配電自動化終端設(shè)備在配網(wǎng)自動化中的應(yīng)用探討

姜文材

（國網(wǎng)山東省電力公司濱州供電公司，山東 濱州 256600）

自20 世紀90 年代以來，我國配網(wǎng)自動化發(fā)展取得了巨大的進步。在這一進程中，智能終端單元、遠動終端、智能電能表等配電自動化終端設(shè)備發(fā)揮了重要作用。它們通過數(shù)據(jù)采集、信息處理和遠程控制等功能，實現(xiàn)了配電系統(tǒng)的智能化管理和運行優(yōu)化。《國家能源局關(guān)于推進配電網(wǎng)智能化建設(shè)的指導(dǎo)意見》提出，將進一步推動配電自動化終端設(shè)備的應(yīng)用，要求加強對智能終端單元和智能電能表等關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)和推廣，以提升我國配網(wǎng)自動化水平，為建設(shè)智慧電網(wǎng)作出積極貢獻。

1 配電自動化終端設(shè)備的概述

配電自動化終端設(shè)備是用于配電系統(tǒng)的智能化監(jiān)控和控制的關(guān)鍵組成部分，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，用于實時監(jiān)測、保護和控制電力設(shè)備，以提高系統(tǒng)的可靠性、安全性和效率。配電自動化終端設(shè)備通常由硬件和軟件組成。硬件方面，終端設(shè)備包括各種傳感器、測量裝置、保護裝置和執(zhí)行機構(gòu)。傳感器用于實時監(jiān)測電流、頻率和溫度等電力參數(shù)，測量裝置用于準確測量電能消耗和功率因數(shù)等信息。保護裝置負責(zé)檢測系統(tǒng)中的故障和異常，并采取措施以保護電力設(shè)備和用戶安全。執(zhí)行機構(gòu)用于執(zhí)行切斷電路或切換電源控制命令。軟件方面，配電自動化終端設(shè)備配備了強大的計算和通信能力，通過內(nèi)置的處理器和算法，能夠?qū)鞲衅鲾?shù)據(jù)進行實時分析和處理，并根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則和策略做出相應(yīng)的控制決策。終端設(shè)備還具有與上級控制系統(tǒng)（如SCADA 系統(tǒng)）和其他設(shè)備進行通信的能力，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和交換。

2 配電自動化終端設(shè)備的各構(gòu)建元件與作用

2.1 人機接口電路

人機接口電路用于實現(xiàn)與終端設(shè)備的交互和操作，使得運維人員能夠監(jiān)視、控制和管理配電系統(tǒng)。它提供了一個用戶友好的界面，使得操作人員可以輕松地與終端設(shè)備進行通信和交互。通過人機接口電路，工作人員可以實時監(jiān)測配電系統(tǒng)的電壓、功率因數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)。這些參數(shù)的變化能夠通過人機接口電路傳輸?shù)奖O(jiān)視設(shè)備，并以可視化的方式展現(xiàn)出來，提供實時的數(shù)據(jù)反饋和狀態(tài)報告。這使得運維人員能夠及時了解電網(wǎng)運行狀態(tài)，識別潛在問題，并采取相應(yīng)的措施進行調(diào)整和優(yōu)化。人機接口電路還承擔(dān)著警報和故障通知的功能，當終端設(shè)備檢測到異常情況或故障時，人機接口電路能夠及時發(fā)出警報，向相關(guān)人員發(fā)送相應(yīng)的通知，以便他們能夠及時采取行動，診斷和解決問題，保障配電系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。人機接口電路還可以提供操作界面，供工作人員進行遠程控制和調(diào)節(jié)配電設(shè)備。運維人員可以通過該界面實施開關(guān)、斷路器和變壓器等設(shè)備的操作和控制，實現(xiàn)線路的開關(guān)和切換，以適應(yīng)不同的負荷需求和電網(wǎng)運行狀態(tài)。

2.2 中心監(jiān)控單元

中心監(jiān)控單元是配電自動化終端設(shè)備中的核心組件，它具備多項功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對配電系統(tǒng)的全面監(jiān)控和管理。中心監(jiān)控單元負責(zé)實時監(jiān)測電路運行設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù)，它可以檢測過載、短路和接地故障等各種故障，并及時向工作人員發(fā)出警示。通過對設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測，中心監(jiān)控單元能夠預(yù)知潛在問題，確保電網(wǎng)的安全運行。中心監(jiān)控單元具備運行功率計算的能力。它可以根據(jù)電路運行設(shè)備的實際情況，計算出相應(yīng)的功率值。這對于電力供應(yīng)設(shè)備的運行狀態(tài)評估和負荷管理至關(guān)重要?；谟嬎愕玫降倪\行功率，運維人員可以做出相應(yīng)的調(diào)整和決策，以保持電網(wǎng)的平衡和穩(wěn)定。中心監(jiān)控單元還承擔(dān)著數(shù)據(jù)輸入和通信功能，它能夠接收來自各種傳感器和監(jiān)測設(shè)備的模擬量和數(shù)字量輸入，并將其轉(zhuǎn)化為可用的數(shù)據(jù)。中心監(jiān)控單元通過與其他配電設(shè)備和上級管理系統(tǒng)的通信接口，實現(xiàn)與它們之間的數(shù)據(jù)交換和遠程通信。這樣的通信能力使得配電自動化終端設(shè)備能夠與整個配電系統(tǒng)實現(xiàn)緊密的協(xié)作和集成。

