我國電力供求關系的變化和國家電力公司的成立，標志我國電力工業(yè)的發(fā)展已進入了一個新的歷史階段。電力供求關系的變化，導致電力市場由賣方市場向買方市場轉變，為電力經營從壟斷走向開放提供了物質基礎。而開放的電力市場，勢必將促進含配電系統(tǒng)自動化在內的城網建設和改造，以及電力電子技術（用戶電力）的應用。 　　國家電力公司的成立，實施“公司化改組、商業(yè)化運營、法制化管理”，及時地適應了這一發(fā)展趨勢。但是，由于長期習慣于缺電局面和壟斷經營，突然面臨上述諸多新的形勢，各方面的準備均顯不足。特別是配電系統(tǒng)自動化，過去欠帳很多，此次來勢很猛，而且還需要考慮投入設備和系統(tǒng)的使用年限，這就不得不顧及到一定時間內可能對其產生影響的方方面面，以避免今后重復建設甚至重新建設。 [b]1　城網建設改造涉及的領域 [/b]　　城網建設改造涉及的領域包括以下2個方面。 　?。?）從電壓等級上看，城網覆蓋高中低3級電壓。高壓主網屬于子輸電系統(tǒng)范疇，中低壓電網為配電系統(tǒng)，分別由地市級的SCADA/EMS系統(tǒng)（通常無AGC）和縣區(qū)級的SCADA/LM/DMS系統(tǒng)來管理。應該注意的是，地市級的SCADA/EMS系統(tǒng)是一個基于變電站RTU的全遠動化系統(tǒng)，而縣區(qū)級的SCADA/LM/DMS不可能全部自動化，最多只能作到中壓自動化，低壓主要靠預付費智能卡（Smart Card）/自動遠方讀表（AMR）的電量計費系統(tǒng)，和“投訴熱線處理”來建立供需雙方的通信聯系。 　?。?）從設備配置來看，將涉及到如圖1所示的4個領域。 [align=left] 　　 圖1　城網建設改造的相關領域 　　圖中，一次系統(tǒng)包括高壓子輸電系統(tǒng)和中低壓配電系統(tǒng)；二次自動化包括地市級和縣區(qū)級的有關自動化；電力市場主要指“配電市場”；電力電子技術主要指面向配電的“用戶電力”。 　　當然，關系最密切的是實線部分的一二次系統(tǒng)，但需考慮到電力市場發(fā)展和電力電子應用可能帶來的影響。此外，自動化方面由于配網“欠帳”較多，因此配網中壓自動化和雙向通信的“一戶一表”建設自然成為當前的一個熱點。 [b]2　城網建設改造的目標和規(guī)劃 [/b]　　國家電力公司對城網建設改造所提出的目標是：（1）提高供電能力10%；（2）供電可靠性99.90%～99.99%；（3）電壓合格率98%；（4）網損降低10%；（5）符合環(huán)保要求。 　　與“九五”電網管理工作的目標相比，具有3個明顯的特點：一是突出提出了商業(yè)化運營，增加10%供電能力的具體指標；二是供電可靠性、電能質量和經濟運行的要求高了（“九五”的目標為：供電可靠性99.7%～99.9%、電壓合格率95%、網損降低1.2%～2.0%）；三是增加了環(huán)保要求。顯然，為了實現上述這些目標，必需同時啟動城網一次系統(tǒng)和二次自動化的建設和改造。 　　由于各個城網情況不同，投資水平有限，所需解決的問題和先后順序也不一樣。因此，當前的城網建設改造，只能采取“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施”的方針。 　　一次系統(tǒng)規(guī)劃涉及的主要內容有：（1）負荷預測（要求年誤差≤5%）；（2）電壓等級（要求高/中/低電壓等級≤4）；（3）接地方式（中壓）；（4）網絡接線（含饋線負載率/短路容量）；（5）變電站（含變壓器容載比）；（6）無功補償（含電壓/無功優(yōu)化）；（7）潮流及可靠分析（僅計及一次規(guī)劃）；（8）網損分析（僅計及一次規(guī)劃）。 　　二次自動化規(guī)劃涉及的主要內容有：（1）配電管理系統(tǒng)（SCADA/DMS）；（2）負荷管理系統(tǒng)（LM）；（3）電量計費系統(tǒng)（AMR）；（4）地理信息系統(tǒng)（GIS）；（5）管理信息系統(tǒng)（輸/變/配/用電管理）；（6）變電站/開關站自動化（含無人值班）；（7）饋線自動化（含環(huán)網控制）；（8）通信網絡（縱向/橫向系統(tǒng)集成）。 　　