城市配網(wǎng)自動化及其配網(wǎng)規(guī)劃的應(yīng)用淺析

李廣文

摘 要：我國社會經(jīng)濟(jì)在發(fā)展的過程中對能源的需求量極大，電能則是其中主要的應(yīng)用能源之一。當(dāng)前，在電能應(yīng)用的過程中主要通過配網(wǎng)來配送，但隨著新用戶的快速增加，以及電網(wǎng)線路設(shè)備的老化，配網(wǎng)應(yīng)用自動化技術(shù)意義重大。在此背景下，對城市配網(wǎng)自動化及其配網(wǎng)規(guī)劃的應(yīng)用進(jìn)行了簡要的分析和探討。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)自動化；配網(wǎng)規(guī)劃；同步性；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.147

在城市發(fā)展的過程中，配網(wǎng)則是其基礎(chǔ)模塊之一，為城市的發(fā)展提供了穩(wěn)定的電能應(yīng)用，促進(jìn)了城市經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市配網(wǎng)在發(fā)展中也進(jìn)行了較多的規(guī)劃和完善。在此現(xiàn)狀下，配網(wǎng)自動化技術(shù)的應(yīng)用則引起了較多人的關(guān)注。如何針對配網(wǎng)應(yīng)用良好的自動化運行技術(shù)，并且符合配網(wǎng)規(guī)劃的發(fā)展，正式成為研究人員以及電力企業(yè)長期研究的問題。基于此，筆者針對當(dāng)前城市配網(wǎng)自動化及其配網(wǎng)規(guī)劃的應(yīng)用進(jìn)行簡要的剖析研究，以盼能為我國城市配網(wǎng)的發(fā)展提供參考。

1 城市配網(wǎng)自動化

當(dāng)前，隨著科技的快速發(fā)展，電力技術(shù)水平得到了大幅提升，其中，配網(wǎng)自動化技術(shù)也得到了較多實踐發(fā)展的機(jī)會。

在落實配網(wǎng)自動化的過程中，主要利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)將整體的配網(wǎng)系統(tǒng)納入自動化管理系統(tǒng)。通過自動化管理系統(tǒng)，針對配網(wǎng)運行現(xiàn)狀進(jìn)行綜合管理分析，具體涉及的管理項目有用戶信息、配網(wǎng)運行狀態(tài)、故障現(xiàn)狀、配網(wǎng)結(jié)構(gòu)等。在實際運行過程中，通過聯(lián)合監(jiān)控技術(shù)，針對配網(wǎng)運行現(xiàn)狀進(jìn)行實時監(jiān)控管理。當(dāng)前在配網(wǎng)運行中應(yīng)用自動化技術(shù)，有效地提升了配網(wǎng)的運行質(zhì)量，也提升了配網(wǎng)的供電質(zhì)量。

2 城市配網(wǎng)自動化與配網(wǎng)規(guī)劃的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，城市配網(wǎng)自動化技術(shù)在運行的過程中，其整體運行狀況良好，但在部分地區(qū)，在實際落實的過程中出現(xiàn)了較多問題。此類問題具體體現(xiàn)為配網(wǎng)自動化在運行的過程中與配網(wǎng)規(guī)劃產(chǎn)生沖突，例如配網(wǎng)自動化技術(shù)在應(yīng)用的過程中，其管控區(qū)域與實際配網(wǎng)規(guī)劃要求不符，最終造成配網(wǎng)自動化技術(shù)監(jiān)控不全面，未完全發(fā)揮自動化技術(shù)的應(yīng)用效果。

3 城市配網(wǎng)自動化應(yīng)用的特點

當(dāng)前，城市配網(wǎng)自動化技術(shù)整體的應(yīng)用效果良好，為城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。在此情況下，筆者針對當(dāng)前城市配網(wǎng)自動化技術(shù)的應(yīng)用特點進(jìn)行簡要的分析。其中，具體的應(yīng)用特點為：電能供應(yīng)穩(wěn)定性良好；快速確定故障區(qū)域，自動處理故障問題；實現(xiàn)配網(wǎng)運行的全面監(jiān)控；有效地保護(hù)了配網(wǎng)運行中的電器設(shè)備。針對此類應(yīng)用特點，筆者進(jìn)行簡要的分析介紹。

