縣域配電自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用及優(yōu)化

王再平，潘晉方，展宗權(quán)

（國(guó)網(wǎng)浙江余姚市供電有限公司，浙江 寧波 315400）

0 引 言

配電網(wǎng)身處電網(wǎng)供應(yīng)鏈的終端，直接關(guān)系到社會(huì)和電力用戶的供電。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，縣域經(jīng)濟(jì)得以發(fā)展壯大。因此，人們生產(chǎn)生活過(guò)程中，對(duì)配電供電技術(shù)及其相關(guān)服務(wù)提出了更高要求。然而，傳統(tǒng)電網(wǎng)中的配電系統(tǒng)，基礎(chǔ)設(shè)施、線路回路、聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)較多，錯(cuò)綜復(fù)雜，問題頻發(fā)，加大了縣域供電風(fēng)險(xiǎn)。因此，為了更好地滿足人們生產(chǎn)生活的電力需求，更好地服務(wù)縣域經(jīng)濟(jì)建設(shè)，提升人們的生活質(zhì)量，國(guó)家大力倡導(dǎo)智能電網(wǎng)的開發(fā)和建設(shè)，而配電網(wǎng)的智能化是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。智能配電網(wǎng)具有信息化、自動(dòng)化和互動(dòng)化等特點(diǎn)，無(wú)論是對(duì)配電服務(wù)還是供電安全，都具有至關(guān)重要的積極影響。本文基于配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的現(xiàn)實(shí)作用和基本原理，深入淺出地剖析縣域配電自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用情況及存在的問題，積極探索有效的優(yōu)化策略，以推動(dòng)智能電網(wǎng)的普及和發(fā)展。

1 配電自動(dòng)化在智能電網(wǎng)中的作用

電網(wǎng)智能化是配電自動(dòng)化成為現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)，因此電網(wǎng)的智能化發(fā)展程度與配電自動(dòng)化發(fā)展息息相關(guān)。推動(dòng)配電自動(dòng)化，對(duì)于電網(wǎng)的智能化具有至關(guān)重要的作用。

第一，配電自動(dòng)化有助于提升供電安全和管理水平。一方面，配電自動(dòng)化技術(shù)可以對(duì)供電故障進(jìn)行快速識(shí)別和原因判斷，查明故障原因，為供電故障的快速處理和有效解決提供依據(jù)，提升供電的安全性和可靠性。故障發(fā)生的第一時(shí)間，可迅速將終端用戶的用電切換到備用電源上，既能隔離故障元件，保障供電安全，又能降低因用電故障帶給人們的損失。另一方面，自動(dòng)化技術(shù)新增了遙信、遙測(cè)和遙控等功能，打破了地域和空間限制，進(jìn)一步提升了對(duì)配電設(shè)施、線路的智能化管理的水平，且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離抄表，便于供電企業(yè)更好地管理客戶和終端用電。

第二，配電自動(dòng)化有助于提升供電服務(wù)水平。智能電網(wǎng)的大環(huán)境下，配電自動(dòng)化技術(shù)可以通過(guò)不斷升級(jí)與終端用戶進(jìn)行互動(dòng)，滿足終端用戶不同的用電需求。供電系統(tǒng)可以通過(guò)雙向?qū)崟r(shí)通信，告訴客戶當(dāng)前的電價(jià)、電力使用情況、電費(fèi)剩余情況等，推動(dòng)終端客戶科學(xué)合理地使用電力，確保電費(fèi)及時(shí)繳納和用電情況的科學(xué)控制管理。同時(shí)，通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)可以站在用戶角度，根據(jù)用戶自身的電力使用情況和控制目標(biāo)，擬定合理的用電方案，幫助終端客戶更好地用電，提高用電的生活體驗(yàn)。

