陳國恩 張 磊 王躍強

電網(wǎng)調(diào)配一體自動化系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)

陳國恩 張 磊 王躍強

（國網(wǎng)嘉興供電公司電力調(diào)度控制中心，浙江嘉興 314000）

本文闡述了某縣級電網(wǎng)的基本情況，開展了電網(wǎng)調(diào)配一體自動化系統(tǒng)的方案設計，對系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構及其主要構成單元進行了較為詳細的研究。本設計已在實際生產(chǎn)中得到了驗證，取得了極為理想的技術和經(jīng)濟效果。

電網(wǎng)；調(diào)配一體；自動化；通信系統(tǒng)

某縣級電網(wǎng)由10座35kV變電站和3座110kV所組成，未來還會隨著縣域經(jīng)濟、社會發(fā)展來建設及改造變電站。當前，縣城配網(wǎng)由1座35kV變電站和1座110kV的不同饋線來完成供電，網(wǎng)絡結(jié)構具有高度的復雜性、不規(guī)則性、多電源性，在建設配電線路的同時也鋪設了相應的通信光纜。另外，在配網(wǎng)建設過程中，選擇了雙側(cè)PT的柱上真空斷路器，一方面實現(xiàn)了分合短路電流的功能，另一方面還能夠向FTU提供工作電源以及交流采樣源。所以，在客觀層面上，該配網(wǎng)已完全具有調(diào)配一體化的條件[1-2]。

1 調(diào)配一體自動化系統(tǒng)的方案設計

遠動技術、通信技術、互聯(lián)網(wǎng)技術和計算機技術的高速發(fā)展，為電網(wǎng)調(diào)度自動化奠定了堅實的 基礎。

1.1 1#調(diào)度自動化

基于該電網(wǎng)的現(xiàn)實情況和管理特點，對于其所要建設的調(diào)度自動化系統(tǒng)，選擇的是更為先進的三級分布監(jiān)控與管理結(jié)構，也就是廠站終端級、運行管理級和生產(chǎn)管理級。而對于分布式來說，主要指的是實現(xiàn)了分布的管理功能，也就是相關不同工作站的主要任務是基于管理、運行、生產(chǎn)的分工差異性而設計的具體涵蓋的單元，包括遠方終端RTU和主站。后者也就是遠動系統(tǒng)的調(diào)度端。

現(xiàn)實數(shù)據(jù)表明，在調(diào)度自動化系統(tǒng)的實際運行過程中，超過半數(shù)以上的故障是由信道故障導致的。究其原因，主要是由于信道沒有具備較強的干擾能力，故障率、誤碼率和失碼率呈現(xiàn)出三高的特點。尤其是在系統(tǒng)面臨極端惡劣的自然條件情況時，導致信息傳輸難以全面滿足自動化系統(tǒng)的基本要求。為此，就必須建設1+1主備份的雙信道模式，以便能夠?qū)崿F(xiàn)五遙功能，確保信息傳輸能夠滿足調(diào)度自動化系統(tǒng)的根本要求。

1.2 2#配網(wǎng)自動化

基于互聯(lián)網(wǎng)技術、通信技術、計算機技術和現(xiàn)代電子技術實現(xiàn)的配網(wǎng)自動化，高度集成了地理圖形、電網(wǎng)結(jié)構、用戶數(shù)據(jù)和配電網(wǎng)數(shù)據(jù)，進而能夠在故障狀態(tài)和正常運行狀態(tài)科學地提供用電負荷配電管理、控制、保護和監(jiān)測等相關功能。

必須基于所在地區(qū)的現(xiàn)實特點，如針對配網(wǎng)的可靠性要求、設備狀況、配網(wǎng)結(jié)構以及社會用電需求等諸多方面來全面統(tǒng)籌。

