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1、城网改建与配电系统自动化hesp导语：电力供求关系的变化，导致电力市场由卖方市场向买方市场转变，为电力经营从垄断走向开放提供了物质根底。我国电力供求关系的变化和国家电力公司的成立，标志我国电力工业的开展已进入了一个新的历史阶段。电力供求关系的变化，导致电力市场由卖方市场向买方市场转变，为电力经营从垄断走向开放提供了物质根底。而开放的电力市场，势必将促进含配电系统自动化在内的城网建立和改造，以及电力电子技术用户电力的应用。国家电力公司的成立，施行“公司化改组、贸易化运营、法制化治理，及时地适应了这一开展趋势。但是，由于长期习惯于缺电场面和垄断经营，忽然面临上述众多新的形势，各方面的预备均显缺乏。
2、十分是配电系统自动化，过去欠帐很多，此次来势很猛，而且还需要考虑投入设备和系统的使用年限，这就不得不顾及到一定时间内可能对其产生影响的方方面面，以防止今后重复建立甚至重新建立。b1城网建立改造涉及的领域/b城网建立改造涉及的领域包括以下2个方面。1从电压等级上看，城网覆盖高中低3级电压。高压主网属于子输电系统范畴，中低压电网为配电系统，分别由地市级的SCADA/EMS系统通常无AGC和县区级的SCADA/LM/DMS系统来治理。应该留意的是，地市级的SCADA/EMS系统是一个基于变电站RTU的全远动化系统，而县区级的SCADA/LM/DMS不可能全部自动化，最多只能作到中压自动化，低压主要靠
3、预付费智能卡SmartCard/自动远方读表AMR的电量计费系统，和“投诉热线处理来建立供需双方的通讯联络。2从设备配置来看，将涉及到如图1所示的4个领域。img=327,223zszl.cepee/cepee_kjlw_pic/files/wx/zgdl/zgdl99/zgdl9910/image10/1701.gif/imgalign=left图1城网建立改造的相关领域图中，一次系统包括高压子输电系统和中低压配电系统；二次自动化包括地市级和县区级的有关自动化；电力市场主要指“配电市场；电力电子技术主要指面向配电的“用户电力。当然，关系最亲密的是实线局部的一二次系统，但需考虑到电力市场开展和
4、电力电子应用可能带来的影响。此外，自动化方面由于配网“欠帐较多，因此配网中压自动化和双向通讯的“一户一表建立自然成为当前的一个热门。b2城网建立改造的目的和规划/b国家电力公司对城网建立改造所提出的目的是：1进步供电才能10%；2供电可靠性99.90%99.99%；3电压合格率98%；4网损降低10%；5符合环保要求。与“九五电网治理工作的目的相比，具有3个明显的特点：一是突出提出了贸易化运营，增加10%供电才能的详细指标；二是供电可靠性、电能质量和经济运行的要求高了“九五的目的为：供电可靠性99.7%99.9%、电压合格率95%、网损降低1.2%2.0%；三是增加了环保要求。显然，为了实现上
5、述这些目的，必须同时启动城网一次系统和二次自动化的建立和改造。由于各个城网情况不同，投资程度有限，所需解决的问题和先后顺序也不一样。因此，当前的城网建立改造，只能采取“统一规划、分步施行的方针。一次系统规划涉及的主要内容有：1负荷预测要求年误差5%；2电压等级要求高/中/低电压等级4；3接地方式中压；4网络接线含馈线负载率/短路容量；5变电站含变压器容载比；6无功补偿含电压/无功优化；7潮流及可靠分析仅计及一次规划；8网损分析仅计及一次规划。二次自动化规划涉及的主要内容有：1配电治理系统SCADA/DMS；2负荷治理系统LM；3电量计费系统AMR；4地理信息系统GIS；5治理信息系统输/变/配
6、/用电治理；6变电站/开关站自动化含无人值班；7馈线自动化含环网控制；8通讯网络纵向/横向系统集成。当前的任务，就是根据城网的现状和开展，通过上述一二次系统的统一规划和分步施行，最终实现城网建立改造的目的。规划必然涉及投资。固然这次城网建立改造投资力度很大，但由于“欠帐过多，仍然存在投资有限的问题。这就需要一二次严密结合、互相支持、综合优化，不放弃任何一个节约或者推延投资时机，并考虑到电力市场开展和电力电子技术的应用可能带来的影响，使投入的系统和设备具有较长的生命周期。b3一二次系统的互相支持和综合优化/b为了实现城网建立改造的预期目的，一二次系统之间有些方面互相攸关，需要或者可以互相支持和综
