县域配电自动化技术的应用及优化

2019-05-08王再平潘晋方展宗权

通信电源技术 2019年4期

王再平，潘晋方，展宗权

（国网浙江余姚市供电有限公司，浙江宁波 315400）

0 引言

配电网身处电网供应链的终端，直接关系到社会和电力用户的供电。随着城镇化进程的不断推进，县域经济得以发展壮大。因此，人们生产生活过程中，对配电供电技术及其相关服务提出了更高要求。然而，传统电网中的配电系统，基础设施、线路回路、联络节点较多，错综复杂，问题频发，加大了县域供电风险。因此，为了更好地满足人们生产生活的电力需求，更好地服务县域经济建设，提升人们的生活质量，国家大力倡导智能电网的开发和建设，而配电网的智能化是最关键的环节之一。智能配电网具有信息化、自动化和互动化等特点，无论是对配电服务还是供电安全，都具有至关重要的积极影响。本文基于配电自动化系统建设的现实作用和基本原理，深入浅出地剖析县域配电自动化技术的应用情况及存在的问题，积极探索有效的优化策略，以推动智能电网的普及和发展。

1 配电自动化在智能电网中的作用

电网智能化是配电自动化成为现实的基础，因此电网的智能化发展程度与配电自动化发展息息相关。推动配电自动化，对于电网的智能化具有至关重要的作用。

第一，配电自动化有助于提升供电安全和管理水平。一方面，配电自动化技术可以对供电故障进行快速识别和原因判断，查明故障原因，为供电故障的快速处理和有效解决提供依据，提升供电的安全性和可靠性。故障发生的第一时间，可迅速将终端用户的用电切换到备用电源上，既能隔离故障元件，保障供电安全，又能降低因用电故障带给人们的损失。另一方面，自动化技术新增了遥信、遥测和遥控等功能，打破了地域和空间限制，进一步提升了对配电设施、线路的智能化管理的水平，且可以实现远距离抄表，便于供电企业更好地管理客户和终端用电。

第二，配电自动化有助于提升供电服务水平。智能电网的大环境下，配电自动化技术可以通过不断升级与终端用户进行互动，满足终端用户不同的用电需求。供电系统可以通过双向实时通信，告诉客户当前的电价、电力使用情况、电费剩余情况等，推动终端客户科学合理地使用电力，确保电费及时缴纳和用电情况的科学控制管理。同时，通过自动化技术可以站在用户角度，根据用户自身的电力使用情况和控制目标，拟定合理的用电方案，帮助终端客户更好地用电，提高用电的生活体验。

2 配电自动化的基本原理

2.1 配电自动化的运行模式

所谓的配电自动化，主要是指基于终端用户的用电需求和供电企业的高效管理目标，将现代信息技术、通信技术、电子技术和网络数字等技术，同供电企业、终端用户之间的配电网结合，统一建设、检测、维护控制和计量，实现整个供电网络的自动化管理，从而不断提高供电安全和服务水平。纵观我国各级县域的基本情况，配电网主要采用三层控制处理模式，设立电力调度分中心、配网主站层和配网终端层三个层次的控制中心。其中，配电终端层是整个配电自动化系统的基础所在，主要包括配电自动化的终端设备和其他一次性设备，负责数据搜集、故障检测分析和对整个电路开关的统一把控等。

2.2 各层级功能的逐一实现

县域配电网主要采用三级控制模式，每一层的控制中心需实现自身功能。第一，调度控制分中心的主要功能是数据统计、数据分析和数据传输，通过检测搜集相关数据，分析数据，分配任务，最终传输分析后的数据结果，实现人机互动。第二，配电主站属于整个县域配电网自动化系统的核心区域，主要功能是对电网中的一次设备如开关、变压器、汇集环网单元等设备的自动化终端进行数据传输，汇总和传输配电网监控设备上的故障信息和电表上的数据读取信息，相当于整个电网系统的“数据集中器”。同时，配电主站还可以对部分设备实现远程控制。第三，配电网终端层是整个配电网自动化系统的基础所在，处于最底层，主要功能是对一次设备上的信息进行搜集处理，同时监控设备故障，控制开关。概括而言，它可以分为自动化终端和一次设备两个部分。

3 县域配电自动化技术的应用及存在问题

3.1 县域配电自动化技术的应用情况

3.1.1 配电自动化系统架构

纵观我国各个县级地区的配电自动化系统架构，主要分为配网主站层（主站）、电力调度分中心（分站）和配网终端层（底层）三个部分（详见图1）。第一，配网主站层（主站）系统。作为整个配电网自动化系统的最高层次，主要由计算机设备及其相关的配套硬件和软件共同组成，一般设置在电力企业中的调度管控职能部门，便于对整个县域的配电网络运行情况进行实时动态监控、数据分析、指令发布和调度管理等。第二，电力调度分中心（分站）系统。所谓的分站系统主要是指整个配电自动化系统中的中间层级，包括无数个分站系统。配电系统中的分站系统主要设置在变电站基点的内部，便于实时连接和监控现场，促使自动化设备和主站系统更好更顺畅地连接。第三，配网终端层（底层）。底层，顾名思义是配电自动化系统中的基础，由变压器监控终端、开关监控终端等一次设备组成。这些设备被统一安装在电力设备上，便于实时监控电力设备的运行情况，及时采集设备上的数据信息，自动接收来自于主站系统的指令信息，保护和管控监控设备。