當前的任務，就是根據城網的現狀和發(fā)展，通過上述一二次系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃和分步實施，最終實現城網建設改造的目標。 　　規(guī)劃必然涉及投資。雖然這次城網建設改造投資力度很大，但由于“欠帳”太多，仍然存在投資有限的問題。這就需要一二次緊密結合、相互支持、綜合優(yōu)化，不放棄任何一個節(jié)約或推遲投資機會，并考慮到電力市場發(fā)展和電力電子技術的應用可能帶來的影響，使投入的系統(tǒng)和設備具有較長的生命周期。 [b]3　一二次系統(tǒng)的相互支持和綜合優(yōu)化 [/b]　　為了實現城網建設改造的預期目標，一二次系統(tǒng)之間有些方面相互攸關，需要或可以相互支持和綜合優(yōu)化。 　　3.1　負荷預測 　　負荷預測是城網建設改造規(guī)劃的基礎，它既是規(guī)劃一次系統(tǒng)的建設改造（在規(guī)劃年限內，新建或改造變電站、開關站、線路等的數量、位置和規(guī)模）的依據，也是開展二次自動化工作（新建或改造負荷管理系統(tǒng)、電量計費系統(tǒng)等的模式、步驟和規(guī)模）的依據。 　　和用于調度的短期負荷預報不同，城網規(guī)劃用的負荷預測，短期為1 a，長期為5～10 a，并采用滾動修正的方式來保證其精確度（一般要求年誤差≤5%）。主要預報饋線的負荷年增長率及基于地產使用（居民、商業(yè)、工業(yè)、機關學校等）和社會經濟因數（城市分區(qū)大小和數量、飽和區(qū)數、密度、能量因數、負荷因數及多樣性等）所決定的今后負荷水平。 　　這里，城網負荷預測分區(qū)、經常性的地產使用和社會經濟因數的數據登錄，二次自動化中離線設備管理和在線的地理接線，均與地理信息有關。因此，自動化中的地理信息系統(tǒng)提供城網負荷預測服務，將顯著提高其使用水平。城網負荷預測軟件與地理信息系統(tǒng)相結合，可在任一閉合的多邊形內，統(tǒng)計檢索修改有關數據，并據此進行負荷分析和預測，大大提高滾動修正、隨時預測和查閱負荷的方便性。 　　3.2　節(jié)約或推遲投資 　　城網建設改造工作中，投資最大的是依據負荷預測所進行的一次系統(tǒng)的變電站、開關站和線路的建設改造。 　　3.2.1　變電站 　　城網的高壓變電站，大部分屬于子輸電系統(tǒng)的終端變電站。 　　傳統(tǒng)的變電站設計，占地面積大、基建任務重、自動化水平低、且多為有人值班設計。隨著綜合自動化和無人值班技術的推廣，性能價格比明顯提高。但現在投入的大多數綜合自動化無人值班變電站，仍為大控制室的集中布置設計，沒有充分發(fā)揮綜合自動化無人值班技術中二次自動化隨一次設備分散布置、以少量通信電纜取代大量的信號電纜、取消大控制室的樓房和電纜溝設計、大大節(jié)約用地和相關的基建工程量的特點。 　　應該注意的是，依靠少量通信電纜實現分散布置的綜合自動化系統(tǒng)，系以軟件組態(tài)取代現場大量繁瑣的信號電纜的點對點調試。因此，還可以使自動化系統(tǒng)的工廠驗收（FAT）和現場一次設備的安裝施工同時進行，以加快整個變電站的工程進度。 　　此外，為了檢修或故障時的備用切換，變電站經常配置2臺容載比為2的變壓器。如與自動化相配合，切換時部分負荷可轉移到相鄰變電站，以節(jié)約或推遲所需的增容投資。 　　3.2.2　開關站 　　城網的中壓開關站，屬配電系統(tǒng)范疇，比高壓變電站的建設改造簡單得多，現已進入綜合自動化和無人值班技術的推廣階段。 　　我國以10 kV為主的配網開關站，其二次自動化已能作到將饋線的測量、控制、保護和通信接口集成在開關柜上，首先實現了配電系統(tǒng)中一二次設備一體化的“零的突破”。因此，最好選用那些一二次設備統(tǒng)一集成好、并具有串行通信接口供遠方監(jiān)控用的開關設備，用以簡化投資和施工安裝層次?；蛟谶x用開關時對柜門的防震能力和間隔尺寸提出要求，以便開孔施工安裝集成化的測量、控制和保護自動化設備。 　　