基于配電網(wǎng)自動化技術(shù)的探討

湯 雪

（內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院總務(wù)后勤部，內(nèi)蒙古呼和浩特，010050）

0 引言

如今，電力已經(jīng)成為不可或缺的重要能源之一。在經(jīng)濟社會高速運轉(zhuǎn)的今天，供電質(zhì)量與電力供應(yīng)的可靠性對于人類活動有著越來越重要的影響，電網(wǎng)的輕微波動、電路的瞬時異常都會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失甚至更大范圍的損害，順應(yīng)這種背景和需求，電力部門研究出了配電網(wǎng)的自動化技術(shù)。如今，隨著數(shù)據(jù)采集與控制（SCADA）、地理信息系統(tǒng)（GIS）等網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的引進，配電自動化系統(tǒng)（DAS）就開始逐步向配網(wǎng)智能化階段發(fā)展。本文正是在這一發(fā)展背景下，探討了配電網(wǎng)自動化的相關(guān)技術(shù)，希望通過這一分析進一步推進配電網(wǎng)的自動化發(fā)展。

1 DAS 結(jié)構(gòu)探討

配電自動化系統(tǒng)（DAS）是一種遠(yuǎn)程自動化操作系統(tǒng)，配電企業(yè)可以在后方通過該系統(tǒng)對配電設(shè)備進行實時監(jiān)視、協(xié)調(diào)和操作；當(dāng)前其內(nèi)容主要三個部分：一是SCADA 系統(tǒng)，就是配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集與控制；二是GIS 系統(tǒng)，即地理信息系統(tǒng)；三是DSM，需求側(cè)管理。

1.1 結(jié)構(gòu)組成

當(dāng)前DAS 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大多采取了分層分布式體系，主要構(gòu)成部分可分成三個方面：一是主站，主站的功能是實時管理與監(jiān)控DAS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息；二是配網(wǎng)子站，是整個配電自動化系統(tǒng)的工作站層；三是配網(wǎng)測控設(shè)備，這是DAS 系統(tǒng)的基礎(chǔ)部件，主要功能是采集與監(jiān)控其他系統(tǒng)部件的數(shù)據(jù)信號，包括變電器、開關(guān)、變電站等。DAS系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在三方面：一是能夠明顯提高供電可靠性、有效減少故障時間，二是能夠使運行控制人員更為方便地查詢配電系統(tǒng)狀態(tài)，三是能夠在停電狀態(tài)下及時啟動運行自動處理配電系統(tǒng)。圖1 給出了DAS 的基本結(jié)構(gòu)示意圖。

1.2 結(jié)構(gòu)分析

DAS 結(jié)構(gòu)中的主站設(shè)備，其主要功能是為實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)、應(yīng)用軟件等功能提供平臺，以及實時管理與監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息。DAS 系統(tǒng)中的子站設(shè)備，其主要功能包括三部分：一是負(fù)責(zé)管理配電站端監(jiān)控設(shè)備，例如環(huán)網(wǎng)柜、開閉所等；二是負(fù)責(zé)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)、監(jiān)視系統(tǒng)運行等；三是負(fù)責(zé)向配電網(wǎng)主站傳遞數(shù)據(jù)信息。DAS系統(tǒng)中的測控終端設(shè)備，是系統(tǒng)的遠(yuǎn)方終端，其主要功能由三部分：一是遠(yuǎn)程遙控，包括遙測、遙信、故障檢測、故障恢復(fù)等；二是記錄與校對，包括記錄事件順序、校對系統(tǒng)時間等；三是通信，用于后方與終端的聯(lián)絡(luò)。

2 DAS 技術(shù)分析

本文將以CSDA 為例，進行DAS 的技術(shù)分析及其技術(shù)表征。

2.1 CSDA 的技術(shù)架構(gòu)

根據(jù)國內(nèi)電網(wǎng)的運行特點及實際需求，自主研發(fā)了CSDA 系統(tǒng)，該系統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)共分為4 級，主要包括SCADA（數(shù)據(jù)采集與控制）、DMS（側(cè)需求管理系統(tǒng)）、GIS（地理信息系統(tǒng)）、區(qū)域工作站、通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)方終端等部分。其技術(shù)特點主要有四方面 ：一是通過對數(shù)字載波原理的發(fā)展，研發(fā)出網(wǎng)絡(luò)化配電數(shù)字載波通信技術(shù)（NDLC），引進了DSP、現(xiàn)場總線等技術(shù)；二是選擇先進的智能化算法——配電自動化終端（FTU），使得DAS 系統(tǒng)的抗干擾能力大為增強，穩(wěn)定性和精度均有所提高；三是為破解小電流接地的制約，研制出小電流接地智能架構(gòu)；四是通過引入標(biāo)準(zhǔn)化主站支持系統(tǒng)，達(dá)到了開關(guān)技術(shù)的智能化。

在CSDA 系統(tǒng)中，F(xiàn)TU（配電自動化終端）技術(shù)除了更好地滿足配電自動化技術(shù)需求之外，還集中了很多其他方面的智能化設(shè)計，關(guān)鍵性的技術(shù)設(shè)計包括總線控制、備用電源、多重閉鎖、自我檢測、智能化的局部控制算法等。其功效在于一是很好的區(qū)分了控制分段開關(guān)和RTU 功能，二是對饋線進行了功能優(yōu)化，使其更好地發(fā)揮系統(tǒng)保護、線路監(jiān)測、質(zhì)量分析等功效。

