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[摘 要]文章介绍了配网自动化的产生与发展，分析了自动化系统的组成与主要内容。在自动化系统的设计中，既要考虑到系统的架构，还应完善硬件与软件系统。系统的功能模块中，涉及到系统支持平台功能、配电 SCADA 功能、以及主站系统扩展功能，需要应用一系列的关键技术，并采用适宜的重构与功能算法。在实际应用中，配电网络的重构与自愈功能，不仅有着良好的效果，更有着较高的实用价值。
[关键词]配网自动化；系统构成；功能模块；应用分析
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0387-01
1.配网自动化的产生与发展
在配电区域内，配电系统涵盖了配电线与各类配电设施，如配电所、变电所、进户线、直配线路、用电设备等，也被称为配电网。随着经济与城市建设的快速发展，配电网的改造也在逐步深入，无论是对供电的可靠性，还是电压的质量，都提出了越来越高的要求。在此背景下，配电自动化技术应运而生，涉及到数据通信、电力系统、自动控制等一系列的技术手段。作为一种信息管理系统，配網自动化系统通过能够远程监控配电网上的设备。在配网自动化技术发展的初期，主要用于实现故障的自动隔离，以及完成自动抄表，随后才逐步应用于自动化营业与负荷控制。随着计算机网络通信技术的普及应用，配电自动化逐步实现了遥控隔离与远程控制，自动控制的程度与水平也由此而提高[1]。
2.配网自动化系统的构成
2.1 系统组成
配电自动化系统可分为若干个子系统，涵蓋了各种单一或综合的系统，都能够完成配电自动化功能，用于运行和管理配电网，大体可以分为两类。第一类是配电网运行自动化系统，包括了数据采集及监控（SCADA）系统、变电所自动化（SA）系统、馈线自动化（FA）系统、负荷管理（LM）系统、以及自动读表（AMR）系统。而配电网管理自动化系统，则包括了自动绘图（AM）、设备管理（FM）、地理信息（GIS）系统、用户信息（CIS）系统与停电管理（OMS）系统。各子系统有着不同的功能，共同承担配电网的自动运行和管理。
2.2 配电自动化的内容
配电自动化作为一种系统性工程，不仅庞大复杂，且有着很高的综合性特征。在电力企业中，所涉及的功能数据流和控制，包含了与配电系统有关的全部内容，主要分为以下五个方面。第一是馈线自动化，是基于电网的高、中、低压的不同等级范围内，实现其线路的自动化。从运行状态的监测、到各类信息的远程控制、再到无功功率补偿和调压，以完成馈电线路的监控、故障诊断与隔离。第二是变电站自动化，主要涉及与配电有关的部分，也是配电自动化的重点。通过监测各种电器设备的运行参数，可以控制开关、继电保护与智能电子装置，经与控制中心联网后再对数据进行简单的处理。
第三是用户自动化，包括了控制与自动化，也称为需方管理的功能。在负荷与用户管理的功能下，供需双方的利益调节，是通过电力市场来实现的。第四是配电管理自动化，采用了计算机与通信等技术，来管理配电网的运行，涉及到信息的收集与处理。作为一个开放的系统，配电管理自动化常常采用GIS/AM技术，更需要遵循相关的工业标准。所采集的配电网数据，通过不同层级的主站与子系统，来实现分层式的收集和处理信息。第五是通信系统，切入点大都选择馈线自动化。有助于配电自动化的逐步实现。
3.自动化系统的设计
一般来说，配网自动化的主站系统，包括了计算机硬件与软件两个部分。对于系统架构的设计，应当借助于统一、通用的平台，使得多个独立模块能够实现相互组合。在各功能模块之间，在信息交互总线的支持下，实现了高度的统一协作。软件体系结构可分为应用层、平台层与操作系统层，《配电自动化建设与改造标准化设计技术规定》是重要的依据，还需要结合不同地区电网的实际需求。所采用的架构模式是全开放、分布式、且分层的，不仅满足了接入容量的需要，更扩展了系统的功能[2]。
而系统硬件结构采用的设备建设，大都是通用与标准化的，不仅要求其安全可靠，还应具有开放性与可替代性。对于一些主要的部分，如交换机、服务器，应避免其发生故障而导致系统的性能指标反应降低，乃至出现系统失灵的状况。双网冗余结构设计，在系统的网络中采用最多，即便单个网段发生故障，也不会对系统的正常运行产生影响。不同区域的信息交互传输，使用的信息交互总线，是跨物理隔离的。因此，其基本硬件的配置，涵盖了前置数据采集系统、工作站、WEB服务器、SCADA服务器、配网高级应用服务器、历史数据库服务器、以及公网数据采集服务器，需要遵循安全分区的原则。
