閆安心，裴昌盛，查申森，秦　華（江蘇省電力設(shè)計院，江蘇南京211102）

專論與綜述

江蘇配電自動化規(guī)劃分析

閆安心，裴昌盛，查申森，秦華
（江蘇省電力設(shè)計院，江蘇南京211102）

為提高供電可靠性、提升配電網(wǎng)智能化運(yùn)行水平，對江蘇省進(jìn)行了2015—2020年配電自動化規(guī)劃。首先介紹了江蘇配電網(wǎng)現(xiàn)狀，明確了規(guī)劃依據(jù)和規(guī)劃方法，并從主站配置、終端配置、通信規(guī)劃三方面提出了詳細(xì)的規(guī)劃方案，確定了配電自動化建設(shè)規(guī)模和投資估算，最后分析了規(guī)劃的成效。分析表明配電自動化規(guī)劃和建設(shè)工作將帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

智能配電網(wǎng)；配電自動化；規(guī)劃

配電網(wǎng)作為整個電力系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)，一方面承接上級電網(wǎng)、分配能源，另一方面直接面對終端客戶［1］，并提供分布式電源、電動汽車等變革的接入支持［2，3］。配電自動化也是實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)的重要手段［3-5］，是提高電網(wǎng)供電可靠性、運(yùn)行效率的必然需要［6，7］。

2015—2020年期間江蘇將由小康社會向基本現(xiàn)代化社會邁進(jìn)，城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展全面推進(jìn)、人民生活水平不斷提高以及分布式新能源密集發(fā)展等因素將繼續(xù)推動配電網(wǎng)成為電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。從2012年下半年起，江蘇省電力公司先后在揚(yáng)州、蘇州、無錫等地開展了“一流配電網(wǎng)”建設(shè)工作，初步構(gòu)建了統(tǒng)籌高效的“一流配電網(wǎng)”運(yùn)營管理模式，為全面提升配網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)檢等專業(yè)管理水平，實(shí)現(xiàn)對終端用戶的智慧、互動服務(wù)，提供了較為系統(tǒng)的建設(shè)和管理經(jīng)驗。為了加快構(gòu)建現(xiàn)代配電網(wǎng)，提高配電網(wǎng)發(fā)展質(zhì)量和配電自動化實(shí)用化應(yīng)用水平，在配電網(wǎng)自動化試點(diǎn)項目實(shí)施經(jīng)驗基礎(chǔ)上，對江蘇省進(jìn)行了2015—2020年配電自動化規(guī)劃 （2014年的配電自動化項目已經(jīng)確定，為計劃執(zhí)行年），可以更好地指導(dǎo)配電自動化下一階段的工作。

1　現(xiàn)狀分析

江蘇經(jīng)濟(jì)的高速穩(wěn)定發(fā)展，對于能源及電力供應(yīng)能力增加的依賴性仍較強(qiáng)，需要配電網(wǎng)絡(luò)及上級電網(wǎng)適度超前建設(shè)，具備較為充裕的供電能力、轉(zhuǎn)供能力、抵御風(fēng)險能力，以滿足整體供應(yīng)能力需求、具備較強(qiáng)的發(fā)展靈活性，配電自動化是提高配電網(wǎng)靈活性的關(guān)鍵途徑。近年來全省社會用電情況見表1，2013年配網(wǎng)設(shè)備統(tǒng)計見表2。

表1　江蘇省各年用電量、最大負(fù)荷及增速

表2　江蘇省2013年配電網(wǎng)設(shè)備情況統(tǒng)計

截至2013年，江蘇省在南京、揚(yáng)州、蘇州、南通、無錫、淮安、宿遷、鹽城、連云港9個地市公司開展了配電自動化建設(shè)，覆蓋范圍為主城區(qū)的高負(fù)荷密度區(qū)和網(wǎng)架成熟區(qū)域。到2014年末，完成江蘇省13個地市配電自動化建設(shè)項目全覆蓋。

2　配電自動化規(guī)劃方案

2.1規(guī)劃依據(jù)

配電自動化規(guī)劃依據(jù)主要有三類：一是有關(guān)配電自動化的規(guī)程、規(guī)范［8，9］；二是上級主網(wǎng)架（220～500 kV）規(guī)劃報告、配電網(wǎng)（0.4～110 kV）規(guī)劃報告；三是省、各地市統(tǒng)計年鑒等文件。

