基于IP 網(wǎng)絡(luò)的智能配電系統(tǒng)設(shè)計

邵軍

（江蘇廣播電視大學(xué)昆山學(xué)院，江蘇 昆山 215300）

在發(fā)電能力得到極大發(fā)展的今天，電力部門開始考慮如何將電能合理地進(jìn)行分配，如何提高電力用戶的用電質(zhì)量（包括電能的質(zhì)量和供電可靠性等）的問題，以減少電力用戶對電力部門的不滿，考慮提高配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性的問題，以避免、減少、迅速恢復(fù)配電網(wǎng)故障，減少負(fù)荷損失，其根本目的是在滿足社會生產(chǎn)和日常生活需要的前提下，提高電力企業(yè)的整體管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。

我國從上個世紀(jì)的80年代開始進(jìn)行配電網(wǎng)自動化的研究工作，從90年代中期開始在國內(nèi)的發(fā)達(dá)地區(qū)的城市中進(jìn)行了多個方面的配電網(wǎng)自動化的試點(diǎn)工作，包括負(fù)荷管理、區(qū)域配電自動化、配電網(wǎng)設(shè)備管理、客戶服務(wù)等。

在過去幾年的配電網(wǎng)自動化發(fā)展過程中，國內(nèi)眾多的設(shè)備、系統(tǒng)供應(yīng)商提供了多種自動化的系統(tǒng)，每種自動化系統(tǒng)也都有一定數(shù)量的用戶，取得了一定的成就，基本達(dá)到了相應(yīng)的目的，但也存在著幾個迫切需要解決的問題。其一是盲目拓展系統(tǒng)功能的問題。其二是盲目套用輸電網(wǎng)自動化的模式。其三是忽略不同配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)之間的聯(lián)系。

這些問題的存在，影響了配電網(wǎng)自動化的發(fā)展，為解決這些問題，需著重做好下面的工作。

1 面向供電企業(yè)整體，把握電力體制改革的最終目標(biāo)，充分考慮電力市場機(jī)制對供電企業(yè)提出的新的需求，研究在今后一階段配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)產(chǎn)品基本或核心需求的整體框架，重點(diǎn)是界定在配電網(wǎng)自動化中不同的功能或系統(tǒng)之間的劃分。

2 通過對配電網(wǎng)自動化中不同部分之間信息交流需求的分析，研究各個主要配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)對外部其他系統(tǒng)的界面，并對界面的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行研究和實(shí)施。目前在有關(guān)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（包括標(biāo)準(zhǔn)的草案）中，只提到系統(tǒng)應(yīng)具有與外界通信的能力，而沒有涉及界面本身。

3 配電網(wǎng)自動化的根本是對配電網(wǎng)建設(shè)及配電網(wǎng)運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)管，在配電網(wǎng)中的牽涉的設(shè)備、用戶、信息較多，在配電網(wǎng)自動化實(shí)施過程中往往采用分層實(shí)施的方法。分層是簡化問題、提高效率的重要方法，但配電網(wǎng)自動化中的分層與輸電網(wǎng)自動化中的分層有很大的不同，分層的目的不同，分層以后不同層次之間的交互的復(fù)雜程度也不同。故必須對配電網(wǎng)自動化中的分層策略、層次之間的交互機(jī)制、分層的效果等多方面的問題進(jìn)行研究，并具體研究實(shí)現(xiàn)的方法。

4 配電網(wǎng)自動化中，有相當(dāng)一部分自動化系統(tǒng)具有相同或相似的系統(tǒng)模式，如果為不同的應(yīng)用目的設(shè)計不同的產(chǎn)品，對用戶而言是增加了系統(tǒng)使用和維護(hù)的難度、成本，對系統(tǒng)供應(yīng)商而言是降低了提供多種系統(tǒng)產(chǎn)品的能力。故應(yīng)該針對SCADA 類型的系統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的深入解剖，并進(jìn)行一定程度上的歸納總結(jié)，研究一種方案，以期能達(dá)到在同一SCADA 平臺上實(shí)現(xiàn)多種SCADA 應(yīng)用的目的。

一般而言，配網(wǎng)管理系統(tǒng)應(yīng)包含如下主要功能：

配電自動化DA。實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)的運(yùn)行、監(jiān)控、故障診斷、故障隔離與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)決策。

圖紙管理AM/FM/GIS。配電圖紙管理系統(tǒng)是基于地理信息系統(tǒng)(GIS)的自動作圖(AM)和設(shè)備管理(FM)系統(tǒng)。它把標(biāo)明有各種電力設(shè)備和線路的街道地理位置作為配電網(wǎng)管理和維修電力設(shè)備以及尋找和排除設(shè)備故障的有力工具。

