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摘 要：智能化供電系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，以低壓側(cè)典型配電系統(tǒng)作為研究對(duì)象，研究其智能化的關(guān)鍵技術(shù)、開(kāi)發(fā)出組網(wǎng)所需的關(guān)鍵設(shè)備及智能元件，組成智能電網(wǎng)的末端—典型的低壓配電系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞： 智能化；關(guān)鍵設(shè)備及智能元件；典型的低壓配電系統(tǒng)。
0 引言
智能化供電系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，既要包括組網(wǎng)技術(shù)，又要包括系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備與智能化電器的開(kāi)發(fā)，本項(xiàng)目以供電系統(tǒng)低壓側(cè)典型配電系統(tǒng)作為研究對(duì)象，研究其智能化的關(guān)鍵技術(shù)、開(kāi)發(fā)出組網(wǎng)所需的關(guān)鍵設(shè)備及智能元件，組成智能電網(wǎng)的末端—低壓配電系統(tǒng)，并應(yīng)用于企業(yè)典型的低壓配電中。
1 智能電網(wǎng)
智能電網(wǎng)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外剛開(kāi)始起步的研究熱點(diǎn)。智能電網(wǎng)是指電網(wǎng)的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)
電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，并容許各種不同發(fā)電電源的接入、啟動(dòng)電力市場(chǎng)的優(yōu)化高效運(yùn)行。
智能電網(wǎng)的主要特征是自愈電網(wǎng)，“自愈”指的是把電網(wǎng)中有問(wèn)題的元件從系統(tǒng)中隔離出來(lái)并且在很少或不用人為干預(yù)的情況下可以使系統(tǒng)迅速恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)，從而幾乎不中斷對(duì)用戶(hù)的供電服務(wù)。從本質(zhì)上講，自愈就是智能電網(wǎng)的“免疫系統(tǒng)”。這是智能電網(wǎng)最重要的特征。
2 智能低壓配電系統(tǒng)與智能元件
雖然不同地區(qū)、不同國(guó)家對(duì)智能電網(wǎng)的定義和側(cè)重點(diǎn)各有不同，但智能電網(wǎng)的一個(gè)共同點(diǎn)就是為我們串起了一條從發(fā)電、輸電、配電到用戶(hù)端的電能生產(chǎn)與消費(fèi)的能量鏈和信息鏈。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，電力系統(tǒng)80 %以上的電能是通過(guò)用戶(hù)端配電網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接脩?hù)，并在終端用電設(shè)備上消耗的。用戶(hù)端涵蓋了從電力變壓器到用電設(shè)備之間對(duì)電能進(jìn)行傳輸、分配、控制、保護(hù)和能源管理的所有設(shè)備及系統(tǒng)，主要包括智能低壓配電系統(tǒng)和智能樓宇系統(tǒng)。智能低壓配電系統(tǒng)處于智能電網(wǎng)的最底層，是構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分。在智能低壓配電系統(tǒng)中起到控制與保護(hù)作用的核心元件——低壓電器，包括萬(wàn)能式斷路器、塑殼斷路器、接觸器、軟啟動(dòng)器等的智能化自然成了智能低壓配電系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，要打造智能電網(wǎng)離不開(kāi)作為電網(wǎng)基石的低壓配電系統(tǒng)與低壓電器元件的智能化。
3 關(guān)鍵設(shè)備研究
3.1通信技術(shù)的研究
建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，沒(méi)有這樣的通信系統(tǒng)，任何智能電網(wǎng)的特征都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取、保護(hù)和控制都需要這樣的通信系統(tǒng)的支持，因此建立這樣的通信系統(tǒng)是邁向智能電網(wǎng)的第一步。企業(yè)配電自動(dòng)化多采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（MODBUS、、等）和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)（MODBUS-TCP、、/IP等），如施耐德的系統(tǒng)。
