從國家能源局網站獲悉,國家能源局下發關于制定《配電網建設改造行動計劃(2015~2020年)》。通過實施配電網建設改造行動計劃,有效加大配電網資金投入。2015-2020年,配電網建設改造投資不低于2萬億元,其中2015年投資不低于3000億元,“十三五”期間累計投資不低于1.7萬億元。預計到2020年,高壓配電網變電容量達到21億千伏安、線路長度達到101萬公里,分別是2014年的1.5倍、1.4倍,中壓公用配變容量達到11.5億千伏安、線路長度達到404萬公里,分別是2014年的1.4倍、1.3倍。那么,中國配網現狀如何,未來又會如何建設?下面北極星輸配電網為您整理了中國配電網現狀分析以及配網自動化一些基本問題和未來的發展趨勢。
中國的配電網建設分析
智能電網,無論這個概念有多火,這個技術完全實現后有多先進,都無法改變這一切是建立在一個良好的配電網基礎上的,那么讓我們來看看國內的配電網技術和建設都處在怎樣一個水平。
中國配電網相比國外發達水平,無疑是落后的,這點不需要爭辯。
原因主要在于歷史欠賬太多,一方面是時間因素,我國配網發展時間也不長,日本50年代已經開始規劃配電網了;另一方面是因為經濟因素,國家投資就那么多,很長一段時間,各級電網都好大喜功,把錢投到成果明顯的主網上,比如之前好像是說要推行20kV配網,后來又要搞特高壓,就沒下文了,諸如此類。
至于有哪些差距,是全方位的差距,就我在非洲某首都所見而言,法國人幫忙建的一個配網主干網絡,水平絕對可以爆國內大部分城市水平,整體規劃理念更可以說超越國內。
言歸正傳,說點具體的。
1)規劃思路和落地
這點絕對是國外對國內優勢最大的地方,也是關鍵所在。國內其實很多地方,不僅是電網,規劃都很讓人捉急,因為制約太多而目光短淺。就配網而言,大部分地方還停留在頭疼醫疼,腳疼醫腳的層次,每年申報的配網項目不就是這樣么?哪里變壓器過載了,哪里線路卡口了等等,反正是沒有一個統一的長遠的網架和接線規劃,給人感覺就是沒有長遠的思路。
當然南網和江浙一帶稍微好些,比如浙江電網的三雙接線就體現了整體規劃思路。
其實為什么國內主網可靠性水平世界領先,還不是因為整體規劃的相對比較長遠,雖說有點冗余,但是至少還是不錯的,但到了配網這里,就不是這么回事了。
可以看看國外發達水平的配電網接線規劃。
新加坡20kV花瓣接線,當然我不是說這網架一定非常完美,事實也確實有一些小問題,但是至少理念和思路值得學習。還有法國的啞鈴式接線,英國的網孔式接線,至于日本的中壓配網整體多分段多聯絡接線就更不用說了,非常成熟。而國內目前的情況是發達一點的地方正在朝這些目標過渡,而且需要一段時間。
2)停電時間
只放一張圖,就不說什么幾個9之類的了。
其實這樣一看,中國發達地區的指標還可以(默認指標真實性無誤),大概和美國相當,但是和日本就不能比了,日本配網這塊確實變態,把他們的精細和嚴格發揮到了極致。
整體水平就不用說了,圖上很明顯。
3)配網自動化
國內這塊剛剛起步的水平,而發達國家不但起步早,而且電網發展的重心都在這里,比如歐洲電網,現在就是圍繞分布式電源-微網-主動配網展開,其中配網自動化就是基礎,沒有這個,就談不上現代的智能配電網。
就拿停電時間來說吧,沒有自動化,故障診斷、隔離和恢復時間較長,無法實現網絡重構和自愈。體現為互供能力差,直觀感受為恢復供電時間長。
韓國人就很聰明了,韓國在建網過程中特別注重投資和回報,配置用低端的,注重發揮出配電自動化系統的作用,以提高供電的可靠性,而且他們發現建設配電自動化不但可以帶來減少停電的時間的收益,還可以通過降低網損和推遲配網投資而獲得更多的收益,就越來越重視。
就這比較主要直觀的三個對比吧,其他的諸如設備條件、配網信息管理就不說了。
現狀雖然如此,但是目前國網對配網的投資還是很喜人的,主網基本上沒什么太多項目了,不過,問題依舊存在,配網投資如何體現整體規劃思路,如何合理運用投資,估計需要一定時間,在這里,花錢也是一件難事,呵呵。PS1:
很多人都說我這好久沒停電了,怎么可靠性不高了?
