论文部分内容阅读
摘要：本文主要对莱芜钢铁企业配电系统自动化的组成、技术现状、存在的问题以及发展趋势进行了简要的分析研究。
莱芜是山东省重要的钢铁、能源基地，素有“钢铁煤都”之称，莱芜钢铁产业快速发展，挺起了莱芜这座新兴钢铁工业城市的“脊梁”。钢铁企业的生产首要条件是有电力的供应与发展，配电系统的自动化对钢铁企业的发展具有重要的作用。
一、配电系统自动化的组成
配电自动化是指利用现代电子计算机、通信及网络技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电和配电管理的现代化。配电系统自动化包含以下四个方面。
1.变电站系统自动化
指应用自动控制技术和信息处理与传输技术，通过计算机硬软件系统或自动装置代替人工对变电站进行监控、测量和运行操作的一种自动化系统。
2.10kV馈线系统自动化
完成10kV馈电线路的监测、控制、故障诊断、故障隔离和网络重构。
3.配电系统管理
是指用现代计算机、信息处理及通信等技术，并在GIS平台支持下对配电网的运行进行监视、管理和控制。主要功能有：数据采集和监控（SCADA）、配电网运行管理、用户管理和控制、自动绘图设备管理地理信息系统（AM／FM/GIS）。
4.用户系统自动化
用户自动化即需求侧管理，主要包括负荷管理、用电管理、需方发电管理等。
二、 配电系统自动化技术现状分析
1.基于自动化开关设备相互配合的配电系统自动化阶段
主要设备为重合器和分段器等，不需要建设通信网络和计算机系统。其主要功能是在故障时通过自动化开关设备相互配合实现故障隔离和健全区域恢复供电。这一阶段的配电自动化系统局限在自动重合器和备用电源自动投入装置。自动化程度较低，具体表现在：
仅在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用，不能优化运行方式；调整运行方式后，需要到现场修改定值；恢复健全区域供电时，无法采取安全和最佳措施；隔离故障时需要经过多次重合，对设备冲击很大，这些系统目前仍大量应用。
2.配电系统自动化是基于通信网络、馈线终端单元和后台计算机网络的配电系统自动化
在配电网正常运行时也能起到监视配电网运行状况和遥控改变运行方式的作用，故障时能及时察觉。并由调度员通过遥控隔离故障区域和恢复健全区域供电。
3.配电系统自动化
随着计算机技术的发展，在配电系统自动化的基础上增加了自动控制功能。形成了集配电网SCADA系统、配电地理信息系统、需方管理（DSM）、调度员仿真调度、故障呼叫服务系统和工作管理等一体化的综合自动化系统，形成了集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统（DMS），功能多达140余种，现阶段的配电自动化以此为目标建设和完善。
三、配电系统自动化存在的问题
1.高度可靠和快速反应的变电站、馈线自动化系统
在电力市场环境下，为了保障终端用户的供电可靠性，系统的自动化不仅要求能够正确判断故障、隔离及恢复故障，而且要求加大对系统自动化的投资，增加快速、可靠的开关及控制装置，尽量减少对用户的停电次数和停电时间。同时，因配电网故障必须中断部分负荷供电时，应能快速自动识别重要用户，优先保障其供电。
2.提高SCADA（系统监控和数据采集）系统的功能
为了适应市场环境下的竞争需要，SCADA（系统监控和数据采集）系统的功能应该是强大的，特别是对重要用户的监控更应该作到准确、可靠、灵敏。否则会给配电公司带来较大的损失，这种损失包括对用户的真接停电和造成社会影响的间接损失。
3.实现SCADA与GIS（配电地理信息系统）一体化设计
达到SCADA和GIS数据一体化、功能一体化、界面一体化，实现从GIS中自动提取SCADA需要的网络结构和属性数据及由SCADA系统向GIS提供配电实时运行数据。
4.采用可扩展综合型的配电自动化终端（CDAU）
为满足电力市场对电能质量的监测及实时电价信息的发布要求，实现综合信息的采集及控制，尽可能减少现场终端的数量及降低系统的复杂性，应考虑采用可扩展功能的综合型配电自动化终端。该终端除了具有通常的功能外，还具有电能质量监测、实时电价信息发布、故障录波及部分仪表功能。
四、配电系统自动化的发展趋势
1.现代配电系统自动化采用分层集结策略
大企业配电系统自动化一般分四个层，第一层为现场设备层。主要由馈线终端单元（FTU）、配变终端单元（TYU）、运动终端单元（RTU）和电量集抄器等构成，统称为配电自动化终端设备。第二层为区域集结层。以110kV变电站或重要配电开闭所为中心，将配电网划分成若干区域，在各区域中心设置配电子站，又称“区域工作站”，用于集结所在区域内大量分散的配电终端设备。第三层为配电自动化子控制中心层。建设在城市的区域供电分局，一般配备基于交换式以太网的中档配电自动化后台系统。往往还包括配电地理信息系统、需方管理和客户呼叫服务系统等功能。用于管理供电分局范围内的配电网。第四层为配电自动化总控制中心层。建设在企业的供电所，一般配备基于交换式以太网的高档配电自动化后台系统和大型数据库，用于管理整个企业范围内的配电网。中小型企业的配电自动化系统一般只有前三层设备，不需要第四层。