3.2.3　網絡接線 　　城網的線路建設和改造，包括高壓主網、中壓環(huán)網和低壓配網。其中，通過一二次系統(tǒng)綜合優(yōu)化與投資節(jié)約密切相關的，主要是中壓環(huán)網線路的建設和改造。 　　當前，中壓環(huán)網是配網建設改造的一個熱點。這不僅是為提高供電可靠性所必需，而且還可簡化接線和節(jié)約投資。因為，傳統(tǒng)上為了保證輻射形饋線供電的可靠性，通常在變電站側采用雙母線和旁路代等復雜接線。改為環(huán)網后，完全可由具有雙側供電能力、負荷可轉移到饋線出口側的環(huán)網來保證。 　　此外，同一輻射形饋線改為環(huán)網并通過自動化實現環(huán)網的分段控制后，在同樣滿足99.99%可靠性要求的前提下，如線徑允許還可成倍增加供電的用戶數，以節(jié)約或推遲所需的增容投資。 　　因此，一次網絡接線應與二次環(huán)網（或網格）控制綜合考慮，并認真計算有關饋線的負荷率。 　　3.3　可靠供電 　　供電可靠性是城網建設改造的一個重要目標。涉及到高壓主網、中壓環(huán)網和低壓配網。高壓主網一般按“N?1”的可靠性原則來規(guī)劃，一二次系統(tǒng)關系密不可分的是中壓環(huán)網的安全控制。 　　配電系統(tǒng)的安全控制和輸電系統(tǒng)不同。輸電系統(tǒng)中，系統(tǒng)發(fā)生故障時的緊急控制和系統(tǒng)解列后的恢復控制，是分別由專設的繼電保護、重合閘和SCADA/EMS的故障診斷恢復控制應用軟件來實現。而配電系統(tǒng)中，故障時的故障識別和恢復供電，統(tǒng)一由環(huán)網集成化的“故障定位、隔離和自動恢復供電系統(tǒng)”來完成。這里，控制環(huán)網分段開關的控制器（FTU），不僅集成了測量、控制和保護等功能，而且還包括了開關投切時所需的操作電源。這是配網安全控制的一大特點，也是配電系統(tǒng)中一二次設備緊密結合、實現“一體化”的又一個例子。 　　中壓配網的環(huán)網控制，牽涉到負荷、走向、分段、架空、電纜等問題。因此，一二次系統(tǒng)緊密結合的“故障定位、隔離和自動恢復供電系統(tǒng)”，必需統(tǒng)籌兼顧優(yōu)化設計。對于架空裸線，還需要考慮70%瞬時故障的特點，增設必要的重合器，對自動化提出故障測距，便于尋找和排除故障，以期快速恢復故障段供電等要求。 　　涉及中壓配網安全供電、與一二次系統(tǒng)密切相關的還有一個系統(tǒng)中性點的接地問題。在小電流接地系統(tǒng)中，接地選線一直是一個難點問題。近年來國內興起的消弧線圈接地，可以自清70%架空裸線的瞬時接地故障；但對于永久性故障的選線問題，是交由自動補償的消弧線圈控制器去統(tǒng)一解決，還是仍由自動化來處理，需結合配網實際，通過一二次系統(tǒng)的協調配合來妥善解決。 　　3.4　供電質量 　　配網供電質量主要反映在電壓水平上，城網建設改造目標中，對電壓合格率提出98%的明確要求。 　　城網中高中低三級電壓的合格率，涉及負荷和電網發(fā)輸配能力的匹配，由輸電、子輸電和配電系統(tǒng)分級負責。調控能力決定于一次系統(tǒng)，調控手段則由自動化來實現。 　　城網的調控能力主要反映在變電站級的變壓器有載調壓和電容補償、饋線級的分布電容器和電壓調整器、以及變電站變壓器和饋線間的各種負荷轉移能力。調控手段則分別由子輸電系統(tǒng)的SCADA/EMS和配電系統(tǒng)的SCADA/LM/DMS來實現。 　　應該注意的是，某些重要用戶對供電的質量具有較高的要求，并不滿足于98%的電壓合格率。這涉及到“電力電子”技術的應用，本文的第5節(jié)將對此加以討論。 　　3.5　降低網損 　　降低網損是城網經濟運行的一個主要目標，這主要依靠一次系統(tǒng)合理的規(guī)劃和運行。但一二次系統(tǒng)的有效配合，通過自動化還可使網損進一步降低。 　　據國外文獻報道，一般配網網損約占整個電網能量輸出的5%，通過自動化可在此基礎上再減少10%（即整個配網的0.5%）。因此，在我國配網網損較高的情況下，自動化更應有所作為。 　　