配電自動(dòng)化終端設(shè)備在電力配網(wǎng)自動(dòng)化中的應(yīng)用

王安培

海南電網(wǎng)屯昌供電局楓木供電服務(wù)中心 海南 屯昌 571600

引言

隨著電力行業(yè)的改革和技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國(guó)對(duì)于提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率和可靠性的需求日益增長(zhǎng)，作為關(guān)鍵組成部分，配電自動(dòng)化終端設(shè)備在電力配網(wǎng)自動(dòng)化中扮演著重要角色。電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展規(guī)劃（2019-2025年），強(qiáng)調(diào)了“智能電網(wǎng)”建設(shè)的重要性，提出了進(jìn)一步推動(dòng)電力配網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展的具體政策措施。根據(jù)該政策，我國(guó)將加大對(duì)配電自動(dòng)化終端設(shè)備的研發(fā)投入，推動(dòng)智能終端設(shè)備的應(yīng)用，提高供電可靠性和電網(wǎng)運(yùn)行效率。

1 配電自動(dòng)化終端設(shè)備應(yīng)用在電力配網(wǎng)自動(dòng)化中的優(yōu)勢(shì)

1.1 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集

配電自動(dòng)化終端設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)中電流、電壓、功率因數(shù)等各個(gè)環(huán)節(jié)的電氣參數(shù)，使運(yùn)營(yíng)人員能夠及時(shí)了解系統(tǒng)的狀態(tài)，快速發(fā)現(xiàn)故障和異常情況，從而采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修復(fù)和保護(hù)，最大限度地減少系統(tǒng)停電時(shí)間。該設(shè)備還具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力，能夠高效地收集設(shè)備狀態(tài)、負(fù)荷信息、能源消耗等大量電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，為電網(wǎng)的維護(hù)人員提供全面的系統(tǒng)信息，幫助他們進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃、負(fù)荷管理、能源優(yōu)化等方面的決策。

1.2 能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和操作

通過配電自動(dòng)化終端設(shè)備，電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)人員可以遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制電力配網(wǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，無須親自前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作。這為電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)人員提供了便利，節(jié)省了時(shí)間和人力資源。以往，為了進(jìn)行電力配網(wǎng)的調(diào)整和操作，必須親自前往各個(gè)電力設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)，這不僅耗時(shí)費(fèi)力，還存在安全風(fēng)險(xiǎn)。而通過配電自動(dòng)化終端設(shè)備，電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)人員可以通過遠(yuǎn)程控制和操作，快速調(diào)整電力配網(wǎng)的參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)響應(yīng)和靈活調(diào)度，從而提高了操作效率[1]。

1.3 快速故障定位和恢復(fù)電力運(yùn)行

配電自動(dòng)化終端設(shè)備配備了先進(jìn)的傳感器和通信技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電力網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)參數(shù)，一旦發(fā)生故障，終端設(shè)備能夠快速檢測(cè)到異常情況，并通過與配電自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信，將故障信息傳輸?shù)娇刂浦行摹＿@種快速的故障檢測(cè)和信息傳輸能夠大大縮短故障的響應(yīng)時(shí)間?？刂浦行慕邮盏焦收闲畔⒑?，能夠通過配電自動(dòng)化系統(tǒng)迅速定位故障點(diǎn)的位置，因?yàn)榻K端設(shè)備能夠提供詳細(xì)的故障信息和電力網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過分析這些信息，控制中心可以準(zhǔn)確確定故障的位置，避免了傳統(tǒng)人工巡檢所需的時(shí)間和資源，通過遙控操作實(shí)時(shí)切換電源，恢復(fù)電力運(yùn)行。這消除了手動(dòng)操作的需要，減少了故障處理的時(shí)間。同時(shí)，配電自動(dòng)化終端設(shè)備還可以與其他設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同工作，使恢復(fù)電力運(yùn)行的過程更加高效和可靠。

