市配網自動化技術分析論文

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摘要：目前正在進行的城市電網改造和農村電網改造，對提高城市配網自動化技術與可靠性水平提供了良好的機遇。文章針對目前城市電網現狀并結合城市電網建設規(guī)劃，提出了建設適應現代化需求的城區(qū)配網自動化系統的解決方案。

關鍵詞：電網改造配網自動化技術供電可靠性

0引言

隨著電力事業(yè)的迅速發(fā)展，用戶對供電質量和供電可靠性的要求越來越高。城市電網改造對提高城市配網自動化技術與可靠性提出了亟待解決而且必須解決好的課題。目前，全國電網主要以500kV和220kV電網為主網架，有的已形成環(huán)網和雙環(huán)網運行，110kV電網作為地區(qū)供電的高壓配電網，已全部開環(huán)運行。從目前情況來看，現有網架結構對于大部分地區(qū)的供電能力不能滿足N-1的要求。城市電網改造將給配網自動化技術與可靠性水平帶來前所未有的發(fā)展機遇，城市電網應在未來的幾年內加速網架結構建設和城區(qū)配網自動化系統建設，提高供電質量和供電可靠性，以滿足現代化建設的供電需求。

1城市配網自動化系統結構

由于現有配網自動化系統平臺不統一，功能單一，各系統間很難實現互聯和信息共享，造成重復建設、信息資源浪費，這些現狀都極大的限制了電力系統的發(fā)展。為此，需要推出一種全新的一體化的配網自動化系統體系結構——就是把數據采集與監(jiān)控系統（SCADA）、配電管理系統（DMS）、地理信息系統（GIS）、管理信息系統（MIS）、高級應用軟件包（PAS）以及變電站綜合自動化、饋線自動化、通信系統集成為一個體系結構良好、平臺統一、信息共享、高效靈活的信息系統(見圖1)。

圖1城市配網自動化系統典型結構圖

2城市配網自動化系統設計原則

（1）城市配網自動化系統遵循以下各項開放式國際標準(包括硬件平臺標準，軟件平臺標準，通信協議標準，數據庫標準以及應用程序接口標準等):①操作系統接口符合IEEE、POSIX及OSI國際標準；②數據庫接口符合SQL結構化查詢語言標準；③人機界面符合Motif，Windows標準；④計算機通信協議：TCP/IP，X.25。

（2）系統的可擴展性。主站系統的規(guī)模、容量、處理速度、CPU負荷應有充足的裕度。

（3）系統實時性。滿足電力系統實時性的要求。

（4）可維護性。可維護性良好，提高了系統可利用率。

3配電管理主站系統（DMS）

3.1配電自動化系統技術特點

一體化的配網自動化系統是一套包括數據SCADA、GIS、PAS在內的完整配電系統解決方案，是一個實時監(jiān)控和離線管理相結合的系統，將電網設備數據和用戶數據、實時數據和歷史數據、電網接線圖形和地理圖形、圖形與數據結合在一起，具有很高的安全性和集成度。系統具備軟硬件隔離的功能，而且系統軟件的運行跟網絡硬件設備類型無關，能適應包括光纖、配電線載波、無線通信等多種通信方式或組成廣域網的方式。在開放式支撐平臺的基礎上，系統具有開放性、可靠性和易用性。

3.1.1SCADA/GIS的一體化設計

城市配網自動化系統在設計階段應充分貫徹SCADA/GIS一體化設計的思想，主要體現在2個方面：一是數據建設、處理的一體化，二是應用的一體化。特別是實時GIS應用與SCADA/DMS的緊密結合，真正做到實時應用。配電自動化系統底層數據建設的一體化，使得SCADA系統和GIS系統共享同一套數據，采用同一個底層數據庫，無需再做額外的數據轉換工作，保持SCADA系統和GIS系統數據的一致性，用戶在任一平臺上所作的編輯修改工作都可以自動表現在另一平臺中，減少用戶維護難度[1]。

3.1.2UNIX/NT跨平臺的完整系統

城市配網自動化系統應是UNIX/NT跨平臺的完整系統，根據用戶需求，可以在全Unix環(huán)境、全WindowsNT環(huán)境、UNIX＋WindowsNT混合環(huán)境中完成基本相同的功能。

Unix系統具有較高的安全性和穩(wěn)定性，但造價昂貴，不適宜大范圍配置，同時對人員的要求較高，培訓難，推廣不易，特別是在配電系統、用電系統等涉及部門、工作較多時較難實用化。而NT系統安全性也符合美國國家安全規(guī)定，盡管穩(wěn)定性等方面稍弱，但造價合理，適宜于大范圍使用，電力系統應用既要保證高度安全和可靠，又要能在各部門和科室中推廣實用。在對造價和人員培訓等方面作了充分考慮后，我們優(yōu)推薦使用UNIX＋NT跨平臺的方案，服務器端在UNIX系統上實現實時數據庫和網絡管理功能，NT系統作為客戶端的平臺，既有好的性價比，人機交互更是友好，這樣能較好地解決安全、穩(wěn)定、實用等方面的問題。