2.集成化、智能化和综合化是发展趋势
配电系统自动化作为一个庞大复杂的、综合性很高的系统性工程，包含众多的设备和子系统，各功能、子系统之间存在着不同程度的关联，其本身及其所用技术又处于不断发展之中，这就要求配电自动化系统采用全面解决的方案，走系统集成之路，使得各种应用之间可共享投资和运行费用，最大限度保护用户原有的投资。在馈线自动化方面，现有馈线终端设备不仅具有常规的遥测、遥信和遥控功能，且还集成了自动重合闸、馈线故障检测和电能质量的一些参数的检测功能，甚至集成了断路器的监视功能，且有进一步与断路器相结合，机电一体化，发展成为智能化开关的趋势。显著地降低了建设、运行和维护的综合成本，为提高供电可靠性，创造了有利的条件。在电压无功控制方面，国内已经提出基于人工神经元网络的无功预测和优化决策相结合的变电站电压无功控制策略，该策略以无功变化趋势为指导，充分发挥了电容器的经济技术效益，能在无功基本平衡和保证电压合格的前提下，使变压器分接头的调节次数降至最小，消除了盲目调节，降低了变压器故障几率和减少了维护量。
3.配电系统自动化新技术
其一是配电线路载波通信技术。对低压配电网，由于终端设备数量非常多，采用光纤通信无论从成本或可行性看均不现实，为实现配电系统综合自动化的实时电价信息发布及远程读表功能，研究具有较高可靠性和通信速率的配电线路载波通信技术，不仅可作为实现上述功能的通信手段，还可以为客户提供其他的综合通信服务。其二是用户电力技术。用户电力技术是将电力电子技术、微处理机技术、控制技术等高新技术运用于中、低压配、用电系统，以减少谐波畸变，消除电压波动和闪变、各相电压的不对称和供电的短时中断，从而提高供电可靠性和电能质量的新型综合技术。用户电力技术独立工作时可满足特殊负荷对供电量的严格要求，与配网自动化技术相结合时，将实现无瞬时停电、实时控制的柔性化配电、满足用户对电能质量更高层次的要求。其三是智能分布式FA.。在该体系中，将要研究建立智能体（agent）与区域协调器的协调机制。为了考虑全网的运行方式以及拓扑结构的变化影响，需要研究在配单自动化主站建立协调服务器，通过定义智能体之间的通信与规范构成完整的智能分布式FA实现方式。
总之，配电系统的自动化要服从于生产的实际情况，最大限度的为企业生产服务。
莱芜是山东省重要的钢铁、能源基地，素有“钢铁煤都”之称，莱芜钢铁产业快速发展，挺起了莱芜这座新兴钢铁工业城市的“脊梁”。钢铁企业的生产首要条件是有电力的供应与发展，配电系统的自动化对钢铁企业的发展具有重要的作用。
一、配电系统自动化的组成
配电自动化是指利用现代电子计算机、通信及网络技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电和配电管理的现代化。配电系统自动化包含以下四个方面。
1.变电站系统自动化
指应用自动控制技术和信息处理与传输技术，通过计算机硬软件系统或自动装置代替人工对变电站进行监控、测量和运行操作的一种自动化系统。
2.10kV馈线系统自动化
完成10kV馈电线路的监测、控制、故障诊断、故障隔离和网络重构。
3.配电系统管理
是指用现代计算机、信息处理及通信等技术，并在GIS平台支持下对配电网的运行进行监视、管理和控制。主要功能有：数据采集和监控（SCADA）、配电网运行管理、用户管理和控制、自动绘图设备管理地理信息系统（AM／FM/GIS）。
4.用户系统自动化
用户自动化即需求侧管理，主要包括负荷管理、用电管理、需方发电管理等。
二、 配电系统自动化技术现状分析
1.基于自动化开关设备相互配合的配电系统自动化阶段
主要设备为重合器和分段器等，不需要建设通信网络和计算机系统。其主要功能是在故障时通过自动化开关设备相互配合实现故障隔离和健全区域恢复供电。这一阶段的配电自动化系统局限在自动重合器和备用电源自动投入装置。自动化程度较低，具体表现在：
仅在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用，不能优化运行方式；调整运行方式后，需要到现场修改定值；恢复健全区域供电时，无法采取安全和最佳措施；隔离故障时需要经过多次重合，对设备冲击很大，这些系统目前仍大量应用。
2.配电系统自动化是基于通信网络、馈线终端单元和后台计算机网络的配电系统自动化
在配电网正常运行时也能起到监视配电网运行状况和遥控改变运行方式的作用，故障时能及时察觉。并由调度员通过遥控隔离故障区域和恢复健全区域供电。
3.配电系统自动化
