家共同的目標。

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