图1 县域配电自动化系统架构

3.1.2 主站设备

配电自动化系统中的主站设备主要由激光打印机、MIS网关机、网络交换机、配调工作站、SCADA网关机和数据服务器等设备组成。不同的设备具有不同的功能：激光打印机主要负责数据接收和打印；MIS网关机主要负责与MIS系统连接，实现数据的双向传输和互动，从而有效管控MIS系统；SCADA网关机的职能是与县域中的SCADA总系统进行连接，双向传输数据，交换信息；数据服务器的职能主要是对接收到的数据进行统一储存和管理。

3.1.3 通信网络

纵观我国各大县级地区使用的配电自动化系统，通信网络的组成主要包含四个方面：一是现场的总线网络，一般使用RS485接口，充分满足了监控终端设备和载波网关的接入要求[1]；二是配电载波通信网络，主要职能是对配电自动化系统中的所有设备进行连接，确保数据信息传输和通信的顺畅；三是局域网络，主要职能是借助光纤信道在配电自动化系统的主站和分站之间构建通信专用通道，将主站和所有分站进行有效连接；四是以太网络，借助电缆，将系统内主站中的计算机设备与相关的所有电力设备进行有效连接，保障正常通信。

3.2 县域配电自动化技术应用存在的问题

3.2.1 实时监控业务分布不均，导致存在信息孤岛

就当前县域配电网自动化技术的使用情况来看，虽然在基础功能方面趋于完善，基本具备了实时监控、故障信息接收和分析判断、隔离问题元件、迅速恢复供电等功能，但由于当前的配电网结构尚不健全，市供电企业和县供电企业所管辖的配电线路尚没有实现与智能电网的全面连接，致使各个区域的监控设备信息无法实时传输。监控设备和主站网络之间相互分割独立，不具备完整的连接网络，导致部分信息无法及时传输和共享，存在信息孤岛。

3.2.2 配电自动化系统的核心环节出现故障的可能性依然存在

配电自动化需要的实时数据，主要通过县级电力公司主导的前端服务实现搜集。借助现有的市级电力公司-县级电力公司这一既定的网络渠道，将县区前端服务采集的实时数据上传到市级公司具备的SCADA服务器。经由这一环节的数据处理后，将相关数据传给县级电力的各个工作站点。如果市级公司的SCADA服务器出现功能故障，无法解释和转换数据，那么县级公司原有的前端服务器则可以一并兼顾SCADA这一功能，但在无形中会降低县级电力公司前端服务器的监测功能，增加事故风险。同时，一旦县级工作站的服务器也出现异常，那么数据传输和转换功能将无法实现，将造成主网数据接收异常，相关参数缺失，为现场监控造成诸多不变，从而埋下安全隐患。

3.2.3 配电自动化系统的承载性能不足

随着城镇人口数量的不断增加，县级电力系统承担的监控责任更加重大。无论是信息储存，还是信息传输，工作量都进一步增加，仅仅是远景信息数量就高达50万之多。对于县级电力公司采用的前置服务模式而言，最核心的环节依然是信息采集和处理。一旦信息量居高不下，就容易给整个电力系统造成瓶颈。当前的电力系统建设主要偏向于市级电力公司，忽视了县级公司的服务能力提升，使得管理业务需求和系统实际承担的运行量脱节，无法实现风险平摊和分化。一旦市级电力公司系统出现问题，那么县级电力公司将广受波及，独木难撑。

4 县域配电网自动化技术运用的优化方案

4.1 完善硬件核心节点

增加专用的数据库服务器，确保电力运行过程中的主要服务数据能够得以长久保存和实时传输，并比照相关参数，及时比照和转换实时采集的数据，确保在市公司数据服务环节出现障碍之际，不影响相关数据的接收、储存和转化。

4.2 创新软件系统关键技术

积极引进分布式数据库运行体系，分别在市级公司和县级公司安装映像数据库系统，确保县级公司搜集和上传的数据可以实现异地本地同时运转。同时，要注意将市公司和县公司各自的数据系统分门而立，各自建立一个云系统，受市级公司的统一管辖和分配，增添统一检索的功能[2]，确保数据的实时录入和查询，以满足终端访问需求。

4.3 实时监控的可靠性提升

利用县级公司电力系统中重要的工作节点，赋予各个县级公司自行搜集和处理区域内监控数据的权利。在市县公司系统均保持正常时，实时上传监控数据到SCADA服务器，储存到市电力系统的数据库中，保障市县电力系统的正常运行。如果遇到市公司系统出现故障的情况，县级公司则可以比照和转换监控数据，确保实时反馈和数据流动的畅通性，提高配电网的自动化运行效率，降低市级公司在故障期间的工作复核。