3.1.3針對實際的配網電力高級應用軟件

一體化配網自動化系統中的電力高級應用軟件（PAS）是調度人員和規(guī)劃人員對電力系統進行仿真分析和監(jiān)視控制的強大工具，在監(jiān)視電網運行狀態(tài)、優(yōu)化全網經濟運行方式、分析電網安全性和降低或消除電網中不安全因素等方面都起著不可替代的作用。

與高壓輸電網相比，配電網一般是輻射型樹狀結構，環(huán)網少或沒有，支路參數R、X的比值較大，三相負荷不對稱問題比較突出。許多在輸電網絡上使用的經典算法都不再適用。

配電網故障檢測、隔離與恢復系統是配電管理系統中新增的重要功能模塊，能夠直接反映配網系統的自動化水平。故障檢測、隔離與恢復模塊應具有以下特點：

（1）適用于各種網絡，對各種供電方式都能夠進行準確的分析計算，迅速恢復供電；

（2）先進智能軟件完成系統全局性的分析判斷，考慮系統的實際負荷和網絡約束，對恢復方案進行相應的潮流校核，真實反映系統實際運行情況，確保系統安全；

（3）軟件的智能判斷，對故障區(qū)段一次性定位、隔離，減少了斷路器的分合次數，避免了短路電流對設備和電網的多次沖擊，可延長設備的使用壽命；

（4）人工智能與數值計算相結合，多種恢復方案搜索，在各種情況下都能夠給出相應的應對策略；

（5）多目標模糊評價方法，恢復方案依評價結果進行排序，可供調度員進行參考，確保得到優(yōu)選的恢復方案；

（6）能直接在單線圖上模擬故障隔離與恢復方案的全過程，能直接執(zhí)行相應遙控命令。

3.1.4適合電力系統特點的地理信息系統（GIS）

地理信息系統是處理空間數據的輸入、輸出、管理、查詢、分析和輔助決策的計算機信息系統，是近年發(fā)展起來的一門邊緣科學。GIS系統的引入為電力系統應用提供了全新的表達方式，更具現實性，更直觀易用，并對現有應用進一步擴展，使其具備空間管理、運算能力，實現更高一級的管理。

一體化配網自動化系統在總體設計及實現過程中一直注意充分考慮GIS的最新技術及其發(fā)展方向，結合IT技術的主流趨勢，注重電力系統GIS應用的特性，強調電力GIS建設不同于地理意義的GIS系統，應突出電力系統應用的特色，與電力系統的其他應用如SCADA、DMS等應能緊密結合，充分考慮數據共享、系統集成等關系，避免不必要的數據重復建設、接口不標準等潛在問題和安全隱患，這樣才能突出電力系統特別是配電系統建設GIS的優(yōu)點和特色。

系統采用3層體系結構，C/S+B/S模式，提供Unix/NT跨平臺支持，推薦服務器為Unix，工作站應用以NT為主。

采用Client/Server＋Browser/Server體系結構。C/S模式提供常規(guī)的客戶/服務器應用，實現豐富而功能強大的客戶軟件，而B/S模式提供瘦客戶端應用，實現統一瀏覽器風格的應用，可滿足大量的查詢分析、統計打印等功能，二者相結合則相得益彰，相互補充，具有較多的優(yōu)點。GIS系統配置圖見圖2。

圖2GIS系統配置

4配電自動化遠方終端

城市配網自動化的內容是對城域所轄的全部柱上開關、開閉所、配電變壓器進行監(jiān)控，既要實現FTU的三遙功能，又要實現對故障的識別和控制功能，從而配合配網自動化主站實現城區(qū)配網運行中的工況監(jiān)測、網絡重構、優(yōu)化運行以及配網故障時的故障隔離和非故障區(qū)域的恢復供電。配網自動化包括變電站自動化、饋線自動化（環(huán)網故障定位、故障隔離和自動恢復供電、自動抄表、負荷側控制、最優(yōu)運行、無功／電壓控制）、配電圖資系統、配電管理信息系統等。國際上的配網自動化正經歷2個深刻的轉變，一是由多島自動化向開放式、綜合集成的方向發(fā)展；二是電力市場的興起與實施，對從電能表計到配電管理軟件都提出了新的要求。為了適應國際配網自動化由多島自動化向開放式、綜合集成的方向發(fā)展的趨勢，滿足目前國內配網自動化工程的具體實際情況，北京四方華能電網控制系統公司推出了一體化設計的配網自動化遠方終端CSF106，他是按同時面向變電站（開閉所）間隔與配網自動化饋線而設計的一體化現場終端，具有保護、測量、控制以及對饋電線路FTU的通信管理功能，適用于對變電站(開閉所)10kV饋出斷路器在配網自動化系統中的管理。

