智慧配电网中自动化技术分析

引言

在“双碳”目标与新型电力系统建设的推进过程中，我国配电网逐步由“被动配电”向“主动服务”模式演进。截至 2023 年底，全国配电自动化覆盖率已接近九成，但随着分布式光伏装机规模以年均约 30% 的速率增长，以及电动汽车充电负荷的显著增加，传统配电网在多方面的局限性开始有所显现。智慧配电网具备“信息化、自动化、互动化”等特征，其技术优势体现在借助自动化手段改善传统配电网的运行管理模式。通过部署大量智能传感器与馈线自动化终端，实现了配电网故障的快速定位与恢复，有效减少了停电次数，创造了较为显著的经济效益，同时也为能源互联网建设提供了有益参考。

1 智慧配电网的技术特征与自动化需求

智慧配电网作为连接主网与用户的重要枢纽，其技术特性与传统配电网相比存在一定差异。在网络结构层面，逐步形成“源-网-荷-储”协同互动的复杂格局，随着分布式光伏、储能装置、微电网等新型设施的不断接入，配电网结构由传统辐射状向网状互联模式演进；运行管理方面，间歇性电源出力波动、负荷用电特性变化等动态因素带来新的挑战，传统人工调度方式在响应速度上已难以满足实时性要求；在用户服务维度，消费者角色向“产消者”转变的趋势下，对供电品质、电价响应机制及信息透明度等方面的诉求日益增长。

2 智慧配电网中的关键自动化技术应用

2.1 智能感知与数据采集技术

智能感知系统作为智慧配电网关键的信息采集环节，通过部署多种监测设备形成较为全面的数据采集网络。在一次设备领域，智能断路器、智能环网柜等设备配备状态传感器，能够采集温度、压力、机械特性等运行参数，较高的采样频率或可为设备健康评估提供数据依据。在网络监测方面，基于北斗定位的故障指示器具备一定精度的故障定位能力，结合分布式光纤传感技术，可对线路温度分布及细微形变展开监测，在某些场景下或有助于发现覆冰、舞动等潜在风险。

在通信架构的设计上，目前较为常见的是以光纤通信为主、无线通信为辅的混合模式。其中，主干网络通过工业以太网构建，为实时控制所需的高速数据传输提供支撑；边缘侧数据交互则采用 LoRa、NB-IoT 等低功耗广域网技术，传输周期可根据应用场景灵活配置，在兼顾数据时效性的同时实现能耗优化。从部分省级电网公司的应用反馈来看，该技术组合对配电网数据完整性的改善效果较为显著，为后续智能化分析与决策提供了有力的数据保障。

2.2 智能决策与自愈控制技术

配电网自动化系统的核心功能往往通过配电自动化主站与边缘计算节点的协作得以实现。主站借助云边协同架构，部署状态估计、潮流计算、网损分析等高级应用软件（PAS），在对全网运行状态的动态评估与决策优化方面展现出积极作用。故障处理采用“边缘自治 + 主站协同”的两级自愈模式，在处理单相接地故障时，边缘终端基于本地逻辑可较快完成故障隔离；而面对复杂的多区域故障，主站通过粒子群优化算法尝试探索相对优化的恢复路径，整体处理周期通常能控制在较为理想的范围内。

2.3 分布式能源与储能协同控制技术

在高比例分布式能源接入背景下，自动化系统尝试构建“源储荷”协同控制体系。借助虚拟电厂（VPP）技术，将分布式光伏、储能装置及电动汽车等分散资源进行整合，探索参与电网调峰填谷的可行性。控制系统运用模型预测控制（MPC）算法，以 15 分钟为周期滚动优化出力计划，实际应用中预测误差通常能控制在 5% 左右。

储能系统自动化控制致力于实现多场景灵活适配：平段运行时，多采用恒功率充放电模式以贴近计划曲线；峰谷时段依据实时电价信号，尝试动态调整充放电策略；系统故障情况下，则自动切换至孤岛运行模式保障关键负荷供电。

3 智慧配电网自动化技术的发展建议

3.1 完善技术标准与检测体系

从行业发展的角度来看，可考虑依托行业协会的力量，探索建立统一的配电网自动化设备接口标准与检测规范体系，特别是在分布式能源领域，可重点推动 IEC61850-90-8 等相关标准的实践应用。同时，建议引入第三方检测认证机制，对设备的互操作性、可靠性及安全性进行科学评估，以此保障入网设备的质量水平。从过往经验及相关研究推测，该举措有望在一定程度上降低系统集成成本，或将其控制在 20-30%的降幅区间，设备平均无故障时间（MTBF）也可能提升至 10000 小时以上。

3.2 加强关键技术攻关

从长远规划来看，可考虑在国家级层面部署专项研发计划，聚焦攻克几个关键技术领域。例如探索将人工智能技术融入自适应保护算法，以此应对高比例电力电子设备给保护系统带来的挑战；研发适配终端设备的轻量化边缘计算芯片，力求在实时响应与能耗控制方面取得平衡；以及引入量子加密通信技术，为配电网自动化系统筑牢安全防线。与此同时，建议进一步深化产学研合作机制，在新能源资源丰富地区因地制宜布局 5-10 个技术验证示范基地，为新技术的落地应用提供实践平台。

3.3 优化投资与运维模式

关于配电网自动化建设与运维优化，可考虑采用“自动化 + 数字化”的分步推进策略。对于供电可靠性要求较高的核心区域，可优先开展全自动化升级；针对地理条件复杂的偏远地区，建议探索“集中监控结合人工巡检”的复合运维方式，在保障供电质量的同时，实现资源投入与产出效益的合理平衡。

在运维管理层面，“状态检修与预测性维护”的融合模式具有一定的应用潜力。通过持续完善设备状态评估体系，优化检修计划安排，有望在运维成本控制方面取得显著成效。同时，可进一步研究社会资本参与配电网自动化建设的可行路径，尝试引入“建设-运营-移交”（BOT）等市场化运作模式，探索多元化的发展模式。

结束语

自动化技术为智慧配电网构建起“感知-思考-行动”的能力框架，成为新型电力系统建设的重要支撑。随着人工智能、5G 通信、数字孪生等前沿技术的不断渗透，未来智慧配电网自动化系统有望呈现以下发展方向：其一，全域智能感知体系或可通过大规模部署智能传感器，结合泛在电力物联网技术，实现配电网运行状态的全面监测。在此过程中，故障定位精度或将达到米级水平，预测性维护准确率也有望突破 90‰ 。其二，自主协同控制层面，依托数字孪生技术构建的虚实交互平台，可对配电网各类场景进行仿真推演与优化决策，系统响应速度或能缩短至 100 毫秒以内。其三，灵活开放生态建设方面，通过标准化接口与开源平台，有望吸引更多第三方开发者参与应用创新，逐步形成多方协同的发展模式。

参考文献

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