城市配網自動化及其配網規劃的應用淺析

李廣文

摘 要：我國社會經濟在發展的過程中對能源的需求量極大，電能則是其中主要的應用能源之一。當前，在電能應用的過程中主要通過配網來配送，但隨著新用戶的快速增加，以及電網線路設備的老化，配網應用自動化技術意義重大。在此背景下，對城市配網自動化及其配網規劃的應用進行了簡要的分析和探討。

關鍵詞：配網自動化；配網規劃；同步性；網絡環境變化

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.147

在城市發展的過程中，配網則是其基礎模塊之一，為城市的發展提供了穩定的電能應用，促進了城市經濟的穩定發展。當前，隨著經濟的快速發展，城市配網在發展中也進行了較多的規劃和完善。在此現狀下，配網自動化技術的應用則引起了較多人的關注。如何針對配網應用良好的自動化運行技術，并且符合配網規劃的發展，正式成為研究人員以及電力企業長期研究的問題。基于此，筆者針對當前城市配網自動化及其配網規劃的應用進行簡要的剖析研究，以盼能為我國城市配網的發展提供參考。

1 城市配網自動化

當前，隨著科技的快速發展，電力技術水平得到了大幅提升，其中，配網自動化技術也得到了較多實踐發展的機會。

在落實配網自動化的過程中，主要利用網絡通訊技術、計算機技術將整體的配網系統納入自動化管理系統。通過自動化管理系統，針對配網運行現狀進行綜合管理分析，具體涉及的管理項目有用戶信息、配網運行狀態、故障現狀、配網結構等。在實際運行過程中，通過聯合監控技術，針對配網運行現狀進行實時監控管理。當前在配網運行中應用自動化技術，有效地提升了配網的運行質量，也提升了配網的供電質量。

2 城市配網自動化與配網規劃的發展現狀

當前，城市配網自動化技術在運行的過程中，其整體運行狀況良好，但在部分地區，在實際落實的過程中出現了較多問題。此類問題具體體現為配網自動化在運行的過程中與配網規劃產生沖突，例如配網自動化技術在應用的過程中，其管控區域與實際配網規劃要求不符，最終造成配網自動化技術監控不全面，未完全發揮自動化技術的應用效果。

3 城市配網自動化應用的特點

當前，城市配網自動化技術整體的應用效果良好，為城市經濟的發展奠定了良好的基礎。在此情況下，筆者針對當前城市配網自動化技術的應用特點進行簡要的分析。其中，具體的應用特點為：電能供應穩定性良好；快速確定故障區域，自動處理故障問題；實現配網運行的全面監控；有效地保護了配網運行中的電器設備。針對此類應用特點，筆者進行簡要的分析介紹。

3.1 電能供應穩定性良好

在配網自動化技術應用的過程中，需針對配網運行狀況進行狀態分析。在此現狀下，運用配網自動化技術對配網的運行狀態進行優化，并實時處理配網運行中存在的問題，合理控制電壓的穩定性，改善供電過程中的不良狀況。此類技術在實施的過程中，具備保障電能供應穩定性的特點，有效降低了人工作業的風險，確保了電力企業的安全經營。

3.2 確定故障區域，自動處理故障問題

城市配網自動化技術在運行的過程中，其核心技術為網絡技術。網絡技術在應用的過程中，具備實時性、快速性、安全性特點。當前，在城市配網自動化技術應用的過程中，針對配網中出現的故障，自動化技術能夠快速地進行故障點確定，并且快速地進行故障點的隔離以及供電的恢復。此類技術的應用，有效地提升了電網作業的效率，確保了用電戶的用電質量。

3.3 實現配網運行的全面監控

在應用網絡技術的過程中，如果硬件設備達到標準，那么軟件的運行通常較為穩定。城市配網自動化技術在應用的過程中，通過軟件結合硬件，實現城市配網運行的全面監控。針對配網運行現狀進行分析整理，有效地提升了供電企業的效率，并在一定程度上提升了電力企業的效益。