2.2規(guī)劃方法

（1）確定配電自動化建設(shè)的目的。不同的目的對應(yīng)不同的規(guī)劃和建設(shè)方案。終極目的是提高供電可靠性，直接目的主要有三：網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、故障定位、解決盲調(diào)。為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，需要采用三遙，進(jìn)行一次設(shè)備改造增設(shè)電動操作機(jī)構(gòu)；故障定位，安裝故障指示器即可；若為解決盲調(diào)，進(jìn)行二遙建設(shè)即能滿足。

（2）分析配電網(wǎng)、配電自動化現(xiàn)狀，根據(jù)現(xiàn)狀提出規(guī)劃目標(biāo)。目標(biāo)是到2020年，力爭全省A+、A、B、C、D類供電分區(qū)中壓線路實(shí)現(xiàn)配電自動化全覆蓋；A+、A、B、C、D類供電分區(qū)供電可靠性分別達(dá)到99.999%、99.994%、99.988%、99.965%、99.905%。

（3）結(jié)合配電網(wǎng)（一次）規(guī)劃，劃分每一規(guī)劃年的規(guī)劃范圍。配電網(wǎng)規(guī)劃根據(jù)負(fù)荷密度、行政區(qū)域?qū)⒐╇妳^(qū)域劃分為A+、A、B、C、D幾類［8］，配電網(wǎng)自動化規(guī)劃需確定哪些供電區(qū)域為規(guī)劃范圍。

（4）確定規(guī)劃范圍內(nèi)的建設(shè)規(guī)模。規(guī)劃中，不同的供電分區(qū)對應(yīng)不同的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)以及建設(shè)項目對配電自動化主站、終端、通信進(jìn)行規(guī)劃，并確定規(guī)模。

（5）形成項目投資和規(guī)劃項目清冊。

2.3主站規(guī)劃

在南京、蘇州等9個地調(diào)已經(jīng)建設(shè)配電自動化主站系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，2014年完成常州、鎮(zhèn)江、泰州、徐州等4個地調(diào)的配電自動化主站系統(tǒng)建設(shè)，全面完成全省13個地調(diào)配電自動化主站系統(tǒng)的建設(shè)。從2014年開始將進(jìn)一步深化配電自動化相關(guān)應(yīng)用，進(jìn)一步完善配電網(wǎng)圖形電子化、配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、分布式電源控制、配電網(wǎng)在線風(fēng)險評估與管理等應(yīng)用功能，提升配電自動化系統(tǒng)實(shí)用化水平。

2.4終端規(guī)劃

終端規(guī)劃是配電自動化規(guī)劃的核心問題之一，直接決定了配電自動化工程的建設(shè)規(guī)模。理論上已有文獻(xiàn)［10，11］對每條饋線上配電終端配置數(shù)量規(guī)劃問題進(jìn)行了研究。對于全裝三遙的終端，數(shù)量應(yīng)滿足：

對于全裝二遙的終端，數(shù)量應(yīng)滿足：

對于k3臺三遙與k2臺二遙終端結(jié)合的情形，k3，k2應(yīng)分別滿足：

以上是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)滿足N-1的情況，若對于鄉(xiāng)村常見輻射狀網(wǎng)配電網(wǎng)，則僅安裝二遙終端，數(shù)量應(yīng)滿足：

式中：k2，k3為該線路上二遙、三遙數(shù)量；AFset為只計及故障因素造成停電的可靠性；t2為在故障定位指引下由人工進(jìn)行故障區(qū)域隔離所需時間；t3為故障修復(fù)所需時間；h為三遙開關(guān)對線路分段后，該分段內(nèi)兩遙終端數(shù)目；F為饋線年故障率。針對每個供電分區(qū)AFset、t2，t3，F(xiàn)取平均值，按式（1—6）計算，同時終端配置數(shù)量也遵循下列原則：

（1）A+類區(qū)域配電終端的配置方案。A+類區(qū)域網(wǎng)架中的關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)，如主干線聯(lián)絡(luò)開關(guān)、必要的分段開關(guān)，進(jìn)出線較多的節(jié)點(diǎn)，配置三遙終端。如圖1所示。

圖1　A+類區(qū)域配電終端配置布點(diǎn)

（2）A、B類區(qū)域配電終端的配置方案。對A、B類區(qū)域網(wǎng)架中的關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)，如主干線聯(lián)絡(luò)開關(guān)、必要的分段開關(guān)，進(jìn)出線較多的節(jié)點(diǎn)，配置三遙終端；對一般性節(jié)點(diǎn)，如分支開關(guān)、無聯(lián)絡(luò)的末端站室，配置二遙終端。如圖2所示。

圖2　A、B類區(qū)域配電終端配置布點(diǎn)