7、合优化。3.1负荷预测负荷预测是城网建立改造规划的根底，它既是规划一次系统的建立改造在规划年限内，新建或者改造变电站、开关站、线路等的数目、位置和规模的根据，也是开展二次自动化工作新建或者改造负荷治理系统、电量计费系统等的形式、步骤和规模的根据。和用于调度的短期负荷预告不同，城网规划用的负荷预测，短期为1a，长期为510a，并采用滚动修正的方式来保证其准确度一般要求年误差5%。主要预告馈线的负荷年增长率及基于地产使用居民、贸易、工业、机关学校等和社会经济因数城市分区大小和数目、饱和区数、密度、能量因数、负荷因数及多样性等所决定的今后负荷程度。这里，城网负荷预测分区、经常性的地产使用和社会经济因
8、数的数据登录，二次自动化中离线设备治理和在线的地理接线，均与地理信息有关。因此，自动化中的地理信息系统提供城网负荷预测效劳，将显著进步其使用程度。城网负荷预测软件与地理信息系统相结合，可在任一闭合的多边形内，统计检索修改有关数据，并据此进展负荷分析和预测，大大进步滚动修正、随时预测和查阅负荷的方便性。3.2节约或者推延投资城网建立改造工作中，投资最大的是根据负荷预测所进展的一次系统的变电站、开关站和线路的建立改造。3.2.1变电站城网的高压变电站，大局部属于子输电系统的终端变电站。传统的变电站设计，占地面积大、基建任务重、自动化程度低、且多为有人值班设计。随着综合自动化和无人值班技术的推广，性
9、能价格比明显进步。但如今投入的大多数综合自动化无人值班变电站，仍为大控制室的集中布置设计，没有充分发挥综合自动化无人值班技术中二次自动化随一次设备分分布置、以少量通讯电缆取代大量的信号电缆、取消大控制室的楼房和电缆沟设计、大大节约用地和相关的基建工程量的特点。应该留意的是，依靠少量通讯电缆实现分分布置的综合自动化系统，系以软件组态取代现场大量繁琐的信号电缆的点对点调试。因此，还可以使自动化系统的工厂验收FAT和现场一次设备的安装施工同时进展，以加快整个变电站的工程进度。此外，为了检修或者故障时的备用切换，变电站经常配置2台容载比为2的变压器。如与自动化相配合，切换时局部负荷可转移到相邻变电站，
10、以节约或者推延所需的增容投资。3.2.2开关站城网的中压开关站，属配电系统范畴，比高压变电站的建立改造简单得多，现已进入综合自动化和无人值班技术的推广阶段。我国以10kV为主的配网开关站，其二次自动化已能作到将馈线的测量、控制、保护和通讯接口集成在开关柜上，首先实现了配电系统中一二次设备一体化的“零的打破。因此，最好选用那些一二次设备统一集成好、并具有串行通讯接口供远方监控用的开关设备，用以简化投资和施工安装层次。或者在选用开关时对柜门的防震才能和间隔尺寸提出要求，以便开孔施工安装集成化的测量、控制和保护自动化设备。3.2.3网络接线城网的线路建立和改造，包括高压主网、中压环网和低压配网。其中
11、，通过一二次系统综合优化与投资节约亲密相关的，主要是中压环网线路的建立和改造。当前，中压环网是配网建立改造的一个热门。这不仅是为进步供电可靠性所必须，而且还可简化接线和节约投资。由于，传统上为了保证辐射形馈线供电的可靠性，通常在变电站侧采用双母线和旁路代等复杂接线。改为环网后，完全可由具有双侧供电才能、负荷可转移到馈线出口侧的环网来保证。此外，同一辐射形馈线改为环网并通过自动化实现环网的分段控制后，在同样知足99.99%可靠性要求的前提下，如线径允许还可成倍增加供电的用户数，以节约或者推延所需的增容投资。因此，一次网络接线应与二次环网或者网格控制综合考虑，并认真计算有关馈线的负荷率。3.3可靠
12、供电供电可靠性是城网建立改造的一个重要目的。涉及到高压主网、中压环网和低压配网。高压主网一般按“N?1的可靠性原那么来规划，一二次系统关系密不可分的是中压环网的平安控制。配电系统的平安控制和输电系统不同。输电系统中，系统发生故障时的紧急控制和系统解列后的恢复控制，是分别由专设的继电保护、重合闸和SCADA/EMS的故障诊断恢复控制应用软件来实现。而配电系统中，故障时的故障识别和恢复供电，统一由环网集成化的“故障定位、隔离和自动恢复供电系统来完成。这里，控制环网分段开关的控制器FTU，不仅集成了测量、控制和保护等功能，而且还包括了开关投切时所需的操纵电源。这是配网平安控制的一大特点，也是配电系统