3.4 有效保護了配網運行中的電器設備

城市配網在前期運行過程中未采用自動化技術，當配網運行中出現故障時，主要通過人工檢修的方式進行故障點的排查。人工檢修不但效率較低，而且風險較大，并且隨著檢修時間的延長，易造成故障設備的永久性損壞，嚴重損害了供電企業的利益。應用配網自動化技術，在故障出現時通過隔離故障區域的方式，快速確定了故障點，并且有效保護了電器設備，防止設備出現進一步的損壞。

4 城市配網自動化及配網規劃的問題

當前，城市配網自動化及其配網規劃發展的整體狀況良好，但在細節方面還存在較多問題，例如項目發展同步性較差、配網自動化受限于網絡環境變化。針對此類存在的問題，筆者進行簡要的分析介紹。

4.1 項目發展同步性較差

城市配網自動化技術的應用屬于配網建設工程中的輔助管理系統，一定程度上分析可歸屬于軟件技術建設。配網規劃則完全屬于設計以及工程建設方面的硬件技術，當前2類技術在發展的過程中，整體上還存在同步性較差的情況。城市配網自動化技術能夠快速地進行建設和普及，配網規劃則需較長的時間進行研究，兩者在具體實施的過程中，先為基礎建設后為自動化應用。

針對此現狀，城市配網規劃可參考配網自動化技術的應用特點，例如參考其覆蓋范圍以及最大監控面積，并以此進行城市配網規劃。同時在配網規劃的過程中，將自動化應用技術進行同步設計，以此達到提升工作效率、加強供電企業科學化發

展的目的。

4.2 配網自動化受限于網絡環境變化

配網自動化技術的核心為網絡通訊，因此網絡環境對于配網自動化運行影響較大。針對此現狀，后期配網自動化技術應朝著改善通訊環境的方面發展，或進行網絡傳輸技術的替代，例如通過射頻技術進行通訊，以提升自動化技術應用的穩定性。

5 結束語

當前，我國城市配網自動化及其配網規劃在發展的過程中整體狀況良好，其中，配網自動化應用的具體特點為提升供電穩定性、快速確定故障區域、自動處理故障問題、配網運行全面監控、保護配網電器設備。此外，對于城市配網自動化與配網規劃，供電企業還應朝著同步發展，研究網絡通訊替代技術的方向發展。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕

2 常見的無線網絡技術

在計量儀器收發系統中經常會使用到各種無線網絡技術，比如藍牙技術、Wi-Fi等。短距離無線通信技術和長距離無線通信技術相比，有非常多的不同之處，而短距離無線通信技術，比如藍牙技術、Wi-Fi和ZigBee等在性能上也都不同，各有各的長處，也各有各的缺點，下面對此加以分析和比較。

2.1 ZigBee技術與藍牙技術的比較

藍牙技術在使用過程中雖然有很多優點，但是缺點也很明顯。如果只是從環境檢測領域的角度來看，藍牙技術復雜、功耗大、要求距離近，這就會造成組網規模過小。在環境檢測領域，我們要求的無線傳輸一定是可靠的，且能夠抵抗各種電磁干擾。對于這樣的要求，藍牙技術是無法滿足的。

2.2 ZigBee技術與UWB 技術的比較

超寬帶無線技術（UWB）是一種低功率、無載波通信技術，頻譜范圍很寬。超寬帶無線技術的特點是傳輸頻率高、通信距離短，但是超寬帶無線技術的設備價格較貴。在計量儀器收發系統中，傳感器節點密度越大，其監測結果就會越準確，而如果傳感器節點成本不高，在實際使用時就可以進行高密度的部署，不會帶來成本的大幅上升，因此，可以通過高密度部署傳感器節點換來更準確的監測結果。按照這個要求，超寬帶無線技術的高成本對于系統而言就不適合了。

2.3 ZigBee技術與Wi-Fi技術的比較

Wi-Fi和ZigBee的工作頻率相同，都是2.4 GHz，對于計量儀器收發系統而言，Wi-Fi最大的問題在于Wi-Fi設備一般需要常規充電，這在自然環境下無法完成。此外，Wi-Fi的帶寬是被多個用戶共享的，連接速度只能達到幾百字節。因此，Wi-Fi技術對于計量儀器收發系統而言也是不合適的。

