配網自動化系統及控制模式的研究

張書偉 張雪巖 侯壯

摘要：隨著時代的進步，配電網規模越來越大，因此實現配電網自動化己經成為一種必然。我國的配網自動化仍然在發展的道路上，大多數地區采用的是饋線自動化。整個系統內，每個單個自動化部分分別獨立；在實際的應用過程中，配網自動化仍然存在這一些問題。特別是在發達的地區，怎樣是最恰當的運行方式，配網自動化在實際生活中的運行，如何按部就班逐步推廣配網自動化的實現，是本文的主要研究問題。本論文在充分查閱相關文獻的基礎上，主要研究了饋線自動化控制系統結構及模式等相關內容。

關鍵詞：配網自動化；饋線自動化；故障檢測

隨著經濟的發展與進步，越來越多的數據通信、數據存儲和電力電子方面的內容被應用到配網自動化中，同時對供電的穩定性與可靠性的要求也越來越高。配電網時最接近用戶的供電網絡，處于電力網的末端，因此實現配網自動化與用戶直接相關。信息化得時代越來越接近人們的生活，電力系統中的信息化、自動化需通過配網來實現，因此配網自動化越來越受到用戶的關注。

當下情況下，一些補償設備被應用在電力系統中用來改善電能質量，其中主要應用電力電子方面的技術，結果不是很理想。但是在數字控制方面，其有著很大的優點，但是由于造價高、技術不成熟等原因，并沒有得到廣泛推廣。同時，假設在發生故障時我們可以利用保護裝置瞬時切除故障，并將正行運行的供電段由其他電源轉帶，恢復供電，縮短停電時間，由此提高供電可靠性，配網自動化為了實現這樣的功能而逐步發展。

1 配網自動化系統的結構與特點

實現配網自動化的整體系統分成了不同的層次，各個部分之間既是相互獨立，同時可以通過通訊系統實時進行信息交互，從而實現對整個系統的管理與控制。在負荷比較大且比較集中的地方，對供電可靠性和供電質量具有更高的要求。系統結構圖如圖1所示。

1.1 配電主站層

主站的主要責任是完成對電力系統中設備的運行情況進行檢測，并實現控制功能。主要完成故障檢測，檢測到故障時判斷故障位置，當發生瞬時故障時，及時隔離故障，縮短停電時間。

1.2 配電子站層

配網子站是溝通主站與終端的重要橋梁，負責與主站通信的同時，還需將信息反饋給線路末端設備，從而實現“三遙”功能，配電子站層與配電主站之間通過網絡通信，同時還與配電終端層之間形成通訊網絡。

1.3 配電終端層

配電終端層是最接近配網系統的部分，主要有柱上開關的FTU，配變上的TTU等等，主要負責采集開閉站、柱上開關等設備的運行情況，同時執行智能化功能。

配網系統的主站、子站和終端層通過通訊系統進行信息交互，分層的系統結構具有以下特點：

（1）各層面執行不同功能。配電主站是配電系統的大腦，實現對正常運行情況下系統的檢測，對故障的識別，從而實現配網自動化。子站層是信息交互的重要媒介。終端層主要負責數據采集，并執行命令。

（2）不同層面相互協調。配網系統的主站、子站和終端層相互協調，系統之間既相互獨立，又相互傳送信息，缺一不可。

（3）功能分布的集散控制系統是最優的。根據實際電網的運行情況，將配網系統應用其中，提高供電可靠性和電能質量，實現系統的最優化

2 饋線自動化的控制方法

饋線自動化的意義是在系統正常運行時，實時監控線路的運行情況，主要采集電壓、電流、有功、無功等信息。當線路出現故障情況，負責對故障識別，故障定位，并在設定的時間內切除故障，故障切除后由其他系統供電，及時恢復供電。

2.1 配電網的電網結構

很多地方的供電網絡采用的事輻射式，但是饋線自動化要求的事分段式的供電網絡，同時饋線自動化的實現也應依靠一個“強壯”的電網，否則很難實現通過饋線自動化提高供電可靠性。

