試論配網(wǎng)自動化體系結(jié)構(gòu)

王雪鋒

（廣州供電局有限公司，廣東 廣州511400）

0 引言

由于配網(wǎng)自動化建設(shè)和改造的發(fā)展時間比較晚，以及受到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、實踐經(jīng)驗等因素的影響，我國在配網(wǎng)自動化方面的建設(shè)工作還存在故障檢測能力弱、系統(tǒng)集成程度低、環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、應(yīng)用水平低等問題。分析配網(wǎng)自動化的體系結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能，增強(qiáng)系統(tǒng)集成性和靈活性的基礎(chǔ)工作。

1 配網(wǎng)自動化的概念和整體功能目標(biāo)

1.1 配網(wǎng)自動化概述

配網(wǎng)自動化是為了充分提升輸電質(zhì)量和系統(tǒng)可靠性，同時在建設(shè)過程中綜合利用電子信息技術(shù)、通信技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等以實現(xiàn)故障自動隔離、有效供電管理、設(shè)備管理和實時狀態(tài)監(jiān)控等功能目標(biāo)。配網(wǎng)自動化相對于一般意義上的電能輸送過程而言具有系統(tǒng)監(jiān)控、綜合管理和自動控制等優(yōu)點，其技術(shù)性意義主要在于：在系統(tǒng)正常工作情況下，能夠?qū)崟r監(jiān)控電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化配網(wǎng)的無功負(fù)荷和運(yùn)行方式；在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，能夠通過快速故障定位和自動隔離將故障區(qū)段的影響范圍降到最?。辉诠╇娖髽I(yè)的日常管理中，配網(wǎng)自動化也可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表計費(fèi)過程的自動化，提升供電企業(yè)的服務(wù)效率和工作準(zhǔn)確性。

1.2 配網(wǎng)自動化的實施原則

在實施配網(wǎng)自動化改造以及系統(tǒng)設(shè)計的過程中，必須遵循以下基本原則：第一，系統(tǒng)性原則。從系統(tǒng)架構(gòu)的角度出發(fā)，增強(qiáng)方案設(shè)計的系統(tǒng)性和統(tǒng)一性，從整體上對數(shù)據(jù)資源、硬件資源和系統(tǒng)功能分配進(jìn)行有效把握。第二，適用性原則。增強(qiáng)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的可維護(hù)性以及長期改造目標(biāo)的適用性，通過提升主站系統(tǒng)、配電網(wǎng)網(wǎng)架、FTU/TTU 等設(shè)備的協(xié)調(diào)性提升系統(tǒng)的供電質(zhì)量，滿足技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。第三，安全性原則。系統(tǒng)的安全性和可靠性直接影響配網(wǎng)自動化改造后的日常使用和供電能力。因此，充分研究配網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點和物理特點，通過冗余設(shè)計、分散性設(shè)計、一體化設(shè)計可以提升系統(tǒng)的可靠性和安全保障能力。

1.3 配網(wǎng)自動化整體功能目標(biāo)

在考慮配網(wǎng)自動化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時，首先要確定整體的功能目標(biāo)：第一，通過饋線自動化的改造和建設(shè)以及輸電線路的合理調(diào)整，保證城鎮(zhèn)地區(qū)供電質(zhì)量，減小故障線路的影響范圍。第二，通過配電自動化對電力負(fù)荷設(shè)備及其狀態(tài)的實時監(jiān)控、配電負(fù)荷的動態(tài)優(yōu)化，減少配網(wǎng)的綜合線損并滿足供電安全準(zhǔn)則。第三，增強(qiáng)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)在配電SCADA 系統(tǒng)以及配電GIS系統(tǒng)支持下的集成性、數(shù)據(jù)資源傳輸?shù)陌踩砸约翱删S護(hù)性。第四，采用多層次和分布式的自動化架構(gòu)方式，保證系統(tǒng)具有一定的可擴(kuò)充性，保證采用分期建設(shè)和分階段改造方式的可能性，靈活選用系統(tǒng)可擴(kuò)展的軟硬件方案。第五，采用雙網(wǎng)、雙機(jī)等冗余設(shè)計結(jié)構(gòu)增強(qiáng)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的故障排查能力和系統(tǒng)可靠性，減小電網(wǎng)故障區(qū)段的影響范圍。

