發(fā)展中的配電系統(tǒng)自動化

　　圖中，實時層和管理層的共享信息分別存于有關(guān)服務(wù)器中并統(tǒng)一管理。實時層和管理層的信息交換，只能在服務(wù)器之間通過網(wǎng)絡(luò)交換器進行。其中：
　　網(wǎng)際層是通過Intranet/Internet和管理層相互通信。網(wǎng)際層所需共享的實時信息只能由管理層控制轉(zhuǎn)發(fā)，并使用防火墻進行信息過濾，確保管理層的安全運行。
　　管理層含管理信息系統(tǒng)(MIS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、能量交易系統(tǒng)(ETS)等。通過網(wǎng)絡(luò)交換器和實時層建立信關(guān)，定時接收管理層所需共享的實時信息，并嚴格控制信息的反向傳送，確保實時層的高度安全。
　　實時層則包括SCADA/LM/DMS、變電站自動化、環(huán)網(wǎng)控制、電量計費等實時運行的在線系統(tǒng)。
　　至于各系統(tǒng)內(nèi)部有關(guān)單元以及各個系統(tǒng)之間的通信，只能因地制宜地采用多種通信方式。

3　發(fā)展中的配電系統(tǒng)自動化
　　圖2所示的配電系統(tǒng)綜合自動化中，各有關(guān)系統(tǒng)如何實現(xiàn)信息共享、功能互補和通道公用，并顧及到電力市場發(fā)展可能帶來的影響呢?
3.1　SCADA/LM/DMS平臺
　　SCADA/LM/DMS平臺是配電系統(tǒng)綜合自動化的核心和基礎(chǔ)，它除了完成SCADA/LM/DMS功能外，如圖2所示還承擔整個系統(tǒng)的縱向(實時層)和橫向(管理層)的集成任務(wù)。
　　由于系統(tǒng)中引入了功能較強的變電站綜合自動化技術(shù)，SCADA中除傳統(tǒng)的功能外，還增加了一些擴展的SCADA功能，如保護的遠方監(jiān)視、投切和定值修改，故障錄波數(shù)據(jù)的收集等。當然，如果配網(wǎng)的規(guī)模較小，由變電站負責(zé)的環(huán)網(wǎng)控制，也可改由主站的SCADA/LM/DMS平臺來完成。
　　這里，與電力市場發(fā)展有關(guān)的負荷控制和管理，正面臨新的挑戰(zhàn)：長期缺電期間，對用戶限電拉閘實施計劃用電的負荷控制，應(yīng)及時轉(zhuǎn)移到用戶不感到停電的負荷管理(LM)上來。
　　當代的負荷管理，主要是按事先編制好的負荷管理方案，通過饋線降壓減載，或按編組周期輪流短時啟停用戶的可控負荷(空調(diào)、熱水器等)，來實現(xiàn)用戶不感到停電的負荷管理。
　　此外，還應(yīng)積極開展基于分時電價的需方用電管理(DSM)，用以調(diào)動需方的積極性來參與負荷管理。
　　供方負荷管理與需方用電管理相結(jié)合，必將有力地改善配電系統(tǒng)的負荷曲線，并為隨后電力市場的開展打下基礎(chǔ)。
　　LM負荷管理功能與電力供需關(guān)系和電力市場進程有關(guān)，涉及到對原有負荷控制系統(tǒng)的利用和改造，以及和具有需量控制功能的數(shù)字電量計費系統(tǒng)相配合等問題。但無論是沿用原有的負荷控制終端、或是與新建的電量計費系統(tǒng)相結(jié)合，主站均和SCADA/DMS集成在一起，以適應(yīng)電力市場發(fā)展的變化，而不象傳統(tǒng)的負荷控制那樣分開獨立運行。
　　DMS應(yīng)用軟件方面，除傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲跟蹤著色、負荷預(yù)報、配電潮流、短路分析、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、故障恢復(fù)控制、操作票、投訴熱線處理等外，還把負荷計費管理、電力市場等應(yīng)用包括了進來，統(tǒng)一優(yōu)化管理，授權(quán)分工使用。
　　當然，系統(tǒng)的無縫集成并不排斥通過接口和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、接入現(xiàn)有而又可用的老系統(tǒng)，以保護原有投資。待該老系統(tǒng)淘汰后，再更新為符合開放標準的系統(tǒng)。