3.1 電能供應(yīng)穩(wěn)定性良好

在配網(wǎng)自動化技術(shù)應(yīng)用的過程中，需針對配網(wǎng)運行狀況進(jìn)行狀態(tài)分析。在此現(xiàn)狀下，運用配網(wǎng)自動化技術(shù)對配網(wǎng)的運行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，并實時處理配網(wǎng)運行中存在的問題，合理控制電壓的穩(wěn)定性，改善供電過程中的不良狀況。此類技術(shù)在實施的過程中，具備保障電能供應(yīng)穩(wěn)定性的特點，有效降低了人工作業(yè)的風(fēng)險，確保了電力企業(yè)的安全經(jīng)營。

3.2 確定故障區(qū)域，自動處理故障問題

城市配網(wǎng)自動化技術(shù)在運行的過程中，其核心技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在應(yīng)用的過程中，具備實時性、快速性、安全性特點。當(dāng)前，在城市配網(wǎng)自動化技術(shù)應(yīng)用的過程中，針對配網(wǎng)中出現(xiàn)的故障，自動化技術(shù)能夠快速地進(jìn)行故障點確定，并且快速地進(jìn)行故障點的隔離以及供電的恢復(fù)。此類技術(shù)的應(yīng)用，有效地提升了電網(wǎng)作業(yè)的效率，確保了用電戶的用電質(zhì)量。

3.3 實現(xiàn)配網(wǎng)運行的全面監(jiān)控

在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的過程中，如果硬件設(shè)備達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，那么軟件的運行通常較為穩(wěn)定。城市配網(wǎng)自動化技術(shù)在應(yīng)用的過程中，通過軟件結(jié)合硬件，實現(xiàn)城市配網(wǎng)運行的全面監(jiān)控。針對配網(wǎng)運行現(xiàn)狀進(jìn)行分析整理，有效地提升了供電企業(yè)的效率，并在一定程度上提升了電力企業(yè)的效益。

3.4 有效保護(hù)了配網(wǎng)運行中的電器設(shè)備

城市配網(wǎng)在前期運行過程中未采用自動化技術(shù)，當(dāng)配網(wǎng)運行中出現(xiàn)故障時，主要通過人工檢修的方式進(jìn)行故障點的排查。人工檢修不但效率較低，而且風(fēng)險較大，并且隨著檢修時間的延長，易造成故障設(shè)備的永久性損壞，嚴(yán)重?fù)p害了供電企業(yè)的利益。應(yīng)用配網(wǎng)自動化技術(shù)，在故障出現(xiàn)時通過隔離故障區(qū)域的方式，快速確定了故障點，并且有效保護(hù)了電器設(shè)備，防止設(shè)備出現(xiàn)進(jìn)一步的損壞。

4 城市配網(wǎng)自動化及配網(wǎng)規(guī)劃的問題

當(dāng)前，城市配網(wǎng)自動化及其配網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展的整體狀況良好，但在細(xì)節(jié)方面還存在較多問題，例如項目發(fā)展同步性較差、配網(wǎng)自動化受限于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化。針對此類存在的問題，筆者進(jìn)行簡要的分析介紹。

4.1 項目發(fā)展同步性較差

城市配網(wǎng)自動化技術(shù)的應(yīng)用屬于配網(wǎng)建設(shè)工程中的輔助管理系統(tǒng)，一定程度上分析可歸屬于軟件技術(shù)建設(shè)。配網(wǎng)規(guī)劃則完全屬于設(shè)計以及工程建設(shè)方面的硬件技術(shù)，當(dāng)前2類技術(shù)在發(fā)展的過程中，整體上還存在同步性較差的情況。城市配網(wǎng)自動化技術(shù)能夠快速地進(jìn)行建設(shè)和普及，配網(wǎng)規(guī)劃則需較長的時間進(jìn)行研究，兩者在具體實施的過程中，先為基礎(chǔ)建設(shè)后為自動化應(yīng)用。

針對此現(xiàn)狀，城市配網(wǎng)規(guī)劃可參考配網(wǎng)自動化技術(shù)的應(yīng)用特點，例如參考其覆蓋范圍以及最大監(jiān)控面積，并以此進(jìn)行城市配網(wǎng)規(guī)劃。同時在配網(wǎng)規(guī)劃的過程中，將自動化應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行同步設(shè)計，以此達(dá)到提升工作效率、加強(qiáng)供電企業(yè)科學(xué)化發(fā)