2 配電自動(dòng)化終端設(shè)備的構(gòu)成分析

2.1 中心監(jiān)控單元

它承擔(dān)著監(jiān)測(cè)、控制和管理配電網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)，通常由硬件和軟件組成，通過集成先進(jìn)的技術(shù)和算法來實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的全面監(jiān)控和智能化管理。在硬件方面，中心監(jiān)控單元通常包括一臺(tái)高性能的工作站或服務(wù)器，具備強(qiáng)大的處理能力和存儲(chǔ)容量，用于接收、處理和存儲(chǔ)來自配電網(wǎng)絡(luò)的各種數(shù)據(jù)[2]。它還包括一系列的傳感器和測(cè)量裝置，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的電流、電壓、功率等參數(shù)，以及檢測(cè)可能存在的故障和異常情況。此外，中心監(jiān)控單元還包括與配電設(shè)備連接的通信模塊，用于與下層終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和命令傳輸。在軟件方面，中心監(jiān)控單元依靠先進(jìn)的配電自動(dòng)化軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。這些軟件具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，能夠從大量的數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵信息，并生成可視化的報(bào)表和圖表，以便操作人員進(jìn)行分析和決策。中心監(jiān)控單元的軟件還提供了各種監(jiān)控和控制功能，如實(shí)時(shí)告警和故障診斷、遠(yuǎn)程操作和調(diào)整配電設(shè)備的參數(shù)等。同時(shí)，它還支持與其他系統(tǒng)的接口，如能源管理系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)整體配電網(wǎng)絡(luò)的集成管理。

2.2 人機(jī)接口電路分析

該電路負(fù)責(zé)接收用戶的輸入指令，并將設(shè)備的狀態(tài)信息以可視化形式顯示給用戶，包括輸入端和輸出端兩部分。輸入端包括按鈕、開關(guān)、鍵盤等各種輸入設(shè)備，用于接收用戶的操作指令。這些輸入設(shè)備通過信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將用戶的輸入轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)，然后傳輸給中心監(jiān)控單元進(jìn)行處理。輸出端通過顯示屏、指示燈、聲音等方式將設(shè)備的狀態(tài)信息以可視化形式呈現(xiàn)給用戶。人機(jī)接口電路還包括與中心監(jiān)控單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的通信接口，可以是串口、以太網(wǎng)口、無線通信等方式，用于傳輸用戶的操作指令和設(shè)備狀態(tài)信息，還支持MODBUS、DNP3等各種通信協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)與配電自動(dòng)化系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

2.3 通信終端設(shè)計(jì)分析

通信終端設(shè)計(jì)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)可靠、高效的數(shù)據(jù)傳輸和通信連接，能夠與配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的其他設(shè)備進(jìn)行穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。這要求通信終端采用高性能的通信模塊，支持多種通信協(xié)議，還應(yīng)具備一定的容錯(cuò)能力，能夠在通信異?；蚬收锨闆r下保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。可以據(jù)加密和身份認(rèn)證等安全機(jī)制，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)密性和完整性。此外，通信終端還應(yīng)支持防火墻、訪問控制等功能，以保護(hù)系統(tǒng)免受未經(jīng)授權(quán)的訪問和攻擊。

2.4 操作控制回路分析

控制器是操作控制回路的中樞部分，它接收來自信號(hào)輸入模塊的輸入信號(hào)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略進(jìn)行處理?？刂破骺梢允腔谖⑻幚砥骰蚩删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）的數(shù)字控制器，也可以是使用模擬電路實(shí)現(xiàn)的模擬控制器，通過內(nèi)部的邏輯運(yùn)算和算法，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分析和處理，并生成相應(yīng)的控制信號(hào)。控制信號(hào)經(jīng)過輸出模塊被傳輸?shù)綀?zhí)行器，例如繼電器、斷路器或變壓器等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的控制操作。輸出模塊將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)男问?，并將其傳輸?shù)綀?zhí)行器上，通過切斷或接通電路、調(diào)整電流或電壓等方式來改變系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)[3]。

3 配電自動(dòng)化終端設(shè)備在電力配網(wǎng)中的應(yīng)用技術(shù)

3.1 故障檢測(cè)技術(shù)