3.2　變電站綜合自動化
　　傳統(tǒng)的變電站自動化，系由本地監(jiān)控的自動裝置和與調(diào)度聯(lián)系的RTU遠動裝置所組成。當代的變電站自動化，隨著計算機、通信和數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)的發(fā)展，已進入到自動遠動、測量控制保護功能集成并隨一次設(shè)備分散布置，實現(xiàn)無人值班的綜合自動化階段，顯示出系統(tǒng)集成的高效益。
　　如圖2所示，這種由中央單元、I/O單元、保護單元和環(huán)網(wǎng)控制功能所組成的變電站綜合自動化，除了承擔遠方監(jiān)控?zé)o人值班變電站的任務(wù)外，還在配網(wǎng)控制中心和中壓環(huán)網(wǎng)之間兼起二級主站的作用，轉(zhuǎn)發(fā)雙方信息并控制中壓環(huán)網(wǎng)的故障定位、隔離和恢復(fù)供電功能。
　　應(yīng)該注意，這種取消大控制室設(shè)計、分散布置的變電站綜合自動化，大大節(jié)約電纜用地等基建投資；但室外分散布置的I/O和保護單元，應(yīng)符合有關(guān)抗震抗電磁干擾的國際標準，并能在高溫低寒高濕(-40～+85 ℃，相對溫度95%)的惡劣環(huán)境下正常運行。
　　當然，常規(guī)的有人值班變電站，同樣也可以通過變電站RTU接入配電自動化系統(tǒng)。
3.3　環(huán)網(wǎng)故障定位、隔離和恢復(fù)供電系統(tǒng)
　　和許多配電自動化裝置類似，環(huán)網(wǎng)故障定位、隔離和恢復(fù)供電系統(tǒng)也經(jīng)歷了從免通信的單項自動化向帶通信的綜合自動化發(fā)展的過程。
　　免通信的環(huán)網(wǎng)故障識別和恢復(fù)控制系統(tǒng)，可由一定數(shù)量的負荷分段開關(guān)(無切斷短路電流能力)和控制分段開合的控制器組成。正常時固定開環(huán)點運行，兩側(cè)供電。故障時，靠故障側(cè)變電站饋線保護動作跳閘，各段開關(guān)無壓釋放。變電站斷路器重合成功后，各段開關(guān)按事先整定的時限依次重合試投。如為永久性故障，當投到故障段后變電站饋線保護將再次動作跳閘，重復(fù)試投過程。但此時故障段業(yè)已測明，僅合到故障段前為止。故障段后至開環(huán)點的恢復(fù)供電，則從開環(huán)點檢測到對側(cè)線路失壓進行重合開始，以相反的方向和相同的原則來實現(xiàn)整個環(huán)網(wǎng)故障段的隔離，和非故障段的自動恢復(fù)供電。
　　這種單項自動化裝置的優(yōu)點是無通信要求。但除功能單一和信息未能共享外，本身還存在整定復(fù)雜、不能一次定位、開關(guān)試投次數(shù)較多、恢復(fù)時間較長、線路攝取的“冷負荷”較大等問題。
　　和變電站綜合自動化類似，帶通信的環(huán)網(wǎng)故障識別和恢復(fù)控制系統(tǒng)，控制分段開關(guān)的開合，稱為饋線終端裝置FTU的控制器具有支持SCADA的功能。除了故障時依靠遠動功能免除試投實現(xiàn)一次定位、隔離和自動恢復(fù)供電外，正常時還兼有收集環(huán)網(wǎng)節(jié)點電工信息、控制分布電容投切、以及合理選擇開環(huán)點用以降低網(wǎng)損等功能。
3.4　多功能數(shù)字分時電度表系統(tǒng)
　　常規(guī)的分時電度表，是專為電量計費而設(shè)計的，用途比較單一，一般不具備通信條件。
　　隨著計算機、通信和數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)用的普及，導(dǎo)致了當代多功能數(shù)字分時電度表的問世。這種可以遠方通信的多功能數(shù)字分時電度表，除了具有分時電度表的功能外，還能和配電控制中心配合，收集帶時標的用戶電工信息、傳送電量計費信息、具有竊電報警、負荷控制、液晶顯示、長期存儲等功能。在電量計費系統(tǒng)中，表計本身還可兼作數(shù)據(jù)集中器使用，大大簡化電量計費系統(tǒng)的構(gòu)成。
　　電量計費系統(tǒng)是開拓電力市場的一項基礎(chǔ)性設(shè)施。通過電量計費系統(tǒng)的建設(shè)，應(yīng)一改過去壟斷經(jīng)營時期供方查表、用戶繳費、逾期罰款的單向聯(lián)系模式。