2 配電自動(dòng)化的基本原理

2.1 配電自動(dòng)化的運(yùn)行模式

所謂的配電自動(dòng)化，主要是指基于終端用戶的用電需求和供電企業(yè)的高效管理目標(biāo)，將現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)字等技術(shù)，同供電企業(yè)、終端用戶之間的配電網(wǎng)結(jié)合，統(tǒng)一建設(shè)、檢測(cè)、維護(hù)控制和計(jì)量，實(shí)現(xiàn)整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化管理，從而不斷提高供電安全和服務(wù)水平。縱觀我國(guó)各級(jí)縣域的基本情況，配電網(wǎng)主要采用三層控制處理模式，設(shè)立電力調(diào)度分中心、配網(wǎng)主站層和配網(wǎng)終端層三個(gè)層次的控制中心。其中，配電終端層是整個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)所在，主要包括配電自動(dòng)化的終端設(shè)備和其他一次性設(shè)備，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)搜集、故障檢測(cè)分析和對(duì)整個(gè)電路開關(guān)的統(tǒng)一把控等。

2.2 各層級(jí)功能的逐一實(shí)現(xiàn)

縣域配電網(wǎng)主要采用三級(jí)控制模式，每一層的控制中心需實(shí)現(xiàn)自身功能。第一，調(diào)度控制分中心的主要功能是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)檢測(cè)搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，分配任務(wù)，最終傳輸分析后的數(shù)據(jù)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。第二，配電主站屬于整個(gè)縣域配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的核心區(qū)域，主要功能是對(duì)電網(wǎng)中的一次設(shè)備如開關(guān)、變壓器、匯集環(huán)網(wǎng)單元等設(shè)備的自動(dòng)化終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，匯總和傳輸配電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備上的故障信息和電表上的數(shù)據(jù)讀取信息，相當(dāng)于整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)集中器”。同時(shí)，配電主站還可以對(duì)部分設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。第三，配電網(wǎng)終端層是整個(gè)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)所在，處于最底層，主要功能是對(duì)一次設(shè)備上的信息進(jìn)行搜集處理，同時(shí)監(jiān)控設(shè)備故障，控制開關(guān)。概括而言，它可以分為自動(dòng)化終端和一次設(shè)備兩個(gè)部分。

3 縣域配電自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用及存在問題

3.1 縣域配電自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用情況

3.1.1 配電自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)

縱觀我國(guó)各個(gè)縣級(jí)地區(qū)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)，主要分為配網(wǎng)主站層（主站）、電力調(diào)度分中心（分站）和配網(wǎng)終端層（底層）三個(gè)部分（詳見圖1）。第一，配網(wǎng)主站層（主站）系統(tǒng)。作為整個(gè)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的最高層次，主要由計(jì)算機(jī)設(shè)備及其相關(guān)的配套硬件和軟件共同組成，一般設(shè)置在電力企業(yè)中的調(diào)度管控職能部門，便于對(duì)整個(gè)縣域的配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、指令發(fā)布和調(diào)度管理等。第二，電力調(diào)度分中心（分站）系統(tǒng)。所謂的分站系統(tǒng)主要是指整個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的中間層級(jí)，包括無(wú)數(shù)個(gè)分站系統(tǒng)。配電系統(tǒng)中的分站系統(tǒng)主要設(shè)置在變電站基點(diǎn)的內(nèi)部，便于實(shí)時(shí)連接和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，促使自動(dòng)化設(shè)備和主站系統(tǒng)更好更順暢地連接。第三，配網(wǎng)終端層（底層）。底層，顧名思義是配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的基礎(chǔ)，由變壓器監(jiān)控終端、開關(guān)監(jiān)控終端等一次設(shè)備組成。這些設(shè)備被統(tǒng)一安裝在電力設(shè)備上，便于實(shí)時(shí)監(jiān)控電力設(shè)備的運(yùn)行情況，及時(shí)采集設(shè)備上的數(shù)據(jù)信息，自動(dòng)接收來(lái)自于主站系統(tǒng)的指令信息，保護(hù)和管控監(jiān)控設(shè)備。

