試論城區(qū)配電自動化系統(tǒng)的配置及技術要求

隨著近年來計算機技術、網(wǎng)絡及通信技術的發(fā)展,10kV配電網(wǎng)自動化技術作為提高城市電網(wǎng)供電可靠性和電能質量的主要手段之一,逐漸得到了應用和發(fā)展。本文對配電自動化系統(tǒng)進行技術論述與總結。
一、技術原則及技術要求
在配電自動化實施范圍選擇上,首先對一次電網(wǎng)進行規(guī)劃、改造,確保電網(wǎng)在各種方式下,能滿足n1的可靠性,同時相應考慮負荷性質重要、互聯(lián)程度較強的雙端供電配電站環(huán)網(wǎng)結構、分段合理的架空線網(wǎng)絡或上述兩者的混合網(wǎng)絡,如因中壓電系網(wǎng)絡實際條件所限,則改造后一次系統(tǒng)中每組饋線電源點一般不宜超過四個,以簡化網(wǎng)絡拓撲路由配電自動化系統(tǒng)遵循分層、分布式體系結構及集中控制的設計思想,即:在系統(tǒng)層次上分為調度主站層、變電站分控中心層、配電子站及配電終端設備層;每一層均采用分布式的系統(tǒng)結構,電網(wǎng)信息的采集、邏輯判斷及設備控制均由分控中心層集中進行,主站及分控中心系統(tǒng)具備相應的擴展能力。配電自動化主站與分控中心的通信連接為光纖以太網(wǎng)方式;現(xiàn)場設備層通信系統(tǒng)的主干網(wǎng)均基于光纖,在通訊協(xié)議上根據(jù)FTU及現(xiàn)場條件的不同分別選擇網(wǎng)絡通信方式（TCP/IP）及串口規(guī)約通信方式（DNP3.0）。配電自動化主站及分控中心的操作系統(tǒng)遵循POSIX1003.1操作系統(tǒng)接口標準和POSIX內,1003.4實時性擴充標準。對于主站系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫具有支持標準查詢語言的訪問機制;對于主站系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫采用流行的商業(yè)數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理功能,以便于異構系統(tǒng)間的互聯(lián),用戶對數(shù)據(jù)的訪問采取統(tǒng)一的接口,數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲格式和物理結構對用戶完全透明。為便于維護使用,系統(tǒng)具備跨操作系統(tǒng)平臺的應用功能,其核心處理軟件應基于UNIX操作系統(tǒng),而系統(tǒng)的運行界面及管理功能可運行在其它通用的操作系統(tǒng)平臺（如WINDOWSNT等）。配電自動化主站的計算機基本配置為多機系統(tǒng)網(wǎng)絡結構,根據(jù)應用的分類,主控機應采用基于UNIX的小型機或工程工作站,外圍應用可采用基于通用操作系統(tǒng)的微機工作站構成。分控中心及設備層FTU由于運行于實際配電網(wǎng)現(xiàn)場,采用針對10kV開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關、配電變壓器等一次設備而開發(fā)的專用于配電網(wǎng)信息采集的具備成熟運行經(jīng)驗的微電子采樣設備或實時監(jiān)控單元。
二、系統(tǒng)結構及配置
配電自動化主站系統(tǒng)由數(shù)據(jù)服務器、調度工作站、工程師工作站、網(wǎng)絡子系統(tǒng)、WEB服務器及相關外設構成,如圖1所示。
(實時和歷史)數(shù)據(jù)服務器根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模的大小及配電自動化遠景規(guī)劃選用單機或雙機配置,在硬件上一般配合數(shù)據(jù)庫軟件的類型選用工作站系列或微機系列的數(shù)據(jù)庫服務器。
虛框中設備配置于分控中心(或稱區(qū)域主站)配電自動化主站與分控中心通過光纖以網(wǎng)絡方式予以互聯(lián)。
WEB服務器、報表服務器一般各配置一臺微機工作站。WEB應用發(fā)布功能基于客戶服務器模式,在應用要求上,除對于客戶端要求安裝IE4.0以上版本的瀏覽器外,不應有其它方面的軟件要求。在安全性方面,采用必要的技術手段防止客戶端通過WEB服務器對配電自動化系統(tǒng)中其它節(jié)點的訪問。
