配電自動化終端標準化即插即維護技術研究與應用

劉亞 聞韜

摘要：隨著經濟的發展和社會的進步。在標準規范的約束下開發出標準化的參數配置工具軟件。通過即插即用技術，連接維護終端即完成配置信息注冊、自動匹配，實現不同廠家、不同類型配電終端現場維護工作的標準化統一維護。

關鍵詞：配電自動化;終端標準化;即插即維護技術

引言

配電自動化終端是建設智能配電網、實現配網自動化的重要組成部分，是安裝于配電網的各種遠方監測、控制單元的總稱。其主要用于對配電線路和配電設備進行實時監視及控制，實現配電線路的故障檢測和定位，為配電自動化系統的故障隔離和非故障區域的恢復供電提供依據。近年來，隨著智能配電網的井噴式發展，也帶來了許多問題，其中配電自動化終端的結構形式多樣、互換性差、可靠性低、維護工程量大等問題尤為突出。為此，國內很多廠家都提出了標準化配電自動化終端的概念，但這些終端因為結構、接口、規約類型等因素影響都無法達到配電自動化終端的標準化要求。

1技術現狀

近年來智能配電網與物聯網的概念不斷升溫，許多與智能配電網相融合的新技術也不斷被提出，其中包括面向智能配電網的物聯網技術的問世等。智能配電網與物聯網的融合作為一種具有極高戰略意義的新型產業技術被世界各國高度重視，我國也將物聯網、智能配電網列為國家戰略，并全面部署了眾多重大科技項目、示范工程的建設。智能配電網的物聯網技術首要解決問題是實現電力設備狀態在線監測，這是配電網智能化的關鍵一步。利用物聯網技術可實現對智能配電設備的特征量監測，并利用一次設備狀態監測與故障分析系統預先判定一次設備的故障征兆，然后由人工根據診斷結果制定檢修計劃，以便在設備發生故障前就能及時排除隱患，提高設備運行的經濟性和穩定性。通過狀態監測技術的實施，為后期變電站狀態監測改造及狀態檢修的全面開展積累經驗，再逐步探索先進的狀態檢修管理模式，并通過管理模式的不斷完善最終建立科學的狀態檢修管理體系。

2配電自動化終端標準化即插即維護技術研究與應用

2.1數據處理器模塊硬件架構

標準化的配電自動化終端宜具備至少10條線路的監測能力。其模擬量輸入通道不小于40路，數字量輸入通道不小于64路，數字量輸出通道不小于20路。為實現配電自動化終端集中式的采樣及數據處理要求，數據處理器DSP宜選用高頻CPU，其主頻不應低于200MHz。為實現配電自動化終端的可擴展要求，宜采用模塊化的設計方案。當前，國內已有學者提出了模塊化的配電自動化終端設計方案：主控板和各功能板都帶有CPU，各板卡獨立實現數據采集、監控、測量及控制功能。但是該設計方案增加了各板卡間的通信環節，相應也會增加數據交互出錯的概率，同時也會大大增加生產成本。各功能板件之間互相獨立，且與數據處理器模塊之間采用數據總線接口，確保配電自動化終端數據的實時性要求。該方案功能及容量擴展性強、可靠性高、易維護，可根據現場具體需求進行功能容量配置，大大降低了配電自動化終端的生產成本。

