智能配电系统发展综述

邵民杰

(华东建筑设计研究总院，上海200002)

智能配电系统发展综述

邵民杰

(华东建筑设计研究总院，上海200002)

邵民杰(1960—)，男，教授级高级工程师，从事建筑电气及智能化设计。

介绍了智能配电系统的发展、主要实施功能，阐述了我国智能配电技术的发展状况，以及提高智能配电技术对我国智能电网实施及发展的重要性。指出智能配电系统在系统可靠性、便利性、功能性、网络化、经济性等方面体现出明显的优点，在现代工程建设项目中得到了广泛的应用。

智能电网;智能配电;实施功能;监控系统

0 引言

自2009年我国正式启动智能电网建设工作后，我国的智能电网建设取得了长足的进步。智能电网建立在集成、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、设备技术、控制方法以及决策支持系统技术，与发电、输电、变电、配电、用电、调度等各环节基础设施高度集成，具备全方位、全过程的智能监测、诊断、通信、控制、决策与自愈能力，可实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。智能配电作为智能电网终端的一个重要环节，与用户的联系最紧密，对用户的影响也最直接。智能配电技术的发展对保证用户的高效、高质量、高可靠供电及智能电网的全过程实施起着重要的作用。

智能配电系统要求有高技术含量的配电系统、自动化系统与之相适应，以适应配电系统的高可靠性、高智能化及其他分布式电源的接入要求。另外，智能配电系统在故障隔离与自愈、分布式电源与可平移负荷调度、监测与控制、通信技术、计算机辅助决策等方面都提出了新的要求。

1 智能配电技术的概念

智能配电系统是面向智能电网终端用户的末层设备系统，更注重用户的体验，侧重供配电系统的高可靠性、安全性和良好的电能质量，是智能电网的重要组成部分。智能配电系统在传统配电系统中应用和融合了先进的测量和传感技术、控制技术、计算机网络技术、信息与通信等技术，通过各种通信网络把众多的带有通信功能的开关和设备直接利用智能开关设备、智能配电终端设备与主计算机控制设备连接，实现对系统的监测、控制和智能化管理，并在智能电网架构、双向通信网络的物理支持以及各种集成高级应用功能的可视化软件支持下，满足配电系统集成、互动、自愈、兼容、优化的要求，支持灵活自适应的故障处理和自愈以及分布式电源和储能元件的接入，并为用户提供择时用电等与配电网互动的服务，满足用户对电能质量的要求。

智能配电系统是按用户需求、遵循配电系统的标准规范发展而成的具有专业性强、自动化程度高、易使用、高性能、高可靠、高兼容等特点的适用于配电系统的智能化管理系统。系统通过遥测和遥控可以合理调配系统的负荷，采用负荷控制调度技术实现优化运行，有效节约电能，并具有各时用电记录，从而为电能管理提供了必要条件。

2 智能配电系统的发展

从20世纪90年代初开始，随着计算机、微电子、电力电子、抗干扰等新技术的发展，特别是网络通信技术的发展，电力自动化技术得到了快速发展。国际上多家电器制造公司开始把这些技术应用于配电系统，即配电监测控制与微电子技术、计算机技术、网络通信技术相结合，从而研发了带有通信、监测、控制功能的智能型配电柜及相关产品。随后还陆续推出了智能配电系统的综合技术及解决方案，并开始在国内大型工程中推广应用，构成了初期的配电监控系统。这些系统及技术解决方案的应用也使国内的电器及系统制造厂商看到了智能配电系统的发展方向、大量用户的需求以及由发展智能配电技术而带来的相关产业的发展商机，从而带动了这一行业技术在国内的快速发展。

初期的智能配电柜大多在模拟仪表、继电器为监测、控制的普通配电柜基础上，与新型智能仪表(网络电力仪表、智能配电监控/保护模块等、网络I/O)进行配合，通过其网络通信接口与中央控制室的计算机系统联网，从而对配电回路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、电能量等电参数进行监测以及对断路器的分/合状态、故障信息进行监视，对断路器的分/合状态进行控制，并配合各种远程监控软件，实现“四遥”功能。

(1)遥测:通过计算机实时对系统电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等进行不断的采集、分析、处理、记录，显示曲线、棒图，自动生成报表等。

(2)遥信:实时对电器开关的运行状态、保护动作等进行监视，实时显示和自动报警，并对各柜内开关的状态、事故跳闸、过流、速断、温度等动作进行实时记录、打印。

(3)遥控:通过控制主机屏幕，选择相应的配电站、开关设备、分/合闸等信息，并再将选择的开关状态反馈、确认后执行，实时记录操作的时间、类型和开关设备等。

(4)遥调:用于设定各种智能模块的运行参数，即控制主机根据操作指令或计算机对系统分析、判断结果，对智能模块或电器开关的设定值和故障保护值进行远程整定。

智能配电系统将各种带智能功能的配电柜与计算机监控系统进行组合，由一批通过通信网络连接的智能型或非智能型配电柜组成。根据工程的需要，智能配电系统既可配置成全智能型器件及监控装置的配电柜，又可配置成部分使用传统电器元件及监控装置的开关柜或混合配置。

