郭術(shù)明

（國網(wǎng)黑龍江哈爾濱市雙城供電有限公司，黑龍江 哈爾濱 150100）

輸配電及用電工程的自動(dòng)化可以促進(jìn)電力企業(yè)的不斷發(fā)展，但是在發(fā)展的過程中始終會(huì)遇到不同的問題。從電力企業(yè)運(yùn)營方面可以看出，電力企業(yè)的自動(dòng)化在一定程度上會(huì)推進(jìn)電力行業(yè)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展也決定了電力企業(yè)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)逐漸成為電力企業(yè)發(fā)展的內(nèi)動(dòng)力與發(fā)展的方向。因而電力企業(yè)要想順利發(fā)展，需要解決當(dāng)前在輸配電及用電工程自動(dòng)化運(yùn)行中的突出問題，本文主要研究在解決輸配電及用電工程的自動(dòng)化問題過程中，如何促進(jìn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行同時(shí)，保障用戶的用電安全。

1 自動(dòng)化運(yùn)行在輸配電及用電工程中的優(yōu)勢

自動(dòng)化運(yùn)行可以優(yōu)化電力企業(yè)的輸配電環(huán)節(jié)，同時(shí)還可以減少電力能源損耗問題的出現(xiàn)。自動(dòng)化運(yùn)行技術(shù)應(yīng)用在電力行業(yè)當(dāng)中，一方面是改進(jìn)了輸配電及用電工程在傳統(tǒng)的運(yùn)行模式中工作效率不高、處理故障效率低且輸配電的參數(shù)分析不及時(shí)的缺陷，另一方面是將信息化技術(shù)與電力企業(yè)融合，讓電力系統(tǒng)傳輸變得更加智能化、自動(dòng)化[1]，并且在輸配電的過程當(dāng)中會(huì)自動(dòng)優(yōu)化輸配電的傳輸效率，對(duì)傳輸過程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控等，自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)讓電力系統(tǒng)變得更加高效，而且能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，可以減少因?yàn)閭鬏敳僮鞑划?dāng)導(dǎo)致的電力能源消耗量過大的問題，既可以滿足社會(huì)發(fā)展需要的基本電能，也能夠讓電力企業(yè)投資效益實(shí)現(xiàn)最大化。

自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)控可以幫助工作人員在出現(xiàn)問題的第一時(shí)間處理好電力系統(tǒng)的故障問題，維護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。自動(dòng)化運(yùn)行技術(shù)應(yīng)用在電力系統(tǒng)當(dāng)中，既可以減少電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的次數(shù)，也能方便工作人員提高自己的工作效率，實(shí)時(shí)了解當(dāng)前供電系統(tǒng)的狀態(tài)以及元件的各個(gè)參數(shù)，方便其在輸配電過程中合理控制每個(gè)原件，提升了輸配電的穩(wěn)定性[2]。

2 輸配電及用電工程自動(dòng)化面臨的問題

輸配電及用電工程自動(dòng)化技術(shù)制度不健全，管理相對(duì)混亂。由于輸電與電力工程自動(dòng)化的技術(shù)需要電力技術(shù)的支撐，但在電力自動(dòng)化技術(shù)中，有些電力公司對(duì)這些技術(shù)缺乏有效的管理，以至于在工作過程中會(huì)出現(xiàn)一些對(duì)電路情況不了解，或者出現(xiàn)因?yàn)榧夹g(shù)不當(dāng)造成電路混亂的情況，電力企業(yè)中的一些員工一般會(huì)在多個(gè)崗位兼職，工作范圍相對(duì)較廣，工作強(qiáng)度較大，很難保證電力系統(tǒng)信息的一致性，所以工作人員在業(yè)務(wù)管理等方面會(huì)有一些困難。由于電力企業(yè)沒有明確的管理制度，在工作當(dāng)中容易造成電力資源的浪費(fèi)。工作人員的工作效率降低，在工作中也更容易出現(xiàn)失誤，造成安全隱患，也對(duì)電路安裝造成了很多不便。

電力自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)與后期對(duì)相關(guān)技術(shù)維護(hù)存在著一些不足之處。目前，自動(dòng)化技術(shù)的后期維護(hù)仍然存在著很多的缺點(diǎn)，不能夠滿足輸配電工程的管理控制要求。在研發(fā)相關(guān)技術(shù)的工作期間，技術(shù)維護(hù)措施的質(zhì)量特性可能會(huì)與當(dāng)前的研究存在偏差，所以將自動(dòng)化技術(shù)直接應(yīng)用在輸配電工程的具體施工過程中，可能會(huì)出現(xiàn)難以適應(yīng)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的問題，那樣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用就無法為研發(fā)技術(shù)的活動(dòng)提供有效的參考資料[3]。用電與輸配電工程存在著復(fù)雜性的特征，根據(jù)當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展，每個(gè)領(lǐng)域的用電量都在持續(xù)增長，這對(duì)輸配技術(shù)來講同樣是一個(gè)十分艱巨的挑戰(zhàn)，如果想要保證電力系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定的運(yùn)行，需要對(duì)輸配電技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