故障檢測(cè)技術(shù)的操作方式涵蓋數(shù)據(jù)采集、分析、異常識(shí)別、故障定位、警報(bào)與通知以及遠(yuǎn)程控制與修復(fù)。通過傳感器對(duì)電網(wǎng)中的電流、電壓、溫度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集，傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給智能監(jiān)測(cè)裝置。智能監(jiān)測(cè)裝置接收到傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，利用先進(jìn)的算法和模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。通過與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)值或歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，檢測(cè)是否存在異常情況?；跀?shù)據(jù)分析的結(jié)果，智能監(jiān)測(cè)裝置能夠識(shí)別出潛在的故障點(diǎn)，檢測(cè)到電流過載、電壓異常、設(shè)備故障等各種異常情況。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，智能監(jiān)測(cè)裝置可以利用故障診斷算法進(jìn)行定位，它會(huì)根據(jù)異常數(shù)據(jù)的特征和電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定具體的線路、變壓器或開關(guān)設(shè)備等故障點(diǎn)的位置。同時(shí)，向運(yùn)維人員發(fā)送警報(bào)信息，或與配電自動(dòng)化系統(tǒng)和上級(jí)監(jiān)控中心進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和修復(fù)。

3.2 故障隔離技術(shù)

配電自動(dòng)化終端設(shè)備通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析電網(wǎng)狀態(tài)，能夠迅速識(shí)別和定位故障點(diǎn)，并實(shí)施精確的隔離措施，以最小化故障對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的影響。當(dāng)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時(shí)，配電自動(dòng)化終端設(shè)備能夠快速響應(yīng)并采取必要的措施，通過與其他設(shè)備的協(xié)作和通信，故障隔離設(shè)備能夠確定故障點(diǎn)的位置，并對(duì)故障電路進(jìn)行精確隔離。這些隔離措施可以通過自動(dòng)開關(guān)、斷路器或負(fù)荷開關(guān)等裝置來實(shí)現(xiàn)。隔離故障后，系統(tǒng)能夠恢復(fù)正常供電，并迅速重新連接不受影響的電路，以最小化停電范圍。這種快速恢復(fù)和重新連接的能力有助于降低停電時(shí)間，減少對(duì)用戶的不便。同時(shí)，故障隔離技術(shù)的精確性保證了只有故障點(diǎn)所在的電路受到影響，其他電路可以繼續(xù)正常運(yùn)行，防止故障擴(kuò)大并對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)造成更大的影響。

3.3 通信技術(shù)與終端通信技術(shù)

在電力配網(wǎng)中，有線通信和無線通信是常用的通信技術(shù)。有線通信采用光纖通信、以太網(wǎng)和PLC等技術(shù)，通過穩(wěn)定的有線網(wǎng)絡(luò)連接各個(gè)配電自動(dòng)化終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和共享。而無線通信技術(shù)包括移動(dòng)通信技術(shù)如GSM、GPRS、CDMA、3G、4G、5G，以及無線局域網(wǎng)（WLAN）和無線傳感網(wǎng)（WSN）等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程無線監(jiān)測(cè)、控制和數(shù)據(jù)傳輸。終端通信技術(shù)是配電自動(dòng)化終端設(shè)備與配電網(wǎng)之間的通信技術(shù)。常用的終端通信協(xié)議包括Modbus和IEC 61850。Modbus是一種串行通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，通過該協(xié)議，終端設(shè)備可以與監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。IEC 61850是國(guó)際電工委員會(huì)制定的通信協(xié)議，用于電力系統(tǒng)自動(dòng)化，它具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)模型和網(wǎng)絡(luò)通信能力，能夠?qū)崿F(xiàn)配電自動(dòng)化終端設(shè)備之間的高速、可靠的通信[4]。

3.4 配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)技術(shù)

