配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的內(nèi)涵及發(fā)展

【摘要】本文討論了配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)過程中所遇到的有關(guān)通訊方面的技術(shù)問題。并介紹了揚(yáng)州配電自動(dòng)化通信的設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)；自動(dòng)化；技術(shù)

0.引言

長期以來配電自動(dòng)化的建設(shè)未得到應(yīng)有的重視，目前也只是剛剛起步階段，再加上我國配電網(wǎng)一個(gè)顯著特點(diǎn)，就是中性點(diǎn)不接地，設(shè)備的自動(dòng)化水平不高，使得我國配電自動(dòng)化系統(tǒng)不能直接引用外國已經(jīng)成熟的配電自動(dòng)化技術(shù)。

1.遠(yuǎn)方控制方式與當(dāng)?shù)乜刂品绞降谋容^

柱上饋線自動(dòng)化設(shè)備分為重合器與分段器兩種。

遠(yuǎn)方控制方式即柱上負(fù)荷開關(guān)環(huán)網(wǎng)方式，它通過檢測電流來判別故障，將故障信息傳送到主站，由主站分析后，確定故障區(qū)域，控制開關(guān)動(dòng)作完成故障隔離。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)動(dòng)作次數(shù)少，能迅速恢復(fù)非故障區(qū)域快速供電，但對通信信道的要求比較高。

當(dāng)?shù)乜刂品绞郊粗睾掀鳝h(huán)網(wǎng)方式，失電壓跳開關(guān)，依時(shí)間延時(shí)順序試分合開關(guān)，最后確定故障區(qū)域并隔離。故障隔離和自動(dòng)恢復(fù)送電由FTU自身完成，不需要主站控制，對通信信道的要求不高，但對開關(guān)性能要求較高，而且多次重合對設(shè)備及系統(tǒng)沖擊比較大。

重合器環(huán)網(wǎng)方式對故障的處理不依賴于通信通道，但數(shù)倍于負(fù)荷開關(guān)的價(jià)位妨礙了該方案的大范圍使用。相比之下，負(fù)荷開關(guān)環(huán)網(wǎng)方式在城網(wǎng)改造項(xiàng)目中具有價(jià)格上的優(yōu)勢，開關(guān)動(dòng)作次數(shù)少，在保證通信質(zhì)量的前提下，主站軟件控制下的故障處理能夠滿足快速動(dòng)作的要求。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，通信設(shè)備可靠性的提高，造價(jià)愈來愈低，將會(huì)廣泛地采用監(jiān)控系統(tǒng)配合遙控負(fù)荷開關(guān)、分段器實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段的定位、隔離及恢復(fù)供電，這樣能夠克服當(dāng)?shù)乜刂品绞綆淼娜秉c(diǎn)。因此，我們認(rèn)為未來的發(fā)展將會(huì)是以價(jià)格制勝的負(fù)荷開關(guān)環(huán)網(wǎng)方式占有較大市場。

2.主站、子站方式的比較

配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求高，傳輸信息量較大，通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用無子站方式，所有功能由主站負(fù)責(zé)，大量的信息需要主站處理、分析判斷，主站的負(fù)擔(dān)很重，對整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性有較大影響，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的作用就不能充分發(fā)揮出來，在這種情況下，需要子站分擔(dān)一部分主站的功能，減輕主站的工作量，而主站對各子站不能單獨(dú)處理的工作進(jìn)行總協(xié)調(diào)。

子站主要負(fù)責(zé)的功能有： ①可以自主檢測、隔離故障和恢復(fù)正常區(qū)域的供電。這比通過主站來處理要快捷，而且這種分布式的處理模式比集中到主站處理的模式大大提高了可靠性；②子站還承擔(dān)對本變電站與饋線上各類終端的通信管理，從而減輕了主站通信管理和信道的負(fù)擔(dān)。由于在變電站設(shè)置了子站，它和變電站的調(diào)度終端RTU可以合并或聯(lián)網(wǎng)，變電站到主站的信道也可合二為一，這樣配電自動(dòng)化系統(tǒng)就與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)集成在一起了。

3.自愈網(wǎng)方式的比較

主干通信線路集結(jié)了大量分散站點(diǎn)的信息，因而非常重要。主干通信線路一旦出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致一大片區(qū)域的配電自動(dòng)化設(shè)備失去監(jiān)視和控制，因此提高主干通信線路的可靠性非常重要。自愈網(wǎng)的作用就是提高網(wǎng)絡(luò)的生存性，即在無人工參與的情況下，網(wǎng)絡(luò)能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并能在極短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)承載的業(yè)務(wù)，對用戶而言根本感覺不到網(wǎng)絡(luò)的故障。自愈網(wǎng)的方式有許多種，主要有路由保護(hù)的自愈網(wǎng)、環(huán)形保護(hù)的自愈網(wǎng)和利用DXC（數(shù)字交叉連接）保護(hù)的自愈網(wǎng)。

路由保護(hù)自愈網(wǎng)即采用主備份路由，備用通道是和工作通道是不同路由的遠(yuǎn)動(dòng)通道，正常情況下，通信終端是和主通道相連，雙通道切換裝置由一個(gè)處理器管理。當(dāng)通信終端有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，處理器將數(shù)據(jù)同時(shí)經(jīng)A、B兩個(gè)串口發(fā)出。接收數(shù)據(jù)時(shí)，處理器同時(shí)接收2個(gè)串口的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)地探測誤碼率，如果發(fā)現(xiàn)主通道誤碼率高，而備通道誤碼率低，就將主通道切換成備用通道，當(dāng)主通道誤碼率恢復(fù)正常時(shí)再切換回頭。這種自愈方式最簡單，但鋪設(shè)成本高，而且這種方法只能對傳輸鏈路進(jìn)行保護(hù)，而無法對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的失效進(jìn)行保護(hù)，所以只能適用于兩點(diǎn)間有穩(wěn)定的較大業(yè)務(wù)量的點(diǎn)到點(diǎn)保護(hù)。

