Development of distribution automation and construction ideas
YUAN Yan，LI Yu Ting，LI Chun Hua
（Liuzhou Power Supply Bureau of Guangxi Power Grid Company，Liuzhou，Guangxi 545005，China）
Abstract：Along with the intelligent development of the future urban distribution network，distribution automation has vast potential for future development. It can improve the distribution network operation and management level，reduce the fault outage time and improve the power supply reliability and service quality，simultaneously satisfy multi-level of user demand，meet the future development direction of the city grid. Based on the development of domestic and foreign distribution automation status and empirical analysis，this paper gives some initial ideas about system construction of our distribution automation，including system architecture，master，primary equipment，communication and other aspects of planning and construction.
Key words：distribution automation；system architecture；master；Primary equipment；communication.
摘要：随着未来城市配电网的智能化发展，配电网自动化有着广阔的发展空间，它能提高配电网运行管理水平，缩短故障停电时间，提高供电可靠性和服务质量，同时满足多层次的用户需求，适应未来城市电网的发展方向。本文通过对国内外配电网自动化的发展现状及经验分析，给出了本局配电网自动化的系统结构、主站、一次设备及通信等方面规划建设的初步思路。
关键词：配电网自动化；系统结构；主站；一次设备；通信
0引言
“十二五”期间，柳州供电局配电网规模获得快速发展，在一次系统逐步完善加强的基础上，对供电可靠性、供电质量、配网建设和管理要求逐步提高。配电网自动化的实施能够实现缩短故障定位时间和隔离恢复时间，可以提高供电可靠性、改善电能质量、提高配电系统的运行经济性及用技术手段来改善用户服务[1]。因此，我局依照南方电网公司“以提高供电可靠率为总抓手，以建设坚强配电网为目标”的规划建设思路，积极开展柳州配电网自动化的专项规划。通过前期的学习及调研，本文对配电网自动化系统国内外发展进行了简要介绍并提出系统的初步建设思路。
1配电网自动化概念及国内外发展现状
1.1配电网自动化概念
配电网自动化是以一次网架和设备为基础，利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配电网结构信息、配电网运行的实时信息和离线信息、用户信息、设备信息、地理信息进行集成，构成完整的自动化管理系统，实现对配电系统的监测与控制，并通过与相关应用系统的信息集成，实现配电系统的科学管理。
配电网自动化系统能实现配电网的运行监视和控制，具备配电SCADA（supervisory control and data acquisition）、馈线自动化、电网分析应用及与相关应用系统互联等功能，主要由配电主站、配电终端、配电子站（可选）和通信通道等部分组成。
1.2配电网自动化国内发展现状
目前，国外配网自动化的比例达到了60%-70%，我国配网自动化还处于起步阶段，国内城市配网馈线自动化率不足10%。
北京、广州、深圳等城市配电网自动化建设起步较早，目前已经基本建立本地区的配电网自动化系统，实现了配电网数据的实时采集和实时监控，故障的快速隔离及处理，并实现了调度自动化系统、配网自动化系统、电网GIS系统、生产管理信息系统、及营销管理信息系统的集成，为配网运行和经营管理提供真实、唯一的数据资源和运行管理、分析、决策的平台。随着这些地区配电网自动化覆盖率的逐步提升，配电网自动化对于配电网可靠性水平提升、线损水平改进都起到了较为显著的作用。
1.3配电网自动化国外发展现状
