配電自動(dòng)化終端標(biāo)準(zhǔn)化即插即維護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用

劉亞 聞韜

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的約束下開發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)配置工具軟件。通過(guò)即插即用技術(shù)，連接維護(hù)終端即完成配置信息注冊(cè)、自動(dòng)匹配，實(shí)現(xiàn)不同廠家、不同類型配電終端現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一維護(hù)。

關(guān)鍵詞：配電自動(dòng)化;終端標(biāo)準(zhǔn)化;即插即維護(hù)技術(shù)

引言

配電自動(dòng)化終端是建設(shè)智能配電網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化的重要組成部分，是安裝于配電網(wǎng)的各種遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)、控制單元的總稱。其主要用于對(duì)配電線路和配電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視及控制，實(shí)現(xiàn)配電線路的故障檢測(cè)和定位，為配電自動(dòng)化系統(tǒng)的故障隔離和非故障區(qū)域的恢復(fù)供電提供依據(jù)。近年來(lái)，隨著智能配電網(wǎng)的井噴式發(fā)展，也帶來(lái)了許多問(wèn)題，其中配電自動(dòng)化終端的結(jié)構(gòu)形式多樣、互換性差、可靠性低、維護(hù)工程量大等問(wèn)題尤為突出。為此，國(guó)內(nèi)很多廠家都提出了標(biāo)準(zhǔn)化配電自動(dòng)化終端的概念，但這些終端因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)、接口、規(guī)約類型等因素影響都無(wú)法達(dá)到配電自動(dòng)化終端的標(biāo)準(zhǔn)化要求。

1技術(shù)現(xiàn)狀

近年來(lái)智能配電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的概念不斷升溫，許多與智能配電網(wǎng)相融合的新技術(shù)也不斷被提出，其中包括面向智能配電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的問(wèn)世等。智能配電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的融合作為一種具有極高戰(zhàn)略意義的新型產(chǎn)業(yè)技術(shù)被世界各國(guó)高度重視，我國(guó)也將物聯(lián)網(wǎng)、智能配電網(wǎng)列為國(guó)家戰(zhàn)略，并全面部署了眾多重大科技項(xiàng)目、示范工程的建設(shè)。智能配電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)首要解決問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)，這是配電網(wǎng)智能化的關(guān)鍵一步。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)智能配電設(shè)備的特征量監(jiān)測(cè)，并利用一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障分析系統(tǒng)預(yù)先判定一次設(shè)備的故障征兆，然后由人工根據(jù)診斷結(jié)果制定檢修計(jì)劃，以便在設(shè)備發(fā)生故障前就能及時(shí)排除隱患，提高設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)施，為后期變電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)改造及狀態(tài)檢修的全面開展積累經(jīng)驗(yàn)，再逐步探索先進(jìn)的狀態(tài)檢修管理模式，并通過(guò)管理模式的不斷完善最終建立科學(xué)的狀態(tài)檢修管理體系。

2配電自動(dòng)化終端標(biāo)準(zhǔn)化即插即維護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用

2.1數(shù)據(jù)處理器模塊硬件架構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)化的配電自動(dòng)化終端宜具備至少10條線路的監(jiān)測(cè)能力。其模擬量輸入通道不小于40路，數(shù)字量輸入通道不小于64路，數(shù)字量輸出通道不小于20路。為實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化終端集中式的采樣及數(shù)據(jù)處理要求，數(shù)據(jù)處理器DSP宜選用高頻CPU，其主頻不應(yīng)低于200MHz。為實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化終端的可擴(kuò)展要求，宜采用模塊化的設(shè)計(jì)方案。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)已有學(xué)者提出了模塊化的配電自動(dòng)化終端設(shè)計(jì)方案：主控板和各功能板都帶有CPU，各板卡獨(dú)立實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、測(cè)量及控制功能。但是該設(shè)計(jì)方案增加了各板卡間的通信環(huán)節(jié)，相應(yīng)也會(huì)增加數(shù)據(jù)交互出錯(cuò)的概率，同時(shí)也會(huì)大大增加生產(chǎn)成本。各功能板件之間互相獨(dú)立，且與數(shù)據(jù)處理器模塊之間采用數(shù)據(jù)總線接口，確保配電自動(dòng)化終端數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求。該方案功能及容量擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性高、易維護(hù)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體需求進(jìn)行功能容量配置，大大降低了配電自動(dòng)化終端的生產(chǎn)成本。

