配電自動化系統(tǒng)關(guān)鍵問題分析

方 彥

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學院，西安710014）

隨著計算機與通信技術(shù)的飛速發(fā)展，構(gòu)成配電系統(tǒng)的元器件已從模擬式繼電元件發(fā)展到數(shù)字化、自動化和智能化控制單元，配電系統(tǒng)本身也發(fā)展成為自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)了信息采集、處理、就地控制、信息傳送與管理、系統(tǒng)協(xié)調(diào)與優(yōu)化等功能。配電系統(tǒng)通常是一個多處理機的分布式系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 分布式配電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1 配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從圖1可以看出，整個配電系統(tǒng)劃分成3個層次：

（1）一次設(shè)備層，是開關(guān)電器等一次設(shè)備；

（2）現(xiàn)場控制層，包括保護設(shè)備、數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備等；

（3）過程監(jiān)控層，實現(xiàn)對整個配電系統(tǒng)的控制。

在這3個層次中，分布式配電自動化系統(tǒng)有2個關(guān)鍵：（1）構(gòu)成系統(tǒng)底層的各種數(shù)字化電器控制保護單元；（2）整個系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)。

2 數(shù)字化電器控制保護單元

在電器中采用微處理器以增強電器的保護功能成為新的發(fā)展趨勢，各種以微處理器為核心的數(shù)字化電器應(yīng)運而生。它是目前快速發(fā)展的微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和傳感器技術(shù)等高新技術(shù)與傳統(tǒng)的電器技術(shù)相融合的產(chǎn)物，是實現(xiàn)分布式配電自動化系統(tǒng)的重要元件。這些數(shù)字化的電器具有以下特征。

2.1 對電力系統(tǒng)的監(jiān)控能力

對電力系統(tǒng)的監(jiān)控能力主要反映在能準確反映被監(jiān)控系統(tǒng)以及線路的運行情況，并能及時、準確地切除各種故障，以及按照運行人員的要求進行各種操作。

2.2 智能化控制

以往的數(shù)字化電器產(chǎn)品，它們的控制方式是原有電磁式繼電線路的微機化，還談不上真正的智能化。智能化更多是對電器的控制和檢測方面而言，將智能控制理論（比如：模糊理論、人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）引入到電器控制中來。

2.3 可通訊功能

數(shù)字化電器應(yīng)當是可與系統(tǒng)通信的產(chǎn)品，以此構(gòu)成整個分布式配電自動化系統(tǒng)。

圖2為數(shù)字化電器單元結(jié)構(gòu)框圖。

圖2 典型的數(shù)字化電器單元結(jié)構(gòu)框圖

例如，在ABB SACE推出的SACE SD-View自配置監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)字化的自動控制設(shè)備是指安裝在F系列空氣斷路器上的SACE PR1型模塊式微處理單元。

3 分布式配電自動化系統(tǒng)信息分析

數(shù)字化電器單元具有可通信能力，是它們得以構(gòu)成分布式配電自動化系統(tǒng)的必要條件，如何根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換特點構(gòu)造最適合配電自動化要求的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信總線，是分布式配電自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。

從整個系統(tǒng)來看，如圖1，存在3個數(shù)據(jù)流向：

（1）從2層到3層，傳輸反映一次系統(tǒng)運行狀態(tài)的信息。這類信息量大，時間分辨力要求達到毫秒級，實時性要求較高。

（2）從3層到2層，為控制計算機下達或轉(zhuǎn)發(fā)的對一次設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)命令以及對2層設(shè)備的修改、整定參數(shù)命令。該方向的數(shù)據(jù)傳送量較小，但要求傳輸安全，應(yīng)有多種檢查和確認手段。

（3）2層設(shè)備之間的橫向數(shù)據(jù)交換。該類數(shù)據(jù)視系統(tǒng)設(shè)計及功能劃分而定，若要求線路上不同位置斷路器之間的保護存在配合，需控制其數(shù)字化單元之間的信息交流，橫向的數(shù)據(jù)交換量將很大。