2 配網(wǎng)自動化體系結(jié)構(gòu)

2.1 配網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)

配網(wǎng)主站系統(tǒng)具有非常重要的地位，在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中發(fā)揮核心的功能。其體系結(jié)構(gòu)主要分為硬件體系結(jié)構(gòu)和軟件體系結(jié)構(gòu)。硬件體系結(jié)構(gòu)包括SCADA 系統(tǒng)、配電工作管理系統(tǒng)、用電管理系統(tǒng)以及支撐保障硬件系統(tǒng)等，其中各個部分通過主干網(wǎng)絡(luò)以及局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)交換、通信傳輸和系統(tǒng)維護(hù)等功能。由于主站的數(shù)據(jù)處理量大，實時性要求比較高，所以主站系統(tǒng)必須有非常高的硬件質(zhì)量來完成巨大的數(shù)據(jù)交換和存儲任務(wù)，通常采用高速三層交換機(jī)、具有較快數(shù)據(jù)傳輸接口的交換機(jī)以及計算性能超強(qiáng)的計算機(jī)等。同時，在硬件設(shè)備的選型方面，為了充分滿足配網(wǎng)自動化的擴(kuò)展性要求，SCADA 服務(wù)器一般采用小型機(jī)并通過傳輸速度較快的光纖網(wǎng)絡(luò)或千兆以太網(wǎng)連接雙網(wǎng)和雙機(jī)處理架構(gòu)，提升系統(tǒng)的綜合監(jiān)控能力。

主站系統(tǒng)的軟件配置方案主要有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)任務(wù)監(jiān)控和管理系統(tǒng)、GIS 應(yīng)用平臺以及圖像界面管理系統(tǒng)、DAMMI框架和支撐平臺等。主要完成實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)任務(wù)監(jiān)控和管理、地理信息系統(tǒng)顯示和報表處理、配電管理、用電管理以及其他高級應(yīng)用等。

2.2 配網(wǎng)自動化變電站分站系統(tǒng)

變電站分站系統(tǒng)主要完成的功能是局部狀態(tài)監(jiān)控、分站數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、主站通訊、故障定位和恢復(fù)等。其硬件配置的關(guān)鍵為連接智能多串口卡的工控CPU 主板。利用ODT2200自愈式光端機(jī)可將分站和光纖通道端點進(jìn)行連接。同時分站系統(tǒng)必須采用RS－232以及RJ－45網(wǎng)絡(luò)接口和主站完成監(jiān)控數(shù)據(jù)的實時通訊，完成局部狀態(tài)監(jiān)控的功能和任務(wù)。在對變電站分站系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計時有必要強(qiáng)調(diào)配網(wǎng)輸電能力和輸電質(zhì)量的根本需求，分站自動化建設(shè)和改造必須在滿足電網(wǎng)基本需求的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

2.3 饋線自動化和通訊系統(tǒng)