上世纪七十年代，国外已开始进行配电网自动化技术的研究和应用，近四十年的发展主要经历了三个阶段：：一、馈线自动化系统（FA），以日本东芝公司的重合器与电压时间型分段器配合模式和美国Cooper 公司的重合器与重合器配合模式为代表。二、配电网自动化系统（DAS）三、配电管理系统（DMS）。三个阶段目前在国外均存在，其中欧美侧重于建设功能强大的DMS系统，高级应用及管理功能较全，而日本、韩国则偏向于馈线自动化。在发达国家，城市配电网络结构较完善，给配电网自动化创造了良好的基础。另外，他们非常重视管理，通过先进的工具和手段来提高配电运行管理的工作效率和工作质量，最终体现在对客户的优质服务上。
2 配电网自动化系统结构及主站建设思路
2.1配电网自动化三种系统结构
（1）集中式
集中式——集中采集、集中监控模式。在配网调度中心建设一套配网自动化主站系统，集中采集、监控和管理辖区内所有的配网终端的运行数据。
集中式系统只在调度管理中心建设一套主站系统，结构简单清晰，易于操作和管理，适用于中、小型配电网的监控；国内第一轮配电网自动化绝大多数试点项目都属于这类系统，其缺点主要为：由于系统集中建设，其风险相对集中，一旦出现问题，将没有替代的系统；另外，对于大容量的数据处理将受到限制，功能不能得到充分发挥。
（2）集中分布式
集中分布式——集中采集、分散监控模式。在配网调度中心建设一套配网自动化主站系统，集中采集、处理辖区内所有配网终端的运行数据。在配网运行管理单位设置区域远程监控工作站，维护管理辖区配网运行状况。
（3）完全分布式
完全分布式——分层采集、分层监控模式。在配网调度中心建设一套配网调度自动化主站系统，在配网运行管理单位建设配网自动化区域主站系统。区域主站系统根据管辖权限分别采集、处理和监控辖区内所有的配网终端数据。各个区域主站系统与配网调度中心采用网络连接，根据中心主站系统的需要向上传送数据。在紧急情况下，各区域主站系统可以起到主站系统备份的作用。工业发达国家的配电网自动化项目基本属于这类系统。
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2.2系统结构选择
从柳州供电局配电网规模及运行管理模式考虑，柳州配电网自动化系统采用“集中采集、分区应用”的体系结构，主站系统集中采集处理柳州市区范围内配电网运行信息，配电终端的数据统一集中到设在市局配电网自动化主站系统的中心数据库中，下属各分局客户端在管辖权限范围内可以远程访问和使用，实现各个分局配电网的运行、维护、监控和管理。
2.3主站建设思路
目前，国内主站系统主要有南瑞科技的OPEN2000D，珠海许继的TOSCAN-D3000C，东方电子的DF8003以及积成电子的IES-DMS1000等，从系统结构上、功能上以及性能上而言，均能满足我局配网自动化主站建设的需要，且在全国均有成功的经验。我局调度自动化系统采用的是SUN公司的小型机做服务器，有多年的运行和维护经验，因此，系统硬件可采用SUN公司的小型机作为服务器。
而系统服务器、交换机等关键设备及应用服务冗余配置，当主备节点及应用服务切换或任何单一故障时不影响系统的正常运行。在只保留一台采集服务器、一台主干网交换机、一台前置交换机及采集设备的情况下，系统监控功能可正常使用，期间运行数据不丢失。另外，主站系统需能够实现对大容量数据的处理（包含接入的实时数据、存储历史数据及配电网模型数据），系统的数据库容量、表、表中的域应具备在线扩充能力。
其次，配网自动化主站系统建设应遵循IEC61970、IEC61968等国际标准，遵循《南方电网公司信息分类编码标准》、《南方电网公司基本数据集标准》、《南方电网公司数据模型规范》等标准及规范，实现信息和数据共享。数据库应该遵循CIM标准，图形采用SVG格式，真正实现整个系统数据一次录入、入口唯一和全局共享，电网图形及参数由GIS系统录入、用户数据由营销系统转入。
另外，配网自动化主站与各系统接口应该满足电监会关于电力系统二次安全防护要求，满足“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的要求。配网自动化系统处于安全I区，与GIS、营销系统、95598系统等III区业务的接口，应该采用正反向隔离装置分隔；与调度自动化系统接口应该采用横向防火墙隔离；与子站的通信如果采用104规约，则加装纵向认证装置。
3配电网自动化一次部分建设思路
3.1线路选择及电缆改造
坚强可靠的配网一次网架，是配电网自动化的基础。一次系统改造和优化的目的是在满足配电网自动化系统要求的基础上，提高设备的可靠性，提高线路之间的转供能力。应从网架结构建设较成熟、负荷增长已稳定的线路着手，如：线路达到2-1、3-1以上；架空线路全部绝缘化和电缆化并采取多分段多联络改造，逐步实现架空线路合环转电，主干线分段优化，负荷均匀分布，减少停电时间和停电范围；电缆改造应选择在城市建设规划趋于稳定的区域，直埋敷设的电缆线路应改造为穿管直埋并建观察井，与通信通道同步实施。