圖1 縣域配電自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)

3.1.2 主站設(shè)備

配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的主站設(shè)備主要由激光打印機(jī)、MIS網(wǎng)關(guān)機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、配調(diào)工作站、SCADA網(wǎng)關(guān)機(jī)和數(shù)據(jù)服務(wù)器等設(shè)備組成。不同的設(shè)備具有不同的功能：激光打印機(jī)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收和打印；MIS網(wǎng)關(guān)機(jī)主要負(fù)責(zé)與MIS系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸和互動(dòng)，從而有效管控MIS系統(tǒng)；SCADA網(wǎng)關(guān)機(jī)的職能是與縣域中的SCADA總系統(tǒng)進(jìn)行連接，雙向傳輸數(shù)據(jù)，交換信息；數(shù)據(jù)服務(wù)器的職能主要是對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一儲(chǔ)存和管理。

3.1.3 通信網(wǎng)絡(luò)

縱觀我國(guó)各大縣級(jí)地區(qū)使用的配電自動(dòng)化系統(tǒng)，通信網(wǎng)絡(luò)的組成主要包含四個(gè)方面：一是現(xiàn)場(chǎng)的總線網(wǎng)絡(luò)，一般使用RS485接口，充分滿足了監(jiān)控終端設(shè)備和載波網(wǎng)關(guān)的接入要求[1]；二是配電載波通信網(wǎng)絡(luò)，主要職能是對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的所有設(shè)備進(jìn)行連接，確保數(shù)據(jù)信息傳輸和通信的順暢；三是局域網(wǎng)絡(luò)，主要職能是借助光纖信道在配電自動(dòng)化系統(tǒng)的主站和分站之間構(gòu)建通信專用通道，將主站和所有分站進(jìn)行有效連接；四是以太網(wǎng)絡(luò)，借助電纜，將系統(tǒng)內(nèi)主站中的計(jì)算機(jī)設(shè)備與相關(guān)的所有電力設(shè)備進(jìn)行有效連接，保障正常通信。

3.2 縣域配電自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用存在的問題

3.2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控業(yè)務(wù)分布不均，導(dǎo)致存在信息孤島

就當(dāng)前縣域配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的使用情況來(lái)看，雖然在基礎(chǔ)功能方面趨于完善，基本具備了實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障信息接收和分析判斷、隔離問題元件、迅速恢復(fù)供電等功能，但由于當(dāng)前的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)尚不健全，市供電企業(yè)和縣供電企業(yè)所管轄的配電線路尚沒有實(shí)現(xiàn)與智能電網(wǎng)的全面連接，致使各個(gè)區(qū)域的監(jiān)控設(shè)備信息無(wú)法實(shí)時(shí)傳輸。監(jiān)控設(shè)備和主站網(wǎng)絡(luò)之間相互分割獨(dú)立，不具備完整的連接網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致部分信息無(wú)法及時(shí)傳輸和共享，存在信息孤島。

3.2.2 配電自動(dòng)化系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障的可能性依然存在

配電自動(dòng)化需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，主要通過(guò)縣級(jí)電力公司主導(dǎo)的前端服務(wù)實(shí)現(xiàn)搜集。借助現(xiàn)有的市級(jí)電力公司-縣級(jí)電力公司這一既定的網(wǎng)絡(luò)渠道，將縣區(qū)前端服務(wù)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳到市級(jí)公司具備的SCADA服務(wù)器。經(jīng)由這一環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)處理后，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳給縣級(jí)電力的各個(gè)工作站點(diǎn)。如果市級(jí)公司的SCADA服務(wù)器出現(xiàn)功能故障，無(wú)法解釋和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，那么縣級(jí)公司原有的前端服務(wù)器則可以一并兼顧SCADA這一功能，但在無(wú)形中會(huì)降低縣級(jí)電力公司前端服務(wù)器的監(jiān)測(cè)功能，增加事故風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，一旦縣級(jí)工作站的服務(wù)器也出現(xiàn)異常，那么數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)換功能將無(wú)法實(shí)現(xiàn)，將造成主網(wǎng)數(shù)據(jù)接收異常，相關(guān)參數(shù)缺失，為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控造成諸多不變，從而埋下安全隱患。