　　城網(wǎng)建設(shè)改造中，正在進行量大面廣的“一戶一表”建設(shè)。無論從當前的“商業(yè)化運營”或今后的“配電市場”來看，都應(yīng)盡可能地考慮到計費信息的雙向通信(大中用戶遠方讀表和中小用戶智能卡)以及和銀行結(jié)算的關(guān)系問題。
　　“投訴熱線處理”是供方和廣大用戶建立雙向聯(lián)系的又一渠道。因此，進行低壓線路和一戶一表的建設(shè)改造時，一二次系統(tǒng)應(yīng)統(tǒng)一優(yōu)化設(shè)計，以期建立一個面向用戶(含物業(yè)管理)分級分片雙向通信的聯(lián)系機制，提高供電服務(wù)水平。
3.5　管理信息系統(tǒng)
　　基于自動繪圖和設(shè)備管理(AM/FM/GIS)，含變電、配電、用電、檢索、決策、以及辦公自動化(OA)等在內(nèi)的管理信息系統(tǒng)(MIS)，早期是作為離線管理系統(tǒng)而獨立運行的?，F(xiàn)在，AM/FM已發(fā)展成為一個獨立的地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件產(chǎn)業(yè)，支持包括電力系統(tǒng)特別是配電系統(tǒng)在內(nèi)的具有空間數(shù)據(jù)的行業(yè)開發(fā)各種應(yīng)用。
　　隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電力行業(yè)進入了由實時信息提供管理服務(wù)、管理信息(包括地理信息)支持實時應(yīng)用的新階段，甚至發(fā)展了SCADA/GIS系統(tǒng)。
　　近年來，MIS趨于向OSA標準以及日益普及的Intranet/Internet靠攏，且大有以內(nèi)聯(lián)網(wǎng)取代MIS之勢，以便與電力市場的發(fā)展接軌。因為，今后電力市場的交易，將不再是大廳交易，而是基于Intranet/Internet、以瀏覽器為特征的、稱之為電子商務(wù)的網(wǎng)絡(luò)交易。
　　傳統(tǒng)上的管理信息系統(tǒng)(MIS)，以專用網(wǎng)、專用信道和圖形用戶界面為其特征，顯然不適于提供電力交易使用。這又是考慮電力市場發(fā)展時所提出的一個挑戰(zhàn)：是使傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)和今后的交易信息系統(tǒng)并行發(fā)展，或是對現(xiàn)有的MIS進行改造、使之適應(yīng)今后電力市場的發(fā)展。事實上，一些面臨發(fā)電市場壓力的網(wǎng)省級調(diào)度中心，已經(jīng)按后者行事并已改造就緒了。
4　結(jié)語
　　(1) 當代的配電系統(tǒng)自動化正從“多島自動化”走向系統(tǒng)集成，并受到電力市場發(fā)展的影響。
　　(2) “多島自動化”是以單項自動化為基礎(chǔ)，由少到多各自平行發(fā)展。系統(tǒng)集成的綜合自動化，是以整體綜合優(yōu)化為基礎(chǔ)，力求信息共享、功能互補，并隨技術(shù)的進步而提高其集成度。
　　(3) 當前配電系統(tǒng)自動化中的負荷管理系統(tǒng)、電量計費系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)，需要考慮電力市場發(fā)展的影響。
　　(4) 基于開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和國際標準的分層分布配電系統(tǒng)綜合自動化，適應(yīng)當代系統(tǒng)集成和電力市場的發(fā)展方向，“性能價格比”好、可伸縮性強。用戶可以任意分步實施其配電自動化規(guī)劃，所投入的系統(tǒng)或設(shè)備不會因系統(tǒng)的發(fā)展或技術(shù)的進步而導(dǎo)致重復(fù)建設(shè)甚至推倒重來。
參考文獻

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3　于爾鏗，韓放，謝開，等.電力市場.北京：中國電力出版社，1998