配電線路自動化系統(tǒng)的應用探析

摘 要：電力技術的發(fā)展與市場化，對電力供應的安全、可靠、準確、經(jīng)濟等要求也隨之提高，因此在配電線路中應用自動化系統(tǒng)已經(jīng)成為共識，文章從配電線路自動化系統(tǒng)結構入手，并對系統(tǒng)配置和構建、系統(tǒng)運行和系統(tǒng)強化等進行了分析，說明自動化系統(tǒng)的應用有助于配電線路提高管理靈活性和效率。

關鍵詞：配電路線；自動化系統(tǒng)；系統(tǒng)構成；運行方式

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）33-0089-02

配電線路的自動化應用是近幾年在配線網(wǎng)絡智能化的推動下逐步應用到配電網(wǎng)絡中的，是集計算機、網(wǎng)絡、移動通信、控制技術、智能化設備、數(shù)據(jù)庫技術等于一身的綜合性技術措施，可以將其看做是一淘網(wǎng)按照的控制和管理體系。其應用的目標就是減少人為管理與控制對配線線路運行的影響，減輕工作人員的勞動負擔，提高用電可靠性以及供電質量等。我國的配線線路自動化系統(tǒng)的應用已經(jīng)初見成效。

1 配線自動化系統(tǒng)的基礎系統(tǒng)

1.1 配線網(wǎng)絡自動化主站系統(tǒng)

配線網(wǎng)絡自動化必須建立在主站系統(tǒng)自動化的基礎上，其包括主站系統(tǒng)、故障處理系統(tǒng)、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)等。主站的自控系統(tǒng)包括多個服務器。這些服務器所提供的功能也不盡相同，如前置服務器，作為備用的系統(tǒng)服務器，故障時替代主要服務器進行工作。主前置服務器可以通過交換機發(fā)出的數(shù)據(jù)并進行分析，向其他服務器發(fā)出指令，進行數(shù)據(jù)共享。主站系統(tǒng)中如服務器故障為了保證系統(tǒng)的正常運行則將數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)寫入其他數(shù)據(jù)庫中保證安全。同時主站系統(tǒng)可以利用自控程序對網(wǎng)絡中的元件進行數(shù)據(jù)采集和控制，以此實現(xiàn)配電線路的自動化控制。

1.2 配線子系統(tǒng)

配線網(wǎng)絡中需要控制的設備眾多，所涵蓋的設備點較為廣泛，包括整個配電線路中的控制對象，如開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、還有柱上開關等等，因此不能將所有的設備都直接與配線主控制系統(tǒng)連接，所以一些網(wǎng)絡增加了子控制系統(tǒng)，即對網(wǎng)絡進行分區(qū)，并子系統(tǒng)的孔功志功能細化，管理轄區(qū)內的柱上開關、開閉所、配電站終端等，完成對數(shù)據(jù)的采集、饋線控制、饋線重合閘等等，并將數(shù)據(jù)匯總與主站完成通信，以此形成一個分區(qū)管理到集中調控的自動化控制網(wǎng)絡框架。

1.3 配電線路的控制終端

配電線路中實現(xiàn)終端自動化控制是具備實際功能的自動化設備，如柱上開關、開閉所、配電變壓器等，這些設備的自動化可以實現(xiàn)三遙功能也可以實現(xiàn)對故障的自動識別和控制等，從而與子控制系統(tǒng)和主控制系統(tǒng)形成一個全面覆蓋配電線路的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了自動化系統(tǒng)的應用。

2 配電線路自動化系統(tǒng)的配置

2.1 數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)

對電力數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控系統(tǒng)最初應用在輸電系統(tǒng)中，隨著配電線路的自動化其被應用的配電線路的監(jiān)控中。雖然該系統(tǒng)應用較晚，但是其功能和較比輸電系統(tǒng)更加復雜，且具有獨特性。配線系統(tǒng)中的SCADA可以采集終端元件形成的實時化數(shù)據(jù)，并利用通訊系統(tǒng)完成上傳，并可以執(zhí)行遙控指令，實現(xiàn)遠程控制。

2.2 GIS系統(tǒng)

GIS系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)的簡稱，其幫助系統(tǒng)定位空間數(shù)據(jù)，將地理空間和配電線路的地理數(shù)據(jù)進行一一對應，利用計算機技術將其轉化為自控系統(tǒng)的一部分。GIS的應用可以通過系統(tǒng)建立、操作和模型分析等，產(chǎn)生配電線路的運行信息，被智能化系統(tǒng)所有應用。配電線路的地理信息系統(tǒng)可以幫助站內自動化、饋線自動化、負荷管理控制、用戶自動抄表計費等進行準確工作，并與相關管理信息系統(tǒng)結合形成一個完整的實時化、圖形化的自動化管理系統(tǒng)。