3 智能配电系统的主要实施功能

智能电网的用户端智能配电系统主要包括从中压(6～35 kV)到低压配电的智能配电系统，作为直接面向终端用户的低压配电设备及系统，相对其智能化研究与应用要滞后于中高压配电系统及智能电网。低压智能配电系统基本是在原有低压电力监控系统基础上发展起来的，可以满足基本的监控功能，但对于能体现低压电气系统的智能化特点及要求尚不够充分。例如，许多低压智能配电系统基本仍由配电开关(或部分带可通信功能的开关)、网络仪表、I/O监控模块、通信适配器、网关等元件及组态软件构成。

智能配电系统多采用分层、分布式结构，一般分为系统软件管理层、通信网络层、现场设备层三层结构，如图1所示。

图1 智能配电系统结构示意图

软件管理层一般由系统软件、监控主机、打印机、不间断电源(UPS)装置等组成，通过计算机软件，实现系统管理功能。管理层主要针对配电网络管理人员，直接面向用户操作管理，也是系统的最上层部分。软件部分一般具有良好的人机交互界面，通过数据传输协议读取前置设备采集的现场各类数据信息，经过自动计算处理后，提供用户界面、数据存储管理、报警提示、故障记录等功能。软件管理层是整个系统的核心。

通信网络层通常由通信服务器、接口转换器及网络等组成，是数据信息交换的桥梁，提供底层智能仪表、智能元件和上位监控主机间的连接，并进行数据传输及通信协议的转换。另外，通信网络层提供包括点对点通信、总线网络、工业以太网、光纤、GPRS无线等多种类型的组态网络。

现场设备层是现场安装的智能仪表和装置，各类现场智能元件负责采集底层信息，执行主机控制命令，并通过数据通信接口、通信总线提供给监控主机管理，是系统的基础。

智能配电系统实施功能主要体现在以下方面:

(1)采集各种遥测、遥信、电能信息与数据(如配电系统母线段电压值、电流值;各回路电量的实时采集值;线电压、相电流;三相有功功率、无功功率、有功电能;频率、功率因数;电压不平衡度、电流不平衡度;各断路器、手车状态;变压器温度、运行状态等)，并对这些数据进行实时计算，包括计算遥测量与多点遥信等。另外，一些系统同时能够对实时采集的数据进行各种统计、分析。

(2)通过监控主机或远程工作站对现场的配电开关进行远程分/合操作及设备定值管理、参数调节，并对操作人员、操作时间、操作类型进行实时记录。

(3)监控主机具有图形显示功能，能显示流程图、电气接线图、运行状况图、配电柜正视图等，同时具有友好的汉化人机接口界面。

(4)分类报警显示。对可能发生的事故进行预报警，并及时处理以避免事故的出现，节省时间，减少损失;随时了解有关故障信息，减少故障的处理时间，提高工作效率;故障发生时能自动发出警报并产生事件记录、事故追忆、故障录波等。

(5)实时或历史报表管理、打印管理、用户管理、数据库管理、通信管理等。

(6)一些系统还具有遥视联动等附加功能，即在“四遥”的基础上，系统软件提供遥视联动等功能，在变配电站内设置视频探测，远程对电站进行全方位监控;在系统监视画面上嵌入设备视频监视窗口，故障时弹出对应的配电柜或视频窗口等。

(7)与传统元件装置相比，系统中的智能元件装置克服了传统元件功能单一的缺点，能够集测量、控制、保护等多种功能于一体，取代了指针式电量表、变送器、信号灯、继电器等常规元件，并大量减少了柜内的二次接线，使得系统更加紧凑，安装和调试更加方便。

(8)智能配电系统的实施有效地保障了供电可靠性和供电品质，改善了配电系统管理，优化了电能使用状况及用电负荷分配，提高了系统响应的实时性、稳定性、可靠性及电能利用效率。

某大型工程的智能配电系统网络结构示意图如图2所示。

图2 某大型工程智能配电系统网络结构示意图

4 智能配电系统发展的主要技术

(1)智能配电系统的发展对智能低压电器(特别是智能断路器)提出了更高的要求。智能低压电器经现场总线与计算机监控系统连接，实现如下功能:①开关保护定值设置、电参量测量与显示、故障与维护信息管理等功能，以及智能控制器的电机控制和保护、参数测量与显示功能;②电能质量综合监测、远程控制及参数越限告警等功能;③具有双冗余通信接口，通过装置的接口可进行软件升级。

