配网自动化技术分析
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作者: 王德荣
摘 要：本文讨论了目前城市配网自动化建设过程中所遇到的关于系统功能及架构、通讯方式的选择以及故障的定位、隔离、恢复等相关方面所遇到的问题，提出了自己相对应的见解。
关键词：配电自动化系统; SCADA； FTU； GPRS
中图分类号：TM76 文献标识码：A
众所周知，我国配电网一个显著特点，就是中性点不接地，设备的自动化水平不高，使得我们在配网自动化建设中面临这样或者那样的难题，其中的一个首要问题就是：配电系统自动化如何从传统的“多岛自动化”走向系统集成，如何使这些系统能真正在城市配电网中发挥相应的作用。
1、系统功能及架构方面
1.1SCADA/DMS平台
SCADA/DMS平台是配电系统综合自动化的核心和基础，它除了完成SCADA/DMS功能外，还承担整个系统的纵向(实时层)和横向(管理层)的集成任务。
SCADA中除传统的功能外，还增加了一些扩展的SCADA功能，如保护的远方监视、投切和定值修改，故障录波数据的收集等。当然，如果配网的规模较小，由变电站负责的环网控制，也可改由主站的SCADA/DMS平台来完成。
DMS应用软件方面，除传统的网络拓扑跟踪着色、负荷预报、配电潮流、短路分析、网络重构、故障恢复控制、操作票、投诉热线处理等外，还把负荷计费管理、电力市场等应用包括了进来，统一优化管理，授权分工使用。
1.2主站、子站方式的比较
面对越来越多的应用，配网自动化系统本身的实时性要求就较高，传输信息量较大，通信网络结构复杂，如果我们采用无子站方式，所有功能由主站负责，大量的信息需要主站处理、分析判断，主站的负担很重，对整个系统的实时性有较大影响，配电网自动化系统的作用就不能充分发挥出来，一旦主站系统出现故障，将影响整个配网自动化系统的正常运行，更重要的是，在国家电网公司大力提倡“优质服务”的今天，任何一个由城市配网自动化系统导致的影响城市居民生产生活的事件，都有可能将我们推到舆论的风口浪尖。在这种情况下，我们只有让子站分担一部分主站的功能，减轻主站的工作量，而主站对各子站不能单独处理的工作进行总协调。
子站主要负责的功能有: ①可以自主检测、隔离故障和恢复正常区域的供电。这比通过主站来处理要快捷，而且这种分布式的处理模式比集中到主站处理的模式大大提高了可靠性；②子站还承担对本变电站与馈线上各类终端的通信管理，从而减轻了主站通信管理和信道的负担。由于在变电站设置了子站，它和变电站的调度终端RTU可以合并或联网，变电站到主站的信道也可合二为一，这样配电自动化系统就与调度自动化系统集成在一起了。
面对日益增长的用电量，一座又一座变电站崛地而起，这同时也意味着越来越多的子站将通过多重通讯方式接入到我们的主站系统中来，因此，配网自动化系统通信设计、建设的成败将直接影响日后配网自动化系统的运行质量。
2、通讯方式的选择（主站/子站、子站/终端、TTU和集抄，GPRS）
一般来说，配网自动化系统的网络结构主要分为主站、子站、终端设备3层。
2.1主站与子站之间
在主站与子站之间，由于信息量大，要求高速可靠的通信通道，节点及其功能的增长日渐加快，庆幸的是，现在类似SDH的通讯产品已不再高不可攀，更重要的是，由于SDH的模块化设计，日后诸多功能的增加，想加什么就只要购买相应模块或板件即可，这不仅仅节约了一大笔费用（电源、柜体、人工等）；更重要的是，SDH的多向通讯方式，可以在子站与子站之间，主站与子站之间形成多向多个环网，在某一方向出现问题的时候，通过简单的调纤就能及时解决，这就像我们电网中的备自投一样能有效保障配网自动化系统的可靠性。
2.2 子站与终端之间
该层的通讯特点为数据量小、可靠性高、通讯距离远。光纤通讯网络相对于有线及无线而言，投资要高一些，但光纤通讯可靠性高，技术成熟，而且目前光缆及光纤收发器的价格也能接受。光纤网络采用双环自愈环网。 子站与FTU之间形成的通信网络，各个通信节点的距离较短，很少超过3公里，多模光缆传输距离在5公里以内，完全能够满足要求。具体做法是: 利用光缆的4芯构成内外2个环，方向相反，在子站放置一个光纤收发器，子站也是环网上的一个节点。子站光纤收发器与串口通信服务器相连，再将通信服务器连接至交换机上。
2.3 TTU和集抄的数据
TTU和集抄的数据实时性要求不高，可以利用屏蔽双绞线将TTU和集抄连接至附近的FTU。利用屏蔽双绞线连接TTU和集抄可以大大节省投资。从以往的工程经验来看，对于TTU与集抄的数据的处理，我们不应采用将配变仪和集抄的数据通过高压载波送到子站的方式，配电自动化系统的网络重构及线路故障时会对高压载波通讯造成影响，目前还没有很好的解决方法。