2.3 通信終端

通信終端是配電自動化系統(tǒng)中的重要組成部分，它負責(zé)實現(xiàn)終端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信和與上級系統(tǒng)的通信。通信終端通常由以下構(gòu)建元件組成：通信模塊作為核心部件，它使用各種通信協(xié)議（如以太網(wǎng)、無線通信或串口通信）與其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸和遠程控制。其次，是數(shù)據(jù)處理單元，作為處理中心，接收、解析和處理其他設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，執(zhí)行算法和邏輯操作，確保數(shù)據(jù)的準確性和完整性。存儲器用于保存通信終端的配置信息、歷史數(shù)據(jù)和其他必要的數(shù)據(jù)，提供閃存、固態(tài)硬盤或其他非易失性存儲設(shè)備，確保斷電后數(shù)據(jù)的完整性和讀寫功能。接口電路提供通信終端與其他設(shè)備之間的物理連接，包括以太網(wǎng)接口、無線通信模塊、串口接口等，負責(zé)信號轉(zhuǎn)換和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。電源模塊為通信終端提供所需的電力供應(yīng)，包括電源轉(zhuǎn)換器、電池組或其他電源管理電路，確保穩(wěn)定的電壓和電流，保障通信終端的正常運行。通過這些構(gòu)建元件，通信終端能夠?qū)崿F(xiàn)與其他配電自動化設(shè)備的高效通信，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴霞壪到y(tǒng)，實現(xiàn)對配電網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測、控制和管理。

2.4 操控回路

配電自動化終端設(shè)備的操控回路負責(zé)控制和保護電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備，由電氣輸入接口、傳感器、信號處理單元、邏輯控制單元、輸出接口、通信接口和電源供應(yīng)等多個構(gòu)建元件組成。電氣輸入接口連接電力系統(tǒng)的輸入信號，傳感器檢測電力系統(tǒng)參數(shù)并將其轉(zhuǎn)換為電信號。信號處理單元對信號進行處理和解析，邏輯控制單元執(zhí)行控制和保護功能。輸出接口將邏輯控制單元的指令傳遞給執(zhí)行機構(gòu)，通信接口實現(xiàn)與其他設(shè)備的數(shù)據(jù)交換和遠程控制，操控回路依靠可靠的電源供應(yīng)確保正常工作。

3 配電自動化終端設(shè)備在電力配網(wǎng)中的技術(shù)應(yīng)用

3.1 故障檢測分析技術(shù)

故障檢測分析技術(shù)利用傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和先進的算法來實時監(jiān)測電力系統(tǒng)中的故障情況。配電自動化終端設(shè)備通過采集電流、電壓、功率因數(shù)等參數(shù)的數(shù)據(jù)，并與預(yù)設(shè)的故障特征進行比對，可以準確地檢測和定位電力系統(tǒng)中的故障。故障檢測分析技術(shù)是基于電流和電壓波形的故障檢測，配電自動化終端設(shè)備可以實時采集電力系統(tǒng)中的電流和電壓波形，并對其進行分析。通過比對波形的幅值、頻率、相位等特征，配電自動化終端設(shè)備可以檢測到短路、接地故障等常見的故障類型，并準確地定位故障發(fā)生的位置。除了波形分析，配電自動化終端設(shè)備還可以利用機器學(xué)習(xí)和人工智能算法進行故障檢測分析。通過對大量歷史數(shù)據(jù)進行學(xué)習(xí)和模型訓(xùn)練，配電自動化終端設(shè)備可以建立故障識別的模型。當新的數(shù)據(jù)進入系統(tǒng)時，終端設(shè)備可以利用已有的模型進行快速判斷，并給出相應(yīng)的故障診斷結(jié)果。故障檢測分析技術(shù)通過及時、準確地檢查和分析故障，配電自動化終端設(shè)備可以幫助電力系統(tǒng)施工人員快速定位故障點，提高故障處理的效率和可靠性。該技術(shù)還能夠預(yù)測潛在的故障風(fēng)險，及時采取措施進行預(yù)防和維護，從而提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.2 通信技術(shù)