環(huán)形保護(hù)的自愈網(wǎng)是指光纖在網(wǎng)絡(luò)上形成一個(gè)環(huán)，各終端設(shè)備掛在環(huán)上。

4.傳統(tǒng)光纖環(huán)網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)比較

傳統(tǒng)光纖環(huán)網(wǎng)FTU數(shù)據(jù)是由RS232或RS485口出去的，光纖以太網(wǎng)FTU具有10M/100M網(wǎng)口，數(shù)據(jù)由網(wǎng)口出去的。光纖以太網(wǎng)、光纖環(huán)網(wǎng)，這兩種光纖通信方式的造價(jià)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)踐的檢驗(yàn)，正在推廣應(yīng)用。

5.配電網(wǎng)自動(dòng)化通信的設(shè)計(jì)

配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信的設(shè)計(jì)本著可靠性、先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合的原則，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要分為主站、子站、終端設(shè)備3層。

5.1 主站與子站之間

在主站與子站之間，由于信息量大，要求高速可靠的通信通道，但節(jié)點(diǎn)又不多， 而大多數(shù)供電局在供電局與變電所之間已經(jīng)建立了單模光纖通訊網(wǎng)絡(luò)，配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)主站與子站之間的通訊可以借用這個(gè)通道，可以節(jié)省再次鋪設(shè)通訊線路的投資。具體做法是： 利用2芯的備用光纖，兩端分別加光纖收發(fā)器，一根芯收數(shù)據(jù)，一根芯發(fā)數(shù)據(jù)。再將光纖收發(fā)器連接至交換式HUB上即可。

5.2 子站與終端之間

該層的通訊特點(diǎn)為數(shù)據(jù)量小、可靠性高、通訊距離遠(yuǎn)。光纖通訊網(wǎng)絡(luò)相對于有線及無線而言，投資要高一些，但光纖通訊可靠性高，技術(shù)成熟，而且目前光纜及光纖收發(fā)器的價(jià)格也能接受。光纖網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)自愈環(huán)網(wǎng)。 子站與FTU之間形成的通信網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的距離較短，很少超過3公里，多模光纜傳輸距離在5公里以內(nèi)，完全能夠滿足要求。具體做法是： 利用光纜的4芯構(gòu)成內(nèi)外2個(gè)環(huán)，方向相反，在子站放置一個(gè)光纖收發(fā)器，子站也是環(huán)網(wǎng)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。子站光纖收發(fā)器與串口通信服務(wù)器相連，再將通信服務(wù)器連接至交換機(jī)HUB上。

5.3 TTU和集抄的數(shù)據(jù)

TTU和集抄的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求不高，可以利用屏蔽雙絞線將TTU和集抄連接至附近的FTU。利用屏蔽雙絞線連接TTU和集抄可以大大節(jié)省投資。因?yàn)榕潆娮儔浩鞯臄?shù)量多，位置經(jīng)常變化，光MODEM的造價(jià)相對較貴，如果在每臺TTU和集抄中配置一個(gè)光纖通信的端口，系統(tǒng)的投資過大。其次，每次變動(dòng)都必須對光纖重新熔接，十分不便。從以往的工程經(jīng)驗(yàn)來看，在同一個(gè)光纖環(huán)路上安裝的光MODEM的數(shù)目一般應(yīng)在25個(gè)以下。

對于TTU與集抄的數(shù)據(jù)的處理，有二種方式：

第一種： 通過FTU轉(zhuǎn)發(fā)，F(xiàn)TU負(fù)責(zé)附近TTU和集抄的轉(zhuǎn)發(fā)，范圍為2公里。FTU不進(jìn)行數(shù)據(jù)解包工作，僅作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ馈＿@種方式避免TTU和集抄作為一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)，不需要建立另外的一套通訊網(wǎng)絡(luò)，可以節(jié)約投資。另外，將TTU和集抄加入配電自動(dòng)化系統(tǒng)，可以為配電自動(dòng)化某些功能，如負(fù)荷預(yù)測等提供計(jì)算依據(jù)。但是TTU和集抄通過FTU轉(zhuǎn)發(fā)，由于通信方式為Polling方式，當(dāng)TTU和集抄數(shù)量多時(shí)，后臺輪詢一周的時(shí)間就較長，從而影響了系統(tǒng)收發(fā)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

第二種方式，即將配變儀和集抄的數(shù)據(jù)通過高壓載波送到子站，但配電自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)及線路故障時(shí)會(huì)對高壓載波通訊造成影響，目前還沒有很好的解決方法，因此，最好不采用此種方式。集抄部分集中器與終端之間可以采用低壓載波，有條件的可以采用有線方式。

6.結(jié)語

配電自動(dòng)化系統(tǒng)涉及到電力系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、通訊、電子技術(shù)、地理信息等多個(gè)領(lǐng)域。配電網(wǎng)設(shè)備比較分散、地理情況變化多端、覆蓋面廣、用戶眾多，且易受用戶增容以及城市建設(shè)等外界因素的影響。從目前的技術(shù)水平來看，尚沒有一種通信技術(shù)可以很好的滿足配電自動(dòng)化系統(tǒng)各層次的需要，往往采用混合的通信方案。

在今后的城網(wǎng)建設(shè)中，應(yīng)該考慮將實(shí)時(shí)網(wǎng)（如調(diào)度自動(dòng)化網(wǎng)）和信息網(wǎng)隔離開來，以防止黑客侵入造成巨大的損失。