電網(wǎng)調(diào)配一體自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

陳國(guó)恩 張 磊 王躍強(qiáng)

電網(wǎng)調(diào)配一體自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

陳國(guó)恩 張 磊 王躍強(qiáng)

（國(guó)網(wǎng)嘉興供電公司電力調(diào)度控制中心，浙江嘉興 314000）

本文闡述了某縣級(jí)電網(wǎng)的基本情況，開展了電網(wǎng)調(diào)配一體自動(dòng)化系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其主要構(gòu)成單元進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究。本設(shè)計(jì)已在實(shí)際生產(chǎn)中得到了驗(yàn)證，取得了極為理想的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。

電網(wǎng)；調(diào)配一體；自動(dòng)化；通信系統(tǒng)

某縣級(jí)電網(wǎng)由10座35kV變電站和3座110kV所組成，未來還會(huì)隨著縣域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展來建設(shè)及改造變電站。當(dāng)前，縣城配網(wǎng)由1座35kV變電站和1座110kV的不同饋線來完成供電，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有高度的復(fù)雜性、不規(guī)則性、多電源性，在建設(shè)配電線路的同時(shí)也鋪設(shè)了相應(yīng)的通信光纜。另外，在配網(wǎng)建設(shè)過程中，選擇了雙側(cè)PT的柱上真空斷路器，一方面實(shí)現(xiàn)了分合短路電流的功能，另一方面還能夠向FTU提供工作電源以及交流采樣源。所以，在客觀層面上，該配網(wǎng)已完全具有調(diào)配一體化的條件[1-2]。

1 調(diào)配一體自動(dòng)化系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)、通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化奠定了堅(jiān)實(shí)的 基礎(chǔ)。

1.1 1#調(diào)度自動(dòng)化

基于該電網(wǎng)的現(xiàn)實(shí)情況和管理特點(diǎn)，對(duì)于其所要建設(shè)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，選擇的是更為先進(jìn)的三級(jí)分布監(jiān)控與管理結(jié)構(gòu)，也就是廠站終端級(jí)、運(yùn)行管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)。而對(duì)于分布式來說，主要指的是實(shí)現(xiàn)了分布的管理功能，也就是相關(guān)不同工作站的主要任務(wù)是基于管理、運(yùn)行、生產(chǎn)的分工差異性而設(shè)計(jì)的具體涵蓋的單元，包括遠(yuǎn)方終端RTU和主站。后者也就是遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)度端。

現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)表明，在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，超過半數(shù)以上的故障是由信道故障導(dǎo)致的。究其原因，主要是由于信道沒有具備較強(qiáng)的干擾能力，故障率、誤碼率和失碼率呈現(xiàn)出三高的特點(diǎn)。尤其是在系統(tǒng)面臨極端惡劣的自然條件情況時(shí)，導(dǎo)致信息傳輸難以全面滿足自動(dòng)化系統(tǒng)的基本要求。為此，就必須建設(shè)1+1主備份的雙信道模式，以便能夠?qū)崿F(xiàn)五遙功能，確保信息傳輸能夠滿足調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的根本要求。

1.2 2#配網(wǎng)自動(dòng)化

基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的配網(wǎng)自動(dòng)化，高度集成了地理圖形、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用戶數(shù)據(jù)和配電網(wǎng)數(shù)據(jù)，進(jìn)而能夠在故障狀態(tài)和正常運(yùn)行狀態(tài)科學(xué)地提供用電負(fù)荷配電管理、控制、保護(hù)和監(jiān)測(cè)等相關(guān)功能。

必須基于所在地區(qū)的現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)，如針對(duì)配網(wǎng)的可靠性要求、設(shè)備狀況、配網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及社會(huì)用電需求等諸多方面來全面統(tǒng)籌。

由于在配電網(wǎng)中設(shè)置了種類和數(shù)量眾多的電氣設(shè)備，如柱上開關(guān)、配電變壓器、開閉所、箱變、用戶變以及配變等電氣設(shè)備，加之其所設(shè)置的處所外部環(huán)境較為惡劣、運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜、種類多和分布地域廣，必須通過TTU、DTU、FTU、RTU等相關(guān)終端設(shè)備來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，所以，由配網(wǎng)自動(dòng)化所要求的自動(dòng)化程度、復(fù)雜程度和系統(tǒng)規(guī)模就對(duì)通信網(wǎng)提出了更高的要求。

1.3 方案設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)主要采取的是主站集中監(jiān)控、高速通信信道調(diào)配一體化自動(dòng)模式。系統(tǒng)主要構(gòu)成如下：通信系統(tǒng)、饋線終端單元層（TTU、FTU）、分布式子站層（DTU、RTU）、調(diào)配自動(dòng)化主站層（DMS）[3-5]。各組成單元的主要功能如下。

1）DMS重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)視及分析電網(wǎng)設(shè)備的功能，接受來自饋線光纖FOM網(wǎng)絡(luò)、TTU和FTU饋線終端單元層、DTU和RTU子站層的信息以及數(shù)據(jù)，并完成控制信令的發(fā)送、參數(shù)的下載和調(diào)整。另外，還能實(shí)現(xiàn)和中調(diào)主站之間的信息交互和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

2）DTU重點(diǎn)完成了各饋線終端單元的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，接收并執(zhí)行主站的控制命令。

3）PTTU、RFTU重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)配變、環(huán)網(wǎng)柜、開閉所、斷路器、柱上開關(guān)等設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，完成對(duì)相關(guān)單元的控制、監(jiān)視和采集。同時(shí)，也能夠獨(dú)立實(shí)現(xiàn)供電恢復(fù)、故障隔離、超高速故障檢測(cè)和定位等相關(guān)功能。