13、中一二次设备严密结合、实现“一体化的又一个例子。中压配网的环网控制，牵涉到负荷、走向、分段、架空、电缆等问题。因此，一二次系统严密结合的“故障定位、隔离和自动恢复供电系统，必须统筹兼顾优化设计。对于架空裸线，还需要考虑70%瞬时故障的特点，增设必要的重合器，对自动化提出故障测距，便于寻找和排除故障，以期快速恢复故障段供电等要求。涉及中压配网平安供电、与一二次系统亲密相关的还有一个系统中性点的接地问题。在小电流接地系统中，接地选线一直是一个难点问题。近年来国内兴起的消弧线圈接地，可以自清70%架空裸线的瞬时接地故障；但对于永久性故障的选线问题，是交由自动补偿的消弧线圈控制器去统一解决，还是仍由自
14、动化来处理，需结合配网实际，通过一二次系统的协调配合来妥善解决。3.4供电质量配网供电质量主要反映在电压程度上，城网建立改造目的中，对电压合格率提出98%的明确要求。城网中高中低三级电压的合格率，涉及负荷和电网发输配才能的匹配，由输电、子输电和配电系统分级负责。调控才能决定于一次系统，调控手段那么由自动化来实现。城网的调控才能主要反映在变电站级的变压器有载调压和电容补偿、馈线级的分布电容器和电压调整器、以及变电站变压器和馈线间的各种负荷转移才能。调控手段那么分别由子输电系统的SCADA/EMS和配电系统的SCADA/LM/DMS来实现。应该留意的是，某些重要用户对供电的质量具有较高的要求，并不
15、知足于98%的电压合格率。这涉及到“电力电子技术的应用，本文的第5节将对此加以讨论。3.5降低网损降低网损是城网经济运行的一个主要目的，这主要依靠一次系统公道的规划和运行。但一二次系统的有效配合，通过自动化还可使网损进一步降低。据国外文献报道，一般配网网损约占整个电网能量输出的5%，通过自动化可在此根底上再减少10%即整个配网的0.5%。因此，在我国配网网损较高的情况下，自动化更应有所作为。用自动化系统降低网损需有一次系统支持。如通过自动化转移负荷、根据负荷平衡原那么减少网损时，有关变压器和馈线必须具有较高的容载比和负荷率。国外经历数据还说明，在环网上进展“一开一合和在网络上进展“两开两合的负
16、荷转移，通过负荷平衡所减少的网损可望从百分之几进步到10%。馈线级分布电容的就地补偿和变电站级电压无功的综合优化，更是用自动化来降低网损，改善供电质量进步配电才能的有力措施，但同样也都离不开一次设备的支持。3.6进步供电才能进步10%的供电才能，是城网建立改造、推动国民经济开展的一个最终目的。这除了按一次系统规划，对城网高中压系统进展建立改造外，还涉及到量大面广的低压系统建立改造和为千家万户增容所必须进展的改线换表问题。电力具有发供用同步完成的特点，因此，进步供电才能与改善效劳增加用电必然是一个问题的2个方面，这就为负荷治理、电量计费等自动化和供用电系统的结合，提供了广阔前景。当然，整个城网建
17、立改造的综合优化，还应包括一次系统和配电系统自动化本身的综合优化在内。如一次系统电压等级的选择、无功补偿与有功容量的匹配、节能变压器的使用，配电系统自动化从“多岛自动化走向系统集成、支持SCADA功能的FTU和电量计费系统等。b4电力市场的挑战/b我国电力市场的启动，标志着我国的电力工业已开展到一个新的阶段：由长期缺电转向进步供电才能，由行政治理转向“公司化改组、贸易化运营、法制化治理。固然电力市场由当前的发电市场开放到面向大用户的配电市场尚需相当长的时间，但是，为了适应当前供需关系的转变和今后电力市场的开展，一些在长期缺电和垄断经营下所遗留下来的产物和运行机制，已面临必要的改造；当前城网建立
18、改造所投入的系统和设备，也要顾及不致因今后系统开展或者技术进步而重复建立甚至推倒重来。这里，首先涉及的是负荷治理系统、电量计费系统和治理信息系统。4.1负荷治理系统长期缺电期间，对用户限电拉闸施行方案用电的负荷控制，应及时转移到用户不感到停电的负荷治理LM上来。现代的负荷治理，主要是按事先编制好的负荷治理方案，通过馈线降压减载、或者按编组周期输流短时启停用户的可控负荷空调、热水器等，来实现用户不感到停电的负荷治理。此外，还应积极开展基于分时电价的需方用电治理DSM，用以调动需方的积极性来介入负荷治理。供方负荷治理与需方用电治理相结合，必将有力地改善配电系统的负荷曲线，并为随后电力市场的开展打下