智能低压电器集成了保护、控制、测量与显示等功能，有效地提高了开关设备运行的可靠性和准确性，能实时为用户提供所需要的信息，为系统的智能化管理提供了极大的便利。

另外，随着第四代及新一代智能断路器的不断问世，其内置智能控制器的功能也日趋完善，且融合了现代机电、测量、控制和微机技术。除了三段式过电流保护和接地故障保护功能外，还具有电流电压不平衡保护、断相保护、逆功率保护、过频(欠频)保护、相序保护等保护功能，同时还具有谐波分析功能、自诊断功能、MCR功能和区域选择性联锁保护功能及精确的全参数测量功能。不断发展的智能配电系统对智能断路器提出了更高的要求，断路器产品为适应这种需求而进行升级，研发出各种更智能化、高分断、易通信、小型化、模块化、低能耗、兼容性、环保、安全的新一代产品，从技术性能、质量、工艺、可靠性水平等方面来满足或超过智能配电系统及智能电网的需要。

(2)不断发展与完善的现场总线技术对智能配电系统的发展起到了重要的作用。在低压电气设备中，现场总线技术已在电动机控制、综合测控仪表及开关保护等智能化元件上得到了广泛应用。现场总线监控方式使系统设计更具有针对性，可以按间隔划分，对于不同的间隔实现不同的功能。

(3)智能配电系统的实施对配电通信系统提出了更高的要求，不仅需要满足由用户直接参与的需求侧智能管理的要求，有时还要满足用户与配电系统运营者间双向信息交互的需要，需要有适应于配电系统运行监测、预警、自愈控制等高级辅助决策的功能等。智能配电系统主要采用高速数据处理和网络通信技术，系统组网除采用有线网络外，还可应用无线网络，这样可随时、随地接入系统，突破了系统接入地点的限制。同时还可结合移动端APP的应用，利用手机进行报警提醒，实现线上线下的互动体验，方便管理，提高管理效率。

(4)智能配电技术的不断发展，也带动了智能配电箱柜的发展。新一代的产品在利用现场总线技术及以太网技术与具有网络化、智能化的各新型智能配电设备结合等方面体现出更高的技术含量，并使配电箱柜的功能性更强，可靠性更高，系统更完善，控制更方便。

同时，新一代的智能配电箱柜技术越来越倾向于系统化、模块化、集成一体化及通信功能的多样化，注重新型智能元器件的开发、选择及新材料的利用。以智能配电箱柜为单位进行局部集成一体化构成示意图如图3所示，在同一箱柜内实现配电、控制、保护、设备环境监控、节能、计量、安全报警、通信、逻辑控制为一体的相对固定产品。利用总线、以太网的通信技术与系统联网，分别实现照明、插座、风机盘管、空调、新风空调机组、送排风机、给排水泵、电梯、冷热源设备以及配套传感、执行器等的配电、监测、控制、保护、计量、通信等功能，甚至可以实现用电负荷控制调度功能。智能一体化配电技术或将是未来几年内智能配电系统发展的一个方向。

图3 智能配电箱柜局部集成一体化构成示意图

5 结语

“安全、经济、自愈、清洁”的智能电网，已成为我国电力建设主要方向。智能电网的稳步发展带动了智能配电技术的发展，国家能源局电力［2015］290号《配电网建设改造行动计划(2015～2020年)的通知》对实现配电网装备和智能配电水平升级、推进配电设备智能化提出了具体的要求。

智能配电系统经过多年的发展，在系统可靠性、便利性、功能性、网络化、经济性等方面已体现出明显的优点，在现代工程建设项目中得到了广泛的应用。智能配电系统作为智能电网的终端层，未来将会得到进一步的发展，以适应智能电网发展的需要。

［1］中国电器工业协会设备网现场总线分会，国家能源智能电网用户端电气设备研发(实验)中心.智能电网用户端系统解决方案汇编［M］.北京:机械工业出版社，2013.

［2］李鹏波，徐建政，吕昂.智能配电网技术研究综述［J］.机电一体化，2013(10):1-4.

［3］国家能源局电力［2015］290号配电网建设改造行动计划(2015—2020年)的通知［G］.

Summary of Development of Intelligent Power Distribution System

SHAO Minjie
(East China Architectural Design＆Research Institute，Shanghai 200002，China)

This paper introduced the development and main implementary functions of intelligent distribution system，and described the development of intelligent distribution technology，and intelligent power distribution.The improvement of the intelligent power distribution is important for the implementation and development of smart grid in China.It is pointed out that the intelligent power distribution system has advantages of reliability，convenience，functionality，economics，and has been widely used in the modern construction projects.

smart grid;intelligent power distribution;implementary function;control and monitoring system

TU 852

A

1674-8417(2015)11-0007-05

2015－09－23