由于在配電網(wǎng)中設置了種類和數(shù)量眾多的電氣設備，如柱上開關、配電變壓器、開閉所、箱變、用戶變以及配變等電氣設備，加之其所設置的處所外部環(huán)境較為惡劣、運行狀態(tài)復雜、種類多和分布地域廣，必須通過TTU、DTU、FTU、RTU等相關終端設備來實現(xiàn)實時監(jiān)測功能，所以，由配網(wǎng)自動化所要求的自動化程度、復雜程度和系統(tǒng)規(guī)模就對通信網(wǎng)提出了更高的要求。

1.3 方案設計

本次設計主要采取的是主站集中監(jiān)控、高速通信信道調(diào)配一體化自動模式。系統(tǒng)主要構成如下：通信系統(tǒng)、饋線終端單元層（TTU、FTU）、分布式子站層（DTU、RTU）、調(diào)配自動化主站層（DMS）[3-5]。各組成單元的主要功能如下。

1）DMS重點實現(xiàn)了監(jiān)視及分析電網(wǎng)設備的功能，接受來自饋線光纖FOM網(wǎng)絡、TTU和FTU饋線終端單元層、DTU和RTU子站層的信息以及數(shù)據(jù)，并完成控制信令的發(fā)送、參數(shù)的下載和調(diào)整。另外，還能實現(xiàn)和中調(diào)主站之間的信息交互和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

2）DTU重點完成了各饋線終端單元的實時監(jiān)控功能，接收并執(zhí)行主站的控制命令。

3）PTTU、RFTU重點實現(xiàn)了對配變、環(huán)網(wǎng)柜、開閉所、斷路器、柱上開關等設備的實時監(jiān)控功能，完成對相關單元的控制、監(jiān)視和采集。同時，也能夠獨立實現(xiàn)供電恢復、故障隔離、超高速故障檢測和定位等相關功能。

為確保系統(tǒng)通信具有更高等級的可靠性，主通道選擇為光纖，備用通道選擇為GPRS。同時，對于系統(tǒng)支撐平臺選擇的是Super-2000平臺（Windows 2000平臺/SQL 2000數(shù)據(jù)庫），網(wǎng)絡體系結(jié)構為客戶/服務器模式，采用的是TCP/IP協(xié)議，前置機與服務器都采取的是雙機互為熱備份的方式，如果有需要，就可以通過軟件操作來實現(xiàn)主備切換。

從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，由于系統(tǒng)采取的是分層結(jié)構，因此具備優(yōu)秀的可擴充性、互聯(lián)性和開放性。電網(wǎng)調(diào)配一體化自動系統(tǒng)由通信網(wǎng)絡、饋線線路及其配電自動化遠方終端、調(diào)配自動化主站等相關單元組成。

1）調(diào)配一體自動化主站主要承擔著主網(wǎng)和配網(wǎng)的控制及監(jiān)視功能。采取的是C/S結(jié)構進行組網(wǎng)，主要實現(xiàn)配網(wǎng)SCADA功能、調(diào)度SCADA功能。通過一體化的方案，能夠有效減少投資總額，利于系統(tǒng)運行和維護工作的統(tǒng)一開展，避免了多樣化的系統(tǒng)接口所導致的諸多問題。

2）配電終端設備層具體實現(xiàn)了現(xiàn)場設備運行數(shù)據(jù)的控制、監(jiān)視、處理和采集等功能。所采用的DEP 910N FTU以光纖作為連接介質(zhì)，采取的是TCP/IP通信協(xié)議，完成和配電主站系統(tǒng)的點對點通信，極大地提升了響應速度以及可靠性，有利于供電恢復以及故障隔離工作的開展。