該技術(shù)利用配電自動(dòng)化終端設(shè)備內(nèi)置的傳感器和測(cè)量裝置，實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流、電壓、功率因數(shù)等參數(shù)，并通過分布式計(jì)算和數(shù)據(jù)處理算法，對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)和分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。這些設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)接收和處理來自電網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進(jìn)行進(jìn)一步分析。監(jiān)控中心利用高級(jí)算法和模型，通過數(shù)據(jù)處理和狀態(tài)估計(jì)算法，對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行推斷和估計(jì)，提供準(zhǔn)確的電網(wǎng)狀態(tài)信息，支持電力系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。監(jiān)控人員可以實(shí)時(shí)了解電網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況或潛在故障。例如，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓過高或過低時(shí)，系統(tǒng)能夠發(fā)出警報(bào)并采取相應(yīng)措施。此外，狀態(tài)估計(jì)技術(shù)還能夠幫助優(yōu)化電力系統(tǒng)的運(yùn)行，包括負(fù)荷調(diào)度、電能質(zhì)量改進(jìn)等方面。

3.5 智能保護(hù)與自動(dòng)重連技術(shù)

通過不斷收集電網(wǎng)數(shù)據(jù)，智能保護(hù)裝置可以準(zhǔn)確地分析和識(shí)別電網(wǎng)中的故障類型，一旦發(fā)現(xiàn)故障或超負(fù)荷情況，它能夠迅速做出判斷，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，智能保護(hù)裝置能夠及時(shí)斷開故障回路，以防止進(jìn)一步的損壞。它還能夠自動(dòng)切換到備用電源，確保電力供應(yīng)的連續(xù)性。這種快速響應(yīng)和自動(dòng)化的處理過程大大減少了電網(wǎng)故障對(duì)用戶的影響。當(dāng)故障被排除，它可以自動(dòng)將斷開的電路重新連接，恢復(fù)電力供應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用極大地縮短了故障恢復(fù)時(shí)間，減少了用戶的停電時(shí)間，提高了供電的可靠性。以往，當(dāng)故障修復(fù)后，需要手動(dòng)合閘才能恢復(fù)電力供應(yīng)，這需要人工干預(yù)，時(shí)間較長(zhǎng)。而智能保護(hù)裝置能夠自動(dòng)檢測(cè)到故障修復(fù)，并通過自動(dòng)操作裝置重新合閘，使電力能夠迅速恢復(fù)，減少了人為錯(cuò)誤和延誤。

3.6 負(fù)荷管理與優(yōu)化技術(shù)

配電自動(dòng)化終端設(shè)備能夠獲取各個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷信息，并根據(jù)需求進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)和優(yōu)化，實(shí)時(shí)調(diào)整電力供應(yīng)和配電策略，以滿足不同負(fù)荷需求。終端設(shè)備可以識(shí)別負(fù)荷峰谷期，并根據(jù)需求調(diào)整供電策略，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷均衡和電力資源的最優(yōu)配置。例如，在負(fù)荷高峰期，終端設(shè)備可以通過主動(dòng)降低部分節(jié)點(diǎn)的供電負(fù)荷，以避免電網(wǎng)過載，并確保電力的穩(wěn)定供應(yīng)。而在負(fù)荷低谷期，終端設(shè)備可以調(diào)整供電策略，提高電力利用效率，降低能源浪費(fèi)。該設(shè)備還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力需求的精確預(yù)測(cè)和響應(yīng)，結(jié)合以往的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)負(fù)荷情況，建立預(yù)測(cè)模型，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果調(diào)整供電策略。這種精確預(yù)測(cè)和響應(yīng)能力使得電力配網(wǎng)能夠更好地應(yīng)對(duì)電力需求的變化，提高電力供應(yīng)的可靠性和靈活性。

4 結(jié)束語

隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，智能化、數(shù)字化和互聯(lián)互通將成為主導(dǎo)，配電自動(dòng)化終端設(shè)備將更加智能、高效和可靠。先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)將為配電網(wǎng)的運(yùn)行提供更精確的預(yù)測(cè)和優(yōu)化決策支持。同時(shí)，新能源、電動(dòng)汽車和能源存儲(chǔ)等新興技術(shù)的快速發(fā)展也將對(duì)配電自動(dòng)化終端設(shè)備提出更高的要求。