展的目的。

4.2 配網(wǎng)自動化受限于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化

配網(wǎng)自動化技術(shù)的核心為網(wǎng)絡(luò)通訊，因此網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對于配網(wǎng)自動化運行影響較大。針對此現(xiàn)狀，后期配網(wǎng)自動化技術(shù)應(yīng)朝著改善通訊環(huán)境的方面發(fā)展，或進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的替代，例如通過射頻技術(shù)進(jìn)行通訊，以提升自動化技術(shù)應(yīng)用的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

當(dāng)前，我國城市配網(wǎng)自動化及其配網(wǎng)規(guī)劃在發(fā)展的過程中整體狀況良好，其中，配網(wǎng)自動化應(yīng)用的具體特點為提升供電穩(wěn)定性、快速確定故障區(qū)域、自動處理故障問題、配網(wǎng)運行全面監(jiān)控、保護(hù)配網(wǎng)電器設(shè)備。此外，對于城市配網(wǎng)自動化與配網(wǎng)規(guī)劃，供電企業(yè)還應(yīng)朝著同步發(fā)展，研究網(wǎng)絡(luò)通訊替代技術(shù)的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕

2 常見的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在計量儀器收發(fā)系統(tǒng)中經(jīng)常會使用到各種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，比如藍(lán)牙技術(shù)、Wi-Fi等。短距離無線通信技術(shù)和長距離無線通信技術(shù)相比，有非常多的不同之處，而短距離無線通信技術(shù)，比如藍(lán)牙技術(shù)、Wi-Fi和ZigBee等在性能上也都不同，各有各的長處，也各有各的缺點，下面對此加以分析和比較。

2.1 ZigBee技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)的比較

藍(lán)牙技術(shù)在使用過程中雖然有很多優(yōu)點，但是缺點也很明顯。如果只是從環(huán)境檢測領(lǐng)域的角度來看，藍(lán)牙技術(shù)復(fù)雜、功耗大、要求距離近，這就會造成組網(wǎng)規(guī)模過小。在環(huán)境檢測領(lǐng)域，我們要求的無線傳輸一定是可靠的，且能夠抵抗各種電磁干擾。對于這樣的要求，藍(lán)牙技術(shù)是無法滿足的。

2.2 ZigBee技術(shù)與UWB 技術(shù)的比較

超寬帶無線技術(shù)（UWB）是一種低功率、無載波通信技術(shù)，頻譜范圍很寬。超寬帶無線技術(shù)的特點是傳輸頻率高、通信距離短，但是超寬帶無線技術(shù)的設(shè)備價格較貴。在計量儀器收發(fā)系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點密度越大，其監(jiān)測結(jié)果就會越準(zhǔn)確，而如果傳感器節(jié)點成本不高，在實際使用時就可以進(jìn)行高密度的部署，不會帶來成本的大幅上升，因此，可以通過高密度部署傳感器節(jié)點換來更準(zhǔn)確的監(jiān)測結(jié)果。按照這個要求，超寬帶無線技術(shù)的高成本對于系統(tǒng)而言就不適合了。

2.3 ZigBee技術(shù)與Wi-Fi技術(shù)的比較

Wi-Fi和ZigBee的工作頻率相同，都是2.4 GHz，對于計量儀器收發(fā)系統(tǒng)而言，Wi-Fi最大的問題在于Wi-Fi設(shè)備一般需要常規(guī)充電，這在自然環(huán)境下無法完成。此外，Wi-Fi的帶寬是被多個用戶共享的，連接速度只能達(dá)到幾百字節(jié)。因此，Wi-Fi技術(shù)對于計量儀器收發(fā)系統(tǒng)而言也是不合適的。

2.4 ZigBee技術(shù)與紅外技術(shù)的比較

紅外技術(shù)無線數(shù)據(jù)的收發(fā)是通過數(shù)據(jù)脈沖與紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)的，傳輸速率可達(dá)16 Mbps左右，接收角度在30°左右。