3.2一次设备选型
其中，开闭所采用全绝缘，其进出线间隔开关采用断路器，各出线分支开关采用负荷开关，分支开关配置接地、短路故障保护，各开关面板配置故障指示器。另外，开闭所应预留自动化可扩展空间，开关间隔尽量采用独立气室，电缆室高度不应小于900mm，开关配置电操。
为了以后维护方便，自动化终端设备应独立安装，各分支线路安装分支开关控制支线，支线开关应具备短路、接地故障跳闸及信号反馈功能；各电缆分支箱改造为开闭所，用开关来控制各分支线，同时也满足新增用电预留接点，使各支线完成自动故障定位，隔离故障区段和自动恢复非故障区域。
3.3三遥改造原则
立足配电网的现状，坚持技术先进的同时，注重经济性和实用性，对有环网出线和重要负荷的开闭所、联络开关、环网点进行“三遥”改造；对不满足“三遥”改造条件的开闭所、分段开关、非联络环网点进行“一遥”或可扩展“两遥”改造；对箱式变、架空线路、电缆分支箱等，通过安装故障指示器进行“一遥”改造。形成以“三遥”为主，“一遥”、“两遥”为补充的多样化配电网自动化模式，按“三同步”原则建设，即同步设计、同步施工、同步投运。
4配电网自动化通信建设思路
4.1通信技术应用现状
通信系统是配电网自动化项目建设的关键，也是配电网自动化的核心。配电网络点多、面广、环境复杂，对通信技术的应用限制非常多。从目前的技术条件看，没有一种单一的通信方式能够全面满足各种规模的配电网自动化的需要，因此，多种通信方式的混合使用是国内外配电网自动化系统中的普遍做法。
国内早期用在配电网中的通信技术有电力载波、光纤MODEM环网，光纤MSTP技术等，但多数是小规模的试点行为，由于经济效益或维护方面的原因，目前基本处于停滞不前的状态。目前，在有线通信方式中，光纤通信是最理想的配电网自动化通信方式，另外，以太网无源光网络EPON技术结合了以太网和无源光网络两种技术的优点，被普遍认为是下一代宽带接入网的主流技术，并被应用于馈线自动化[2，3，4]。
无线通信也是配电网自动化比较广泛采用的通信手段。其中，主流的无线通信技术主要有：3G、GPRS/CDMA、WiMAX、WiFi、WMN等。WMN 技术、3G 技术、WiMax技术目前还不够成熟，从发展趋势上具有广阔的应用前景，而GPRS/CDMA技术较成熟已在多个供电企业投入使用。从实际运行情况来看，可以满足现阶段配电网自动化系统和各种配电终端的通讯要求，不受地域，城建等各方面的影响。但在已实施应用中，因安全性问题大多只运行“二遥”功能。因此，要将GPRS通信技术真正应用在配电网自动化工程中，还必须继续深入研究和解决信息传送的安全性及通信规约等问题[5]。
4.2通信系统建设思路
在前期规划阶段对于通信系统应注意考虑以下问题：
1）通信系统建设的组网技术、网络架构、传输介质和设备选型等要与本局实际配电网络特点、规模和业务发展相适应。
2）合理的通信系统网架结构，根据现有网络资源采用应地制宜的通信技术，统一网络管理平台确保业务信息的安全性、可靠性及系统的可扩展性和可管理性。
3）系统容量、带宽、传输速度等满足自动化系统数据传输要求，考虑配电网络建设、改造和自动化系统升级的要求，通信系统建设适度超前并符合未来通信技术发展方向。
4）由于配电网终端点多面广，全部直接传送主站容易造成信息拥塞和故障查找、处理不易，通信系统分层构建，终端信息经子站汇集再送主站，考虑通信资源利用和分区管理便利。
5）设备选择符合国际、国内标准并经检验和批量制造，具有先进技术及品质的产品才能保障系统运行的可靠性和安全性。
5 结束语
智能电网战略目标的提出，给配电网自动化注入了新的内涵，也给配电网自动化带来了新的生机，其应用具有广阔的发展前景。在配电网自动化的规划实施过程中需结合本局配电网自动化建设需求以及国内外配电网自动化的建设经验，制定科学的规划建设目标及实施策略。另外，国外电力公司还特别注重配电网自动化的设备维护管理及人员培训，具有严格的管理制度，这对系统建成后的成功应用能起到关键作用，经验也值得我们借鉴。
参考文献：
[1] 王明俊，于尔铿，刘广一.配电系统自动化及其发展.北京：中国电力出版社，1998.
[2] 阎德升，边恩炯，王旭.EPON ——新一代宽带光接入技术与应用. 北京：机械工业出版社，2007.
[3] 徐艺，李武杭，侯雅林. 无源光网络技术在配网自动化中的应用.电网技术，2008，32（8）：95296.
[4] 徐光年，马新祥，潘克菲，等. 基于EPON 技术的配电网通信系统设计和应用. 电力系统通信，2008，29（5）：59260.
[5]卢新波，杜瑞红，基于GPRS的配网自动化系统组网方案的探讨.继电器，2006，34（1）：76.
论文作者:袁彦
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/1
标签：配电网论文; 系统论文; 主站论文; 自动化系统论文; 柳州论文; 数据论文; 通信论文; 《电力设备》2017年第18期论文;