用自動化系統(tǒng)降低網損需有一次系統(tǒng)支持。如通過自動化轉移負荷、根據負荷平衡原則減　少網損時，有關變壓器和饋線必需具有較高的容載比和負荷率。國外經驗數據還表明，在環(huán)網上進行“一開一合”和在網絡上進行“兩開兩合”的負荷轉移，通過負荷平衡所減少的網損可望從百分之幾提高到　10%。 　　饋線級分布電容的就地補償和變電站級電壓無功的綜合優(yōu)化，更是用自動化來降低網損，改善供電質量提高配電能力的有力措施，但同樣也都離不開一次設備的支持。 　　3.6　提高供電能力 　　提高10%的供電能力，是城網建設改造、推動國民經濟發(fā)展的一個最終目標。這除了按一次系統(tǒng)規(guī)劃，對城網高中壓系統(tǒng)進行建設改造外，還涉及到量大面廣的低壓系統(tǒng)建設改造和為千家萬戶增容所必需進行的改線換表問題。 　　電力具有發(fā)供用同步完成的特點，因此，提高供電能力與改善服務增加用電必然是一個問題的2個方面，這就為負荷管理、電量計費等自動化和供用電系統(tǒng)的結合，提供了廣闊前景。 　　當然，整個城網建設改造的綜合優(yōu)化，還應包括一次系統(tǒng)和配電系統(tǒng)自動化本身的綜合優(yōu)化在內。如一次系統(tǒng)電壓等級的選擇、無功補償與有功容量的匹配、節(jié)能變壓器的使用，配電系統(tǒng)自動化從“多島自動化”走向系統(tǒng)集成、支持SCADA功能的FTU和電量計費系統(tǒng)等。 [b]4　電力市場的挑戰(zhàn) [/b]　　我國電力市場的啟動，標志著我國的電力工業(yè)已發(fā)展到一個新的階段：由長期缺電轉向提高供電能力，由行政管理轉向“公司化改組、商業(yè)化運營、法制化管理”。 　　雖然電力市場由當前的發(fā)電市場開放到面向大用戶的配電市場尚需相當長的時間，但是，為了適應當前供需關系的轉變和今后電力市場的發(fā)展，一些在長期缺電和壟斷經營下所遺留下來的產物和運行機制，已面臨必要的改造；當前城網建設改造所投入的系統(tǒng)和設備，也要顧及不致因今后系統(tǒng)發(fā)展或技術進步而重復建設甚至推倒重來。 　　這里，首先涉及的是負荷管理系統(tǒng)、電量計費系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)。 　　4.1　負荷管理系統(tǒng) 　　長期缺電期間，對用戶限電拉閘實施計劃用電的負荷控制，應及時轉移到用戶不感到停電的負荷管理（LM）上來。 　　當代的負荷管理，主要是按事先編制好的負荷管理方案，通過饋線降壓減載、或按編組周期輸流短時啟停用戶的可控負荷（空調、熱水器等），來實現用戶不感到停電的負荷管理。此外，還應積極開展基于分時電價的需方用電管理（DSM），用以調動需方的積極性來參與負荷管理。 　　供方負荷管理與需方用電管理相結合，必將有力地改善配電系統(tǒng)的負荷曲線，并為隨后電力市場的開展打下基礎。 　　4.2　電量計費系統(tǒng) 　　過去壟斷經營時期的電量計費，主要是供方查表、用戶繳費、逾期罰款的單向聯系方式。 　　城網建設改造中，正在進行量大面廣的“一戶一表”建設。無論從當前的“商業(yè)化運營”或今后的“配電市場”來看，都應盡可能地考慮到計費信息的雙向通信（大中用戶遠方讀表和中小用戶智能卡）以及和銀行結算的關系問題。 　　“投訴熱線處理”是供方和廣大用戶建立雙向聯系的又一渠道。因此，進行低壓線路和“一戶一表”的建設改造時，一二次系統(tǒng)應統(tǒng)一優(yōu)化設計，以期建立一個面向用戶（含物業(yè)管理）分級分片雙向通信的聯系機制，提高供電服務水平。 　　4.3　管理信息系統(tǒng) 　　為保證電力市場交易的公平、公正和公開，當前用于發(fā)輸電和今后用于輸配電的能量交易系統(tǒng)，必需和傳統(tǒng)上保證電網安全運行的能量管理或配電管理系統(tǒng)分設。但電力生產和消費同步完成的特點，又決定了能量交易和安全生產的不可分性。