智能化低压配电系统的发展和应用
【摘 要】随着电力系统自动化的发展速度的提高，电力产业逐渐迎来了更多的、新的机遇。在智能化低压配电系统中，是将通信功能的智能化元件配备在开关上，然后在通过数字通信和网络相连，最终实现变电站的智能化、自动化管理。
【关键词】配电系统；智能；现场总线
1 智能配电系统架构
构成智能配电系统的主要部分有主站、 通信系统、终端/子站等；其外部系统有企业资源管理系统、地理信息系统、负荷管理系统、上级调动自动化系统、配变监测与采集系统、营销管理系统、故障报修系统等。在电网结构中，采用配电智能化系统的主要功能是实现电网分析应用、配电SCADA，以及馈电自动化等。在配电智能化系统中，采用了较多的通信手段，为远方控制值、数据采集的实现提供了便利条件。以集中型和就地型馈线自动化，进一步完成了电网故障区段的快速切除和供电的自动恢复。智能配电系统和外部系统之间的联系由信息交换总线完成，并对配电信息进行整合，使业务流程进一步外延，保证配网模型建立的完整性，促进配电智能化系统应用功能的丰富和扩展，同时还能够支持用电营销、配电调度、运行、生产等业务的闭环管理。除此之外，还能够对分布式储能/电源/微电网等接入的扩展，并借助电网分析应用软件，实现智能用电系统、协同调度和上级电网之间互动，实现配电网系的经济运行分析和自愈控制。
2 智能低压配电系统的关键技术
2.1 自愈控制
在配电网网架构的建设过程中，为了能够实现高效、可靠、灵活的目标，还要对电源分布式接入有利的系统设计、配电网络闭环运行技术，以及配电系统中具备自愈功能的结构等，和系统网架结构直接相关的问题进行深入的研究和示范工作。在智能配电网中，是借助先进的数学和控制理论完成其自愈控制功能，并建立配电网在故障扰动区、异常脆弱区、正常运行区，以及检修维护区时的自动判别算法。并对配电网在稳定评价、兼容评价、经济评价、电能质量评价，以及用户服务评价指标体系下，对其运行状态进行隐患预测和实时评估，同时对相应区域的控制方案予以执行，从而达到配电网的自愈控制和优化运行的目的，实现电网供电安全可靠、灵活互动、清洁环保，以及友好开放、经济高效的要求。
2.2 分布式发电和智能微网技术
所谓分布式电源，是指在配电网上连接的小容量储能装置或者发电机。在穿功率不大的系统中，配电网设计受到在连接点的分布式电源保护装置的影响较小。因此，在一个智能电网中，则可能存在接入灵活、容量更大的分布式电源。
此时，配电网将类似于一个较小型的输电网，因此，则要对更高的短路容量、非辐射性潮流等常常在输电网中出现的这些问题加以考虑。除此之外，在设计配电网的过程中，还需考虑分布式电源与实际电厂运行能否配合、降低配电网优化潮流、孤岛状况下的运行能力等问题。然而，在配电网设计，微网技术综合了储能技术、可再生能源发电技术、分布式发电和新生电力电子技术等。将多个分布式发电单元和负荷集成，使它们能够组成一个单独的系统，进而为众多的用户提供热能和电能。经过一系列的合理控制，微网既能够并网运行，还能够与主电网脱离孤立运行。同时，还能够达到无缝转换这两种运行模式的效果。
2.3 快速仿真和模拟技术
在电网配电系统中，快速仿真和模拟技术是实现其自愈功能的一个重要工具。快速仿真和模拟技术可实现的主要功能有网络重构、故障自动定位和排除、自适应保护、无功控制和自动电压等，其中所使用的仿真工具有负荷预测、电网潮流优化、配电网状态评估，以及电网动态安全评估等，其中用到的建模工具有发电模型、网络拓扑分析、负荷模型、设备模型等。快速仿真和模拟技术以实时软件平台作为基础，使用先进的预测技术和数学分析工具，并结合电网的运行状态、配电网物理结构，从而完成配电网的实时优化运行和状态估计的精确性，对电网中可能出现的潜在事件进行预测，同时能够为系统运行人员提供最优决策或者辅助决策建议，最终实现配电网的自愈。
3 现场总线技术应用
所谓现场总线，则是指应用在微处理器测控设备、在生产现场之间完成多节点数字通信、双向串行的系统，同时也称之为数字式、开放式多点通信的底层网络。在二十世纪八十年代中期，随着网络技术和微处理技术发展速度的加快，现场总线控制系统以其特有的数字网络传输方式逐渐取代了DCS系统4-20mA的模拟量传输方式。此后，现场总线控制系统开始了快速的发展，并广泛的应用在自动化领域。
现场总线控制即为开放式通信网络，又是一种全分布式控制系统。现场总线控制系统可以说是联线智能设备的纽带，能够将总线上的智能设备相互连接，使之成为网络系统，同时并构成自动化系统，以实现基本的系统管理、监控、计算、控制、参数设置、显示、报警等综合自动化功能。实际上，在现场总线控制系统中，均是由通信网络将各种组成部件连接起来，以总线的方式完成数据传输，完全数字化进行系统信号的传输。在该系统内部，可以说没有严格意义上的资源共享、主控部件，不依赖计算机也能够完成各职能化部件的运行。现场总线控制系统的应用，可以说将4-20mA的模拟量传输方式完全淘汰，在一定程度上降低了现场的敷线；采用现场总线控制系统完成对现场部件的控制调节，显著的促进了系统控制的可靠性和实时性的提高，同时避免了主机故障而造成系统的瘫痪现象的发生。
ISO国际标准化组织在ISOPIEC7498标准中的OSI参考模型定义了网络互联的7层框架，同时对每一层的功能做了详细的规定，从而实现系统环境中的互
操作性、互联性，以及应用的可移植性。然而，在实际的工业生产过程中，智能化装置是在工业现场的大范围内零散的分布，某个单个的节点控制信息量较少，却对快速性和实时性有较高的要求，为了能够使这些不必要的中间环节减少，减少工业网络成本，并满足实时性要求，应用在现场总线中的通信模型基本都在OIS参考模型的基础上做了相应的简化。是以OIS模型中的物理层、应用层和数据链路层三个典型层来完成，将其中的3-6层从中省略，从而使现场总线具有低成本、执行操作简单、结构简单等优点，而且还能够是工业现场应用的性能要求得到满足。并对系统的互操作性和一致性进行测试，不同制造商的产品在达到现场总线技术要求后，那么就能够在同一总线上实现互联，便于用户的系统集成，并为之带来更多的好处。
4 结束语
由此可见，智能电网在我国实现和发展过程中，其中一个最重要的组成部分为智能配电系统的应用。采用智能配电系统能够解决电网构架薄弱、大量接入分布式发电、自动化水平低等对国家电网产生的负面影响、有限的电网运行控制水平，以及电网和用户之间互动能力受限的有效手段。然而，研究和发展电网自愈控制、AMI技术、分布式发电和智能微网技术、配电网快速模拟和仿真技术等，使我国实现电网智能化的发展得到了快速的推进。
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