（3）C、D類區(qū)域配電終端的配置方案。對C、D類區(qū)域而言，網(wǎng)架中的開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)單元和配電室以及柱上開關(guān)屬于一般性節(jié)點(diǎn)，配置二遙終端；對部分柱上開關(guān)可考慮配置一遙終端。如圖3所示。

（4）節(jié)點(diǎn)選擇需注意的問題。配電自動化改造節(jié)點(diǎn)的選擇原則為在該節(jié)點(diǎn)改造后應(yīng) “有助于分割負(fù)荷或轉(zhuǎn)移負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段隔離、非故障區(qū)段恢復(fù)供電”，也即選擇關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)。關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)包括以下幾類：① 聯(lián)絡(luò)開關(guān)；② 必要的分段開關(guān)，該開關(guān)應(yīng)能對用戶或負(fù)荷進(jìn)行分割（變電站出口后第一個開關(guān)不宜改造，因為有一端無負(fù)荷或用戶），實(shí)施節(jié)點(diǎn)疏密程度可進(jìn)行調(diào)整；③ 進(jìn)出線較多的節(jié)點(diǎn)；④ 有一支出線為重要用戶的節(jié)點(diǎn)。

圖3　D類區(qū)域配電終端配置布點(diǎn)

開關(guān)站宜選為改造節(jié)點(diǎn)，因為開關(guān)站多為關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)且實(shí)施條件較好。配電房、箱變節(jié)點(diǎn)可不進(jìn)行改造，因為該類接點(diǎn)靠近線路末端不是“關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)”，且可以通過用電信息采集系統(tǒng)獲取該節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。

2.5通信規(guī)劃

2013年、2014年全省分別有9個、13個地區(qū)開展了配電通信網(wǎng)建設(shè)。2015年全省開始全面推進(jìn)配電通信網(wǎng)建設(shè)，A+、A類區(qū)域?qū)崿F(xiàn)光纖全覆蓋，B、C、D類區(qū)域三遙節(jié)點(diǎn)光纖全覆蓋，B、C、D類區(qū)域二遙節(jié)點(diǎn)主要采用無線公網(wǎng)覆蓋，局部采用光纖覆蓋。至2020年底，江蘇省將基本建成光纖與無線方式相結(jié)合，配電自動化終端全覆蓋的10 kV配電通信網(wǎng)。

光纖通信的技術(shù)體制推薦采用以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON），在變電站側(cè)配置光線路終端（OLT）設(shè)備，配電節(jié)點(diǎn)配置光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）設(shè)備，組網(wǎng)方案推薦采用手拉手或環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。無線公網(wǎng)推薦采用虛擬專線方案，配電通信終端通過專用接入點(diǎn)名稱（APN）接入公網(wǎng)，與主站系統(tǒng)構(gòu)成一個廣域的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)，從而提供了遠(yuǎn)方監(jiān)控單元與主站系統(tǒng)的雙向通信鏈路。

3　規(guī)劃結(jié)果

3.1規(guī)劃建設(shè)規(guī)模

2015—2020年配電自動化規(guī)劃涉及全省13個地級市，供電區(qū)域類型涵蓋A+、A、B、C、D五類。到2020年，實(shí)現(xiàn)覆蓋區(qū)域內(nèi)三遙終端規(guī)模42 357臺，占比24.4%，“二遙”終端131 153臺，占比75.6%。2015—2020年江蘇配電自動化建設(shè)規(guī)模見表（3—5）。

3.2投資估算

按照前期配電自動化工程實(shí)施情況，對江蘇規(guī)劃區(qū)域配電網(wǎng)自動化投資進(jìn)行了估算匯總，2015—2020年共計投資83.97億元，各年的投資見表6。

4　成效分析

4.1經(jīng)濟(jì)效益

供電可靠性從2013年的99.935%提高至2020年的99.955%，這將提升增售電量，其中配電自動化系統(tǒng)的貢獻(xiàn)率約占30%。以2020年為例，全省用電量按6800億kW·h計，綜合電價以0.6元/（kW·h）計，則實(shí)施配電自動化僅當(dāng)年增售電量一項帶來的直觀經(jīng)濟(jì)效益就能達(dá)到2448萬元。

表3　江蘇配電自動化建設(shè)一次設(shè)備改造規(guī)模

表4　江蘇配電自動化建設(shè)配電自動化系統(tǒng)規(guī)模

表5　江蘇配電自動化建設(shè)通信網(wǎng)規(guī)模

表6　配電自動化各年投資　億元

另一方面，配電自動化通過饋線故障處理功能實(shí)現(xiàn)故障的快速定位與隔離，將有效縮短故障檢測時間，減少故障現(xiàn)場檢測成本、人力成本。三遙節(jié)點(diǎn)通過遠(yuǎn)程倒閘則能大大節(jié)省現(xiàn)場操作成本。

