智能小区配电自动化的应用

近年来，智能电网(Smart Power Grids)已成为电力界的热门话题，被认为是改变未来电力系统面貌的电网发展模式。智能电网包括智能输电网和智能配电网(Smart Distribution Grid, SDG)，其中SDG具有新技术内容多、与传统电网区别大的特点，对于实现智能电网建设的整体目标有着举足轻重的作用[1]。

基于SDG的智能小区(Intelligent Residential District)是采用光纤复合低压电缆或电力线载波等先进技术，构建覆盖小区的通信网络，通过用电信息采集、双向互动服务、小区配电、分布式电源运行控制等技术，对用户供用电设备、分布式电源、公共用电设施等进行监测、分析、控制，提高能源的终端利用效率，为用户提供优质便捷的双向互动服务，并支持“三网融合”业务的开展，以及实现对小区安防设备和系统的协调控制。自动化

配电系统是智能小区的重要组成部分，配电系统的可靠性、安全性与居民的生活息息相关[2]。配电自动化(Distribution Automation, DA)是智能小区配电系统的核心部分，配电系统的自动化水平直接影响到小区的智能化程度，配电自动化系统的健康运行是小区安全稳定的基础和保障[3]。

按照智能电网的要求，充实提高配电自动化技术，对于推动配电自动化技术以及智能小区的建设发展具有十分重要的意义。

一、智能小区的主要技术支撑

1.智能小区的定义

智能小区，是在智能建筑的基本含义中扩展和延伸出来的，它通过对社区建筑群四个基本要素(结构、系统、服务、管理以及它们之间的内在关联)的优化考虑，提供一个投资合理，又拥有高效、舒适、便利以及安全的居住环境。智能小区是指以一套先进、可靠的网络系统为基础设施，将住户和公共设施建成网络并实现住户、社区的生活设施、服务设施的计算机化管理的社区。

智能小区建设涵盖了高速实时通信、智能电表、智能采集、双向交互和需方相应等多方面的技术，是计算机应用技术、现代通信技术、高级测量技术、控制理论和图形可视化等学科交叉的技术集群。

2.智能小区的主要传输载体

以太无源光网络(EPON)技术为智能小区的主要传输载体。EPON是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本;高带宽;扩展性强，灵活快速的服务重组;与现有以太网的兼容性;方便的管理等等。

3.智能小区的配电系统

智能化的配电系统是智能小区建设的重要组成部分。它以灵活、可靠、高效的配电网网架结构和高可靠性、高安全性的通信网络为基础，支持灵活自适应的故障处理和自愈，可满足高渗透率的分布式电源和储能元件接入的要求，满足用户提高电能质量的要求。智能配电系统有机集成和融合现代计算机与通信、高级传感和测控等技术，满足未来配电系统集成、互动、自愈、兼容、优化的要求。

二、配电自动化在智能小区中的应用

1.配电自动化

配电网自动化(Distribution Automation, DA)指利用现代计算机、通信与信息技术，将配电网的实时运行、电网结构、设备、用户以及地理图形等信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网运行监控及管理的自动化、信息化[4]。其作用主要是提高供电质量、用户服务质量和配电网管理效率。

配电自动化以一次网架和设备为基础，以配电自动化系统为核心，综合利用多种通信方式，实现对配电系统的监测与控制，并通过与相关应用系统的信息集成，实现配电系统的科学管理。

实现配电网的运行监视和控制的自动化系统，具备配电SCADA、馈线自动化(FA)、电网分析应用及与相关应用系统互连等功能，主要由配电主站、配电终端、配电子站(可选)和通信通道等部分组成。

停电给社会带来的经济损失十分可观，据报道，美国每年的停电损失超过1500亿美元。我国电科院专家对某沿海城市研究结果表明：停电每少供一度电带来的经济损失近50元。粗略估计，我国每年的停电损失在2000亿元以上，而90%以上的停电事件是中低压配电网的原因。

提升电网自动化水平，保证小区可靠供电是智能小区的一个重要建设目标，也是DA的最主要任务。

2.目前应用

配电网自动化的重要应用馈线自动化(Fault Automation，FA)主要实现故障自动处理功能，包括故障的定位，隔离和恢复。当智能小区配电网中某一点发生故障时，配电站向故障点供电的出口断路器就会动作(跳闸)，线路另外一侧配电站如果存在备自投会在很短时间合闸。此时无论瞬时还是永久故障都可能不成功，如果成功则故障消失，如果不成功则原来供电侧开关会重合闸。如果是瞬时故障则重合闸成功，如果是永久性故障则重合闸失败。当主站收到线路开关FTU的过流和失压信号后，开始处理故障信息。其中最重要的信息就是各个DTU报故障电流的情况，主站就是通过DTU报故障电流的信息再结合网络拓扑结构来定位故障点。