3）考慮到電網(wǎng)規(guī)模因素，暫未考慮子站層的設計。

4）主站和FTU之間的通信采用1+1主備方式，光纖線路和GPRS分別為主用通道和備用通道。

1.4 饋線故障檢測、故障定位、故障隔離和供電恢復方案

本設計采取故障狀態(tài)差動保護方式，重點考慮的是開環(huán)運行狀態(tài)和閉環(huán)運行狀態(tài)[6-8]。故障案例如圖2所示。

若故障發(fā)生在F1點，KG1和KG0的FTU均監(jiān)測到開關過流的故障信號，則KG1馬上報給KG0。

1.5 FTU性能指標的設計

1）對于模擬量來說，應當實現(xiàn)如下指標：

（1）故障電流的總誤差必須在±3%之內(nèi)。

（2）故障電流的輸入范圍應當實現(xiàn)20倍的額定電流。

（3）交流工頻輸入基本誤差標準應當控制在±0.5之內(nèi)[9]。

2）對于脈沖和狀態(tài)量來說，應當實現(xiàn)如下指標：

（1）12路光電隔離輸入。

（2）狀態(tài)量的分辨率必須被控制在10ms之內(nèi)。

（3）最高脈沖頻率必須超過50Hz的標準。

2 結(jié)論

近年來，隨著我國持續(xù)推進電網(wǎng)現(xiàn)代化建設的進程，電網(wǎng)調(diào)配一體自動化系統(tǒng)成為我國電網(wǎng)企業(yè)重點規(guī)劃的工作之一[6]。

本文中所闡述的電網(wǎng)調(diào)配一體自動化系統(tǒng)主要采取的是主站集中監(jiān)控、高速通信信道調(diào)配一體化自動模式。綜合運用了網(wǎng)絡技術、軟件技術、通信技術、計算機技術、電子技術等現(xiàn)代高科技技術，實現(xiàn)了將配網(wǎng)系統(tǒng)（10kV）和主網(wǎng)系統(tǒng)（220kV、110kV和35kV）的采集數(shù)據(jù)、設備參數(shù)、電網(wǎng)結(jié)構參數(shù)、離線數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)的采集、整理和計算，從而達到了電網(wǎng)調(diào)配一體自動化的根本目的[10]。

本設計已在實際生產(chǎn)中得到了驗證，取得了比較理想的技術和經(jīng)濟效果。

[1] 張永伍, 余貽鑫, 嚴雪飛, 等. 基于區(qū)間算法和范例學習的配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2005, 17(4): 37-39.

[2] 劉清瑞, 高捷, 羅宏生. 通用分組無線業(yè)務通信模式應用于配電網(wǎng)自動化的研究[J]. 電力設備, 2005(4): 78-81.

[3] 周任軍, 任鐵平, 彭高輝, 等. 配電網(wǎng)運行及設備控制綜合經(jīng)濟性的無功電壓優(yōu)化[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2005(7): 46-49.

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[6] 姜健, 鮑光海. 智能配電網(wǎng)故障指示器優(yōu)化配置研究[J]. 電氣技術, 2017, 18(1): 30-33, 38.

[7] 吳崇武, 楊耿杰, 劉用森, 等. 低壓電網(wǎng)三相負荷動態(tài)補償系統(tǒng)的設計[J]. 電氣技術, 2017, 18(2): 54-58.

[8] 汪寶, 匡洪海, 鄭麗平, 等. 分布式發(fā)電與配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展與技術展望[J]. 電氣技術, 2017, 18(3): 5-9.

[9] 張曉雪, 牛煥娜, 趙靜翔. 含微電網(wǎng)的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度[J]. 電工技術學報, 2017, 32(7): 165-173.

[10] 陳實, 邰能靈, 范春菊, 等. 考慮風力發(fā)電的配電網(wǎng)弱饋線路自適應電流保護[J]. 電工技術學報, 2017, 32(3): 65-73.

Design and Implementation of Integrated Automation System for Power Grid Dispatching

Chen Guoen Zhang Lei Wang Yueqiang

(State Grid Electric Power Dispatching Control Center of Jiaxing Power Supply Company, Jiaxing, Zhejiang 314000)

Based on the author’s own practical experience, first elaborated the basic situation of a county power grid, and then carried out on the basis of the design of power grid integrated dispatching and distribution automation system, and the main components of the system network structure unit are studied in detail. The design has been verified in the actual production, and achieved very good technical and economic effects. The author believes that the power distribution automation system will be more widely used in China’s power grid construction and transformation activities.

power grid; integrated deployment; automation; communication system

陳國恩（1978-），男,浙江諸暨人，高級工程師,自動化室主任，長期從事電力調(diào)度自動化工作。