市配网自动化技术分析论文
时间：2022-06-21 10:47:00
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摘要：目前正在进行的城市电网改造和农村电网改造，对提高城市配网自动化技术与可靠性水平提供了良好的机遇。文章针对目前城市电网现状并结合城市电网建设规划，提出了建设适应现代化需求的城区配网自动化系统的解决方案。
关键词：电网改造配网自动化技术供电可靠性
0引言
随着电力事业的迅速发展，用户对供电质量和供电可靠性的要求越来越高。城市电网改造对提高城市配网自动化技术与可靠性提出了亟待解决而且必须解决好的课题。目前，全国电网主要以500kV和220kV电网为主网架，有的已形成环网和双环网运行，110kV电网作为地区供电的高压配电网，已全部开环运行。从目前情况来看，现有网架结构对于大部分地区的供电能力不能满足N-1的要求。城市电网改造将给配网自动化技术与可靠性水平带来前所未有的发展机遇，城市电网应在未来的几年内加速网架结构建设和城区配网自动化系统建设，提高供电质量和供电可靠性，以满足现代化建设的供电需求。
1城市配网自动化系统结构
由于现有配网自动化系统平台不统一，功能单一，各系统间很难实现互联和信息共享，造成重复建设、信息资源浪费，这些现状都极大的限制了电力系统的发展。为此，需要推出一种全新的一体化的配网自动化系统体系结构——就是把数据采集与监控系统（SCADA）、配电管理系统（DMS）、地理信息系统（GIS）、管理信息系统（MIS）、高级应用软件包（PAS）以及变电站综合自动化、馈线自动化、通信系统集成为一个体系结构良好、平台统一、信息共享、高效灵活的信息系统(见图1)。
图1城市配网自动化系统典型结构图
2城市配网自动化系统设计原则
（1）城市配网自动化系统遵循以下各项开放式国际标准(包括硬件平台标准，软件平台标准，通信协议标准，数据库标准以及应用程序接口标准等):①操作系统接口符合IEEE、POSIX及OSI国际标准；②数据库接口符合SQL结构化查询语言标准；③人机界面符合Motif，Windows标准；④计算机通信协议：TCP/IP，X.25。
（2）系统的可扩展性。主站系统的规模、容量、处理速度、CPU负荷应有充足的裕度。
（3）系统实时性。满足电力系统实时性的要求。
（4）可维护性。可维护性良好，提高了系统可利用率。
3配电管理主站系统（DMS）
3.1配电自动化系统技术特点
一体化的配网自动化系统是一套包括数据SCADA、GIS、PAS在内的完整配电系统解决方案，是一个实时监控和离线管理相结合的系统，将电网设备数据和用户数据、实时数据和历史数据、电网接线图形和地理图形、图形与数据结合在一起，具有很高的安全性和集成度。系统具备软硬件隔离的功能，而且系统软件的运行跟网络硬件设备类型无关，能适应包括光纤、配电线载波、无线通信等多种通信方式或组成广域网的方式。在开放式支撑平台的基础上，系统具有开放性、可靠性和易用性。
3.1.1SCADA/GIS的一体化设计
城市配网自动化系统在设计阶段应充分贯彻SCADA/GIS一体化设计的思想，主要体现在2个方面：一是数据建设、处理的一体化，二是应用的一体化。特别是实时GIS应用与SCADA/DMS的紧密结合，真正做到实时应用。配电自动化系统底层数据建设的一体化，使得SCADA系统和GIS系统共享同一套数据，采用同一个底层数据库，无需再做额外的数据转换工作，保持SCADA系统和GIS系统数据的一致性，用户在任一平台上所作的编辑修改工作都可以自动表现在另一平台中，减少用户维护难度[1]。
3.1.2UNIX/NT跨平台的完整系统
城市配网自动化系统应是UNIX/NT跨平台的完整系统，根据用户需求，可以在全Unix环境、全WindowsNT环境、UNIX＋WindowsNT混合环境中完成基本相同的功能。