首先你不能代表你們地區的所有人,其次你更不能代表比你們落后的農村的人。
數據不會說謊
國網是分不同供電區域的,比如武漢核心區屬于A類,那我住徐東也沒有停過電,怎么可靠性連四個9都不到呢?答案很簡單:因為在其他地方停了。
再分析下A類區域的具體情況,數據說話,非常清楚。
而且,以湖北為例,D類區域占90%(藍色部分)。
最后,為什么說江浙配網比較值得學習
通過統計就可以看出來,就看停電時間就可以了。
但是即便如此,浙江配網除了A類地區(A+包括在內),BCD區域絕對水平也不能說很好。
而這僅僅是停電時間,國網非常重視的指標。
淺析配電網自動化系統
經濟的發展對配電網自動化提出了更高的要求,配電網自動化也是電力系統現代化發展的必然趨勢。技術在發展,需求也在提高,應參照發達國家和地區的經驗,結合實際情況,綜合考慮近期與遠期、全局與局部、主要與次要的關系,進一步設計開發出先進、通用、標準的配電網自動化系統,對電力市場的發展具有重要意義。文章主要對配電網自動化系統進行探討,并提出配網自動化實施中的注意問題等。
一、配網自動化的基本問題
盡管中國的配網自動化工作已進入了試點實施階段,但對于配網自動化的認識仍然眾說紛紜,下面僅對配網自動化的概念、范圍、任務、可靠性原則進行闡述。
(一)概念
配網自動化:利用現代電子技術、通訊技術、計算機及網絡技術與電力設備相結合,將配電網在正常及事故情況下的檢測、保護、控制、計量和供電部門的工作管理有機地融合在一起,改進供電質量,與用戶建立更密切更負責的關系,力求供電經濟性最好,企業管理更為有效。
(二)范圍
110kV及以下電力網絡屬于配電網絡,它包括高、中、低壓配電網絡,要討論的配網自動化特指10kV中壓配電網自動化。
(三)任務
1.使整個配電網線損降至最小,提供優質的供電質量。
2.在整個配電網事故情況下,系統能適時分析確定事故原因,排除因瞬間故障造成的不必要的停電事故;對于永久性故障,系統將及時分隔故障段,進行電網重構,保障非事故線路段盡快恢復供電。
(四)可靠性原則
實施配網自動化的首要目標是提高配電網的供電可靠性,實現高度可靠的配網自動化系統要遵循原則:
(1)具有可靠的電源點;
(2)具有可靠的配電網網架(規劃、布局、線路);
(3)具有可靠的設備(一次智能化開關、二次戶外FTU、TTU等);
(4)具有可靠的通信系統(通信介質、設備);
(5)具有可靠的主站、子站系統(計算機硬件、軟件、網絡)。
二、配網自動化系統的基本構成
配網自動化系統是一項系統工程,它大致可分為三個子系統:配網自動化主站系統;配網自動化子站系統;配網自動化終端。
(一)配網自動化主站系統
主站系統由三個子系統組成:配電SCADA主站系統;配電故障診斷恢復和配網應用軟件子系統DAS;配電AM/FM/GIS應用子系統DMS構成
1.配電SCADA主站系統由前置機服務器(RTU服務器)、SCADA服務器、調度員工作站(MMI)、報表工作站、DA服務器、GIS服務器等組成。前置機服務器:它包括若干臺前置機服務器。其中一臺為主前置機服務器,當服務器出現故障時,從前置機服務器中的一臺自動成為主前置機服務器,以保證系統的正常運行,這是由nap來完成的。主前置機服務器通過dater接收子站通過交換機發送來的數據,由vcterm經過規約解釋存入當地內存,形成生數據實時共享內存。主前置機服務器通過rawd向若干從前置機服務器發送生數據,各從前置機服務器通過datsrv接收主前置機服務器發送來的生數據形成自己的生數據實時共享內存。
