试论城区配电自动化系统的配置及技术要求

随着近年来计算机技术、网络及通信技术的发展,10kV配电网自动化技术作为提高城市电网供电可靠性和电能质量的主要手段之一,逐渐得到了应用和发展。本文对配电自动化系统进行技术论述与总结。
一、技术原则及技术要求
在配电自动化实施范围选择上,首先对一次电网进行规划、改造,确保电网在各种方式下,能满足n1的可靠性,同时相应考虑负荷性质重要、互联程度较强的双端供电配电站环网结构、分段合理的架空线网络或上述两者的混合网络,如因中压电系网络实际条件所限,则改造后一次系统中每组馈线电源点一般不宜超过四个,以简化网络拓扑路由配电自动化系统遵循分层、分布式体系结构及集中控制的设计思想,即:在系统层次上分为调度主站层、变电站分控中心层、配电子站及配电终端设备层;每一层均采用分布式的系统结构,电网信息的采集、逻辑判断及设备控制均由分控中心层集中进行,主站及分控中心系统具备相应的扩展能力。配电自动化主站与分控中心的通信连接为光纤以太网方式;现场设备层通信系统的主干网均基于光纤,在通讯协议上根据FTU及现场条件的不同分别选择网络通信方式（TCP/IP）及串口规约通信方式（DNP3.0）。配电自动化主站及分控中心的操作系统遵循POSIX1003.1操作系统接口标准和POSIX内,1003.4实时性扩充标准。对于主站系统的实时数据库具有支持标准查询语言的访问机制;对于主站系统的历史数据库采用流行的商业数据库实现数据管理功能,以便于异构系统间的互联,用户对数据的访问采取统一的接口,数据库数据存储格式和物理结构对用户完全透明。为便于维护使用,系统具备跨操作系统平台的应用功能,其核心处理软件应基于UNIX操作系统,而系统的运行界面及管理功能可运行在其它通用的操作系统平台（如WINDOWSNT等）。配电自动化主站的计算机基本配置为多机系统网络结构,根据应用的分类,主控机应采用基于UNIX的小型机或工程工作站,外围应用可采用基于通用操作系统的微机工作站构成。分控中心及设备层FTU由于运行于实际配电网现场,采用针对10kV开闭所、环网柜、柱上开关、配电变压器等一次设备而开发的专用于配电网信息采集的具备成熟运行经验的微电子采样设备或实时监控单元。
二、系统结构及配置
配电自动化主站系统由数据服务器、调度工作站、工程师工作站、网络子系统、WEB服务器及相关外设构成,如图1所示。
(实时和历史)数据服务器根据系统规模的大小及配电自动化远景规划选用单机或双机配置,在硬件上一般配合数据库软件的类型选用工作站系列或微机系列的数据库服务器。
虚框中设备配置于分控中心(或称区域主站)配电自动化主站与分控中心通过光纤以网络方式予以互联。
WEB服务器、报表服务器一般各配置一台微机工作站。WEB应用发布功能基于客户服务器模式,在应用要求上,除对于客户端要求安装IE4.0以上版本的浏览器外,不应有其它方面的软件要求。在安全性方面,采用必要的技术手段防止客户端通过WEB服务器对配电自动化系统中其它节点的访问。
GIS工作站一般配置一台微机工作站,在应用功能上提供与标准GIS平台（如Arcinfo或Mapinfo）的数据接口,实现配电自动化实时控制和GIS离线应用有机结合,构成一个具有空间概念(地理环境信息)、基础信息(电网资料及用户资料)及实时信息的分层管理基础数据库。并在配电网络拓扑模型上,实现GIS系统向配电自动化的自动转换,以实现中压配电网图形、拓扑关系及设备属性信息的一次性维护。
调度工作站一般根据系统规模的大小及配电自动化远景规划配置一台或二台,选用工作站系列或微机系列机型,显示器配置为21′双屏。在软件应用上除根据权限实现配电网实时监控各种功能外,兼能实现配电网潮流计算（包括合环潮流计算）及短路电流计算功能。
工程师工作站选用一台工作站系列或微机系列机型。在软件应用上除根据权限实现所有监控功能及系统维护功能外,兼可实现配电网调度仿真功能及结合GIS进行供电可靠性分析管理功能。
配电自动化主站系统配置两台打印机,一台用于事故记录打印及系统事项打印（一般采用针式打印机）；另一台用于报表及系统画面打印（一般采用激光打印机）。
与其它系统的互联目前主要针对区调的调度自动化系统,在互联范围上主要针对实时数据通信的应用层,采用DL476-92电力系统控制中心之间实时数据通信协议。
三、配电自动化通信系统
鉴于配电自动化系统对于通信可靠性、通信速率、双向通信能力、停电对通信的影响、通信系统的使用与维护方便性及通信系统扩充能力等方面的要求,并结合考虑通信系统的总体投入产出比,配电自动化的通信系统遵循全面规划、分析现状、优化设计、信息共享的设计原则,在具体设计上采用光纤通信系统,按配电自动化的体系结构,通信系统应结合采用点对点结构、星形结构及环形结构,由下列三个层次组成：
1、第一层次为配电自动化主站至分控中心之间,通信上为点对点或环形连接。采用单模光缆,网络交换机直接建立在光纤之上或经光端机的以太网口,采用基于TCP/IP的局域网连接方式。
2、第二层次为配电自动化分控中心与设备层FTU光纤环网之间,通信物理路由采用星形或环形。分控中心与设备层FTU之间如采用问答式的数据传输规约进行数据通信,则通过光MODEM方式实现分控中心与设备层FTU光纤环网之间的低速数据通信,通信速率小于4800bit/s;分控中心与各FTU之间如直接通过网络方式以TCP/IP协议进行通信,通信带宽为10m以上,则通过FTU加装光卡予以实现。
3、第三层次为设备层FTU之间的连接及FTU与配变采集装置TTU之间的通信连接。若FTU与分控中心之间基于数据链路层采用传输规约进行数据通信,同时FTU之间以光纤环网方式连接,则一个环网内的FTU数量一般以6-8个以下为宜;如FTU与分控中心之间基于网络传输,则FTU之间采用光纤环网方式。配变采集装置TTU之间的通信连接利用双绞线电缆,采用共线RS-485方式以串口就近接入临近的FTU,其TTU间最大间距为1000m以内,数量一般以12个以下为宜。
总之,配电自动化通信系统的设计应根据配电网实际设备的地理分布位置,结合通信网络的中期规划,合理进行通信设备的布局及网络的建设。