2.3 客戶端管理系統(tǒng)

客戶端管理是為了提高供電的可靠性以并控制能源虛耗，節(jié)約供需雙方的成本支出。其通過對電力供需雙方的市場化管理與協(xié)調，形成一個完整的管理流程。其負責的就是對負荷進行監(jiān)控并進行遠程抄表和計費。負荷監(jiān)控就是針對用電客戶進行監(jiān)督與控制，監(jiān)測客戶用電負荷的改變，這樣就可形成一個負荷變化的數(shù)據(jù)庫，以此確定最優(yōu)的運行和負荷控制計劃，集中對負荷和部分客戶的用電情況進行實時化的監(jiān)控，并進行管理，通過數(shù)據(jù)庫技術計算最優(yōu)化的電價結構或者控制策略等?？梢詭椭刂葡到y(tǒng)保持負荷曲線相對平坦降低運營的成本，實現(xiàn)負荷平衡。遠程自動抄表和計費功能可以節(jié)約時間和成本，改變人工抄表的低效率。利用網(wǎng)絡技術實現(xiàn)對電表數(shù)據(jù)的自動化采集與計算，進行遠程配電線路的數(shù)據(jù)分析和處理。形成一個以自動化系統(tǒng)為基礎的實時化負荷和計費管理系統(tǒng)，其主要構成為電能表、采集模塊、集中抄表裝置、信息通道、主控站等。

3 配電線路自動化系統(tǒng)的構建與運行方式

3.1 自動化系統(tǒng)構建

3.1.1 監(jiān)控主站系統(tǒng)

主站是自動化系統(tǒng)的核心，其完成的功能是通過人交互完成對整個網(wǎng)絡的控制，可以采用Windows系統(tǒng)，分布式全圖形的人機交互界面，針對配電線路進行實時化的監(jiān)控。系統(tǒng)可以利用通訊協(xié)議、圖形組態(tài)、報表查閱、系統(tǒng)管理、配置調整等功能實現(xiàn)對網(wǎng)絡自動化控制，也可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集、實時監(jiān)視、調度操作、數(shù)據(jù)分析、故障報警、報表輸出等功能，這個系統(tǒng)是自動化系統(tǒng)應用的基礎。

3.1.2 通訊系統(tǒng)

通訊系統(tǒng)是保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾A性系統(tǒng)，其包括網(wǎng)絡服務器和數(shù)據(jù)傳輸終端構成。其中網(wǎng)絡服務器主要負責數(shù)據(jù)鏈路的建立和數(shù)據(jù)中轉。而數(shù)據(jù)傳輸終端可以采用GPRS模塊完成網(wǎng)絡內部的各種通訊數(shù)據(jù)的傳遞。利用GPRS通訊模塊可以實現(xiàn)網(wǎng)絡互連，支持多種通信手段和協(xié)議，實現(xiàn)了網(wǎng)絡內部數(shù)據(jù)傳遞的靈活性和可靠性。

3.1.3 控制終端

控制終端主要是完成各種數(shù)據(jù)的采集與執(zhí)行指令功能，主要完成開關數(shù)量也模擬量等參數(shù)的采集，如智能監(jiān)控器。其采用高精度的采樣處理技術，通過軟件將數(shù)據(jù)進行儲存和傳遞，以此方便數(shù)據(jù)分析。

3.2 各系統(tǒng)運行方式分析

3.2.1 主站運行方式

在實際應用中，主站在網(wǎng)絡上獲得端口信息，將某個端口映射到主站服務器上，通過網(wǎng)絡完成與終端設備的互聯(lián)。有配網(wǎng)監(jiān)控主站在網(wǎng)絡端口上對設備進行監(jiān)聽。如果收到帶有指定報文的數(shù)據(jù)時即進行連接并進行數(shù)據(jù)傳遞，這樣便可實現(xiàn)對遠程設備的遙測、遙調、遙控功能。

3.2.2 設備端運行方式

設備投入工作后，其GPRS通信模塊將啟動，利用移動網(wǎng)絡實現(xiàn)與主網(wǎng)的互聯(lián)，向網(wǎng)絡服務器發(fā)出制定的報文以此幫助主站識別該設備。主站識別該設備后即通過網(wǎng)絡通道建立互聯(lián)，以此實現(xiàn)對終端設備監(jiān)控。完成通道建立后，終端設備即等待主控站的指令，即遠程數(shù)據(jù)命令包。經(jīng)由GPRS通訊模塊進行校驗后，通過COM端口傳遞給設備控制器，有控制器響應指令，并將結果通過COM反饋給GPRS通訊模塊，再經(jīng)建立的TCP/IP反饋給配電線路的中心站。這樣的數(shù)據(jù)交互即實現(xiàn)了設備端的控制功能。