Unix系统具有较高的安全性和稳定性，但造价昂贵，不适宜大范围配置，同时对人员的要求较高，培训难，推广不易，特别是在配电系统、用电系统等涉及部门、工作较多时较难实用化。而NT系统安全性也符合美国国家安全规定，尽管稳定性等方面稍弱，但造价合理，适宜于大范围使用，电力系统应用既要保证高度安全和可靠，又要能在各部门和科室中推广实用。在对造价和人员培训等方面作了充分考虑后，我们优推荐使用UNIX＋NT跨平台的方案，服务器端在UNIX系统上实现实时数据库和网络管理功能，NT系统作为客户端的平台，既有好的性价比，人机交互更是友好，这样能较好地解决安全、稳定、实用等方面的问题。
3.1.3针对实际的配网电力高级应用软件
一体化配网自动化系统中的电力高级应用软件（PAS）是调度人员和规划人员对电力系统进行仿真分析和监视控制的强大工具，在监视电网运行状态、优化全网经济运行方式、分析电网安全性和降低或消除电网中不安全因素等方面都起着不可替代的作用。
与高压输电网相比，配电网一般是辐射型树状结构，环网少或没有，支路参数R、X的比值较大，三相负荷不对称问题比较突出。许多在输电网络上使用的经典算法都不再适用。
配电网故障检测、隔离与恢复系统是配电管理系统中新增的重要功能模块，能够直接反映配网系统的自动化水平。故障检测、隔离与恢复模块应具有以下特点：
（1）适用于各种网络，对各种供电方式都能够进行准确的分析计算，迅速恢复供电；
（2）先进智能软件完成系统全局性的分析判断，考虑系统的实际负荷和网络约束，对恢复方案进行相应的潮流校核，真实反映系统实际运行情况，确保系统安全；
（3）软件的智能判断，对故障区段一次性定位、隔离，减少了断路器的分合次数，避免了短路电流对设备和电网的多次冲击，可延长设备的使用寿命；
（4）人工智能与数值计算相结合，多种恢复方案搜索，在各种情况下都能够给出相应的应对策略；
（5）多目标模糊评价方法，恢复方案依评价结果进行排序，可供调度员进行参考，确保得到优选的恢复方案；
（6）能直接在单线图上模拟故障隔离与恢复方案的全过程，能直接执行相应遥控命令。
3.1.4适合电力系统特点的地理信息系统（GIS）
地理信息系统是处理空间数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机信息系统，是近年发展起来的一门边缘科学。GIS系统的引入为电力系统应用提供了全新的表达方式，更具现实性，更直观易用，并对现有应用进一步扩展，使其具备空间管理、运算能力，实现更高一级的管理。
一体化配网自动化系统在总体设计及实现过程中一直注意充分考虑GIS的最新技术及其发展方向，结合IT技术的主流趋势，注重电力系统GIS应用的特性，强调电力GIS建设不同于地理意义的GIS系统，应突出电力系统应用的特色，与电力系统的其他应用如SCADA、DMS等应能紧密结合，充分考虑数据共享、系统集成等关系，避免不必要的数据重复建设、接口不标准等潜在问题和安全隐患，这样才能突出电力系统特别是配电系统建设GIS的优点和特色。
系统采用3层体系结构，C/S+B/S模式，提供Unix/NT跨平台支持，推荐服务器为Unix，工作站应用以NT为主。
采用Client/Server＋Browser/Server体系结构。C/S模式提供常规的客户/服务器应用，实现丰富而功能强大的客户软件，而B/S模式提供瘦客户端应用，实现统一浏览器风格的应用，可满足大量的查询分析、统计打印等功能，二者相结合则相得益彰，相互补充，具有较多的优点。GIS系统配置图见图2。
图2GIS系统配置
4配电自动化远方终端
城市配网自动化的内容是对城域所辖的全部柱上开关、开闭所、配电变压器进行监控，既要实现FTU的三遥功能，又要实现对故障的识别和控制功能，从而配合配网自动化主站实现城区配网运行中的工况监测、网络重构、优化运行以及配网故障时的故障隔离和非故障区域的恢复供电。配网自动化包括变电站自动化、馈线自动化（环网故障定位、故障隔离和自动恢复供电、自动抄表、负荷侧控制、最优运行、无功／电压控制）、配电图资系统、配电管理信息系统等。国际上的配网自动化正经历2个深刻的转变，一是由多岛自动化向开放式、综合集成的方向发展；二是电力市场的兴起与实施，对从电能表计到配电管理软件都提出了新的要求。为了适应国际配网自动化由多岛自动化向开放式、综合集成的方向发展的趋势，满足目前国内配网自动化工程的具体实际情况，北京四方华能电网控制系统公司推出了一体化设计的配网自动化远方终端CSF106，他是按同时面向变电站（开闭所）间隔与配网自动化馈线而设计的一体化现场终端，具有保护、测量、控制以及对馈电线路FTU的通信管理功能，适用于对变电站(开闭所)10kV馈出断路器在配网自动化系统中的管理。