因此基于Intranet/Internet以瀏覽器為特征，稱之為電子商務或網絡交易的能量交易系統(tǒng)，將通過網絡交換器與實時運行保證電網安全的能量管理或配電管理系統(tǒng)相連，用以建立“公開訪問的同時信息系統(tǒng)OASIS”。 　　顯然，傳統(tǒng)上以專用網、專用信道和圖形用戶界面為特征的管理信息系統(tǒng)（MIS），不適于提供電力交易使用。這就提出了一個問題：是使傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)和今后的交易信息系統(tǒng)并行發(fā)展，還是對現有的MIS進行改造，使之適應今后電力市場的發(fā)展。事實上，一些面臨發(fā)電市場壓力的網省級調度中心，已經按后者行事并已改造就緒了。 [b]5　電力電子技術的應用 [/b]　　缺電局面的改觀和電力市場的興起，必然導致用戶對供電質量要求的提高。在城網建設改造中，對電壓合格率要求達到98%，已能滿足絕大多數一般用戶的要求。但是，配網在正常狀態(tài)下仍然存在一些可能發(fā)生的瞬間擾動或波形畸變問題，如瞬時故障時重合閘動作產生的瞬時失電，鄰線故障或沖擊負荷產生的瞬時欠壓，異相故障時產生的瞬時過壓、雷電或電容投切操作時產生的瞬變過程，以及非線性負載所產生的諧波污染等。這對某些對供電質量要求較高的重要用戶，如銀行、醫(yī)院、機場、數據處理中心等，都是不能容忍的。特別是隨著信息技術的日益發(fā)展和普及（如現代化的生產“流水線”等），這些擾動的影響面和所帶來的危害就愈大。這時，就要求助于電力電子技術中面向供用電的“用戶電力”。 　　配網供電中的瞬間擾動和波形畸變問題，既可由用戶側，也可由供電側來解決。當前，主要是根據需要針對性地在用戶側分別安裝不停電電源（UPS）、電壓調整器、避雷器、濾波器、靜止補償器等來解決問題。但分析和實踐表明，隨著這類用戶的不斷增加，總的投資和損耗將大幅度上升，質量的改善也有限，倒不如轉由供方來統(tǒng)一解決為好。這也就是為什么1988年由美國電力科學院N.G.Hingorani博士所提出的“用戶電力”（Custom Power），近年來越來越引起人們關注的原因所在。 　　所謂“用戶電力”，是指供電部門通過技術手段向用戶提供可靠性更高、質量更好的電力，用以增加電力的附加值（如電力市場中的論質電價）。當前，國外著手研究開發(fā)的有：基于儲能逆變的配網靜止同步補償器（DSTATCOM）和動態(tài)電壓恢復器（DVR）、固態(tài)斷路器（SSCB）、故障電流限制器（FCL），以及集濾波調壓和浪涌保護為一體的有源電力調整器（APLC）等。國內已有的供電部門正在和大學合作，開展這方面的研究開發(fā)工作。 　　由于配網設備既要求可靠性高，又要求費用低廉，這正是當前研究開發(fā)用戶電力設備所面臨的一大難題。但是，隨著電子元件“性能價格比”的提高和“用戶電力”設備需求的增長，應該說用戶電力的應用和普及只是個時間問題。 [b]6　結束語 [/b]　　過去限于投資，城網建設改造的問題從未認真地提上日程。即使規(guī)劃，要求也較低，大都是著眼于應急措施。至于配電系統(tǒng)自動化，一般僅在一次系統(tǒng)規(guī)劃中提上一筆，甚至排不上隊，只是不時見縫插針地搞上一點，這也許就是長期以來形成配電“多島自動化”的原因之一。 　　這次來勢很猛的城網建設改造，要求水平高，使用周期長，雖然投資力度較大，但由于“欠帳”太多，總體來說投資仍然有限。因此，應作好一二次系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃、相互支持和綜合優(yōu)化，并顧及使用周期內各種可能的影響因素，以保證在投資有限的情況下實現預期的各項目標。 [b]參考文獻 [/b]　　1　陳章潮，唐德光.城市電網規(guī)劃與改造.北京：中國電力出版社，1998 　　2　王明俊，于爾鏗，劉廣一.配電系統(tǒng)自動化及其發(fā)展.北京：中國電力出版社，1998 　　3　于爾鏗，韓　放，謝　開，等.電力市場.北京：中國電力出版社，1998 　　4　N G Hingorani. Introducing Custom Power. IEEE Spectrum. 1995（6）[/align]