论文部分内容阅读
摘要：本文主要介绍了实施配电网自动化系统的目的。在分析配电自动化系统的内容和特点的基础上，提出应将配电网自动化系统的实施作为整个电力营销策略的环节之一，建立一个完整的、统一的自动化体系平台。
关键词：配电自动化；分布式监控系统；FTU分层；电力市场
1前言
对于配电自动化，《配电系统自动化设计导则》中针对其特点给出了很确切的定义：“利用现代电子、计算机、通信及网络技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电和配电管理的现代化”。配电自动化系统（DAS）在纵向结构分属于配电管理系统（DMS），横向与变电站综合自动化、调度自动化、电力MIS等紧密关联。从目前实施的需求和现状看，配电网自动化实行的模式应是SCADA与GIS合一，“营配合一”，且与地调、电力MIS等紧密集成的系统。
2配电自动化实施的目的
长期以来配电网建设不受重视，结构薄弱，供配电能力低。国家出台的城网改造政策，提出要积极稳步推进配电自动化。配电自动化实现的目标可以归结为：提高电网供电可靠性，切实提高电能质量，确保向用户不间断优质供电；提高城乡电力网整体供电能力；实现配电管理自动化，对多项管理过程提供信息支持，改善服务；提高管理水平和劳动生产率；减少运行维护费用和各种损耗，实现配电网经济运行；提高劳动生产率及服务质量，为电力市场改革打下良好的技术基础。
3配电自动化设备应具备先进性、开放性和服务的可持续性
城市配电自动化的内容是对城域所辖的全部柱上开关、开闭所、配电变压器进行监控和协调，既要有实现FTU的三遥功能，又要具备对故障的识别和控制功能，从而配合配电自动化主站实现城区配电网运行中的工况监测、网络重构、优化运行。作为系统自动化的一部分，直接面向用户且信息量大，故要求它必须具备先进的适应性和强大的多系统接口能力。与其它自动化系统比，特点是协调和集成，在充分数据共享的基础上发挥集成后系统整体的性能，以支持和带动电力企业业务和管理水平的提高。
配电自动化的内容和特点决定了配电自动化的系统结构应当是一个分层、分级、分布式的监控管理系统，应遵循开放系统的原则，按全分布式概念设计。按照一个城区全部实施设计，系统必须将变电站级作为一个完整的通信、控制分层；系统整体设计可分为配调中心层、变电站层、中压网层、低压网层，以下分析这4层的具体设计实施。
3.1 配调中心层
配调中心局域网是整个自动化系统的最高层，采用高速以太网双机配置、互为备用。该网络构成配电网自动化的调度中心（中心主站），由共享同一数据库的实现配网自动化不同功能的工作站及服务器组成。系统硬件设备及接口符合国际工业标准。操作系统可选用中文WindowNT网络操作系统。在此基础之上提供配网自动化软件支持平台，包括数据库软件、人机交互软件、通信软件、分布式的配电监控、管理应用软件。采用开放式和分布式的体系及面向对象技术，具有开放性和可扩展性。应用软件以配电网实时数据库为基础，应用客户机/服务器模式，各自独立实现不同的自动化功能。
系统的接口能力及开放性全依赖于这一层的设计，因而，配电调度中心的建设必须先考虑：
a.底层数据的同一共享（数据库唯一，标准接口）；
b.与地理信息系统（GIS）紧密集成；
c.实时数据和管理数据的结合（“营配合一”，与电力MIS集成）；
d.先进、灵活的发布和支持查询能力。
良好的集成后可实现数据共享，提高工作效率。北京四方华能公司研制的配调后台除采用上述一系列先进性设计外，网络采用TCP/IP协议，实时数据库采用标准数据接口，具有广泛的集成能力。
3.2 变电站层
系统结构的第二层网络是配调中心主站与各变电站子站通信的城域网。该网络利用各变电站原有的一路通道，采用光纤、电缆、载波、微波通信方式均可实现区域内SCADA功能及部分故障处理功能。变电站层的设计主要有两个原因：一是进行信息分层，减少中心层负担和底层对中心层的依赖；二是因故障处理是需遥控变电站（开闭所）出口断路器，它的实现必须通过安装在变电站的终端单元。变电站层的实现有两种方式：一是利用现有的现场智能设备实现，仅增加一套现场的远动通信单元（或一发双收）；二是再建一套带通信的现场装置完成通信和控制功能。