随着计算机技术的发展，在配电系统自动化的基础上增加了自动控制功能。形成了集配电网SCADA系统、配电地理信息系统、需方管理（DSM）、调度员仿真调度、故障呼叫服务系统和工作管理等一体化的综合自动化系统，形成了集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统（DMS），功能多达140余种，现阶段的配电自动化以此为目标建设和完善。
三、配电系统自动化存在的问题
1.高度可靠和快速反应的变电站、馈线自动化系统
在电力市场环境下，为了保障终端用户的供电可靠性，系统的自动化不仅要求能够正确判断故障、隔离及恢复故障，而且要求加大对系统自动化的投资，增加快速、可靠的开关及控制装置，尽量减少对用户的停电次数和停电时间。同时，因配电网故障必须中断部分负荷供电时，应能快速自动识别重要用户，优先保障其供电。
2.提高SCADA（系统监控和数据采集）系统的功能
为了适应市场环境下的竞争需要，SCADA（系统监控和数据采集）系统的功能应该是强大的，特别是对重要用户的监控更应该作到准确、可靠、灵敏。否则会给配电公司带来较大的损失，这种损失包括对用户的真接停电和造成社会影响的间接损失。
3.实现SCADA与GIS（配电地理信息系统）一体化设计
达到SCADA和GIS数据一体化、功能一体化、界面一体化，实现从GIS中自动提取SCADA需要的网络结构和属性数据及由SCADA系统向GIS提供配电实时运行数据。
4.采用可扩展综合型的配电自动化终端（CDAU）
为满足电力市场对电能质量的监测及实时电价信息的发布要求，实现综合信息的采集及控制，尽可能减少现场终端的数量及降低系统的复杂性，应考虑采用可扩展功能的综合型配电自动化终端。该终端除了具有通常的功能外，还具有电能质量监测、实时电价信息发布、故障录波及部分仪表功能。
四、配电系统自动化的发展趋势
1.现代配电系统自动化采用分层集结策略
大企业配电系统自动化一般分四个层，第一层为现场设备层。主要由馈线终端单元（FTU）、配变终端单元（TYU）、运动终端单元（RTU）和电量集抄器等构成，统称为配电自动化终端设备。第二层为区域集结层。以110kV变电站或重要配电开闭所为中心，将配电网划分成若干区域，在各区域中心设置配电子站，又称“区域工作站”，用于集结所在区域内大量分散的配电终端设备。第三层为配电自动化子控制中心层。建设在城市的区域供电分局，一般配备基于交换式以太网的中档配电自动化后台系统。往往还包括配电地理信息系统、需方管理和客户呼叫服务系统等功能。用于管理供电分局范围内的配电网。第四层为配电自动化总控制中心层。建设在企业的供电所，一般配备基于交换式以太网的高档配电自动化后台系统和大型数据库，用于管理整个企业范围内的配电网。中小型企业的配电自动化系统一般只有前三层设备，不需要第四层。
2.集成化、智能化和综合化是发展趋势
配电系统自动化作为一个庞大复杂的、综合性很高的系统性工程，包含众多的设备和子系统，各功能、子系统之间存在着不同程度的关联，其本身及其所用技术又处于不断发展之中，这就要求配电自动化系统采用全面解决的方案，走系统集成之路，使得各种应用之间可共享投资和运行费用，最大限度保护用户原有的投资。在馈线自动化方面，现有馈线终端设备不仅具有常规的遥测、遥信和遥控功能，且还集成了自动重合闸、馈线故障检测和电能质量的一些参数的检测功能，甚至集成了断路器的监视功能，且有进一步与断路器相结合，机电一体化，发展成为智能化开关的趋势。显著地降低了建设、运行和维护的综合成本，为提高供电可靠性，创造了有利的条件。在电压无功控制方面，国内已经提出基于人工神经元网络的无功预测和优化决策相结合的变电站电压无功控制策略，该策略以无功变化趋势为指导，充分发挥了电容器的经济技术效益，能在无功基本平衡和保证电压合格的前提下，使变压器分接头的调节次数降至最小，消除了盲目调节，降低了变压器故障几率和减少了维护量。
3.配电系统自动化新技术
其一是配电线路载波通信技术。对低压配电网，由于终端设备数量非常多，采用光纤通信无论从成本或可行性看均不现实，为实现配电系统综合自动化的实时电价信息发布及远程读表功能，研究具有较高可靠性和通信速率的配电线路载波通信技术，不仅可作为实现上述功能的通信手段，还可以为客户提供其他的综合通信服务。其二是用户电力技术。用户电力技术是将电力电子技术、微处理机技术、控制技术等高新技术运用于中、低压配、用电系统，以减少谐波畸变，消除电压波动和闪变、各相电压的不对称和供电的短时中断，从而提高供电可靠性和电能质量的新型综合技术。用户电力技术独立工作时可满足特殊负荷对供电量的严格要求，与配网自动化技术相结合时，将实现无瞬时停电、实时控制的柔性化配电、满足用户对电能质量更高层次的要求。其三是智能分布式FA.。在该体系中，将要研究建立智能体（agent）与区域协调器的协调机制。为了考虑全网的运行方式以及拓扑结构的变化影响，需要研究在配单自动化主站建立协调服务器，通过定义智能体之间的通信与规范构成完整的智能分布式FA实现方式。
总之，配电系统的自动化要服从于生产的实际情况，最大限度的为企业生产服务。