5国内外配电开关比较
5.1国内一体化配电智能开关
当前，智能开关的技术发展趋势正从技术的层面引领着整个终端电器的革新与进步，提出了“电器智能化”的发展方向。所谓“电器智能化”是指将微处理器技术、电力电子技术、传感器技术、网络技术、通信技术和新型开关制造技术在传统电器装置上进行有机融合，使其具备智能化核心。相对于传统开关其应具备如下特点：①高性能、高可靠性；②免维护；③硬件软件化；④具备在线监测和自诊断功能；⑤提供网络化远动接口；⑥功能自适应等。
从目前的开发和市场形势看，智能开关的中压智能断路器(10kV)的技术发展主要体现在对传统设备进行为动态在线监测提供远动接口的改造上。这种改造发展潜力巨大，而传统的、功能单一的一次配电开关设备将逐步被淘汰。因此，从配电系统的全局着眼，开发基于节点（终端）的智能一体化开关已势在必行。
5.2国外配电开关(英国)
Hawkvac15系列铁壳开关在外观设计上紧凑而实用，同时为操作者提供了最高级别的安全保障。这种产品遵循IEC60298标准。
非常适用于对供电可靠性要求较高的配电网络，包括商业和工业密集地区。
DV型铁壳真空开关主要是为满足发电机和重要的工业领域对供电安全性的严格要求而设计的。在外观设计上采用金属外壳，安装方便灵活。目前，在世界各地得到广泛的应用，包括电力、石油、化工行业。
DV型开关全面遵循ANSI/IEEEC37.013标准。Eclipse（屏蔽式）型开关是采用励磁技术产品中的一种，这种固定模式设计的Eclipse开关引入真空断路器的操作机构，并且这种技术是当今世界上出现的最先进的操作机构，且可靠性高，终生免维护，完全可以满足北京2008年奥运会对供电可靠性的需求。
6配电网通信网络的构成
6.1光纤以太网在配网自动化中的应用
光纤以太网配电自动化实现方案：
(1)主站与子站之间采用单模光纤，以光纤以太网方式相连，通信速率100M，需光纤转换模块2对（2个子站）。
(2)子站与干线上环网柜、开闭所、FTU之间采用光纤，采用通信处理机和网络交换机，通过网络交换机与主干线FTU采用光纤通信，其中FTU内要加装智能光纤接口；通过通信处理机完成变电站RTU接入，GPS接入，当地维护或远传、电子设备接入等功能。
(3)干线TTU，支线FTU、TTU，通过双绞线就近连到干线的FTU，采用LonWorks现场总线协议，由FTU集中转发信息。图3是光纤以太网配网系统通信示意图：
图3光纤以太网配网系统通信示意图
图4光纤环网配网系统通信示意图
6.2光纤环网在配网自动化中的应用
光纤环网配电自动化实现方案：
(1)主站与子站之间采用单模光纤，以光纤以太网方式相连，通信速率100M，需光纤转换模块2对（2个子站）。
(2)子站与干线上环网柜、开闭所、FTU之间采用单模光纤，通过光纤双环相连（采用单模双发双收的光MODEM）实现带自愈的双环通信。
(3)干线TTU，支线FTU、TTU，通过双绞线就近连到干线的FTU，采用LonWorks现场总线协议，由FTU集中转发信息。图4是光纤环网配网系统通信示意图：
7结束语
城市电网应在未来的几年内加速网架结构建设和城区配网自动化系统建设，提高供电质量和供电可靠性，以满足现代化建设的供电需求。配网自动化是建立在信息化的基础上，将配电系统在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行状态和事故状态下的监测、保护、控制以及用电管理和配电管理的自动化，最终实现以大幅度提高供电可靠性、改善电能质量为目标的对配电系统在线的、准实时的闭环控制。因此，我们应该及早规划建设适应现代化需求的城区配网自动化系统。
8参考文献
[1]王明俊,于尔铿.配电系统自动化及其发展.北京:中国电力出版社，1998.
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