5國內外配電開關比較

5.1國內一體化配電智能開關

當前，智能開關的技術發(fā)展趨勢正從技術的層面引領著整個終端電器的革新與進步，提出了“電器智能化”的發(fā)展方向。所謂“電器智能化”是指將微處理器技術、電力電子技術、傳感器技術、網絡技術、通信技術和新型開關制造技術在傳統電器裝置上進行有機融合，使其具備智能化核心。相對于傳統開關其應具備如下特點：①高性能、高可靠性；②免維護；③硬件軟件化；④具備在線監(jiān)測和自診斷功能；⑤提供網絡化遠動接口；⑥功能自適應等。

從目前的開發(fā)和市場形勢看，智能開關的中壓智能斷路器(10kV)的技術發(fā)展主要體現在對傳統設備進行為動態(tài)在線監(jiān)測提供遠動接口的改造上。這種改造發(fā)展?jié)摿薮螅鴤鹘y的、功能單一的一次配電開關設備將逐步被淘汰。因此，從配電系統的全局著眼，開發(fā)基于節(jié)點（終端）的智能一體化開關已勢在必行。

5.2國外配電開關(英國)

Hawkvac15系列鐵殼開關在外觀設計上緊湊而實用，同時為操作者提供了最高級別的安全保障。這種產品遵循IEC60298標準。

非常適用于對供電可靠性要求較高的配電網絡，包括商業(yè)和工業(yè)密集地區(qū)。

DV型鐵殼真空開關主要是為滿足發(fā)電機和重要的工業(yè)領域對供電安全性的嚴格要求而設計的。在外觀設計上采用金屬外殼，安裝方便靈活。目前，在世界各地得到廣泛的應用，包括電力、石油、化工行業(yè)。

DV型開關全面遵循ANSI/IEEEC37.013標準。Eclipse（屏蔽式）型開關是采用勵磁技術產品中的一種，這種固定模式設計的Eclipse開關引入真空斷路器的操作機構，并且這種技術是當今世界上出現的最先進的操作機構，且可靠性高，終生免維護，完全可以滿足北京2008年奧運會對供電可靠性的需求。

6配電網通信網絡的構成

6.1光纖以太網在配網自動化中的應用

光纖以太網配電自動化實現方案：

(1)主站與子站之間采用單模光纖，以光纖以太網方式相連，通信速率100M，需光纖轉換模塊2對（2個子站）。

(2)子站與干線上環(huán)網柜、開閉所、FTU之間采用光纖，采用通信處理機和網絡交換機，通過網絡交換機與主干線FTU采用光纖通信，其中FTU內要加裝智能光纖接口；通過通信處理機完成變電站RTU接入，GPS接入，當地維護或遠傳、電子設備接入等功能。

(3)干線TTU，支線FTU、TTU，通過雙絞線就近連到干線的FTU，采用LonWorks現場總線協議，由FTU集中轉發(fā)信息。圖3是光纖以太網配網系統通信示意圖：

圖3光纖以太網配網系統通信示意圖

圖4光纖環(huán)網配網系統通信示意圖

6.2光纖環(huán)網在配網自動化中的應用

光纖環(huán)網配電自動化實現方案：

(1)主站與子站之間采用單模光纖，以光纖以太網方式相連，通信速率100M，需光纖轉換模塊2對（2個子站）。

(2)子站與干線上環(huán)網柜、開閉所、FTU之間采用單模光纖，通過光纖雙環(huán)相連（采用單模雙發(fā)雙收的光MODEM）實現帶自愈的雙環(huán)通信。

(3)干線TTU，支線FTU、TTU，通過雙絞線就近連到干線的FTU，采用LonWorks現場總線協議，由FTU集中轉發(fā)信息。圖4是光纖環(huán)網配網系統通信示意圖：

7結束語

城市電網應在未來的幾年內加速網架結構建設和城區(qū)配網自動化系統建設，提高供電質量和供電可靠性，以滿足現代化建設的供電需求。配網自動化是建立在信息化的基礎上，將配電系統在線數據和離線數據、配電網數據和用戶數據、電網結構和地理圖形進行信息集成，構成完整的自動化系統，實現配電網及其設備正常運行狀態(tài)和事故狀態(tài)下的監(jiān)測、保護、控制以及用電管理和配電管理的自動化，最終實現以大幅度提高供電可靠性、改善電能質量為目標的對配電系統在線的、準實時的閉環(huán)控制。因此，我們應該及早規(guī)劃建設適應現代化需求的城區(qū)配網自動化系統。

8參考文獻

[1]王明俊,于爾鏗.配電系統自動化及其發(fā)展.北京:中國電力出版社，1998.