2.4 ZigBee技術與紅外技術的比較

紅外技術無線數據的收發是通過數據脈沖與紅外光脈沖之間的相互轉換來實現的，傳輸速率可達16 Mbps左右，接收角度在30°左右。

紅外技術操作簡單，成本低廉，但在日常應用中紅外設備之間的通信不能有任何阻擋物，無法同時連接多臺設備，且對方向性也有要求，設備的壽命也不長，這些缺點使得紅外技術在計量儀器收發系統中難有用武之地的。

由于ZigBee技術具有以下的優勢，所以，很多計量儀器收發系統采用ZigBee技術進行無線通信和傳輸：①ZigBee技術的功耗低。在通常情況下，終端ZigBee設備使用2節5號電池就可以運行半年到2年的時間。②系統對數據傳輸速率要求不高，ZigBee技術的傳輸速率可以滿足要求。③ZigBee設備成本低、協議簡單、存儲空間小，頻段也是免執照的，這些都可以使ZigBee設備的成本大大降低。④ZigBee設備從休眠狀態轉入工作狀態一般只需要15 ms左右，因此，ZigBee設備的響應速度非常快。⑤ZigBee網絡容量大，可以連接 255個ZigBee節點，通過路由器的使用，ZigBee網絡甚至可以支持 65 000個節點。

3 無線網絡總體結構設計

無線通信網絡的拓撲結構主要有3種，分別為星型拓撲結構、樹形拓撲結構和網型拓撲結構。星型拓撲結構具有明顯的優點，比如網絡簡單、易管理維護等，星型拓撲結構也有很強的分布式處理能力，路由節點就是星型拓撲結構的分布式處理中心，它接收終端無線傳感器節點的數據，并對數據進行處理，處理完成之后再轉發。星型網絡拓撲結構的主要缺點是在擴展性上，星型網絡拓撲結構越大，增加節點就會越困難。

樹形拓撲結構也可以被稱作簇型結構，在樹形拓撲結構中傳感器節點被串聯在一條鏈上或多條鏈上，鏈尾即是終端傳感器節點，鏈頭連接在一起類似于簇形，樹形拓撲網絡結構與星型拓撲結構一樣簡單，擴展不困難，但如果節點出現問題，則在自我調整上會比星型拓撲結構困難。

網型拓撲結構復雜，擴展不困難，但網型拓撲結構的算法難度較大，對于網絡節點眾多的情況，要分析清楚網型拓撲結構的路由是相當困難的。

樹形拓撲結構適用于自然環境，但也存在一些缺點。本文將對ZigBee樹形網絡結構進行一些改進，具體的做法為：把固定網關用線纜相互連接，這些網關用于收集無線傳感器傳來的無線信號。網關并不能隨時移動，無線傳感器節點可變換位置，無線傳感器采集到的數據通過射頻模塊無線發射出去，這些數據被傳輸至最近的網關，再通過總線傳輸到監控計算機上。計量儀器收發系統對無線傳感器網絡有特殊的要求，具體有3個：①網關節點和路由節點具有自組網的能力，能夠探測到周圍節點并能夠確定與他們之間的連接關系。②網絡具有自我修復能力，當增加1個節點、減少1個節點或某一節點發生故障時，網絡能夠自動調整拓撲結構進行修復。③如果網絡部分節點失效，雖然網絡可以自我修復，但由于節點的減少易造成數據堵塞的情況發生。因此，需要一種新的路由算法解決該問題，以保證整體網絡中路由節點消耗能量的均衡，不會因為部分節點能量消耗過大而早早失效。

無線網絡計量儀器收發系統網絡結構圖如圖1所示。

4 結束語

計量儀器收發系統如果采用有線方案，則主要有線路過多、布線復雜、維護困難、線路易老化和磨損腐蝕等缺陷，這會造成較高的誤報率，各種故障時有發生。基于此，將無線傳感器網絡技術應用于計量儀器收發系統中，能夠解決上述問題，提高可維護性和擴展性。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