4.系统各功能模块及其关键技术
在配网自动化系统中，基本的平台和服务模块，其基础是计算机操作系统，关系到主站的开发和运行。由于其体系结构是面向服务的，人如机界面、配电网网络建模、告警服务、数据库管理等，使系统的运行变得集成高效。而由实时监控功能组成的配电SCADA模块，可以实现数据的采集、处理与记录，以及系统对时、信息分流、事故反演等功能。主站系统的扩展功能，则包括了网络拓扑、状态估计、负荷预测、解合环分析、信息交互、潮流计算、网络重构、智能自愈等。其应用的关键技术中，不仅涉及到运行状态的评估与在线监测，还包括了高级量测、智能分析与决策。对于配网正常运行的情况，其重构算法应首先确定重构目标函数，其约束条件包含了配电系统辐射状约束与线路容量约束，并选择适宜的重构算法。而对于配电网智能自愈功能，通常选择故障定位隔离算法，同样也需要确立目标函数，并考虑自愈的约束条件，以建立所需的数学模型。
5.基于重构与自愈功能的应用分析
配网的正常运行，离不开重构功能作用的发挥。所采用的支路交换算法，是为了实现最大降损开关的确定，以获得最优化的交换支路。在算法流程中，潮流计算程序被率先启动，用于计算各个支路的潮流值。再对环网进行扫描，确认配网中不存在环网，得到最优网损值的减小开关。网络安全的验证应在支路交换后进行，必要时对各支路功率进行简单修正。完成所有环网联络开关后，将重构后的结果输出，新的网络结构由此形成。而分布式电源不久可以改良电网重负荷时的不可靠情况，还能够降低网络损耗[3]。
在自愈功能的应用中，故障定位大都采用隔离算法，需要建立信息矩阵与节点关联矩阵，并设定线路故障向量。对于配电网发生检测故障的情况，应当及时根除事故隐患，以防止停电范围的扩大，必要时对故障区域实施隔离。选择自愈处理方式时，需要结合现场的实际条件。无须人为介入的操作，一般选用全自动处理模式。而交互处理模式，则需要调度员确认执行或撤消每一步操作。如果现场作业队运维人员的依赖较大，应选用人工处理模式。实践表明，配网自动化系统在电网中应用效果良好，且有着更高的实用开发价值。
参考文献
[1] 方祥.现场总线局域网在智能配网自动化系统中的应用[J].自动化应用.2012/02.
[2] 李晶.EPON在配网自动化系统中的应用分析[J].企业技术开发.2016/03.
[3] 张桢彬.探析城市电网中配网自动化系统技术的应用[J].质量探索.2016/06.
[关键词]配网自动化；系统构成；功能模块；应用分析
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0387-01
1.配网自动化的产生与发展
在配电区域内，配电系统涵盖了配电线与各类配电设施，如配电所、变电所、进户线、直配线路、用电设备等，也被称为配电网。随着经济与城市建设的快速发展，配电网的改造也在逐步深入，无论是对供电的可靠性，还是电压的质量，都提出了越来越高的要求。在此背景下，配电自动化技术应运而生，涉及到数据通信、电力系统、自动控制等一系列的技术手段。作为一种信息管理系统，配網自动化系统通过能够远程监控配电网上的设备。在配网自动化技术发展的初期，主要用于实现故障的自动隔离，以及完成自动抄表，随后才逐步应用于自动化营业与负荷控制。随着计算机网络通信技术的普及应用，配电自动化逐步实现了遥控隔离与远程控制，自动控制的程度与水平也由此而提高[1]。
2.配网自动化系统的构成
2.1 系统组成
配电自动化系统可分为若干个子系统，涵蓋了各种单一或综合的系统，都能够完成配电自动化功能，用于运行和管理配电网，大体可以分为两类。第一类是配电网运行自动化系统，包括了数据采集及监控（SCADA）系统、变电所自动化（SA）系统、馈线自动化（FA）系统、负荷管理（LM）系统、以及自动读表（AMR）系统。而配电网管理自动化系统，则包括了自动绘图（AM）、设备管理（FM）、地理信息（GIS）系统、用户信息（CIS）系统与停电管理（OMS）系统。各子系统有着不同的功能，共同承担配电网的自动运行和管理。
2.2 配电自动化的内容
