兩種配網自動化方案的分析與比較

湛鵬

（湖北中大恒潤能源工程有限公司，湖北 武漢430000）

隨著國民經濟的發展和人民生活水平的不斷提高，用戶對供電質量及可靠性提出了越來越高的要求[1]。配網自動化水平直接關系到配網運行穩定性和供電可靠性[2]。配網自動化技術能迅速判斷故障區域、在較短時間內完成相關開關分合閘操作，將故障隔離在最小范圍內并最大限度恢復非故障區域供電，縮小停電面積、縮短停電時間[3]。

配網自動化通過DTU/FTU實時監視開閉所、配電站、環網柜的分段或聯絡開關分合狀態及各饋線電壓、電流，實現線路開關遠方/就地分、合閘，保障供電[4]。本文對基于邊緣節點的配網自動化解決方案和分布式DTU配網饋線自動化解決方案進行分析和比較，對方案的選擇提出合理化建議。

1 分析

1.1 基于邊緣節點的配網自動化解決方案

系統結構如圖1 所示，圖中FA 表示間隔單元，NP 表示邊緣節點保護裝置，系統由站控層、站間層、站內層構成。

站控層主要完成站內邊緣節點保護同配網主站之間的通信，實現主站對本站內開關監測與遙控功能。

站間層由每個站的邊緣節點保護通過光纖組成，對上通過站控層的通信模塊同配網主站通信，同時通過站間層的光纖將轉供信號通過GOOSE 送至轉供處的邊緣節點保護，保護判斷后決定是否進行轉供。

站內層間隔IO模塊將每個間隔數字電氣信號通過GOOSE 及GSV 上傳至站間層設備，實現站內、站間信息交換與共享，同時在通信異常及開關拒動時實現后備保護。

整個系統通過HSR及PRP協議保證網絡通信零延時。

圖1 系統結構

配置方案如圖2所示，每個開關箱內安裝1套邊緣節點保護裝置NP，每個開關箱內的每個開關柜安裝1個間隔單元FA。

圖2 配置方案

自動轉供方案如圖3所示，當開關站1發生故障時，相應開關分閘，開關站1 故障被隔離，間隔單元FA 通過GOOSE+GSV 上傳開關位置、電壓、電流信號給保護NP，NP 將開關分合閘信息通過GOOSE 傳給4-2 保護，開關站4 保護收到其他站保護發來的“隔離成功，允許轉供”信號后，判斷4-2是否滿足轉供條件（判一側有壓一側無壓及開關分閘），若滿足條件則發合閘信號給4-2間隔單元執行合閘，恢復非故障區供電，若不滿足條件，則給主站發“轉供失敗”信號。

圖3 自動轉供方案

異常處理方案如圖4 所示，當通信中斷或開關拒動時，啟動上一級間隔單元的后備保護分閘來隔離故障。

圖4 異常處理方案

1.2 智能分布式配網饋線自動化解決方案

系統結構如圖5 所示，智能分布式DTU 安裝于開閉所、環網柜中，采集間隔電壓、電流和開關位置信息，可以對各間隔進行獨立保護，也可以在環網內進行分布式FA功能。可以通過光纖上送監控信息至主站，同時也可以接收主站的遙控指令。

DTU公共單元主要實現開閉所、環網柜各間隔信息匯集、數據中轉、指令下發。裝置通過光纖，以認證加密方式使用104 規約與主站交互遙測、遙信、遙控、電量數據。

DTU 間隔單元主要實現間隔線路電氣量采集、保護、控制、故障隔離，同時與環網內其他間隔單元構成分布式FA 網絡和交互FA 數據，實現不依賴于主站的FA功能。

圖5 系統結構

間隔單元與公共單元通信如圖6 所示。DTU 間隔單元通過以太網104 規約傳送數據到公共單元交換機，通過IEC 61850規約GOOSE標準傳送數據到FA交換機。公共單元交換機通過以太網104規約傳送數據到DTU 公共單元，然后再通過光纖以太網104 規約和系統主站相連。FA 交換機通過光纖以太網IEC 61850 規約和相鄰開閉所或環網柜的FA 交換機相連。

圖6 間隔單元與公共單元通信

DTU 之間分布式FA 通信如圖7 所示，每臺FA交換機通過光纖與相鄰上一級和下一級FA交換機相連，同時通過光纖與本級DTU間隔單元相連，均通過IEC 61850規約GOOSE標準傳送數據。

圖7 DTU之間分布式FA通信

分布式DTU終端具備保護告警功能，并具有以間隔為對象的分布式FA饋線自動化、小電流接地系統單相接地故障就地判別和隔離功能。短路故障處理如圖8所示，當主干線發生故障時，分布式FA啟動，#2、#3開關分閘，在不過負荷條件下合上#5開關，恢復非故障區供電，故障處理完畢，FA 結束，若主干線故障發生后#2 開關拒動，則#1 開關分閘，在不過負荷條件下合上#5 開關，恢復非故障區供電。當故障發生在饋出線或母線時處理過程類似，先分閘隔離故障，后合聯絡開關恢復非故障區供電。

圖8 短路故障處理

2 比較

2.1 基于邊緣節點的配網自動化解決方案

本方案采用網絡節點拓撲智能算法，可適應不同的接線方式。間隔IO 模塊可實現數字TA、TV、后備保護，結構滿足即插即用。系統可通過GOOSE的方式實現站內、站間信息交換與共享。站內的間隔單元采用自定義的GSV協議與邊緣節點繼電保護裝置通信，站內所有的保護控制功能均由邊緣節點保護裝置完成，間隔單元作為后備保護。實現站內及站間快速故障隔離及恢復供電。當線路拓撲改變時，可方便進行擴展及系統配置。系統運用HSR/PRP協議、GOOSE通信、邊緣節點保護、備自投自動轉供技術解決了保護孤島、傳統線路保護定值時間級差、光纖環網通道共享所有開關站轉供信號、啟動后備保護延時動作等問題。相比而言，本方案邊緣節點保護裝置NP 比分布式DTU 方案公共單元的功能強。

2.2 智能分布式配網饋線自動化解決方案

本方案DTU 公共單元采用高性能多核處理器，安全可靠，性能強大，可承接云端人工智能算法，對開閉所、環網柜設備進行更加智能化的監控和保護。DTU間隔單元采用16位A/D轉換器和高精度交流頻譜分析算法，計算精度高。通過定義不同開關在FA邏輯中的角色和完善的FA邏輯，FA可以面對多種復雜配網拓撲進行故障隔離，并具有更加完善的故障恢復策略，從而使得系統具有強大的分布式FA 功能。相比而言，本方案DTU 間隔單元比邊緣節點配網自動化方案FA間隔單元的功能強。

3 結束語

本文對2種配網自動化方案進行了分析和比較，通過比較可以看出2種方案均可有效縮小停電面積、縮短停電時間，滿足大中型城市及農村地區的供電可靠性要求。對保護控制通信功能要求高時，建議采用邊緣節點方案進行配網自動化改造和建設；對開關間隔FA 功能要求高時，建議采用分布式DTU方案進行配網自動化改造和建設。