3 輸配電及用電工程自動(dòng)化運(yùn)行的措施

提高自動(dòng)化技術(shù)的第一步是企業(yè)應(yīng)該對(duì)員工進(jìn)行自動(dòng)化技術(shù)的培養(yǎng)，并將其課程設(shè)計(jì)作為培訓(xùn)的重點(diǎn)，提高員工對(duì)自動(dòng)化技術(shù)價(jià)值的認(rèn)識(shí)等。同時(shí)，在培養(yǎng)過程中或者培訓(xùn)過程結(jié)束之后，企業(yè)的員工之間也應(yīng)該進(jìn)行深入的探討，單位同事之間要進(jìn)行及時(shí)的交流，這樣不僅能提升員工的個(gè)人素養(yǎng)，也能提升員工的技術(shù)水平，更好服務(wù)于電力行業(yè)。加強(qiáng)對(duì)電力自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)的分層技術(shù)管理在眾多的城市中用戶工程自動(dòng)化都是采用分層技術(shù)。電力自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)的分層技術(shù)主要包含以下方面：（1）負(fù)責(zé)整個(gè)城市電力運(yùn)行調(diào)控工作的電力自動(dòng)化運(yùn)行終端。（2）要構(gòu)建一個(gè)大的電力網(wǎng)，可以對(duì)不同區(qū)域的發(fā)電站和變電站進(jìn)行配電設(shè)置，將電能輸送到所需的地方。（3）每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間要有不同的人對(duì)相應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行電力調(diào)控、設(shè)備維護(hù)等工作。

我國輸配電技術(shù)難以快速發(fā)展的原因之一是自動(dòng)化技術(shù)沒有及時(shí)的創(chuàng)新，因此我們需要借鑒新的自動(dòng)化技術(shù)，將其更好地應(yīng)用在輸配電及用電工程自動(dòng)化的電力行業(yè)中，推動(dòng)自動(dòng)化的有效運(yùn)行與發(fā)展。因此，可以在配電網(wǎng)的終端使用FTU技術(shù)，促進(jìn)其自動(dòng)化。配電網(wǎng)自動(dòng)化終端具有遙控、遙信、故障檢測功能，并與配電自動(dòng)化主站通信，提供配電系統(tǒng)運(yùn)行情況和各種參數(shù)即監(jiān)測控制所需信息，包括開關(guān)狀態(tài)、電能參數(shù)、相間故障、接地故障以及故障時(shí)的參數(shù)，并執(zhí)行配電主站下發(fā)的命令，對(duì)配電設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，實(shí)現(xiàn)故障定位、故障隔離和非故障區(qū)域快速恢復(fù)供電功能。

FTU功能介紹：

（1）交流量采集，采集三相交流電壓、電流（3U3I）；（2）實(shí)現(xiàn)電壓、電流、零序電壓、零序電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率的測量和計(jì)算；（3）直流量采集，2路直流輸入；（4）狀態(tài)量采集，開關(guān)狀態(tài)、接地刀閘狀態(tài)采集；（5）113次諧波分量計(jì)算、三相不平衡度的分析計(jì)算；（6）遙信輸入（無源，24 V）和遙控輸出（合、分閘、常開觸點(diǎn)）；（7）事件順序記錄、歷史數(shù)據(jù)、主站下發(fā)信息可當(dāng)?shù)卮鎯?chǔ)；（8）支持IEC 608705101、IEC 608705104、CDT92、DNP3.0、MODBUS等多種常用規(guī)約（FTU參考設(shè)計(jì)不包含規(guī)約部分）；（9）支持多種通訊方式，提供多路通訊接口，提供2路RS232或2路RS485+2路10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)口；（10）配置GPRS模塊；（11）具備故障檢測及故障判別功能，如過流、過負(fù)荷；（12）配備后備電源，當(dāng)主電源供電不足或消失時(shí)，能自動(dòng)無縫投入；（13）具備對(duì)時(shí)功能，支持SNTP。

目前，市面上很多電力企業(yè)采用MCU+MPU雙處理器架構(gòu)，以利用MCU的實(shí)時(shí)性和MPU上運(yùn)行的穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和文件系統(tǒng)資源。那么，我們可以把MCU+MPU的結(jié)構(gòu)用一個(gè)MCU來替代，本文就介紹一種單處理核心的FTU實(shí)現(xiàn)方案。常規(guī)硬件方案框圖如圖1所示。