SCADA服務器:它包括若干臺SCADA服務器。其中一臺為主SCADA服務器,當服務器出現故障時,從SCADA服務器中的一臺自動成為主SCADA服務器,以保證系統的正常運行,這是由nsp來完成的。主SCADA服務器通過datsrv接收主前置機服務器發送來的生數據,經過處理形成熟數據。將形成的熟數據存入內存,形成實時庫。同時將形成的熟數據存入硬盤,形成歷史庫,歷史庫全系統唯一只有一個。需要歷史數據時,從歷史庫取數據。取數據的方式有:polling方式;stream方式;sql方式。整個主站系統為一個局域網,通過交換機或HUB連接在一起。
2.為保證配網自動化系統投運后,能夠完全滿足本系統的技術要求,必須對本系統起至關重要作用的配電故障診斷和恢復功能(即DA功能)進行聯調測試。在進行DA聯調測試前,必須保證以下條件完整無誤:
(1)主站置庫完畢并經反復檢查無誤;
(2)主站、子站和FTU之間的通訊正常;
(3)對要進行DA測試的FTU進行遙測、遙控、遙信調試,并保證其功能正常;
(4)恢復無故障區段的供電時,必然涉及到變電站出口斷路器,因此要對變電站的出口斷路器進行遙控測試。另外,在DA測試中采用繼電保護測試儀模擬故障引起開關跳閘的方式啟動配電自動化系統的DA功能,完成一次設備的實際動作。實現故障的自動隔離、非故障區段的恢復可以采取多種方法,取決于自動化裝置的技術特點和整體方案。一般有就地控制和主站遠方控制兩種方式。就地控制以饋線終端單元(FTU)之間的配合為主,不需要通信通道,通過對線路過流或過壓的檢測,以及對開關分合閘的邏輯控制實現故障區段的隔離和非故障區段的供電恢復;主站遠方控制方式需要有可靠的通信通道,通過主站軟件對FTU上傳信息的分析判斷,制定合理的隔離策略和網絡重構策略,遠方控制配電開關實現故障區段的隔離和非故障區段的供電恢復。
3.配電管理系統DMS。
(1)從輸電系統自動化的發展來看,中國目前已普及了以SCADA功能為主的地調自動化系統,但作為更高層次的能量管理系統(EMS)卻尚未全面達到,盡管如此,輸電系統SCADA已經發揮了巨大的作用。由于配電系統較輸電網更復雜、更分散,實現綜合管理系統水平的配電管理系統(DMS)的難度也就更大。因此,應當學習輸電系統自動化發展經經驗,在使用中不斷提高系統自動化水平。
(2)DF9100配電主站系統中的AM/FM/GIS是配電管理系統的重要功能之一。它是將地理學空間數據處理、計算機技術與電力系統相結合,為獲取、存儲、檢索、分析和顯示電力設備的空間定位資料和屬性資料而建立的計算機化的數據庫管理系統。其中AM為自動繪圖,FM為設備管理,GIS是地理信息系統,AM/FM/GIS是配電管理系統DMS的基本平臺。利用AM/FM/GIS集成DMS系統,建立統一的DMS數據庫,為各子系統提供共享資料,從而減少資料的冗余度,保證資料的一致性,提供良好的全圖形化的人機界面。地理信息系統GIS的引入為電力系統應用提供了全新的表達形式,更具有現實性,更直觀易用,并對現有應用進一步擴展,使其具備空間管理、運用能力,實現更高一級的管理。
(3)配電地理信息系統GIS與配電SCADA系統互聯,使實時數據在地理信息圖上顯示并為GIS的空間分析子過程提供數據,該局配網GIS與SCADA實時數據同步。配網GIS系統本身就支持SCADA實時數據的顯示,但由于GIS系統運行在該局辦公自動化10網段上,而SCAD系統運行在191網段上,目前為了實現GIS系統的實時顯示,利用WEBSRV(雙網卡設置191和10段IP)機器作為CADA實時數據轉發服務器,10段的GISSRV(10網段的SCADA服務器)作為SCADA實時數據接受服務器,利用轉發程序實現兩個不同網段的實時數據同步。
(二)配網自動化子站系統
因為配網監控設備點多面廣,配電SCADA系統的系統測控對象既包含較大容量的開閉所、環網柜,又包含數量較多、分布較廣的柱上開關,不可能把所有的站端監控設備直接連接到配電主站,因此必須增設中間一級,稱為配電子站(SUB-STATION),由其管理其附近的柱上開關、開閉所、配電站端監控設備,完成“數據采集器”、饋線監控、當地監控及饋線重合閘的功能;并將實時數據轉送配電主站通信處理器,這樣既能節約主干通道又使得配電自動化主站SCADA網絡可以繼承輸電網自動化的成熟成果。