配電自動化終端設(shè)備通過通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)與配電自動化系統(tǒng)的連接，配電自動化系統(tǒng)是一個集中控制管理系統(tǒng)，用于監(jiān)測和控制整個配電網(wǎng)的運行。通過與配電自動化系統(tǒng)的通信，終端設(shè)備可以接收來自系統(tǒng)的指令和控制信號，同時將本地采集的數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)進行分析和決策。通信技術(shù)使得配電自動化終端設(shè)備之間能夠互相通訊。在電力配網(wǎng)中，變電站、配電箱、線路等各個終端設(shè)備分布在不同的位置。通過通信技術(shù)，這些終端設(shè)備能夠?qū)崟r地交換信息，共享電網(wǎng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)。當某個終端設(shè)備檢測到電力負荷過大或故障發(fā)生時，它可以通過通信技術(shù)向其他設(shè)備發(fā)送警示信息，以便其他設(shè)備做出相應(yīng)的調(diào)整和處理。此外，通信技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)配電自動化終端設(shè)備與運維人員之間的遠程通訊。通過遠程通訊，運維人員可以遠程監(jiān)控和控制配電自動化終端設(shè)備，無須實地操作。這大大提高了運維效率，并且降低了維護人員的風(fēng)險和工作負擔(dān)。

3.3 故障自動隔離技術(shù)

配電自動化終端設(shè)備在配網(wǎng)中的故障自動隔離技術(shù)是一種關(guān)鍵的智能配電技術(shù)，這種技術(shù)通過實時監(jiān)控配電網(wǎng)絡(luò)中的電氣參數(shù)，準確地發(fā)現(xiàn)和定位故障，從而實現(xiàn)異常區(qū)域的自動隔離和正常區(qū)域的供電恢復(fù)，提高供電的可靠性和安全性。在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)中，當發(fā)生故障時，線路保護設(shè)備往往需要人工巡查和操作才能找到損壞點并進行處理。而配電自動化終端設(shè)備的故障自動隔離技術(shù)則大大提高了問題處理的效率。該技術(shù)通過安裝在配電線路上的電流互感器、電壓互感器等傳感器，實時采集電氣參數(shù)，通過錯誤識別算法，對故障類型和損壞位置進行快速判斷。一旦檢測到故障，配電自動化終端設(shè)備通過與智能斷路器、負荷開關(guān)等保護設(shè)備的通信，實現(xiàn)問題區(qū)域的自動隔離。同時，系統(tǒng)會對非問題區(qū)域的供電恢復(fù)路徑進行評估和選擇，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲和實際負荷情況，優(yōu)化供電恢復(fù)策略，確保正常區(qū)域的供電不受影響。

3.4 配網(wǎng)自動化終端設(shè)備的有效應(yīng)用

配網(wǎng)自動化終端設(shè)備能夠與分布式能源資源（如太陽能、風(fēng)能）進行集成管理，通過實時監(jiān)測、協(xié)調(diào)和優(yōu)化分布式能源的供應(yīng)和消耗，終端設(shè)備可以最大限度地利用可再生能源，提高能源利用效率，并減少對傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡(luò)的依賴。智能電網(wǎng)交互也就是配網(wǎng)自動化終端設(shè)備通過與智能電表、智能家居設(shè)備等的連接，實現(xiàn)與用戶側(cè)的互動。用戶可以通過手機應(yīng)用或網(wǎng)絡(luò)界面實時監(jiān)控和控制家庭能源使用情況，實時查看電費、優(yōu)化電氣設(shè)備的使用時間，以及參與電網(wǎng)調(diào)度計劃等，從而實現(xiàn)能源的智能管理和優(yōu)化。配網(wǎng)自動化終端設(shè)備能夠支持多方接入，與其他智能設(shè)備、能源供應(yīng)商和第三方服務(wù)提供商進行協(xié)同工作。通過數(shù)據(jù)共享和協(xié)同控制，終端設(shè)備可以更好地適應(yīng)電力系統(tǒng)的變化，實現(xiàn)更高效的能源分配和協(xié)調(diào)，以滿足用戶需求，并支持能源市場的參與和交易。配網(wǎng)自動化終端設(shè)備可以與能源儲存設(shè)備（如電池儲能系統(tǒng)）結(jié)合使用，實現(xiàn)對能量的儲存和管理。終端設(shè)備能夠根據(jù)負荷需求和電網(wǎng)狀態(tài)，自動調(diào)度能源的存儲和釋放，以提供備用能源、平衡供需差異，并降低高峰期的能源消耗，從而提高電力系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

4 結(jié)語

未來，配電自動化終端設(shè)備將進一步提高配電系統(tǒng)的可靠性、安全性和智能化水平。通過實時監(jiān)測、故障診斷和智能控制，配電自動化終端設(shè)備將成為配電網(wǎng)的智慧大腦，為能源供應(yīng)和管理提供可持續(xù)解決方案。這一發(fā)展趨勢將推動能源系統(tǒng)的高效運行，實現(xiàn)綠色能源的普及和能源轉(zhuǎn)型的加速，為人類創(chuàng)造更加美好的未來。