因此，需要研究工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)，制定通信規(guī)程和內(nèi)部通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)管理層到設(shè)備層的訪問(wèn)的透明性和可靠性。由于現(xiàn)場(chǎng)總線類(lèi)型多種多樣，造成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)適配器具有多種協(xié)議轉(zhuǎn)化及網(wǎng)關(guān)功能，因此需要解決以太網(wǎng)數(shù)據(jù)適配器的復(fù)雜性問(wèn)題、安全技術(shù)問(wèn)題、資源開(kāi)銷(xiāo)問(wèn)題。
需要規(guī)劃制定低壓配電的通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，以及各個(gè)智能化電器元件及設(shè)備的通信接口標(biāo)準(zhǔn)。
3.2智能化電器元件開(kāi)發(fā)
智能化電器元件開(kāi)發(fā)，主要包括智能化萬(wàn)能式斷路器、智能化塑殼式斷路器、智能化軟啟動(dòng)器等產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。
（1）萬(wàn)能式斷路器智能化
在配電系統(tǒng)中，萬(wàn)能式斷路器是最關(guān)鍵的保護(hù)電器，不僅具備過(guò)電流四段保護(hù)，還具備欠壓、過(guò)壓、欠頻、過(guò)頻、三相不平衡、逆功率、需用保護(hù)、ZSI、卸載等保護(hù)功能。高級(jí)型號(hào)的萬(wàn)能式斷路器還具備MCR、電能測(cè)量、諧波測(cè)量、故障記錄、故障報(bào)警、遠(yuǎn)程通信、遠(yuǎn)程復(fù)位、產(chǎn)品維護(hù)等功能。
在傳統(tǒng)配電系統(tǒng)中，萬(wàn)能式斷路器的許多功能并未得到應(yīng)用，如ZSI、需用保護(hù)、卸載、可通信等。但是在智能電網(wǎng)型的配電系統(tǒng)中，這些功能將發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，如ZSI可實(shí)現(xiàn)區(qū)域聯(lián)鎖保護(hù)被認(rèn)為是真正的全選擇性保護(hù)、需用保護(hù)可以和用電經(jīng)濟(jì)相關(guān)聯(lián)、卸載功能可以和提高電力資產(chǎn)利用率關(guān)聯(lián)、通信功能是基礎(chǔ)必將廣泛應(yīng)用。
但是，萬(wàn)能式斷路器這些功能還存在許多不足，如ZSI的實(shí)現(xiàn)方法、閉鎖時(shí)間固定不變，又如可通信的協(xié)議還存在不統(tǒng)一問(wèn)題，這些制約其在未來(lái)智能電網(wǎng)的應(yīng)用。同時(shí)僅僅這些功能還不夠，為了適應(yīng)智能電網(wǎng)，萬(wàn)能式斷路器要求具備工業(yè)以太網(wǎng)通信接口，還要具備分析、預(yù)計(jì)、預(yù)測(cè)等功能。新一代適應(yīng)智能電網(wǎng)需要的萬(wàn)能式斷路器勢(shì)在必行。
（2）塑殼式斷路器智能化
塑殼式斷路器作為工業(yè)配電末端保護(hù)電器，一般具備過(guò)電流三段保護(hù)，高級(jí)型具備可通信功能。在將來(lái)智能配電網(wǎng)中，會(huì)對(duì)塑殼式斷路器提出更高的要求，如要求具備電能測(cè)量功能、諧波測(cè)量功能、遠(yuǎn)程通信等。
因此開(kāi)發(fā)具備MDU（測(cè)量顯示單元）的塑殼式斷路器也很迫切。
（3）智能起動(dòng)器
啟動(dòng)器分為有觸點(diǎn)式和軟起動(dòng)式，目前75kW以下的電機(jī)應(yīng)用十分廣泛，他們是工廠過(guò)程自動(dòng)化的基礎(chǔ)單位，因此其智能化很必要。
4 關(guān)鍵技術(shù)
4.1通信技術(shù)：
智能電網(wǎng)對(duì)通信系統(tǒng)的要求是“高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成”，需要研究各種工業(yè)以太網(wǎng)及其交換設(shè)備，選擇一種合適的工業(yè)以太網(wǎng)作為智能配電系統(tǒng)的通信網(wǎng)。同時(shí)，開(kāi)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)總線到工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)適配器。
4.2測(cè)量技術(shù)與自愈技術(shù)：
參數(shù)測(cè)量技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部件，采用先進(jìn)的參數(shù)測(cè)量技術(shù)獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，以供智能網(wǎng)的各個(gè)方面使用。它們?cè)u(píng)估電網(wǎng)設(shè)備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性。低壓配電的自愈技術(shù)包括故障隔離、雙電源自動(dòng)切換等。
4.3設(shè)備技術(shù)：
智能電網(wǎng)要廣泛應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)，極大地提高輸配電系統(tǒng)的性能。未來(lái)的智能電網(wǎng)中的設(shè)備將充分應(yīng)用材料、電力電子和微電子技術(shù)方面的最新研究成果，從而提高供電可靠性和電能質(zhì)量以及電力生產(chǎn)的效率。
4.4控制技術(shù)：