(三)配網自動化終端
城市配網自動化終端負責對城域所轄的柱上開關、開閉所、環網柜、配電變壓器等進行監控,既要實現FTU、TTU等的三遙功能,又要實現對故障的識別和控制功能,從而配合配網自動化主站及子站實現城區配網運行中的工況檢測、網絡重構、優化運行以及網故障時的故障隔離和非故障區域的恢復供電。
為本系統配套的WPZD-110型FTU,其容量為9路遙測量,8路遙信量,4路遙控量,具有與上級站通訊的RS-232接口,也有與下級站通訊的RS-485接口。其主要功能有:數據采集和處理,遠方控制與當地控制,故障識別、故障隔離和負荷轉移,接受遠方指令及轉發采集的數據信息,具備相適應的通信功能等。該市城局配電網采用環網結構,電源取自饋線的不同母線,按閉環方式運行。配電網絡的構成有電纜和架空線路兩種方式。其中架空線路雙電源手拉手供電是以往最基本的形式。線路主干線分段的數量取決于對供電可靠性要求的選擇。理論上講,分段越多,故障停電的范圍越小,但同時實現自動化的方案也越復雜。那么要實現系統對各段的故障能夠自動準確識別并切除,且最大限度縮短非故障區域的停電時間的愿望,也就更有難度。
三、通信
配網自動化的通信包括主站對子站、主站對現場終端、子站對現場終端、子站之間、現場終端之間的通信等廣義的范圍。通信是實施配網自動化的一個重點和難點,區域不同、條件不同,通信方案也多種多樣,主要有光纖、有線電纜、電力載波、微波、擴頻等,但就目前配網自動化技術不夠成熟的情況下,采用混合通信方案是比較符合實際的原則。
四、配網自動化實施中應注意的問題
配網自動化的實施涉及的部門多,投資大,是一項系統工程,因此配網自動化的規劃是必不可少的,必須結合當地配電網的發展規劃,制定詳細的配網自動化的實施計劃,整體考慮,分期分批實施,同時要和供電企業內部信息化建設相協調。另外,從供電局的實際需要和發展需求出發,目前的配網自動化系統應該實現配(網)調(度)合一的設計,技術上統一平臺,管理上易于維護,經濟上節約資金,同時也奠定了將來電力企業信息化的基礎。在實施過程中,注重已有的調度自動化的升級改造與建設配網自動化統一考慮,新上調度自動化與建設配網自動化統一考慮。
配電線路設備的戶外運行環境,對開關設備、配電終端設備等提出了更高的要求,必須考慮雷擊過電壓、低溫和高溫工作、雨淋和潮濕、腐蝕、風沙、振動、電磁干擾等因素的影響,在開關的外絕緣材料、電子設備的設計、元器件的篩選等方面應綜合考慮其性價比。
此外,配電自動化系統中的站端設備進行遠方控制的頻繁程度比輸電網自動化系統要高得多,因此要求配電自動化系統中的站端設備具有更高的可靠性。
配電終端設備中的電源用于控制開關動作,正常情況下從線路中取得,線路失電后的后備電源應具有較高的可靠性。
在實施配網自動化后,降低了運行人員的勞動強度,提高了勞動效率,使運行人員對網絡的運行狀況掌握得更全面更快捷,為供電企業創造更好的經濟效益和社會效益。配網自動化的實施,改變了配電網傳統的運行管理方式,但對運行人員提出了較高的要求。
五、配網自動化技術未來的發展趨勢
隨著科技的發展,配電網自動化展現出配電系統的智能化、自動化,信息化和互動化的新特征。配電自動化技術的未來發展趨勢體現在以下七個方面。
1.配網自動化的綜合型受控端
新型綜合受控端基于高速SCADA系統,可以實現電網信息的快速采集和信號的綜合處理,并且大大減少了受控端的數量,從而使系統的規模得到簡化。這種受控端不僅具有以往終端所具有的功能,還可以實時監測系統的潮流分布、電壓情況、系統是否產生震蕩、頻率是否滿足要求等,將這些信息傳遞給主控方,供進一步分析使用。同時,這些受控端之間還可以進行相互通信,進一步提高數據的精確程度。