2.2采用IEC-101/104協議方案

IEC-101/104協議作為電力系統標準的通信協議在我國應用多年，目前掛網運行的配電自動化終端基本上采用電力101、104協議與配電主站進行數據信息交互，相對而言標準應用成熟，標準化程度高。采用該協議實現標準化即插即維護功能，在網運行的自動化終端都支持現有國家電網成熟的標準化協議及其它實施細則，配電終端升級或改造難度小，開發工作量小，成本低，阻力小，比較容易實現。國家電網發布了最新的101/104協議實施細則，已對配電終端參數及定值有規范化的定義，主要適用現場維護使用的需求，但各終端廠家仍然有部分自定義的參數不是標準化的參數表中，可以說這為標準化維護走出了一大步。目前一般的維護工具對基本的遙信、遙測采集及遙控操作都不存在問題，配電終端標準化即插即維護工具軟件，可選擇101、104協議作為標準的通信協議，只要添加合理的配置信息交互方式實現配電終端維護過程中的注冊、信息自動匹配功能即可。由于61850標準相對比較復雜，在配電領域試點多年一直沒有得到有效推廣。61850配置工具操作更為繁瑣，相比采用61850標準文件，標準化101/104協議定義的配置數據xml文件模型相對較為簡單，比較容易實現及推廣。支持配置信息注冊、自動匹配功能的標準化101/104協議+xml文件與目前物聯網采用的MQTT協議+profile的組合有異曲同工之處，不但可支持現有的主站系統且很容易升級，只需增加一個標準的轉換模塊，將現在的101/104協議轉成MQTT通信，將有的XML配置文件轉成標準的Profile文件，即可支持后續配電物聯網接入改造。該方案不但可降低成本，還可分階段實施滿足不同地區需求。

2.3配電自動化終端的標準化模型

傳統的配電自動化通信協議IEC60870-5-101/104沒有模型的概念，所有信息與規約以報文組織方式對應，其通用性及自定義性差，不利于配電自動化的發展。國內學者對IEC61850標準在配電自動化終端中的應用進行了相關研究。配電自動化終端的IEC61850標準化建模，但并未提及如何進行分布式FA功能的建模;分布式FA的IEC61850模型，但其以通過擴展邏輯節點的方式實現。按照IEC61850標準的建模特點，將配電自動化終端模型分為4個邏輯設備：測控邏輯設備LD1、保護邏輯設備LD2、分布式FA邏輯設備LD3、輔助邏輯設備LD4。每個邏輯設備均包含邏輯節點物理裝置LPHD和邏輯節點裝置LLN0。LD1主要完成配電自動化系統的遙測、遙控及遙信功能;LD2主要完成配電自動化的故障檢測和保護功能;LD3主要完成配電自動化的故障檢測及故障隔離功能;LD4包括人機界面、數據存儲、后備電源管理、后備電源充電管理等邏輯節點，主要完成本地的定值管理、數據及文件存儲、后備電源管理等功能。LD1、LD2、LD3及LD4的邏輯節點均來自IEC61850標準，其中LD3中的GAPC是通用自動過程控制，用來對IEC61850標準未定義的分布式FA邏輯功能進行建模。

2.4系統管理

主要是軟件使用后的安全退出操作，為以后的系統管理擴展預留;終端管理：主要對所測試的FDR、RTU類型的終端進行管理，自動讀取或設置各終端的相關維護配置數據信息。維護軟件與終端通訊聯接后對終端配置參數驗證，首先讀取終端基本信息，在完全合的情況下不用進行其它信息的召喚，在終端配置信息沒有的時候進行配置信息初始化召喚;通訊及管理：配電終端通用維護軟件具有能與遠方遙控終端單元通訊的功能，采用電力系統101/104通訊規約，能與多個監控終端站點同時通訊。由于與多終端通訊，需對各通訊站點的設置進行管理以保證各站點正常通訊;終端參數設置：配電終端通用維護軟件具有對一體化遙控終端單元的內部參數進行設置的功能，在系統需要的情況下對DTU、FDR的參數進行修改，保證終端正常運行。

結語

隨著配電網不斷建設，配電自動化終端由于類型數量眾多、分布范圍廣泛，終端通信規約版本眾多、兼容性差、運維工作繁雜等問題漸漸凸顯出來。在配電自動化主站建立了一次設備、二次終端設備、遙信遙測及保護信息間的關聯關系，較好地滿足了現有系統環境下大規模配電終端建設接入需求。未來新建或改造的配電自動化主站可以通過建立“主站-終端”的模型映射，自動實現基于IEC61850的終端接入，從而進一步提升配電自動化系統終端信息電表的標準化、規范化管理水平。

參考文獻

[1]林功平，徐石明，羅建波.配電自動化終端技術分析[J].電力系統自動化，2003，27（12）：59-62.

[2]朱姝，黃偉，朱維成.新型配電終端結構與數據傳輸[J].江蘇電機工程，2011，30（6）：34-37.

[3]陳愛明，張文斌，付永長.一體化智能配電終端研制[J].微型機與應用，2013，32（20）：63-65.