同時，實(shí)現(xiàn)配電自動化后，可以優(yōu)化配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，改善輕載、重載情況，提高一次設(shè)備的整體運(yùn)行效率。

4.2社會效益

實(shí)現(xiàn)配電自動化后，可以提高供電可靠性，大大改善電能質(zhì)量和用電服務(wù)，避免供電質(zhì)量帶給工商業(yè)用戶的損失，產(chǎn)生可觀的社會效益。

配電自動化工程通過線損控制，節(jié)能減排，服務(wù)低碳社會。實(shí)現(xiàn)配電自動化后每年可通過降低線路損耗減少二氧化碳排放，并減少由于發(fā)電而產(chǎn)生的碳粉塵、二氧化硫等有害物質(zhì)排放。

4.3管理效益

為配網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)行、檢修、管理提供了有效的技術(shù)手段，徹底改變了以前配網(wǎng)盲調(diào)、全人工運(yùn)行維護(hù)等模式。將配網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控、配網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)集中管理，實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)管理集約化、精細(xì)化、專業(yè)化，提升配網(wǎng)管理水平。

5　結(jié)束語

在配電網(wǎng)設(shè)備現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合配電網(wǎng)一次規(guī)劃，根據(jù)供電分區(qū)的具體規(guī)劃要求，確定了江蘇省2015—2020年的配電自動化建設(shè)規(guī)模和投資估算，為下一步的配電自動化開展實(shí)施提供了指導(dǎo)和依據(jù)。

配電自動化建設(shè)將有效地提升電網(wǎng)運(yùn)行安全性和用戶供電可靠性，并能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)、社會、管理效益，但在進(jìn)行配電自動化規(guī)劃時也要注意：（1）配電自動化規(guī)劃應(yīng)與配電網(wǎng)（一次）規(guī)劃、通信網(wǎng)規(guī)劃相銜接。按照“一次決定二次、二次決定通信”的規(guī)劃思路，力圖一次網(wǎng)架、配電自動化系統(tǒng)、配電通信網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，避免因?qū)嵤┡潆娮詣踊M(jìn)行重復(fù)建設(shè)。（2）根據(jù)A+、A、B、C、D五類供電分區(qū)的不同需求合理配置配電自動化方案，因地制宜、分步實(shí)施。打破“站點(diǎn)必上配電自動化、配電自動化必上三遙”的觀念，嚴(yán)格控制三遙比例。（3）建設(shè)初期若該追求線路覆蓋率，則每條線路上安裝1～2臺終端即可。這樣做的好處是先做好各方面的培訓(xùn)和準(zhǔn)備工作，后期擴(kuò)容極為方便。（4）加緊培養(yǎng)配電自動化運(yùn)維、配電網(wǎng)調(diào)度、管理等方面的專業(yè)人才。從實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗來看，配電網(wǎng)可靠性的提升很大一部分取決于管理水平，再智能的系統(tǒng)也無法替代人的作用。

［1］沈道義，楊振睿，何正宇.智能配電網(wǎng)供電模式與優(yōu)化規(guī)劃研究展望［J］.華東電力，2012，40（9）：1395-1398.

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Analysis of Jiangsu Distribution Automation Planning

YAN Anxin，PEI Changsheng，ZHA Shensen，QIN Hua
（Jiangsu Electric Power Design Institute，Nanjing 211102，China）

In order to improve power supply reliability and enhance intelligent operation level of power distribution network，this paper proposes a planning proposal for the automation system of the Jiangsu distribution network in the period of 2015 to 2020.It firstly introduces the current status of the Jiangsu distribution network.Secondly，it defines the planning basis，and proposes the planning scheme in details，such as main station configuration，terminator configuration and communication planning.Then，distribution automation construction scale together with investment estimate are determined.Finally，the performance of the planning is analyzed.The results indicate that the proposed planning produces great economic and social returns.

smart distribution grid；gistribution automation；planning

TN915.853

A

1009-0665（2015）03-0001-04

2014-12-05；

2015-02-27

閆安心（1986），男，湖北枝江人，工程師，從事配電網(wǎng)方面的設(shè)計和研究工作；

裴昌盛（1990），男，江蘇姜堰人，工程師，從事配電網(wǎng)方面的設(shè)計和研究工作；

查申森（1980），男，安徽蕪湖人，高級工程師，從事特高壓直流輸電、配電網(wǎng)方面的設(shè)計和研究工作；

秦華（1980），男，江蘇揚(yáng)中人，高級工程師，從事輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)方面的設(shè)計和研究工作。