圖1 常規(guī)硬件方案框圖

本方案的優(yōu)點(diǎn)是開發(fā)簡單，將加密、文件系統(tǒng)、主站通訊協(xié)議等裸機(jī)開發(fā)有難度的部分放到嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)，將有實(shí)時(shí)性要求的采集、遙控部分放到MCU開發(fā)。但是缺點(diǎn)也同樣比較明顯，就是成本的增加，隨著FTU市場的不斷飽和，成本將決定未來產(chǎn)品的走向。

FET1052-C核心板基于NXP公司i.MX RT1052跨界處理器設(shè)計(jì)，搭載ARM Cortex-M7內(nèi)核，集微控制器的低功耗、易用性與應(yīng)用處理器的高性能、高擴(kuò)展性于一體。主頻600 MHz（工業(yè)級(jí)528 MHz），SRAM 512 kB（TCM），SDRAM 16 MB（可選32 MB），QSPI-Nor Flash 4MB（可選16 MB）。

FTU參考設(shè)計(jì)硬件實(shí)現(xiàn)圖如圖2所示。采用ADI公司的16bit ADC芯片AD7607-8，通過SPI擴(kuò)展，做三相電流和三相電壓檢測，支持8通道同步采樣，每個(gè)通道均能實(shí)現(xiàn)最高200 ksps，內(nèi)置電壓基準(zhǔn)，支持真正±10V和±5V雙極性信號(hào)輸入。2路ADC檢測直流量，電流檢測會(huì)使用差分AD輸入以提高精度；保留15～16個(gè)的GPIO口，作為遙信輸入和遙控輸出，以及狀態(tài)檢測和LED顯示等；ARM Cortex-M7處理器最高主頻600 MHz（工業(yè)級(jí)528 MHz），支持單精度和雙精度浮點(diǎn)單元FPU，可做諧波分量計(jì)算；引出4個(gè)UART口，其中2路作為RS232，2路作為RS485，其中一路UART可以連接GPRS模塊或者4G模塊，一路可接線損模塊；雙網(wǎng)口支持，一路網(wǎng)口通過i.MX RT1052片上的以太網(wǎng)控制器連接外接的PHY芯片KSZ8081，另一路通過UART外接自動(dòng)配置以太網(wǎng)控制器w7500包含TCP/IP連接芯片、PHY嵌入式、變壓器和RJ45，內(nèi)嵌48位全球唯一MAC地址；1路IIC接口，可擴(kuò)展外部RTC時(shí)鐘芯片RX8010SJ，CPU自帶RTC耗電量在mA級(jí)別，外擴(kuò)RTC在nA級(jí)別延長電池使用時(shí)間；FET1052-C核心板自帶16 MB SDRAM和4 MB的QSPI NorFlash作為程序和數(shù)據(jù)空間；1路SPI接口外接國網(wǎng)ESAM芯片；CPU自帶兩路CAN2.0B控制器，最高支持1 MB/s速率；溫度檢測通過DS18B20實(shí)現(xiàn)，GPIO模擬單總線協(xié)議；CPU內(nèi)置看門狗定時(shí)器，支持0.5～128 s超時(shí)設(shè)置。

圖2 FTU參考設(shè)計(jì)硬件實(shí)現(xiàn)圖

FTU參考設(shè)計(jì)軟件的實(shí)現(xiàn)，使用Linux系統(tǒng)開發(fā)。優(yōu)勢：可以降低開發(fā)難度，特別是在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、文件系統(tǒng)存儲(chǔ)方面。因?yàn)椴捎玫腖inux系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)全協(xié)議棧，TCP/IP、UDP、FTP、Telnet、SNTP等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。支持EXT3、EXT4、FAT32等文件存儲(chǔ)格式，多任務(wù)并發(fā)處理模式可以多線程多進(jìn)程方式開發(fā)，大大簡化工程師的開發(fā)難度，而且移植方便。

4 結(jié)束語

綜上所述，電力企業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，需要引進(jìn)新的自動(dòng)化技術(shù)，并且要不斷地對(duì)現(xiàn)有的自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行研究創(chuàng)新，保證在電力傳輸穩(wěn)定的同時(shí)，讓現(xiàn)代化電力企業(yè)能夠蓬勃發(fā)展，并且自動(dòng)化技術(shù)在現(xiàn)有的電力企業(yè)中的輸配電及用電工程中具有十分重要的作用，本文僅介紹了一種有關(guān)配電的現(xiàn)有的自動(dòng)化技術(shù)，未來還需要電力企業(yè)不斷探索并且要深入研究自動(dòng)化技術(shù)。可以培養(yǎng)大量的相關(guān)復(fù)合型人才，且對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)工作，在工作中技術(shù)層面要有所保障，這樣才能保證企業(yè)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。