2.配電線路載波通信技術和基于因特網的IP通信技術
通信系統一直是配電網自動化的難點之一。在10kV及以下的配電系統里,由于受控端數目多,對通信的要求也顯著提高。因此,如果要實現系統潮流實時監測、頻率控制等需求,穩定的大容量的高速載波通信系統是必備的。該系統不僅可以滿足上述需求,還可以為客戶提供更多的生活服務,如電力線上網等。另外,光纖通信具有容量大、可靠性高、傳輸速率高等優點,已成為主流通信系統的首選。隨著成本的降低,采用光纖通信作為配電系統自動化的主干通信網已得到普遍共識。隨著通信技術的進步,基于城市光纖網的IP通信技術充分利用了光纖通信技術抗干擾能力強、誤碼率低、傳遞快速和IP通信方式的通用兼容性接口等優越性,可望成為智能配電網自動化系統的前沿通信技術。
3.定制電力技術
定制電力技術是柔性配電系統的實際應用,它將智能電網技術、柔性送電技術、云計算技術等高科技技術用于中低壓配電網,用以消除諧波,防止電壓閃變,保證各相對稱,提高供電可靠性和經濟性。主要由電壓穩定器、快速無功補償器、頻率檢測器、高速斷路器等設備組成。當系統出現突然增大負荷或者瞬間丟失大負荷時,該技術可以瞬間發現系統的變化,并滿足極限情況下系統的穩定,該技術應用于配網自動化中,可以實現系統實時優化,滿足高層次用戶的需求。
4.新型FA系統
新型的FA系統主要的思路是實現分布式電源,即根據不同的負荷就地提供合適的電源,減小線路傳輸的損耗,提高能量利用率。根據國家電網制訂的未來發展方案,未來我國將把輸配電系統分離,并在用戶端設立電網提供者的信息,用戶可以根據實時電價選擇供電方。新型FA系統應用于配網自動化中也存在許多困難,主要有:分布式電源位置不確定,配網的運行方式多變,從而導致二次設備難以滿足要求。5.配電系統的集中化管理
在以往的配網系統中,用戶是分散的,系統被迫分離為多島,多島之間功能相似,但系統難以交流,通道不可共享。集中化管理的配電系統,可以利用先進的通信網絡將配電網控制中心與系統多島連接在一起。比如,將SCADA系統與配網控制中心通過接口連接起來,形成一個多級系統。實現該系統的應用,最好的方法是最大限度利用用戶原有的軟硬件資源,保護用戶的投資,實現實用化管理和多廠家產品共享的原則。
6.優化的系統配電網運行
隨著社會的發展和電力企業體制改革的推進,國家電網也逐漸以經濟效益作為一個階段性目標。這要求供電企業要不斷分析電網的運行狀態,提出最優潮流的方案,即按照狀態估計、潮流計算、最優潮流控制來對系統進行優化,在保證可靠性的同時提高系統的經濟性。配網要在運行中提高經濟效益,還應當優化系統的網絡結構,盡量保證二次設備“不誤動,不據動”,防止因系統突發事件導致巨大的經濟損失。
7.信息一體化的配電網絡
信息一體化是未來社會的發展趨勢,配電網不是一個單獨的部分,而是電力系統的一個重要的組成部分。在未來的發展中,配電網絡要更多的考慮電力系統這個整體的重要信息,而不是單單關注配電網區域的信息。信息一體化的配電網系統需要滿足信息實時搜索機制,支持公共信息模型等國際電工信息傳輸標準,實現智能化的配電系統,滿足電力設備的二次網絡安全方案。
六、結語
經濟的發展對配電網自動化提出了更高的要求,配電網自動化也是電力系統現代化發展的必然趨勢。技術在發展,需求也在提高,最終目的都是為了擴大供電能力,提高供電可靠性,優化電力服務。從目前的應用情況,有些內容只限于開發、研制和試用階段,因此,應本著從實際出發,統籌安排,循序漸進的原則,綜合考慮近期與遠期、全局與局部、主要與次要的關系,進一步設計開發出先進、通用、標準的配電網自動化系統,對電力市場的發展具有重要意義。