国外配电自动化的现状与发展趋势

1.概述

20世纪30年代英国研发出用时延开关来控制用户负荷的装置，从那时起配电自动化发展大致经历了三个阶段。第一阶段：20世纪50年代应用了自动隔离故障区间的时限装置，通过装置的相互配合识别故障地点和在重要线段进行故障自动隔离，并对健全区域恢复供电，这一时期可称为局部自动化阶段，以日本东芝公司的重合器与电压时间型分段器配合模式和美国Cooper公司的重合器与重合器配合模式为代表。第二阶段：20世纪70年代，各种远程监控开关装置和电量自动测量装置投入使用，特别是随着计算机和数据通信技术的发展，形成了包括远程监控、故障隔离、负荷管理等功能的配电自动化技术，它是一种基于通信网络、馈线终端单元和后台计算机网络的实时应用系统，在配电网正常运行时，能起到监视配电网运行状况和遥控改变运行方式的作用，出现故障时能够及时察觉，并由调度员通过遥控隔离故障区域和恢复健全区域供电。第三阶段：20世纪末期，随着负荷密集区配电网规模和网格化程度的快速发展，仅凭借调度员的经验调度配电网越来越困难，同时为进一步提高用户的电能质量，开始研发地理信息系统并应用于配电自动化，建立了自动绘图、设备管理、地理信息系统（AM/FM/GIS），实施离线的配电管理系统（DMS）与在线的实时系统的数据集成，进入了运行监控结合设备及需求侧负荷管理（DSM）的综合性自动化发展阶段。国外知名公司，如ABB、SIEMENS、GE、SNC、ASC等都有自己的DMS产品，并且得到广泛的应用。

配电自动化是在不断的发展中逐步完善的。由于各国国情不同，国外配网自动化在建设理念、发展进程和建设模式上存在差异。按照配电自动化技术研究和工程应用的水平，主要可分为发达国家、次发达国家和发展中国家三类。发达国家以美国、欧洲和日本等国家为代表，次发达国家以新加坡、韩国等国家为代表，发展中国家以印度、泰国等国家为代表。

2.发达国家的配电网自动化

（1）美国配电网自动化

20世纪90年代美国提出配电自动化这一术语，其重心在于减少停电时间，改善对客户的服务质量，提高供电可靠性，增加用户的满意度。

美国的配电网线路多为放射型结构，电压等级为14.4kV，采用中性点接地方式。线路上多采用智能化重合器与分段器相配合，并大量采用单相重合闸，提高供电的可靠性。线路重合器直接采用高压合闸线圈，并且有多次重合功能，各级重合器之间利用重合次数及动作电流定值差异来实现配合，在无人变电站增设了可靠的通信及检测装置，可准确地反映变电站的运行工况。美国配电自动化发展大致经历了三个阶段：第一阶段实现故障自动隔离，进行自动抄表；第二阶段从20世纪80年代中期开始，进行了大量的配电自动化的试点工作及馈线自动化、营业自动化、负荷控制的试点工作，但大部分为各自独立的新时期自动控制系统；第三阶段从20世纪90年代中后期开始，由于计算机及网络通信技术的发展，以及电力工业的市场化改革，以配电管理系统、配电自动化、用户自动化为主要内容的综合自动化成为配电网自动化的发展应用方向。图1-9所示为美国长岛电力公司配电网馈线自动化系统示意图。

美国配电自动化发展较早，其主要的经验是：配电自动化主要目的是提高供电可靠性。美国社会发展水平较高，配电网管理水平较好，对供电可靠性要求较高且效应十分明显。设备水平较高，实现免维护。

（2）欧洲配电网自动化

欧洲配电网自动化发展较早，20世纪30年代英国就开发出用时间开关控制用户负荷的装置。德国在20世纪中叶就开始了对配电网自动化的研究，其供电可靠性一直处于世界的前列。

图1-9 美国长岛电力公司配电网馈线自动化系统示意图

1）英国配电网自动化。

英国的配电线路和美国一样，以放射状为主，电压等级在中压，中性点接地，其配电网自动化的重心在于提高供电可靠性。

英国电力公司为了提高供电可靠性，对配电网自动化一直持积极态度。英国东方电力公司是英格兰和成尔士地区最大的电力公司之一，运行和维护了大不列颠的最大电网。东方公司的电网自1995年以来已经改造成为英国最可靠的电网之一，为了提升公司的市场竞争力，1997年东方电网根据当时的二次配电网，进行工程“ARC”（自动化和遥控）建设。公司选择在电网关键点的电线杆上安装自动重合闸装置，并与选择电网的开断点一起实现监控（采用新型的地面安装式环网柜），通过使用远动系统解决电网的供电可靠性问题。公司在调研的基础上，采用了施耐德提出的分步阶段实施的规划方案，较快地收回投资，产生效益，并有计划地选择多家设备厂家的产品进行配电网自动化建设，如施耐德电气公司的远动设备和环网柜，FKIWhipp公司和Bourne公司提供柱上自动重合闸装置，ABB提供户内开关装置等，经过两年的改造，完成了东方电网名为“ARC”的项目，实现了两大目标：每百户平均断电次数（Customer Interruption，CI）减少15%，用户平均断电分钟数（Customer Minute Lost，CML）减少30%。