為確保系統(tǒng)通信具有更高等級(jí)的可靠性，主通道選擇為光纖，備用通道選擇為GPRS。同時(shí)，對(duì)于系統(tǒng)支撐平臺(tái)選擇的是Super-2000平臺(tái)（Windows 2000平臺(tái)/SQL 2000數(shù)據(jù)庫），網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為客戶/服務(wù)器模式，采用的是TCP/IP協(xié)議，前置機(jī)與服務(wù)器都采取的是雙機(jī)互為熱備份的方式，如果有需要，就可以通過軟件操作來實(shí)現(xiàn)主備切換。

從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，由于系統(tǒng)采取的是分層結(jié)構(gòu)，因此具備優(yōu)秀的可擴(kuò)充性、互聯(lián)性和開放性。電網(wǎng)調(diào)配一體化自動(dòng)系統(tǒng)由通信網(wǎng)絡(luò)、饋線線路及其配電自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端、調(diào)配自動(dòng)化主站等相關(guān)單元組成。

1）調(diào)配一體自動(dòng)化主站主要承擔(dān)著主網(wǎng)和配網(wǎng)的控制及監(jiān)視功能。采取的是C/S結(jié)構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)，主要實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)SCADA功能、調(diào)度SCADA功能。通過一體化的方案，能夠有效減少投資總額，利于系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)工作的統(tǒng)一開展，避免了多樣化的系統(tǒng)接口所導(dǎo)致的諸多問題。

2）配電終端設(shè)備層具體實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的控制、監(jiān)視、處理和采集等功能。所采用的DEP 910N FTU以光纖作為連接介質(zhì)，采取的是TCP/IP通信協(xié)議，完成和配電主站系統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，極大地提升了響應(yīng)速度以及可靠性，有利于供電恢復(fù)以及故障隔離工作的開展。

3）考慮到電網(wǎng)規(guī)模因素，暫未考慮子站層的設(shè)計(jì)。

4）主站和FTU之間的通信采用1+1主備方式，光纖線路和GPRS分別為主用通道和備用通道。

1.4 饋線故障檢測(cè)、故障定位、故障隔離和供電恢復(fù)方案

本設(shè)計(jì)采取故障狀態(tài)差動(dòng)保護(hù)方式，重點(diǎn)考慮的是開環(huán)運(yùn)行狀態(tài)和閉環(huán)運(yùn)行狀態(tài)[6-8]。故障案例如圖2所示。

若故障發(fā)生在F1點(diǎn)，KG1和KG0的FTU均監(jiān)測(cè)到開關(guān)過流的故障信號(hào)，則KG1馬上報(bào)給KG0。

1.5 FTU性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)

1）對(duì)于模擬量來說，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)如下指標(biāo)：

（1）故障電流的總誤差必須在±3%之內(nèi)。

（2）故障電流的輸入范圍應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)20倍的額定電流。

（3）交流工頻輸入基本誤差標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)控制在±0.5之內(nèi)[9]。

2）對(duì)于脈沖和狀態(tài)量來說，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)如下指標(biāo)：

（1）12路光電隔離輸入。

（2）狀態(tài)量的分辨率必須被控制在10ms之內(nèi)。

（3）最高脈沖頻率必須超過50Hz的標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)論

近年來，隨著我國(guó)持續(xù)推進(jìn)電網(wǎng)現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程，電網(wǎng)調(diào)配一體自動(dòng)化系統(tǒng)成為我國(guó)電網(wǎng)企業(yè)重點(diǎn)規(guī)劃的工作之一[6]。

本文中所闡述的電網(wǎng)調(diào)配一體自動(dòng)化系統(tǒng)主要采取的是主站集中監(jiān)控、高速通信信道調(diào)配一體化自動(dòng)模式。綜合運(yùn)用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)等現(xiàn)代高科技技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了將配網(wǎng)系統(tǒng)（10kV）和主網(wǎng)系統(tǒng)（220kV、110kV和35kV）的采集數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、離線數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、整理和計(jì)算，從而達(dá)到了電網(wǎng)調(diào)配一體自動(dòng)化的根本目的[10]。

本設(shè)計(jì)已在實(shí)際生產(chǎn)中得到了驗(yàn)證，取得了比較理想的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。

[1] 張永伍, 余貽鑫, 嚴(yán)雪飛, 等. 基于區(qū)間算法和范例學(xué)習(xí)的配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2005, 17(4): 37-39.

[2] 劉清瑞, 高捷, 羅宏生. 通用分組無線業(yè)務(wù)通信模式應(yīng)用于配電網(wǎng)自動(dòng)化的研究[J]. 電力設(shè)備, 2005(4): 78-81.

[3] 周任軍, 任鐵平, 彭高輝, 等. 配電網(wǎng)運(yùn)行及設(shè)備控制綜合經(jīng)濟(jì)性的無功電壓優(yōu)化[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2005(7): 46-49.

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Design and Implementation of Integrated Automation System for Power Grid Dispatching

Chen Guoen Zhang Lei Wang Yueqiang

(State Grid Electric Power Dispatching Control Center of Jiaxing Power Supply Company, Jiaxing, Zhejiang 314000)

Based on the author’s own practical experience, first elaborated the basic situation of a county power grid, and then carried out on the basis of the design of power grid integrated dispatching and distribution automation system, and the main components of the system network structure unit are studied in detail. The design has been verified in the actual production, and achieved very good technical and economic effects. The author believes that the power distribution automation system will be more widely used in China’s power grid construction and transformation activities.

power grid; integrated deployment; automation; communication system

陳國(guó)恩（1978-），男,浙江諸暨人，高級(jí)工程師,自動(dòng)化室主任，長(zhǎng)期從事電力調(diào)度自動(dòng)化工作。