2.2采用IEC-101/104協(xié)議方案

IEC-101/104協(xié)議作為電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議在我國(guó)應(yīng)用多年，目前掛網(wǎng)運(yùn)行的配電自動(dòng)化終端基本上采用電力101、104協(xié)議與配電主站進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互，相對(duì)而言標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用成熟，標(biāo)準(zhǔn)化程度高。采用該協(xié)議實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化即插即維護(hù)功能，在網(wǎng)運(yùn)行的自動(dòng)化終端都支持現(xiàn)有國(guó)家電網(wǎng)成熟的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議及其它實(shí)施細(xì)則，配電終端升級(jí)或改造難度小，開發(fā)工作量小，成本低，阻力小，比較容易實(shí)現(xiàn)。國(guó)家電網(wǎng)發(fā)布了最新的101/104協(xié)議實(shí)施細(xì)則，已對(duì)配電終端參數(shù)及定值有規(guī)范化的定義，主要適用現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)使用的需求，但各終端廠家仍然有部分自定義的參數(shù)不是標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)表中，可以說(shuō)這為標(biāo)準(zhǔn)化維護(hù)走出了一大步。目前一般的維護(hù)工具對(duì)基本的遙信、遙測(cè)采集及遙控操作都不存在問(wèn)題，配電終端標(biāo)準(zhǔn)化即插即維護(hù)工具軟件，可選擇101、104協(xié)議作為標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，只要添加合理的配置信息交互方式實(shí)現(xiàn)配電終端維護(hù)過(guò)程中的注冊(cè)、信息自動(dòng)匹配功能即可。由于61850標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)比較復(fù)雜，在配電領(lǐng)域試點(diǎn)多年一直沒(méi)有得到有效推廣。61850配置工具操作更為繁瑣，相比采用61850標(biāo)準(zhǔn)文件，標(biāo)準(zhǔn)化101/104協(xié)議定義的配置數(shù)據(jù)xml文件模型相對(duì)較為簡(jiǎn)單，比較容易實(shí)現(xiàn)及推廣。支持配置信息注冊(cè)、自動(dòng)匹配功能的標(biāo)準(zhǔn)化101/104協(xié)議+xml文件與目前物聯(lián)網(wǎng)采用的MQTT協(xié)議+profile的組合有異曲同工之處，不但可支持現(xiàn)有的主站系統(tǒng)且很容易升級(jí)，只需增加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換模塊，將現(xiàn)在的101/104協(xié)議轉(zhuǎn)成MQTT通信，將有的XML配置文件轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)的Profile文件，即可支持后續(xù)配電物聯(lián)網(wǎng)接入改造。該方案不但可降低成本，還可分階段實(shí)施滿足不同地區(qū)需求。