3.3 中压网
系统结构的第三层网络是以中压10kV电力网络为依托的中压监测、控制网络。该网络由变电站子站、馈线出口保护FTU、分段开关FTU、开闭所FTU、配电变压器FTU组成。这层网络完成配电网自动化的主要数据交换及控制，是配电网自动化的核心网络。因此，这层网络的实施是配电自动化的关键，其中的难点是通信方式和系统控制方式的选择，及小电流接地选线定位。
3.3.1FTU
系统通过FTU的测量实现配网的SCADA功能，并能通过对各FTU的控制实现配网的故障识别、故障隔离、网络重构及配电网的无功/电压控制和优化运行等功能。FTU系列因需与开关、变压器配套，往往安装在户外且现场很恶劣的电气环境中，因而相对于变电站综合自动化系统中的现场单元，其抗干扰、抗振动以及温度范围要求更高。国家电网公司在发布的技术要求中规定，适应温度需在-40～80℃；电磁兼容性需通过IEC四级瞬变干扰试验（IEC61000-4-4：1995）。此外，FTU内部需配置蓄电池以使停电后仍能工作。四方华能公司的CSF111系列FTU采用四方公司第三代微机保护硬件的设计原则，由多种新技术和可靠的隔离滤波措施来保证硬件的可靠性，此外在智能充电器上增加了可以进行深充深放的功能以利于蓄电池的维护。FTU已于1999年11月通过原国家电力公司监测，已在现场成功应用。 3.3.2 通信
调信方式可采用载波、光纤、双绞线、无线方式，发展方向应是载波和光纤的混合使用。配电网载波确实有很多难点，但它对网络具有天然的适应性，随着技术发展无疑将是配电层通信的主流。目前国外研制的配电载波可在现场应用至2M的速率（可传输图像）。北京四方华能公司在国内率先推出具有世界先进水平的网络化配电数字载波通信技术（NDLC）。该技术以20世纪90年代中期出现的DSP技术、现场总线技术、新一代数字载波原理为基础，是载波通信技术跨时代的突破，达到ABB公司同类产品的相同性能，并于2000年1月成功通过原国家电力公司监测。
3.3.3 控制方式
配电自动化的控制模式主要分为两类：分布式就地控制、远方集中控制。前者主要应用于20世纪60～70年代，仅仅实现故障隔离功能，不具有扩展性和通用性；远方集中控制依赖于强大的通信系统，适合于建立一个完整的、统一的自动化体系平台，现已成为主流。四方华能公司的CSDA2000系统采用综合智能式的远方集中控制方式，在FTU上置入一套通信故障时启动的智能现场判断处理程序，紧急时刻转为分布式就地控制，这是一种集远方集中控制与保护的局部控制优势相结合的控制方式。
3.3.4小电流接地
配电网的一个主要故障是单相接地，在我国目前中性点不接地系统现状下定位仍是一个难题。现有的小电流接地保护主要是利用各出现的零序电流实现故障选线。由于实际中的种种技术原因导致现有的小电流接地选线在正确率很低（20%～30%）。北京四方华能公司在国内首次提出基于全网通信的小电流接地智能保护系统。该保护系统以小波技术、模糊技术为识别工具，在通信系统的支持下实现了小电流接地的故障选线、定段。
3.4 低压网
系统结构的第四层网络是面向10kV/0.4kV配电变压器低压侧符负的低压数据网。该网络由各配电变压器的低压侧出发，到各负荷节点结束；实现对各负荷节点的测量与控制，如自动抄表、负荷控制，并通过中压网、城域网与配网自动化中心主站通信。低压网在“营配合一”的系统中是用电营业系统的主要网络，该网络的通信量很小，波特率低，通信方式可采用载波、无线。因绝大部分用户是低压用户，且国家对99.99%供电可靠性的统计即将要求到0.4kV低压网，“一户一表”正在全面推行，故最终的低压网的配电自动化必将是抄表、负荷管理、SCADA、需方管理（DSM）集成为一体的系统。对于低压网制约的主要问题仍是通信问题，而目前实行的有双绞线和低压载波；双绞线敷设困难，现有的低压载波应用有难度。
4结束语