3.2.3 配電自動(dòng)化系統(tǒng)的承載性能不足

隨著城鎮(zhèn)人口數(shù)量的不斷增加，縣級(jí)電力系統(tǒng)承擔(dān)的監(jiān)控責(zé)任更加重大。無(wú)論是信息儲(chǔ)存，還是信息傳輸，工作量都進(jìn)一步增加，僅僅是遠(yuǎn)景信息數(shù)量就高達(dá)50萬(wàn)之多。對(duì)于縣級(jí)電力公司采用的前置服務(wù)模式而言，最核心的環(huán)節(jié)依然是信息采集和處理。一旦信息量居高不下，就容易給整個(gè)電力系統(tǒng)造成瓶頸。當(dāng)前的電力系統(tǒng)建設(shè)主要偏向于市級(jí)電力公司，忽視了縣級(jí)公司的服務(wù)能力提升，使得管理業(yè)務(wù)需求和系統(tǒng)實(shí)際承擔(dān)的運(yùn)行量脫節(jié)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)平攤和分化。一旦市級(jí)電力公司系統(tǒng)出現(xiàn)問題，那么縣級(jí)電力公司將廣受波及，獨(dú)木難撐。

4 縣域配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用的優(yōu)化方案

4.1 完善硬件核心節(jié)點(diǎn)

增加專用的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，確保電力運(yùn)行過(guò)程中的主要服務(wù)數(shù)據(jù)能夠得以長(zhǎng)久保存和實(shí)時(shí)傳輸，并比照相關(guān)參數(shù)，及時(shí)比照和轉(zhuǎn)換實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，確保在市公司數(shù)據(jù)服務(wù)環(huán)節(jié)出現(xiàn)障礙之際，不影響相關(guān)數(shù)據(jù)的接收、儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化。

4.2 創(chuàng)新軟件系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

積極引進(jìn)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行體系，分別在市級(jí)公司和縣級(jí)公司安裝映像數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，確保縣級(jí)公司搜集和上傳的數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)異地本地同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，要注意將市公司和縣公司各自的數(shù)據(jù)系統(tǒng)分門而立，各自建立一個(gè)云系統(tǒng)，受市級(jí)公司的統(tǒng)一管轄和分配，增添統(tǒng)一檢索的功能[2]，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)錄入和查詢，以滿足終端訪問需求。

4.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控的可靠性提升

利用縣級(jí)公司電力系統(tǒng)中重要的工作節(jié)點(diǎn)，賦予各個(gè)縣級(jí)公司自行搜集和處理區(qū)域內(nèi)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的權(quán)利。在市縣公司系統(tǒng)均保持正常時(shí)，實(shí)時(shí)上傳監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)到SCADA服務(wù)器，儲(chǔ)存到市電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，保障市縣電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如果遇到市公司系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況，縣級(jí)公司則可以比照和轉(zhuǎn)換監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，確保實(shí)時(shí)反饋和數(shù)據(jù)流動(dòng)的暢通性，提高配電網(wǎng)的自動(dòng)化運(yùn)行效率，降低市級(jí)公司在故障期間的工作復(fù)核。

5 結(jié) 論

縣域配電自動(dòng)化系統(tǒng)是配電管理系統(tǒng)的重要組成部分，根據(jù)縣域配電網(wǎng)的實(shí)際需求，按照配電自動(dòng)化原理，創(chuàng)建完善的配電自動(dòng)化系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)縣域配電網(wǎng)絡(luò)的全面、動(dòng)態(tài)監(jiān)控，保證縣域配電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性，提高供電服務(wù)質(zhì)量，為智能電網(wǎng)的全面構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。