2.2 CSDA 配電中心技術(shù)分析

CSDA 配電中心由多臺計算機構(gòu)成全分布式體系結(jié)構(gòu)，其軟件設(shè)計在技術(shù)上的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下六個方面：一是面向大對象的宏觀設(shè)計，所建立的配電網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)庫、所生成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系和接線圖都非常清晰，方便了擴充功能和連接EMS、MIS 系統(tǒng)；二是在實時數(shù)據(jù)庫上選擇了核心設(shè)計；三是采取了消息驅(qū)動機制；四是運用了控件、多媒體等先進技術(shù)；五是所采取的前置通信設(shè)計為該系統(tǒng)所獨創(chuàng)；六是在軟件的設(shè)計理念上選擇了跨平臺式的完全開放技術(shù)。

2.3 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)分析

該系統(tǒng)（簡稱SCADA）是配電自動化的核心組成部件，其作用是在系統(tǒng)監(jiān)控屏幕上顯示電網(wǎng)各站的數(shù)據(jù)，及時為調(diào)度員提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，幫助調(diào)度員快速準(zhǔn)確的實現(xiàn)對系統(tǒng)的調(diào)度。SCADA 的技術(shù)特點主要包括三方面：一是采取配電自動化終端（FTU）智能化算法，使得DAS 系統(tǒng)的抗干擾能力大為增強，穩(wěn)定性和精度均有所提高；二是創(chuàng)造性地設(shè)計出小電流接地智能架構(gòu)，破除了小電流接地的制約；三是通過引入標(biāo)準(zhǔn)化主站支持系統(tǒng)，達(dá)到了開關(guān)技術(shù)的智能化。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

2.4 光纖通信技術(shù)技術(shù)分析

2.4.1 特點

光纖通信具有以下特點：通信容量大、質(zhì)量好、穩(wěn)定性強；通信速率高，誤碼率低；抗干擾、抗雷擊能力更強，運行環(huán)境比較廣泛。缺點有：在傳輸距離長、小容量的情況下，造價成本過高；施工方式與無線通信相比較為麻煩，還需要進行架桿拉線等方式。

2.4.2 自承式光纜

當(dāng)前電力通信領(lǐng)域中ADSS 是應(yīng)用比較成熟與廣泛的一種產(chǎn)品，這類光纜有很強的抗張能力，可直接掛于2 電力桿塔間，跨度最大能在1km 左右，常見的24 芯自承式光纜具有以下特點：自承式光纜應(yīng)用的是非金屬材料，光纜口徑小、重量輕、絕緣性能良好、抗拉強度大，線膨脹系數(shù)較小，適應(yīng)溫度范圍比較廣；和OPGW 光纜相比，自承式光纜不需要依附于地線或者電力線，能獨立的架設(shè)在桿塔上，故可實現(xiàn)帶電作業(yè)施工；應(yīng)用自承式光纜的通信線路和電力線路更成體系，維護較為方便；光纜內(nèi)有芳綸絲纏繞，這樣ADSS 光纜就會有較好的防搶彈與抗張力的性質(zhì)。

2.4.3 光纖環(huán)網(wǎng)

同步數(shù)字體系是世界通信領(lǐng)域在傳輸技術(shù)發(fā)展中的一項關(guān)鍵突破應(yīng)用。SDH 光纖環(huán)網(wǎng)應(yīng)用的是統(tǒng)一網(wǎng)關(guān)管理系統(tǒng)，應(yīng)用了光纖信道完成多個節(jié)點（即網(wǎng)元）之間的同步信息傳輸、分叉、復(fù)用以及交叉連接等網(wǎng)絡(luò)。光纖環(huán)網(wǎng)中節(jié)點之間應(yīng)用的世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口NNI，采用了標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)，即同步轉(zhuǎn)移模式（STM—N，N=1，4，16，25……）。STM—N 應(yīng)用的是塊狀幀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)管理中的任一節(jié)點都應(yīng)用了標(biāo)準(zhǔn)光接口，完成了各類廠家光路通信上的互聯(lián)。在STM—N 結(jié)構(gòu)中每一基本網(wǎng)元都應(yīng)用了終端復(fù)用器實現(xiàn)低速率碼流的復(fù)接/分接變換成高速率的碼流，其中ADM（分插復(fù)用器）則實現(xiàn)高速碼流中分出/插入低速率碼流，DXC（數(shù)字交叉連接設(shè)備）則實現(xiàn)同等速率碼流之間的交換。光纖環(huán)網(wǎng)不僅在電力系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢明顯，且對于未來智能電網(wǎng)更多技術(shù)推廣具有一定的技術(shù)支持。

3 小結(jié)

網(wǎng)絡(luò)信息、通信等高新技術(shù)等普及運用，極大的推動了電力系統(tǒng)的自動化進程和發(fā)展，促使原來那種自發(fā)性的分散自動化逐步發(fā)展成為系統(tǒng)性、一體性的綜合自動化。這種發(fā)展首先源于電力系統(tǒng)的保護和測控單元的信息化，在此基礎(chǔ)上自上而下的實現(xiàn)了變電站綜合自動化。目前，以信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的變電站綜合自動化已經(jīng)得到廣泛認(rèn)同和大面積推廣，以變電站綜合自動化為先導(dǎo)的配電自動化正在成為電力系統(tǒng)方向。文中分析的基于配電網(wǎng)自動化技術(shù)，是當(dāng)前應(yīng)用比較普遍與領(lǐng)先的技術(shù)。然而盡管目前國內(nèi)在配網(wǎng)自動化技術(shù)發(fā)展很快，但與國外一些發(fā)達(dá)國家和電網(wǎng)智能化發(fā)展的步伐還是相對比較落后的，配電網(wǎng)相關(guān)自動化技術(shù)還是任重而道遠(yuǎn)的。

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