智能小区里，馈线通常采用环网设计，开环运行方式，物理上的一次接线方式为：配电变压器出线后、手拉手连接馈线上的所有断路器，然后回到另外一个配电变压器的出线。环网柜和配电柜里有配网断路器，在环网柜配有DTU，配电柜有智能仪表可以采集到保护信号，在馈线上的各个配电柜的信号通过光纤环网通道实现互享，结合DTU就可以在小区里实现故障的隔离和供电恢复，而无需将故障信号发送到调度中心，直接由小区的DTU处理，下发到配电柜或者环网柜的断路器执行。

而如果通过采用环形的光纤通道，对小区的相关断路器，采用上游和下游设备方式建模，然后把环网柜或者配电柜的保护信号传送到小区环网柜的DTU上，在众多DTU上选择一个中心位置的MAIN_DTU，由MAIN_DTU分析保护信号后，发出故障隔离指令或者故障恢复指令，则可以解决调度中心实现馈线自动化的准确性和时效性问题。

3.智能型DA方式

智能型DA方式是在标准型的基础上，通过扩展配电网分布式电源/储能装置/微电网的接入及应用功能，在快速仿真和预警分析的基础上进行配电网自愈控制，并通过配电网络优化和提高供电能力实现配电网的经济优化运行，以及与其它智能应用系统的互动，实现智能化应用。

三、未来发展趋势

1.新能源接入

人类正面临化石能源枯竭问题，全球变暖成为制约化石能源应用新的制约因数、碳税征收不可避免，发展新能源保证能源安全、应对全球变暖迫在眉睫。

但同时新能源也会带来新的问题：

(1)新能源指还没有大规模开发利用的新型能演形式，包括核电、风电、太阳能、生物质、大水电。

(2)核电不能调峰，只能充电基础负荷。

(3)风电、太阳能发电的间歇性、随机性特点给电力系统功率平衡、电压无功控制带来了困难。

(4)可再生能源发电、分布式发电大量接入配电网使其成为功率双向流动的有源网络，传统的保护控制、运行管理方式需要做出根本性地改变。

2.发展高级配电网自动化

高级配电自动化包括运行自动化、管理自动化。

高级配电运行自动化包括高级配电运行监视与控制、自动故障隔离与配电网自愈等内容，是本体自动化、现场设备远程监控与成熟应用分析软件的有效结合。除实现传统配电运行自动化功能(如配电SCADA、故障定位、隔离和供电恢复、多重网络重构等)外，高级配电运行自动化还实现含分布式电源的配电网监视与控制故障应急处理、安全预警和自愈控制等功能。

高级配电管理自动化是利用现代计算机技术、自动控制技术、数据通信技术和信息管理技术，将配电网的实时运行状态、电网结构、设备、用户以及地理图形等信息进行集成，实现配电网管理的自动化、信息化。其主要内容包括设备管理、停电管理等。

四、结语

对智能小区配电自动化系统技术研究具有现实及长远的意义。其主要意义在于：在正常运行的情况下，通过监视配电系统的运行状况,优化小区配电运行方式;当配电系统发生故障或异常运行时，能够迅速排查和处理，最大限度的减少停电对居民生活的影响;合理控制无功负荷和电压水平，改善供电质策，达到经济运行的目的;合理控制用电负荷，提高设备利用率;自动抄表计费，保证抄表计费及时和准确，提高工作效率，能够为用户提供自动化的用电信息服务。

参考文献：

[1] 徐丙垠,李天友,薛永端. 智能配电网与配电自动化[J]. 电力系统自动化, 2009,Vol.33 No.17:39-41.

[2] 赵青云. 智能小区配电系统控制技术研究[J]. 山西师范大学学报, 2008, Vol.22 No.2:52-55.

[3] 梦子军,刘国华. 智能小区配电自动化系统技术研究综述[J]. 轻工科技, 2012,第07期:67,101.

[4] 李天友,金文龙,徐丙垠. 配电技术. 北京:中国电力出版社. 2008.