2）德国配电网自动化。

德国配电网普遍采用环式供电，德国电网结构相对稳定，电力系统供电可靠性已经达到了很高的水平，客观上对配电自动化的需求较少，诸如提高运行管理水平，优化网络结构所带来的效益对于德国电网而言并不明显，因此其配电网建设的主要目标不在于电网的扩张，而是在网络关键点实现配电网自动化，以减少投资并较大幅度地减少恢复供电的时间。

德国配电公司在经历了多年的快速发展历程后，面临成本压力，为了降低线损和维修费用，目前的主要工作不是电网的扩张，更多的是电网结构优化、改造和老旧设备的拆除等。在电网规划和优化的各个环节中计算机专业软件得到了广泛的应用，例如，采用可靠性计算方法，支持规划人员在满足目标情况下进行决策。此种方法不仅在规划中得到广泛应用，同时在网络设计、网络运作（开关状态计算、故障判断管理、以可靠性为中心的检修维护）、网络薄弱环节和瓶颈分析等方面，得到了更为广泛的应用。在配电网运行方式安排时不但考虑运行时的安全性、可靠性，而且对经济性（如潮流、线损等）也相当重视。通过详细计算来安排合理的运行方式，例如，通过开环点的优化来降低线损。通过上述这些专业软件的运用，把电网规划中的经济指标、技术指标和可靠性指标进行量化，并以此为基础对不同规划方案进行量化分析，提出符合未来发展趋势方案比较，而为规划科学决策提供了技术手段。

建设配电网自动化过程中，德国的一些配电公司从实际需要出发，通常采用的建设方式是：在网架结构成熟区域，经过站点优化和技术经济比较后，在网络关键站点实现自动化功能，以较少的投资来换取较大幅度减少的恢复供电时间；在电网结构相对稳定后，局部区域网络关键点实施应用自动化技术，这对德国配电网而言是比较有利的。

（3）日本配电网自动化

日本配电自动化经历了从自动重合器和自动配电开关配合实现故障隔离和恢复供电，再到利用现代通信及计算机技术，实现集中遥信、遥控，并对配电网系统实现信息的自动化处理及监控的发展过程。日本供电可靠性处于世界领先地位，日本大量实施了配电自动化，并在6kV和200V的线路和设备上大力推进不停电作业技术，大大提高了供电可靠性。日本配电自动化系统功能少而精，但随着通信技术的快速发展及计算机水平的提高，更多的功能已经逐渐在日本配电自动化系统上大量应用。日本中压配网普遍采用电力载波通信技术。日本与欧美国家有所不同，其供电半径小，可靠性要求高，环网供电方式比较多，变电站多采用具有2、3次重合闸的重合器，并在变电站设有短路故障指示器，根据短路电流的大小，推算出故障距离的长度，实现故障隔离。

日本九个供电公司（北海道、东北、东京、北陆、中部、关西、中国、四国、九州）由于历史和自然的因素，他们在提高配电网可靠性方面的侧重点也不一样。日本九州电力与东京电力公司都基本实现了中压馈线的自动化。日本九州电力公司的配电系统供电可靠率达到了99.999%，已成为世界上最可靠的配电网之一。九州电力配电网自动化系统结构如图1-10所示。

到1997年年底，覆盖日本全国的日本9大电力公司及远离日本本土的冲绳电力公司均已基本上实现了配电自动化。据统计，日本配电网自动化系统的应用率在营业所级为100%，在配电线路级超过了90%。(www.xing528.com)

图1-10 日本九州电力配电网自动化系统结构图

3.次发达国家的配电网自动化

（1）韩国配电网自动化

韩国从1987年开始配电自动化问题的研究，最初曾考虑委托国外咨询公司，但发现咨询顾问的思路不符合韩国实际情况，并且咨询费用很高，后决定由韩国电力公司研究院牵头，联合当地有关企业自己干，直到1993年才确定基本技术方案。

韩国配电自动化系统的建设初衷是提高供电可靠性，但建设后意外地发现配电自动化系统建设带来的最大收益并非是减少停电时间获得的经济收益，而是通过推迟配电网投资和降低网损、扩大供电范围的方式得到的巨大收益，尽管通过提高供电可靠性带来的形象改善也带来一定的附加效益，但韩国的配电自动化系统自此走上了可靠性和经济效益并重的建设模式。