4 配電線路自動化系統(tǒng)功能以及系統(tǒng)的完善

4.1 自動化系統(tǒng)功能

監(jiān)控遠程開關的運行情況，即對電流、電壓、位置等進行監(jiān)控，完成對數(shù)據(jù)的儲存。信息將在主站終端形成畫面反應網(wǎng)絡接線方式、運行狀態(tài)等，也可直接查看各個線路上開關點的電壓和電流、機構儲能等情況。通過智能控制器可以實現(xiàn)對線路的過流保護、速斷保護、跳閘以及自動重合等功能。通過監(jiān)控主站系統(tǒng)可以對線路中的各個設備點進行監(jiān)控和控制，尤其是故障線出現(xiàn)的時候，可以遠程遙控開關對線路進行隔離，自動對故障區(qū)域進行控制，并在故障排除后對線路進行恢復，這樣可節(jié)約人力以及資源投入，實現(xiàn)饋線自動化控制。同時系統(tǒng)還可以自動發(fā)出報警，調度人員進行遙控操作或者運行中出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會自動的彈出報警信息，將相關的信息提示給管理人員。統(tǒng)計和分析，數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)的匯總，并由計算機進行處理可以形成實時化的報表，方便管理人員進行查詢，也可對各種故障和系統(tǒng)事件進行記錄，匯總操作事件方便查詢和調閱。

4.2 系統(tǒng)應用的完善

系統(tǒng)應用中應注意以下幾個要點：

①針對通訊模塊的保護，應選擇性能較穩(wěn)定的通訊模塊保證系統(tǒng)通訊的安全，同時對通信模塊和控制器進行保護，加裝防雷裝置或者進行可靠接地。

②智能控制在應用中應保證電源的可靠性，除了利用PT電源，還應增加備用電源裝置，以此滿足系統(tǒng)故障時正常工作的需求。

③改善網(wǎng)絡安全性漏洞。利用新型的VPN技術，實現(xiàn)對網(wǎng)絡安全性的提高。如將網(wǎng)絡服務器通過通訊專線進行連接，然后在移動網(wǎng)絡上設置一個專用的系統(tǒng)接口，即APN接入點，從而使得管理系統(tǒng)的移動設備和公司內部的網(wǎng)絡之間形成一個專用的虛擬通道。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的專線傳遞，解決了內部網(wǎng)絡安全性和數(shù)據(jù)保密性的要求。移動終在完成GPRS連接的時候，系統(tǒng)會向移動終端發(fā)出一個查詢指令，對移動終端的APN查詢，然通過DNS解析APN獲得相對應的IP地質。專用的APN在系統(tǒng)中體現(xiàn)的是專用的一個網(wǎng)址段。因為系統(tǒng)的專用通道與移動通信網(wǎng)絡連接，此時移動終端就可通過此類方式連接到系統(tǒng)的內部網(wǎng)絡。配電線路上的自動化系統(tǒng)監(jiān)控主站可以與網(wǎng)絡服務器直接相連，通過上述方式接入GPRS移動基站，并獲得一個固定的IP地址，各監(jiān)測點通信模塊也采用固定IP地址的SIM卡，所以監(jiān)測點數(shù)據(jù)無需路由到公用網(wǎng)絡，非電力用戶無法進入，排除了黑客通過公網(wǎng)入侵的可能。最后，將目前配電線路自動化系統(tǒng)與調度自動化主站系統(tǒng)進行整合，解決監(jiān)控主站問題。經(jīng)GPRS網(wǎng)絡上傳的數(shù)據(jù)集中處理后可以通過網(wǎng)線或串口直接接入到調度自動化主站系統(tǒng)。

5 結 語

綜合上述分析，可以看到配電線路的自動化系統(tǒng)可以應用到多種配電線路中，自動化系統(tǒng)可以靈活組合，主站系統(tǒng)、子系統(tǒng)、設備端可以進行數(shù)量和層數(shù)的增加和減少，以此構成一個靈活的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)可以對配電線路中的設備狀況、電費計量等進行自動化監(jiān)控。引入自動化系統(tǒng)的配電線路提高了系統(tǒng)控制的自動化程度以及可靠性，功能豐富且實時性突出。同時系統(tǒng)應用改善了電網(wǎng)調控系統(tǒng)的性能，提高電網(wǎng)的運行可靠性，降低了維護和運行的成本。

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