配電自動化系統關鍵問題分析

方 彥

（西安鐵路職業技術學院，西安710014）

隨著計算機與通信技術的飛速發展，構成配電系統的元器件已從模擬式繼電元件發展到數字化、自動化和智能化控制單元，配電系統本身也發展成為自動化系統，實現了信息采集、處理、就地控制、信息傳送與管理、系統協調與優化等功能。配電系統通常是一個多處理機的分布式系統，其結構如圖1。

圖1 分布式配電自動化系統結構

1 配電系統結構

從圖1可以看出，整個配電系統劃分成3個層次：

（1）一次設備層，是開關電器等一次設備；

（2）現場控制層，包括保護設備、數據采集與控制設備等；

（3）過程監控層，實現對整個配電系統的控制。

在這3個層次中，分布式配電自動化系統有2個關鍵：（1）構成系統底層的各種數字化電器控制保護單元；（2）整個系統的通信結構。

2 數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展趨勢，各種以微處理器為核心的數字化電器應運而生。它是目前快速發展的微電子技術、計算機技術、網絡通訊技術和傳感器技術等高新技術與傳統的電器技術相融合的產物，是實現分布式配電自動化系統的重要元件。這些數字化的電器具有以下特征。

2.1 對電力系統的監控能力

對電力系統的監控能力主要反映在能準確反映被監控系統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

以往的數字化電器產品，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、神經網絡等）引入到電器控制中來。

2.3 可通訊功能

數字化電器應當是可與系統通信的產品，以此構成整個分布式配電自動化系統。

圖2為數字化電器單元結構框圖。

圖2 典型的數字化電器單元結構框圖

例如，在ABB SACE推出的SACE SD-View自配置監控系統中，數字化的自動控制設備是指安裝在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信息分析

數字化電器單元具有可通信能力，是它們得以構成分布式配電自動化系統的必要條件，如何根據系統的數據交換特點構造最適合配電自動化要求的網絡結構和通信總線，是分布式配電自動化系統的關鍵問題。

從整個系統來看，如圖1，存在3個數據流向：

（1）從2層到3層，傳輸反映一次系統運行狀態的信息。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發的對一次設備的控制、調節命令以及對2層設備的修改、整定參數命令。該方向的數據傳送量較小，但要求傳輸安全，應有多種檢查和確認手段。

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

4 分布式配電自動化系統通信解決方案

分布式配電自動化系統的通信系統，主要是總線型及星形連接方式。

4.1 星形通信系統方案

星形通信系統以安裝于控制室的計算機為中心點，以發散的方式分別通過通信電纜與分散于每一開關柜上的數字化單元連接，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。

星形通信系統方案優點明顯，系統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。星型通信系統一般采用串行通信實現互聯，比較簡單。但星形通信系統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，對于系統要求的保護配合等效率不高。

4.2 總線型通信系統方案

總線型通信系統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，從而實現各單元的互聯，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，以實現總線的冗余性及更大的數據傳輸能力。總線型通信系統具有不能獨占通信線路和相互影響的缺點。

總線型通信系統常見類型有：

（1）采用局域網技術實現的總線連接

局域網（LAN）技術，如以太網技術，在辦公環境下應用多年，技術成熟，可方便地實現大量數據互傳。但由于標準LAN技術主要應用環境為辦公室，沒有嚴格的抗干擾設計，因此配電自動化系統的2層和3層之間的通信網絡一般不采用，也就是說，一般不將此網絡直接深入到變電站一次設備現場。

（2）采用現場總線技術實現的總線連接

現場總線是應用在生產現場、在微機化測控設備之間實現雙向串行多節點數字通信的系統，是一種開放式、數字化并且多點通信的底層控制網絡。

4.3 SACE SD-View系統的通信方案

總線型和星型通信方案各有優缺點，現場的通信方案應根據具體情況選擇。以SACE SDView自配制監控系統為例，該系統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：周期性采集電器設備參數；通信診斷報告；配置系統參數等。它可以利用軟件選擇物理通信方式（RS232、RS485或光纜），選擇通信節點（中繼器、路由器、總線型或星型），并對通信協議進行轉換。加入通信單元后的系統結構如圖5。

圖5 SACE SD-View自配置監控系統結構框圖

5 結束語

分布式和自動化是配電系統的發展方向，配電系統中數字化電器單元應當是具有系統監控能力、智能化控制和可通信能力的綜合體。單元之間的通信系統構成是解決配電系統信息交流的關鍵問題。

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

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

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