實現饋線自動化的具體條件是：

（1）電源布點合理；

（2）10kV主干網架形成；

（3）已具備聯接條件。

饋線自動化要求實現的網絡連接方式如下圖2所示，Suba與Sub.b之間通過負荷開關形成了一個環形網絡連接方式，是一個閉環結構，但是，正常運行時，Sub.a與Sub.b之間是不存在連接的，是開環的運行方式，這便是“手拉手”的連接方式。

2.2 配網自動化的開關設備

通過配網自動化來提高線路的供電可靠性對開關的動作特性也有很高的要求，需要通過控制器能夠控制其斷開、合閘，因此整個系統中還需要保護、測量裝置、操作電源以及執行機構等裝置。

在配網自動化的將來發展中，僅僅檢測并隔離故障時遠遠不夠的。隨著技術的成熟，配網自動化應能夠智能優化電網中的電能，靈活控制系統的結構，從而最大限度利用電能，降低損耗。

2.3 饋線自動化的實現層次及特點

配網自動化系統的主站層、子站層與終端層是系統的重要組成部分。主站層的饋線自動化值得是完全依賴主站而實現的自動化系統，子站饋線自動化和以終端為主的饋線自動化道理也是如此。

2.4 最優控制模式及關鍵技術

實現控制自動化最優的兩個特點：

（1）一體化的全局解決方案。配網自動化實負責監控、管理等功能的一個完整系統，包括以SCADA/GIS/PAS的一體化，通過通信系統覆蓋面積的系統包它們之間相互配合、共同協調工作，也因此一體化的系統是提高電能利用率的有效方法。

（2）有高可靠性的緊急控制功能。文章前面論述了，實現饋線自動化主要包括主站層、子站層和終端層。各層設備的可靠性、各層之間通訊系統的可靠性都會影響饋線自動化的可靠性。所以分層實現饋線自動化是必不可少的，將饋線自動化的功能下放，可以很好的提高可靠性。當通訊功能出現故障時，就地分布自動化依然可以自動切除故障，并實現負荷的轉移。從以上的分析可以看出，當系統由主站分析、處理故障時可靠性最低。因此，為了提高可靠性，饋線自動化分布方式應該是按層分布的，這樣可以減少對通訊模塊的的依賴性，由處在系統最末端的終端層直接處理故障信息更可靠。負荷轉帶問題可以由主站通過預想事故分析在線生成符合轉帶的列表，對于不同情況的故障，進行負荷轉移。大致可以分為兩種情況，當需要操作開關時，由主站層統一進行操作，轉帶負荷。如果出現故障時，只需聯絡開關動作就可以實現負荷轉帶，則可由主站在線將任務裝載至終端層。

3 結論

文章主要論述了配網自動化的結構以及控制模式，由分析得出最優的控制方式，認為采用以單條饋線為控制對象的分層分布控制模式是饋線自動化的最優模式。在這種操作模式下，饋線自動化對故障的識別的、隔離及符合轉帶完全由配電終端來實現，子站、主站作為備用，這種控制模式的實現在很大程度上需要改變現有的配電終端的功能。隨著時代的發展，配網自動化也將逐漸發展進步，實現配網自動化可以提高供電可靠性，在將來的應用中也可以降低損耗。

參考文獻：

[1]熊峰.電力供配電系統自動化控制發展趨勢[J].中國新技術新產品，2018（20）：1415.

[2]張晨輝.電力配電自動化系統技術分析[J].中國新技術新產品，2018（20）：143144.

[3]崔宏偉.配電自動化大規模無線公網通信運維技術研究與應用[J].民營科技，2018（10）：56.

作者簡介：張書偉（1986），男，河北廊坊人，工程師，主要研究方向配網防誤操作、智能配電網及交直流系統運行管理；張雪巖（1991），男，河北張家口人，助理工程師，主要研究方向配網自動化；侯壯（1993），男，河北張家口人，助理工程師，主要研究方向配網自動化。