GIS工作站一般配置一臺微機工作站,在應用功能上提供與標準GIS平臺（如Arcinfo或Mapinfo）的數(shù)據(jù)接口,實現(xiàn)配電自動化實時控制和GIS離線應用有機結合,構成一個具有空間概念(地理環(huán)境信息)、基礎信息(電網(wǎng)資料及用戶資料)及實時信息的分層管理基礎數(shù)據(jù)庫。并在配電網(wǎng)絡拓撲模型上,實現(xiàn)GIS系統(tǒng)向配電自動化的自動轉換,以實現(xiàn)中壓配電網(wǎng)圖形、拓撲關系及設備屬性信息的一次性維護。
調度工作站一般根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模的大小及配電自動化遠景規(guī)劃配置一臺或二臺,選用工作站系列或微機系列機型,顯示器配置為21′雙屏。在軟件應用上除根據(jù)權限實現(xiàn)配電網(wǎng)實時監(jiān)控各種功能外,兼能實現(xiàn)配電網(wǎng)潮流計算（包括合環(huán)潮流計算）及短路電流計算功能。
工程師工作站選用一臺工作站系列或微機系列機型。在軟件應用上除根據(jù)權限實現(xiàn)所有監(jiān)控功能及系統(tǒng)維護功能外,兼可實現(xiàn)配電網(wǎng)調度仿真功能及結合GIS進行供電可靠性分析管理功能。
配電自動化主站系統(tǒng)配置兩臺打印機,一臺用于事故記錄打印及系統(tǒng)事項打?。ㄒ话悴捎冕樖酱蛴C）；另一臺用于報表及系統(tǒng)畫面打?。ㄒ话悴捎眉す獯蛴C）。
與其它系統(tǒng)的互聯(lián)目前主要針對區(qū)調的調度自動化系統(tǒng),在互聯(lián)范圍上主要針對實時數(shù)據(jù)通信的應用層,采用DL476-92電力系統(tǒng)控制中心之間實時數(shù)據(jù)通信協(xié)議。
三、配電自動化通信系統(tǒng)
鑒于配電自動化系統(tǒng)對于通信可靠性、通信速率、雙向通信能力、停電對通信的影響、通信系統(tǒng)的使用與維護方便性及通信系統(tǒng)擴充能力等方面的要求,并結合考慮通信系統(tǒng)的總體投入產(chǎn)出比,配電自動化的通信系統(tǒng)遵循全面規(guī)劃、分析現(xiàn)狀、優(yōu)化設計、信息共享的設計原則,在具體設計上采用光纖通信系統(tǒng),按配電自動化的體系結構,通信系統(tǒng)應結合采用點對點結構、星形結構及環(huán)形結構,由下列三個層次組成：
1、第一層次為配電自動化主站至分控中心之間,通信上為點對點或環(huán)形連接。采用單模光纜,網(wǎng)絡交換機直接建立在光纖之上或經(jīng)光端機的以太網(wǎng)口,采用基于TCP/IP的局域網(wǎng)連接方式。
2、第二層次為配電自動化分控中心與設備層FTU光纖環(huán)網(wǎng)之間,通信物理路由采用星形或環(huán)形。分控中心與設備層FTU之間如采用問答式的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約進行數(shù)據(jù)通信,則通過光MODEM方式實現(xiàn)分控中心與設備層FTU光纖環(huán)網(wǎng)之間的低速數(shù)據(jù)通信,通信速率小于4800bit/s;分控中心與各FTU之間如直接通過網(wǎng)絡方式以TCP/IP協(xié)議進行通信,通信帶寬為10m以上,則通過FTU加裝光卡予以實現(xiàn)。
3、第三層次為設備層FTU之間的連接及FTU與配變采集裝置TTU之間的通信連接。若FTU與分控中心之間基于數(shù)據(jù)鏈路層采用傳輸規(guī)約進行數(shù)據(jù)通信,同時FTU之間以光纖環(huán)網(wǎng)方式連接,則一個環(huán)網(wǎng)內的FTU數(shù)量一般以6-8個以下為宜;如FTU與分控中心之間基于網(wǎng)絡傳輸,則FTU之間采用光纖環(huán)網(wǎng)方式。配變采集裝置TTU之間的通信連接利用雙絞線電纜,采用共線RS-485方式以串口就近接入臨近的FTU,其TTU間最大間距為1000m以內,數(shù)量一般以12個以下為宜。
總之,配電自動化通信系統(tǒng)的設計應根據(jù)配電網(wǎng)實際設備的地理分布位置,結合通信網(wǎng)絡的中期規(guī)劃,合理進行通信設備的布局及網(wǎng)絡的建設。