配電工作管理DWM。配網(wǎng)運(yùn)行工作、統(tǒng)計報表管理；配電設(shè)計、施工、檢修管理。

故障投訴管理TCM。投訴電話處理、故障定位與恢復(fù)供電。

需求側(cè)管理DSM。提供用戶負(fù)荷采集、統(tǒng)計、計量和控制等功能。

配網(wǎng)分析系統(tǒng)DAS。網(wǎng)絡(luò)建模與網(wǎng)絡(luò)拓樸、狀態(tài)估計、配網(wǎng)潮流、網(wǎng)損與壓降分析、短路電流、電壓/無功控制、負(fù)荷預(yù)測等；

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來說，配網(wǎng)管理系統(tǒng)從上到下分為：配網(wǎng)管理系統(tǒng)、配網(wǎng)控制中心（主站）、配網(wǎng)分（子）站、配電遠(yuǎn)方終端（FTU，TTU 等），各部分通過通信系統(tǒng)連成一個整體，是一個層次型分布式系統(tǒng)。如下圖所示：

配網(wǎng)管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)管理的功能：圖紙管理AM/FM/GIS，配電工作管理，故障投訴管理，需求側(cè)管理，以及配網(wǎng)分析系統(tǒng)。是整個系統(tǒng)功能的最終體現(xiàn)。

配網(wǎng)控制中心（主站）。接收配網(wǎng)子站所有信息，并對配網(wǎng)。

配電子（分）站。根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模決定是否設(shè)立配電子站。對于規(guī)模大的配網(wǎng)，配網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備點(diǎn)多面廣，不可能把所有的站端監(jiān)控設(shè)備直接連到配電主站上，必須將信息分層分析、處理，才能提高效率和響應(yīng)速度，因此必須增設(shè)中間一級，稱為配電子站。配電子站系統(tǒng)位于配電主站與配電終端層之間，置于變電站、開閉所內(nèi)，具有對變電站、開閉所所轄饋電線路配電自動化管理功能，收集所管轄的終端信息并分析處理后送入配電主站，實(shí)現(xiàn)配電主站與終端之間的數(shù)據(jù)傳輸和交換，此外還具有所轄區(qū)域內(nèi)故障診斷、隔離、恢復(fù)的功能。

配電子站要求可以與配電中心主站、所轄區(qū)域內(nèi)FTU、開關(guān)站和環(huán)網(wǎng)柜FTU、配變TTU及其它智能設(shè)備通信，實(shí)現(xiàn)四遙數(shù)據(jù)的收集轉(zhuǎn)發(fā)、規(guī)約的轉(zhuǎn)換、完成所轄區(qū)域故障識別、故障隔離和恢復(fù)供電功能。

配網(wǎng)遠(yuǎn)方終端。配網(wǎng)終端除了完成采樣數(shù)據(jù)上傳及下達(dá)命令外，還具有統(tǒng)計、分析、自動控制、保護(hù)等功能。在精度、抗干擾、高低溫特性等關(guān)鍵性能均需達(dá)到國家規(guī)定的指標(biāo)。由于配網(wǎng)終端數(shù)量眾多，因此終端產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性、以及是否具有遠(yuǎn)方維護(hù)功能，都是很重要的。

抄表系統(tǒng)。為了適應(yīng)目前供電部門“一戶一表、抄表到戶”的新的抄表模式要求以及電量計費(fèi)改革的需要，作為用電的最終用戶，用電部門必需采集用戶的分時電量以及一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

通信系統(tǒng)：目前在主站與子站之間一般采用光纖通信，分兩種：光纖以太網(wǎng)、光纖環(huán)網(wǎng)，這兩種光纖通信方式的造價相近。光纖環(huán)網(wǎng)更成熟一些，但光纖以太網(wǎng)是發(fā)展方向，光纖以太網(wǎng)目前技術(shù)實(shí)現(xiàn)及相關(guān)設(shè)備都已得到實(shí)踐檢驗(yàn)，正在推廣應(yīng)用。

子站與饋線之間目前一般采用光纖、雙絞線、電力線載波、無線等多種通信手段混合的方式。常見的結(jié)構(gòu)為：以光纖構(gòu)建干線通信網(wǎng)絡(luò)；通過雙絞線，采用現(xiàn)場總線技術(shù)（如LonWorks、Can、Profibus） 或 485，將干線 TTU、支線的FTUTTU，連接到干線FTU，由其通過高速光纖通道，將信息上傳到子站、主站，干線FTU 應(yīng)具備這種集中轉(zhuǎn)發(fā)的能力。

本系統(tǒng)的主要技術(shù)創(chuàng)新之處：a.滿足電力市場的需要；b.考慮了系統(tǒng)的安全性；c.配網(wǎng)終端直接通過TCP/IP 與配網(wǎng)子站相連。d.以GIS 平臺為核心的圖形操控平臺，符合當(dāng)前自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。e.實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的跨平臺運(yùn)行能力。

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