配电网自动化正经历两个深刻的转变，一是由多岛自动化向开放式、综合集成的方向发展；二是电力市场的兴起与实施，对从电能表到配电管理软硬件都提出了新的要求。
关键词：配电自动化；分布式监控系统；FTU分层；电力市场
1前言
对于配电自动化，《配电系统自动化设计导则》中针对其特点给出了很确切的定义：“利用现代电子、计算机、通信及网络技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电和配电管理的现代化”。配电自动化系统（DAS）在纵向结构分属于配电管理系统（DMS），横向与变电站综合自动化、调度自动化、电力MIS等紧密关联。从目前实施的需求和现状看，配电网自动化实行的模式应是SCADA与GIS合一，“营配合一”，且与地调、电力MIS等紧密集成的系统。
2配电自动化实施的目的
长期以来配电网建设不受重视，结构薄弱，供配电能力低。国家出台的城网改造政策，提出要积极稳步推进配电自动化。配电自动化实现的目标可以归结为：提高电网供电可靠性，切实提高电能质量，确保向用户不间断优质供电；提高城乡电力网整体供电能力；实现配电管理自动化，对多项管理过程提供信息支持，改善服务；提高管理水平和劳动生产率；减少运行维护费用和各种损耗，实现配电网经济运行；提高劳动生产率及服务质量，为电力市场改革打下良好的技术基础。
3配电自动化设备应具备先进性、开放性和服务的可持续性
城市配电自动化的内容是对城域所辖的全部柱上开关、开闭所、配电变压器进行监控和协调，既要有实现FTU的三遥功能，又要具备对故障的识别和控制功能，从而配合配电自动化主站实现城区配电网运行中的工况监测、网络重构、优化运行。作为系统自动化的一部分，直接面向用户且信息量大，故要求它必须具备先进的适应性和强大的多系统接口能力。与其它自动化系统比，特点是协调和集成，在充分数据共享的基础上发挥集成后系统整体的性能，以支持和带动电力企业业务和管理水平的提高。
配电自动化的内容和特点决定了配电自动化的系统结构应当是一个分层、分级、分布式的监控管理系统，应遵循开放系统的原则，按全分布式概念设计。按照一个城区全部实施设计，系统必须将变电站级作为一个完整的通信、控制分层；系统整体设计可分为配调中心层、变电站层、中压网层、低压网层，以下分析这4层的具体设计实施。
3.1 配调中心层
配调中心局域网是整个自动化系统的最高层，采用高速以太网双机配置、互为备用。该网络构成配电网自动化的调度中心（中心主站），由共享同一数据库的实现配网自动化不同功能的工作站及服务器组成。系统硬件设备及接口符合国际工业标准。操作系统可选用中文WindowNT网络操作系统。在此基础之上提供配网自动化软件支持平台，包括数据库软件、人机交互软件、通信软件、分布式的配电监控、管理应用软件。采用开放式和分布式的体系及面向对象技术，具有开放性和可扩展性。应用软件以配电网实时数据库为基础，应用客户机/服务器模式，各自独立实现不同的自动化功能。
系统的接口能力及开放性全依赖于这一层的设计，因而，配电调度中心的建设必须先考虑：
a.底层数据的同一共享（数据库唯一，标准接口）；
b.与地理信息系统（GIS）紧密集成；
c.实时数据和管理数据的结合（“营配合一”，与电力MIS集成）；
d.先进、灵活的发布和支持查询能力。
良好的集成后可实现数据共享，提高工作效率。北京四方华能公司研制的配调后台除采用上述一系列先进性设计外，网络采用TCP/IP协议，实时数据库采用标准数据接口，具有广泛的集成能力。
3.2 变电站层
系统结构的第二层网络是配调中心主站与各变电站子站通信的城域网。该网络利用各变电站原有的一路通道，采用光纤、电缆、载波、微波通信方式均可实现区域内SCADA功能及部分故障处理功能。变电站层的设计主要有两个原因：一是进行信息分层，减少中心层负担和底层对中心层的依赖；二是因故障处理是需遥控变电站（开闭所）出口断路器，它的实现必须通过安装在变电站的终端单元。变电站层的实现有两种方式：一是利用现有的现场智能设备实现，仅增加一套现场的远动通信单元（或一发双收）；二是再建一套带通信的现场装置完成通信和控制功能。