整体上，韩国馈线自动化主要采用两种方法、三种模式。对于人口集中的大城市供电网络，主要采用大规模DAS和单服务器型大规模DAS相结合的配电网模式，对于人口少的农村地区，采用小规模DAS。

韩国配电网比较注重配电自动化的通信建设。近年来，韩国的通信技术飞速发展，开发和制造配电自动化系统正好利用这一有利趋势，利用以无线电和光缆为媒体的个人通信业务（Personal Communication Service，PCS）系统，增强现有通信网络的通量和传输能力。韩国的通信方式逐渐向光纤、CDMA和TRS方式集中，但由于电话线通信方式在农村地区采用太多，今后相当一段时间内难以全部更换。

（2）新加坡配电网自动化

新加坡配电网用电负荷已趋于饱和，电网发展较为成熟，供电可靠率达到99.9997%，达到世界供电可靠性先进之列。新加坡配电网规划的理念是“经济、可靠、及时、迎合需求”，规划方法强调电网运行与维护的简洁性、网络拓展的灵活性和网络可靠性、安全性、经济性的综合考虑。

新加坡在20世纪80年代中期投运大型配电网的SCADA系统，在90年代加以发展和完善，其规模最初覆盖其22kV配电网的1330个配电所，目前已将网络管理功能扩展到6.6kV配电网，大约4000个配电站。图1-11所示为6.6kV配电网无线通信监视系统。

主站年度平均可用率为99.985%。为了使故障恢复时间最小化，并有效地利用设施节省工程领域的劳动，新加坡电力公司将配电自动化系统发展到旗下的所有22个分公司。

为了应对配电网所面临的新环境，例如，分布式电源的大规模接入及设备对电能质量和用电可靠性要求的不断提高，新加坡发展了高级配电自动化系统（AdvancedDAS，ADAS）。ADAS已经在新加坡的一些地区正式投入使用。通过利用ADAS掌握的配电网进行精确运行，新加坡电力公司正在着眼发展配电设施的高级应用及电力供应的可靠性管理技术。

为了满足对电能质量更高的要求及缓解大范围分布式电源对大电网的冲击，新加坡电力公司发展了支持实时监测配电线数据的ADAS系统以对电能质量进行管理，这种实时监测功能利用IT技术实现。在ADAS内，装备了大量带有内置传感器的开关，这些开关被用来监视并测量配电网的零序电压和零序电流。同时，带有TCP/IP接口的RTU可以对测量的数据进行计算并通过光纤网络把数据传输回中心控制系统，这些高级RTU功能的实现也完善了ADAS的整体系统结构。ADAS通过RTU实现的高级功能主要分两类：电能质量监测和故障现象预警。

4.发展中国家的配电网自动化

（1）泰国配电网自动化

泰国的配电自动化从2000年开始，由PEA供电公司与加拿大蒙特利尔的SNC—Lavalin签订合同，建设—个DMS，包括计算机系统、SRTU、FRTU及MARS通信系统及六个调度中心大楼。泰国的配电自动化首阶段目标是提高供电可靠性降低运行成本、提高利润率、改善PEA对五个工业最发达负荷地区的客户服务质量。第二阶段将计划在其他7个地区实现配电自动化。泰国配电自动化的特点是投资集中、规模大，工程全部由—个公司统一负责，较好地改善了各系统的集成兼容性问题。由于泰国多数为乡村地区，通信手段主要采取微波等无线通信，其DMS中的用户信息系统（CIS）、地理信息系统（GIS）集成度较高，几乎与馈线自动化同步建设。

图1-11 新加坡6.6kV配电网无线通信监视系统

（2）印度配电网自动化

印度的电力工业非常落后，电力短缺状况严重，至今全国只有不到50%的家庭可以用电。同时印度配电网的—个显著特点是网损巨大，造成高网损的原因除了配电网的实际网损外，更大量的是由偷电、拒缴电费而引起。因此印度的配电自动化建设并没有走发达国家先开发馈线自动化，再逐步建成综合配电自动化的道路，而是由最迫切需要的远程自动抄表功能开始，开发了自动抄表系统（AMR）。自动抄表系统的应用解决了回收电费困难以及偷电普遍的现象，极大改善了印度电力企业的经营效益，也为进一步发展配电自动化奠定了良好的基础。另外，印度极为发达的软件业使配电自动化在软件集成方面有了比其他国家更为深入的研究。

综上可见，国外的配电网自动化建设存在不同的模式：美日欧等发达国家的配电自动化建设的目的以提高供电可靠性为主，三遥水平的馈线自动化较为发达；韩国等次发达国家的配电自动化建设兼顾供电可靠性和经济效益，不追求一味的三遥，对主、子站系统和通信系统的建设均较为节省；印度等发展中国家的配电自动化系统建设则常常仅根据急需的某项功能选择性地突击建设，或者一次性地完成主要部分的建设。