饋線自動化也叫配電線路自動化，通過饋線自動化過程能夠完成故障定位和故障隔離、配電線路的電壓和電流實時監(jiān)控等功能，在系統(tǒng)正常供電和出現(xiàn)故障時都能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)控、提升供電質(zhì)量的目標(biāo)。當(dāng)前采用比較多的饋線自動化方式主要是基于FTU 的饋線自動化系統(tǒng)，和基于通信網(wǎng)絡(luò)的饋線自動化相比具有運(yùn)行方式優(yōu)化、信息化程度高、自動化更強(qiáng)等優(yōu)點。FTU為饋線自動化的核心設(shè)備，主要通過對電壓、電流、儲能信息等進(jìn)行實時采集的功能實現(xiàn)信息傳輸和狀態(tài)監(jiān)控任務(wù)，通過配電自動化用電控制系統(tǒng)可對FTU 的傳輸信息進(jìn)行動態(tài)實時處理，確定系統(tǒng)的供電狀態(tài)以及線路發(fā)生故障的位置。其中FTU 又包括柱上FTU、環(huán)網(wǎng)柜FTU 以及DTU 等類型。通訊系統(tǒng)或者說是通信系統(tǒng)將主站、子站、功能單元等以物理方式進(jìn)行連接，相對完整的配電自動化通信方案包括主站和變電站分站之間的通訊連接、變電站分站和現(xiàn)場功能單元之間的通訊連接。由于和實際的系統(tǒng)規(guī)模大小、地域情況以及局部配網(wǎng)自動化建設(shè)的技術(shù)水平有非常大的關(guān)系，因此通訊系統(tǒng)的建設(shè)有非常大的靈活性，且難度較高。目前采用較多的有光纖、有線電纜等方式。一般來說，對于通信傳輸要求比較高的干線多采用光纖傳輸方式，而對于通信要求較低的支線主要采用電纜傳輸方式。采用光纖傳輸通信時，主站需要配有專用接口的光端機(jī)。

3 配網(wǎng)自動化的實施以及關(guān)鍵問題

實施配網(wǎng)自動化改造和建設(shè)能夠產(chǎn)生非常明顯的經(jīng)濟(jì)效益、管理效益和社會效益，為了完成這些效益目標(biāo)，我們需要對配網(wǎng)自動化實施過程中的關(guān)鍵問題進(jìn)行分析。第一，在《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》公布實施以后，在配網(wǎng)自動化的建設(shè)和改造中，要突出安全認(rèn)證和訪問控制等安全防護(hù)措施，包括縱向的安全防護(hù)以及橫向的安全防護(hù)等。第二，系統(tǒng)改造建設(shè)項目要與實際的技術(shù)要求相對應(yīng)，尤其是考慮到實際設(shè)備在戶外運(yùn)行時要保證一系列的安全技術(shù)指標(biāo)，如抗風(fēng)化、濕度指標(biāo)等，以此加強(qiáng)安全設(shè)計中硬件方案的合理性。第三，在系統(tǒng)性建設(shè)方面，要加強(qiáng)整體的設(shè)計和規(guī)劃，避免出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、硬件兼容性差、資源共享程度低等問題。第四，在技術(shù)層面上，要綜合考慮各種建設(shè)方案的優(yōu)缺點。如在優(yōu)化饋線自動化時要綜合考慮分布智能模式、重合器模式等不同模式的優(yōu)缺點，合理選擇與使用。

4 結(jié)語

從配電自動化體系結(jié)構(gòu)中我們可以看出配電自動化建設(shè)是一項綜合性、技術(shù)性、系統(tǒng)性和復(fù)雜性兼具的整體工程，涉及諸多電路設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)以及配網(wǎng)架構(gòu)等技術(shù)性問題。所以在實際的方案設(shè)計中必須符合統(tǒng)一規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，必須和實際的環(huán)境條件和功能目標(biāo)相一致，以提升配網(wǎng)自動化系統(tǒng)設(shè)計的合理性和規(guī)范性。

［1］張旻竹.豐臺配網(wǎng)自動化規(guī)劃和科技園區(qū)方案設(shè)計［D］.北京：華北電力大學(xué)，2010.

［2］薛寶弟.陜西：加強(qiáng)配網(wǎng)建設(shè) 提高供電可靠性［J］.中國電力企業(yè)管理，2014（10）：8－9.

［3］李秀峰，布和，張有亮，等.包頭地區(qū)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用分析［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2014（21）：120－121，123.