4 分布式配電自動化系統(tǒng)通信解決方案

分布式配電自動化系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，主要是總線型及星形連接方式。

4.1 星形通信系統(tǒng)方案

星形通信系統(tǒng)以安裝于控制室的計算機為中心點，以發(fā)散的方式分別通過通信電纜與分散于每一開關(guān)柜上的數(shù)字化單元連接，形成1∶N的連接形式。星形連接方式是目前比較流行的方式之一，見圖3。

星形通信系統(tǒng)方案優(yōu)點明顯，系統(tǒng)中的單元都與控制計算機單獨通信，獨占通信線路，可靠性高。星型通信系統(tǒng)一般采用串行通信實現(xiàn)互聯(lián)，比較簡單。但星形通信系統(tǒng)方案的缺點是連線多，尤其是控制計算機端接線較多，施工復雜，對于系統(tǒng)要求的保護配合等效率不高。

4.2 總線型通信系統(tǒng)方案

總線型通信系統(tǒng)克服了星形連接的不足，該方式以一條總線連接各分散控制保護單元及控制主機，從而實現(xiàn)各單元的互聯(lián)，如圖4。為考慮可靠性及性能、維護等諸因素，可以采用2條或多條總線連接各單元，以實現(xiàn)總線的冗余性及更大的數(shù)據(jù)傳輸能力。總線型通信系統(tǒng)具有不能獨占通信線路和相互影響的缺點。

總線型通信系統(tǒng)常見類型有：

（1）采用局域網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)的總線連接

局域網(wǎng)（LAN）技術(shù)，如以太網(wǎng)技術(shù)，在辦公環(huán)境下應(yīng)用多年，技術(shù)成熟，可方便地實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)互傳。但由于標準LAN技術(shù)主要應(yīng)用環(huán)境為辦公室，沒有嚴格的抗干擾設(shè)計，因此配電自動化系統(tǒng)的2層和3層之間的通信網(wǎng)絡(luò)一般不采用，也就是說，一般不將此網(wǎng)絡(luò)直接深入到變電站一次設(shè)備現(xiàn)場。

（2）采用現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)的總線連接

現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機化測控設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，是一種開放式、數(shù)字化并且多點通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。

4.3 SACE SD-View系統(tǒng)的通信方案

總線型和星型通信方案各有優(yōu)缺點，現(xiàn)場的通信方案應(yīng)根據(jù)具體情況選擇。以SACE SDView自配制監(jiān)控系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)采用一種折中的方案，在2層和3層之間加入了1個通信單元，即SACE SD-P2。

該通信單元帶有4個通信接口，主要功能是：周期性采集電器設(shè)備參數(shù)；通信診斷報告；配置系統(tǒng)參數(shù)等。它可以利用軟件選擇物理通信方式（RS232、RS485或光纜），選擇通信節(jié)點（中繼器、路由器、總線型或星型），并對通信協(xié)議進行轉(zhuǎn)換。加入通信單元后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5。

圖5 SACE SD-View自配置監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

5 結(jié)束語

分布式和自動化是配電系統(tǒng)的發(fā)展方向，配電系統(tǒng)中數(shù)字化電器單元應(yīng)當是具有系統(tǒng)監(jiān)控能力、智能化控制和可通信能力的綜合體。單元之間的通信系統(tǒng)構(gòu)成是解決配電系統(tǒng)信息交流的關(guān)鍵問題。

本文在分析配電系統(tǒng)的信息流向及流量基礎(chǔ)上，提出了適應(yīng)分布式配電系統(tǒng)自動化通信的幾種方案，特別介紹了SACE SD-View自配置監(jiān)控系統(tǒng)的通信方案，為方案的選擇提供了有益的參考。

[1] 陳德桂．可通信低壓開關(guān)電器[J] ．低壓電器，1999（4）：3-5.

[2] 陽憲惠．現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用[M] ．北京：清華大學出版社，1999.