配电自动化作为一种系统性工程，不仅庞大复杂，且有着很高的综合性特征。在电力企业中，所涉及的功能数据流和控制，包含了与配电系统有关的全部内容，主要分为以下五个方面。第一是馈线自动化，是基于电网的高、中、低压的不同等级范围内，实现其线路的自动化。从运行状态的监测、到各类信息的远程控制、再到无功功率补偿和调压，以完成馈电线路的监控、故障诊断与隔离。第二是变电站自动化，主要涉及与配电有关的部分，也是配电自动化的重点。通过监测各种电器设备的运行参数，可以控制开关、继电保护与智能电子装置，经与控制中心联网后再对数据进行简单的处理。
第三是用户自动化，包括了控制与自动化，也称为需方管理的功能。在负荷与用户管理的功能下，供需双方的利益调节，是通过电力市场来实现的。第四是配电管理自动化，采用了计算机与通信等技术，来管理配电网的运行，涉及到信息的收集与处理。作为一个开放的系统，配电管理自动化常常采用GIS/AM技术，更需要遵循相关的工业标准。所采集的配电网数据，通过不同层级的主站与子系统，来实现分层式的收集和处理信息。第五是通信系统，切入点大都选择馈线自动化。有助于配电自动化的逐步实现。
3.自动化系统的设计
一般来说，配网自动化的主站系统，包括了计算机硬件与软件两个部分。对于系统架构的设计，应当借助于统一、通用的平台，使得多个独立模块能够实现相互组合。在各功能模块之间，在信息交互总线的支持下，实现了高度的统一协作。软件体系结构可分为应用层、平台层与操作系统层，《配电自动化建设与改造标准化设计技术规定》是重要的依据，还需要结合不同地区电网的实际需求。所采用的架构模式是全开放、分布式、且分层的，不仅满足了接入容量的需要，更扩展了系统的功能[2]。
而系统硬件结构采用的设备建设，大都是通用与标准化的，不仅要求其安全可靠，还应具有开放性与可替代性。对于一些主要的部分，如交换机、服务器，应避免其发生故障而导致系统的性能指标反应降低，乃至出现系统失灵的状况。双网冗余结构设计，在系统的网络中采用最多，即便单个网段发生故障，也不会对系统的正常运行产生影响。不同区域的信息交互传输，使用的信息交互总线，是跨物理隔离的。因此，其基本硬件的配置，涵盖了前置数据采集系统、工作站、WEB服务器、SCADA服务器、配网高级应用服务器、历史数据库服务器、以及公网数据采集服务器，需要遵循安全分区的原则。
4.系统各功能模块及其关键技术
在配网自动化系统中，基本的平台和服务模块，其基础是计算机操作系统，关系到主站的开发和运行。由于其体系结构是面向服务的，人如机界面、配电网网络建模、告警服务、数据库管理等，使系统的运行变得集成高效。而由实时监控功能组成的配电SCADA模块，可以实现数据的采集、处理与记录，以及系统对时、信息分流、事故反演等功能。主站系统的扩展功能，则包括了网络拓扑、状态估计、负荷预测、解合环分析、信息交互、潮流计算、网络重构、智能自愈等。其应用的关键技术中，不仅涉及到运行状态的评估与在线监测，还包括了高级量测、智能分析与决策。对于配网正常运行的情况，其重构算法应首先确定重构目标函数，其约束条件包含了配电系统辐射状约束与线路容量约束，并选择适宜的重构算法。而对于配电网智能自愈功能，通常选择故障定位隔离算法，同样也需要确立目标函数，并考虑自愈的约束条件，以建立所需的数学模型。
5.基于重构与自愈功能的应用分析
配网的正常运行，离不开重构功能作用的发挥。所采用的支路交换算法，是为了实现最大降损开关的确定，以获得最优化的交换支路。在算法流程中，潮流计算程序被率先启动，用于计算各个支路的潮流值。再对环网进行扫描，确认配网中不存在环网，得到最优网损值的减小开关。网络安全的验证应在支路交换后进行，必要时对各支路功率进行简单修正。完成所有环网联络开关后，将重构后的结果输出，新的网络结构由此形成。而分布式电源不久可以改良电网重负荷时的不可靠情况，还能够降低网络损耗[3]。
在自愈功能的应用中，故障定位大都采用隔离算法，需要建立信息矩阵与节点关联矩阵，并设定线路故障向量。对于配电网发生检测故障的情况，应当及时根除事故隐患，以防止停电范围的扩大，必要时对故障区域实施隔离。选择自愈处理方式时，需要结合现场的实际条件。无须人为介入的操作，一般选用全自动处理模式。而交互处理模式，则需要调度员确认执行或撤消每一步操作。如果现场作业队运维人员的依赖较大，应选用人工处理模式。实践表明，配网自动化系统在电网中应用效果良好，且有着更高的实用开发价值。
参考文献
[1] 方祥.现场总线局域网在智能配网自动化系统中的应用[J].自动化应用.2012/02.
[2] 李晶.EPON在配网自动化系统中的应用分析[J].企业技术开发.2016/03.
[3] 张桢彬.探析城市电网中配网自动化系统技术的应用[J].质量探索.2016/06.