所以TTU和集抄的数据应通过FTU转发，FTU负责附近TTU和集抄的转发，范围为2公里。FTU不进行数据解包工作，仅作为数据传输的通道。这种方式避免TTU和集抄作为一个单独的系统，不需要建立另外的一套通讯网络，可以节约投资。另外，将TTU和集抄加入配电自动化系统，可以为配电自动化某些功能，如负荷预测等提供计算依据。同时，我们应当注意到TTU和集抄通过FTU转发，由于通信方式为Polling方式，当TTU和集抄数量多时，后台轮询一周的时间就较长，从而影响了系统收发数据的实时性。这时，如果要求实时性要求较高，集抄部分集中器与终端之间可以采用低压载波，有条件的可以采用有线方式。
2.4 GPRS通信方式
（1）通信的可靠性。
GPRS终端设备由通讯口、传输模块、一个短小的天线组成，工业级的站端设备完全能满足户外使用的要求。GPRS自2001年运行至今，运营商投入大量的人力、物力、财力进行运行维护，网络非常可靠。
（2）通信的实时性和双向性
GPRS网络接入速度快，支持中、高速率数据传输，可提供9.05―171.2kbit/s的数据传输速率（每用户），能在0.5 ―1秒之内恢复数据的重新传输。每个TDMA帧可分配1到8个无线接口时隙。时隙能为活动用户所共享，且向上链路和向下链路的分配是独立的。GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。
每个终端设备仅采集电压、电流、开关分合位置，主站仅发送遥信、遥测、遥控、遥调指令，每次数据传输量在10k之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40kbps左右，能满足数据传输速率（≥30kbps）的需求。并可根据系统的实际情况，通过GPRS运营商对APN专网内的TDMA帧多分配无线接口时隙，保证数据传输实时通畅。
目前，国内的配网自动化系统还没有采用GPRS通信方式，但是GPRS无线通信方式已在配电变压器综合测试系统、负控系统等系统中大量应用。随着现代无线通讯技术的发展，特别3G（第三代移动通信系统）网络的运行，无线通讯能够提供更高的通信质量和数据传输速率。无线通讯将在电力系统中得到更加广泛的应用。
当强健的通讯网建成后，我们的配网自动化系统如何在日常的运行中来发挥它的作用，如何对故障进行定位，并将故障点隔离，最终及时恢复供电呢？
3、故障的定位、隔离和恢复供电
和变电站综合自动化类似，带通信的环网故障识别和恢复控制系统，控制分段开关的开合，称为馈线终端装置FTU的控制器具有支持SCADA的功能。除了故障时依靠远动功能免除试投实现一次定位、隔离和自动恢复供电外，正常时还兼有收集环网节点电工信息、控制分布电容投切、以及合理选择开环点用以降低网损等功能。一般来说，故障的处理模式有两种：一种是就地控制的馈线自动化，主要是电压型就地隔离故障（重合器）和电流型就地故障隔离（断路器）；另一种是具有通信集中控制的配电自动化，主要是指配电主站参与的故障处理（普通负荷开关）。
根据配网拓朴结构、通信网络拓朴结构和系统的运行方式，决定配电主站和子站的故障诊断、隔离和供电恢复功能的合理分布运行。当运行方式发生变化时，主站根据系统运行方式对每个子站在线发布故障诊断、隔离的约束条件，即：在子站所辖区域内的某个馈线区段上，如果子站诊断出馈线发生故障，子站必须先检测出故障线路和故障区域，然后根据主站对子站的约束条件，决定是否对子站所辖区域的故障馈线进行故障隔离和局部负荷恢复，最后将故障信息上报主站，主站根据全网信息进行分析处理，确定故障定位和隔离方案后，下发给该子站和与之相关的其他子站，各子站去执行由主站确定的隔离方案。
此外，对故障区间的隔离与定位及电源侧非故障区间的供电恢复，DAS系统根据不同的终端类型采取不同的处理方法（分就地式与集中式两种），而负荷侧非故障区间的负荷转移、故障区间解除及恢复送电、原供电网络的恢复等操作，由配电主站系统智能生成最佳负荷转移决策的操作票，并自动进行负荷转移。
结束语
配网自动化系统的建设规模越来越大，采用传统的调度自动化系统的建设维护模式，基本无法保证系统的建设和维护。所以，我们认为要从三个方面指导配网自动化系统的建设：首先，配网自动化的建设首先要考虑实用性，重视使用和运行维护，不能只重视系统建设，但不重视系统的使用和运行维护。其次，设计规划层面要中长期规划和短期计划相结合，主站系统的建模要采用各部门统一建模，模型维护等由配网自动化项目管理组来统一实施，一定要有长期持续不断的建设和维护，不能有一劳永逸的思想。最重要的是，配网自动化建设要能够支撑OMS、95598和应急报修等要求，各应用子系统的集成，应以整体综合优化为基础，力求信息共享、功能互补，并随技术的进步而提高其集成度，满足为调度、集控和生产管理等使用的要求。
参考文献
[1]Luobin．A new merbad of noise sup―pression for on line monitoring partial
discharge in transformers[Z]．ISSH，1995
[2]王士政.电网调度自动化与配网自动化技术[M].北京：中国水利水电出版社， 2006-04.
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