2.3配電自動(dòng)化終端的標(biāo)準(zhǔn)化模型

傳統(tǒng)的配電自動(dòng)化通信協(xié)議IEC60870-5-101/104沒(méi)有模型的概念，所有信息與規(guī)約以報(bào)文組織方式對(duì)應(yīng)，其通用性及自定義性差，不利于配電自動(dòng)化的發(fā)展。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在配電自動(dòng)化終端中的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)研究。配電自動(dòng)化終端的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)化建模，但并未提及如何進(jìn)行分布式FA功能的建模;分布式FA的IEC61850模型，但其以通過(guò)擴(kuò)展邏輯節(jié)點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)。按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的建模特點(diǎn)，將配電自動(dòng)化終端模型分為4個(gè)邏輯設(shè)備：測(cè)控邏輯設(shè)備LD1、保護(hù)邏輯設(shè)備LD2、分布式FA邏輯設(shè)備LD3、輔助邏輯設(shè)備LD4。每個(gè)邏輯設(shè)備均包含邏輯節(jié)點(diǎn)物理裝置LPHD和邏輯節(jié)點(diǎn)裝置LLN0。LD1主要完成配電自動(dòng)化系統(tǒng)的遙測(cè)、遙控及遙信功能;LD2主要完成配電自動(dòng)化的故障檢測(cè)和保護(hù)功能;LD3主要完成配電自動(dòng)化的故障檢測(cè)及故障隔離功能;LD4包括人機(jī)界面、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、后備電源管理、后備電源充電管理等邏輯節(jié)點(diǎn)，主要完成本地的定值管理、數(shù)據(jù)及文件存儲(chǔ)、后備電源管理等功能。LD1、LD2、LD3及LD4的邏輯節(jié)點(diǎn)均來(lái)自IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，其中LD3中的GAPC是通用自動(dòng)過(guò)程控制，用來(lái)對(duì)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)未定義的分布式FA邏輯功能進(jìn)行建模。

2.4系統(tǒng)管理

主要是軟件使用后的安全退出操作，為以后的系統(tǒng)管理擴(kuò)展預(yù)留;終端管理：主要對(duì)所測(cè)試的FDR、RTU類型的終端進(jìn)行管理，自動(dòng)讀取或設(shè)置各終端的相關(guān)維護(hù)配置數(shù)據(jù)信息。維護(hù)軟件與終端通訊聯(lián)接后對(duì)終端配置參數(shù)驗(yàn)證，首先讀取終端基本信息，在完全合的情況下不用進(jìn)行其它信息的召喚，在終端配置信息沒(méi)有的時(shí)候進(jìn)行配置信息初始化召喚;通訊及管理：配電終端通用維護(hù)軟件具有能與遠(yuǎn)方遙控終端單元通訊的功能，采用電力系統(tǒng)101/104通訊規(guī)約，能與多個(gè)監(jiān)控終端站點(diǎn)同時(shí)通訊。由于與多終端通訊，需對(duì)各通訊站點(diǎn)的設(shè)置進(jìn)行管理以保證各站點(diǎn)正常通訊;終端參數(shù)設(shè)置：配電終端通用維護(hù)軟件具有對(duì)一體化遙控終端單元的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的功能，在系統(tǒng)需要的情況下對(duì)DTU、FDR的參數(shù)進(jìn)行修改，保證終端正常運(yùn)行。

結(jié)語(yǔ)

隨著配電網(wǎng)不斷建設(shè)，配電自動(dòng)化終端由于類型數(shù)量眾多、分布范圍廣泛，終端通信規(guī)約版本眾多、兼容性差、運(yùn)維工作繁雜等問(wèn)題漸漸凸顯出來(lái)。在配電自動(dòng)化主站建立了一次設(shè)備、二次終端設(shè)備、遙信遙測(cè)及保護(hù)信息間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，較好地滿足了現(xiàn)有系統(tǒng)環(huán)境下大規(guī)模配電終端建設(shè)接入需求。未來(lái)新建或改造的配電自動(dòng)化主站可以通過(guò)建立“主站-終端”的模型映射，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)基于IEC61850的終端接入，從而進(jìn)一步提升配電自動(dòng)化系統(tǒng)終端信息電表的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理水平。

參考文獻(xiàn)

[1]林功平，徐石明，羅建波.配電自動(dòng)化終端技術(shù)分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27（12）：59-62.

[2]朱姝，黃偉，朱維成.新型配電終端結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)傳輸[J].江蘇電機(jī)工程，2011，30（6）：34-37.

[3]陳愛(ài)明，張文斌，付永長(zhǎng).一體化智能配電終端研制[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2013，32（20）：63-65.