先進(jìn)的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預(yù)測(cè)狀態(tài)并確定和采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵p輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動(dòng)的裝置和算法。這些技術(shù)將提供對(duì)配電和用戶(hù)側(cè)的控制方法并且可以管理整個(gè)電網(wǎng)的有功和無(wú)功功率。
4.5故障預(yù)警技術(shù)：
根據(jù)配電系統(tǒng)的健康狀況以及各元件剩余壽命的情況，預(yù)測(cè)系統(tǒng)故障。其中各智能元件剩余壽命的估算在元件端完成，智能元件根據(jù)使用時(shí)間、通斷次數(shù)、通斷電流估算其剩余壽命。
5 典型智能低壓配網(wǎng)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)
智能低壓配網(wǎng)試驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，包括低壓配電柜、監(jiān)控監(jiān)測(cè)柜、配電控制計(jì)算機(jī)等，并研制相應(yīng)的軟件。
圖1典型智能低壓配網(wǎng)平臺(tái)總體框圖
（1）中壓配電柜與中壓變壓器：中壓配電柜用于10kV中壓線路保護(hù)、檢測(cè)，連接智能變電站。中壓變壓器為配電線路的主變壓器。
（2）低壓配電柜：用于低壓系統(tǒng)線路保護(hù)、雙電源的切換、無(wú)功補(bǔ)償?shù)龋芍悄芑娜f(wàn)能式斷路器、塑殼式斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、組合電器、電容器組等組成，具備工業(yè)以太網(wǎng)通信接口，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信、可靠保護(hù)。為了適應(yīng)智能電網(wǎng)的要求還要具備火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、圖象采集裝置，以適應(yīng)智能電網(wǎng)的高安全性的需要。
（3）監(jiān)控監(jiān)測(cè)柜：用于監(jiān)控、檢測(cè)電力線路的運(yùn)行狀態(tài)，由高級(jí)傳感器構(gòu)成如電子式互感器、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、圖象采集裝置、智能諧波表、電網(wǎng)擾動(dòng)記錄儀等，并具備遠(yuǎn)程分合功能，具備工業(yè)以太網(wǎng)通信接口。
（4）配電控制計(jì)算機(jī)：為智能配電運(yùn)營(yíng)中心的神經(jīng)中樞，具備工業(yè)以太網(wǎng)通信接口以及連接變電站的以太網(wǎng)能力。配電控制計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流、信息流、任務(wù)流等管理、調(diào)度，負(fù)責(zé)各種任務(wù)、命令的執(zhí)行決策。負(fù)責(zé)配電系統(tǒng)可靠性、安全性的遠(yuǎn)程控制以及接入的控制，用于電網(wǎng)參數(shù)的計(jì)算與管理，如功率、電能、諧波、不平衡度等，診斷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全性，故障報(bào)警等。外網(wǎng)的連接通過(guò)路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
（5）用電單元模塊：試驗(yàn)站、車(chē)間、辦公室、食堂、宿舍以及其他設(shè)施等組成了用電單元模塊。一般用電單元模塊的配電單元采用帶工業(yè)以太網(wǎng)通信接口的智能塑殼斷路器與小型斷路器級(jí)聯(lián)而成，參見(jiàn)圖2。智能塑殼斷路器帶工業(yè)以太網(wǎng)通信接口，上下級(jí)塑殼斷路器可以組成區(qū)域連鎖，實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)。小型斷路器也可以智能型，帶通信接口，與上級(jí)塑殼斷路器連鎖，實(shí)現(xiàn)末端選擇性保護(hù)。
圖2用電單元模塊配電示意圖
6 結(jié)語(yǔ)
智能電網(wǎng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全，智能電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)這些目標(biāo)，用于智能配網(wǎng)的低壓電器設(shè)備研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化是基礎(chǔ)。
【 參 考 文 獻(xiàn) 】
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[3] GB/T 22710-2008，低壓斷路器用電子式控制器[S].2008.
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[9] JB/T 10709-2007，低壓電器通信適配器[S].2007.
[10] GB/Z 25320.6-2011，電力系統(tǒng)管理及其信息交換 數(shù)據(jù)和通信安全 第6部分：IEC 61850的安全[S].2011.
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