3.3 中压网
系统结构的第三层网络是以中压10kV电力网络为依托的中压监测、控制网络。该网络由变电站子站、馈线出口保护FTU、分段开关FTU、开闭所FTU、配电变压器FTU组成。这层网络完成配电网自动化的主要数据交换及控制，是配电网自动化的核心网络。因此，这层网络的实施是配电自动化的关键，其中的难点是通信方式和系统控制方式的选择，及小电流接地选线定位。
3.3.1FTU
系统通过FTU的测量实现配网的SCADA功能，并能通过对各FTU的控制实现配网的故障识别、故障隔离、网络重构及配电网的无功/电压控制和优化运行等功能。FTU系列因需与开关、变压器配套，往往安装在户外且现场很恶劣的电气环境中，因而相对于变电站综合自动化系统中的现场单元，其抗干扰、抗振动以及温度范围要求更高。国家电网公司在发布的技术要求中规定，适应温度需在-40～80℃；电磁兼容性需通过IEC四级瞬变干扰试验（IEC61000-4-4：1995）。此外，FTU内部需配置蓄电池以使停电后仍能工作。四方华能公司的CSF111系列FTU采用四方公司第三代微机保护硬件的设计原则，由多种新技术和可靠的隔离滤波措施来保证硬件的可靠性，此外在智能充电器上增加了可以进行深充深放的功能以利于蓄电池的维护。FTU已于1999年11月通过原国家电力公司监测，已在现场成功应用。 3.3.2 通信
调信方式可采用载波、光纤、双绞线、无线方式，发展方向应是载波和光纤的混合使用。配电网载波确实有很多难点，但它对网络具有天然的适应性，随着技术发展无疑将是配电层通信的主流。目前国外研制的配电载波可在现场应用至2M的速率（可传输图像）。北京四方华能公司在国内率先推出具有世界先进水平的网络化配电数字载波通信技术（NDLC）。该技术以20世纪90年代中期出现的DSP技术、现场总线技术、新一代数字载波原理为基础，是载波通信技术跨时代的突破，达到ABB公司同类产品的相同性能，并于2000年1月成功通过原国家电力公司监测。
3.3.3 控制方式
配电自动化的控制模式主要分为两类：分布式就地控制、远方集中控制。前者主要应用于20世纪60～70年代，仅仅实现故障隔离功能，不具有扩展性和通用性；远方集中控制依赖于强大的通信系统，适合于建立一个完整的、统一的自动化体系平台，现已成为主流。四方华能公司的CSDA2000系统采用综合智能式的远方集中控制方式，在FTU上置入一套通信故障时启动的智能现场判断处理程序，紧急时刻转为分布式就地控制，这是一种集远方集中控制与保护的局部控制优势相结合的控制方式。
3.3.4小电流接地
配电网的一个主要故障是单相接地，在我国目前中性点不接地系统现状下定位仍是一个难题。现有的小电流接地保护主要是利用各出现的零序电流实现故障选线。由于实际中的种种技术原因导致现有的小电流接地选线在正确率很低（20%～30%）。北京四方华能公司在国内首次提出基于全网通信的小电流接地智能保护系统。该保护系统以小波技术、模糊技术为识别工具，在通信系统的支持下实现了小电流接地的故障选线、定段。
3.4 低压网
系统结构的第四层网络是面向10kV/0.4kV配电变压器低压侧符负的低压数据网。该网络由各配电变压器的低压侧出发，到各负荷节点结束；实现对各负荷节点的测量与控制，如自动抄表、负荷控制，并通过中压网、城域网与配网自动化中心主站通信。低压网在“营配合一”的系统中是用电营业系统的主要网络，该网络的通信量很小，波特率低，通信方式可采用载波、无线。因绝大部分用户是低压用户，且国家对99.99%供电可靠性的统计即将要求到0.4kV低压网，“一户一表”正在全面推行，故最终的低压网的配电自动化必将是抄表、负荷管理、SCADA、需方管理（DSM）集成为一体的系统。对于低压网制约的主要问题仍是通信问题，而目前实行的有双绞线和低压载波；双绞线敷设困难，现有的低压载波应用有难度。
4结束语
配电网自动化正经历两个深刻的转变，一是由多岛自动化向开放式、综合集成的方向发展；二是电力市场的兴起与实施，对从电能表到配电管理软硬件都提出了新的要求。