紅外技術(shù)操作簡單，成本低廉，但在日常應(yīng)用中紅外設(shè)備之間的通信不能有任何阻擋物，無法同時連接多臺設(shè)備，且對方向性也有要求，設(shè)備的壽命也不長，這些缺點使得紅外技術(shù)在計量儀器收發(fā)系統(tǒng)中難有用武之地的。

由于ZigBee技術(shù)具有以下的優(yōu)勢，所以，很多計量儀器收發(fā)系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)進(jìn)行無線通信和傳輸：①ZigBee技術(shù)的功耗低。在通常情況下，終端ZigBee設(shè)備使用2節(jié)5號電池就可以運行半年到2年的時間。②系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高，ZigBee技術(shù)的傳輸速率可以滿足要求。③ZigBee設(shè)備成本低、協(xié)議簡單、存儲空間小，頻段也是免執(zhí)照的，這些都可以使ZigBee設(shè)備的成本大大降低。④ZigBee設(shè)備從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)一般只需要15 ms左右，因此，ZigBee設(shè)備的響應(yīng)速度非?？?。⑤ZigBee網(wǎng)絡(luò)容量大，可以連接 255個ZigBee節(jié)點，通過路由器的使用，ZigBee網(wǎng)絡(luò)甚至可以支持 65 000個節(jié)點。

3 無線網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

無線通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有3種，分別為星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有明顯的優(yōu)點，比如網(wǎng)絡(luò)簡單、易管理維護(hù)等，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也有很強(qiáng)的分布式處理能力，路由節(jié)點就是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分布式處理中心，它接收終端無線傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理完成之后再轉(zhuǎn)發(fā)。星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主要缺點是在擴(kuò)展性上，星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)越大，增加節(jié)點就會越困難。

樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也可以被稱作簇型結(jié)構(gòu)，在樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中傳感器節(jié)點被串聯(lián)在一條鏈上或多條鏈上，鏈尾即是終端傳感器節(jié)點，鏈頭連接在一起類似于簇形，樹形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一樣簡單，擴(kuò)展不困難，但如果節(jié)點出現(xiàn)問題，則在自我調(diào)整上會比星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)困難。

網(wǎng)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，擴(kuò)展不困難，但網(wǎng)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的算法難度較大，對于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點眾多的情況，要分析清楚網(wǎng)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的路由是相當(dāng)困難的。

樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于自然環(huán)境，但也存在一些缺點。本文將對ZigBee樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些改進(jìn)，具體的做法為：把固定網(wǎng)關(guān)用線纜相互連接，這些網(wǎng)關(guān)用于收集無線傳感器傳來的無線信號。網(wǎng)關(guān)并不能隨時移動，無線傳感器節(jié)點可變換位置，無線傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過射頻模塊無線發(fā)射出去，這些數(shù)據(jù)被傳輸至最近的網(wǎng)關(guān)，再通過總線傳輸?shù)奖O(jiān)控計算機(jī)上。計量儀器收發(fā)系統(tǒng)對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有特殊的要求，具體有3個：①網(wǎng)關(guān)節(jié)點和路由節(jié)點具有自組網(wǎng)的能力，能夠探測到周圍節(jié)點并能夠確定與他們之間的連接關(guān)系。②網(wǎng)絡(luò)具有自我修復(fù)能力，當(dāng)增加1個節(jié)點、減少1個節(jié)點或某一節(jié)點發(fā)生故障時，網(wǎng)絡(luò)能夠自動調(diào)整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)。③如果網(wǎng)絡(luò)部分節(jié)點失效，雖然網(wǎng)絡(luò)可以自我修復(fù)，但由于節(jié)點的減少易造成數(shù)據(jù)堵塞的情況發(fā)生。因此，需要一種新的路由算法解決該問題，以保證整體網(wǎng)絡(luò)中路由節(jié)點消耗能量的均衡，不會因為部分節(jié)點能量消耗過大而早早失效。

無線網(wǎng)絡(luò)計量儀器收發(fā)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

4 結(jié)束語

計量儀器收發(fā)系統(tǒng)如果采用有線方案，則主要有線路過多、布線復(fù)雜、維護(hù)困難、線路易老化和磨損腐蝕等缺陷，這會造成較高的誤報率，各種故障時有發(fā)生。基于此，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于計量儀器收發(fā)系統(tǒng)中，能夠解決上述問題，提高可維護(hù)性和擴(kuò)展性。

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〔編輯：張思楠〕