19、根底。4.2电量计费系统过去垄断经营时期的电量计费，主要是供方查表、用户缴费、逾期罚款的单向联络方式。城网建立改造中，正在进展量大面广的“一户一表建立。无论从当前的“贸易化运营或者今后的“配电市场来看，都应尽可能地考虑到计费信息的双向通讯大中用户远方读表和中小用户智能卡以及和银行结算的关系问题。“投诉热线处理是供方和广阔用户建立双向联络的又一渠道。因此，进展低压线路和“一户一表的建立改造时，一二次系统应统一优化设计，以期建立一个面向用户含物业治理分级分片双向通讯的联络机制，进步供电效劳程度。4.3治理信息系统为保证电力市场交易的公平、公正和公开，当前用于发输电和今后用于输配电的能量交易系统，必
20、须和传统上保证电网平安运行的能量治理或者配电治理系统分设。但电力消费和消费同步完成的特点，又决定了能量交易和平安消费的不可分性。因此基于Intranet/Internet以阅读器为特征，称之为电子商务或者网络交易的能量交易系统，将通过网络交换器与实时运行保证电网平安的能量治理或者配电治理系统相连，用以建立“公开访问的同时信息系统OASIS。显然，传统上以专用网、专用信道和图形用户界面为特征的治理信息系统MIS，不适于提供电力交易使用。这就提出了一个问题：是使传统的治理信息系统和今后的交易信息系统并行开展，还是对现有的MIS进展改造，使之适应今后电力市场的开展。事实上，一些面临发电市场压力的网省
21、级调度中心，已经按后者行事并已改造停当了。b5电力电子技术的应用/b缺电场面的改观和电力市场的兴起，必然导致用户对供电质量要求的进步。在城网建立改造中，对电压合格率要求到达98%，已能知足绝大多数一般用户的要求。但是，配网在正常状态下仍然存在一些可能发生的瞬间扰动或者波形畸变问题，如瞬时故障时重合闸动作产生的瞬时失电，邻线故障或者冲击负荷产生的瞬时欠压，异相故障时产生的瞬时过压、雷电或者电容投切操纵时产生的瞬变经过，以及非线性负载所产生的谐波污染等。这对某些对供电质量要求较高的重要用户，如银行、医院、机场、数据处理中心等，都是不能容忍的。十分是随着信息技术的日益开展和普及如当代化的消费“流水线
22、等，这些扰动的影响面和所带来的危害就愈大。这时，就要求助于电力电子技术中面向供用电的“用户电力。配网供电中的瞬间扰动和波形畸变问题，既可由用户侧，也可由供电侧来解决。当前，主要是根据需要针对性地在用户侧分别安装不停电电源UPS、电压调整器、避雷器、滤波器、静止补偿器等来解决问题。但分析和理论说明，随着这类用户的不断增加，总的投资和损耗将大幅度上升，质量的改善也有限，倒不如转由供方来统一解决为好。这也就是为什么1988年由美国电力科学院N.G.Hingorani博士所提出的“用户电力CustomPower，近年来越来越引起人们关注的原因所在。所谓“用户电力，是指供电部门通过技术手段向用户提供可靠
23、性更高、质量更好的电力，用以增加电力的附加值如电力市场中的论质电价。当前，国外着手研究开发的有：基于储能逆变的配网静止同步补偿器DSTATCOM和动态电压恢复器DVR、固态断路器SSCB、故障电流限制器FCL，以及集滤波调压和浪涌保护为一体的有源电力调整器APLC等。国内已有的供电部门正在和大学合作，开展这方面的研究开发工作。由于配网设备既要求可靠性高，又要求费用低廉，这正是当前研究开发用户电力设备所面临的一大难题。但是，随着电子元件“性能价格比的进步和“用户电力设备需求的增长，应该讲用户电力的应用和普及只是个时间问题。b6完毕语/b过去限于投资，城网建立改造的问题从未认真地提上日程。即使规划
24、，要求也较低，大都是着眼于应急措施。至于配电系统自动化，一般仅在一次系统规划中提上一笔，甚至排不上队，只是不时见缝插针地搞上一点，这也许就是长期以来形成配电“多岛自动化的原因之一。这次来势很猛的城网建立改造，要求程度高，使用周期长，固然投资力度较大，但由于“欠帐过多，总体来讲投资仍然有限。因此，应作好一二次系统的统一规划、互相支持和综合优化，并顾及使用周期内各种可能的影响因素，以保证在投资有限的情况下实现预期的各工程标。b参考文献/b1陈章潮，唐德光.城市电网规划与改造.北京：中国电力出版社，19982王明俊，于尔铿，刘广一.配电系统自动化及其开展.北京：中国电力出版社，19983于尔铿，韩放，谢开，等.电力市场.北京：中国电力出版社，19984NGHingorani.IntroducingCustomPower.IEEESpectrum.19956/align0