基于GIS技術10kV配電網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)研究

國網(wǎng)樂清市供電公司 劉 芳 溫州市圖盛供電服務有限公司樂清市分公司 徐 清

隨著經濟的發(fā)展與社會的進步，人們對于電力能源的需求也在隨之不斷提高，10kV配電網(wǎng)線路作為區(qū)域電能供給的重要基礎，倘若出現(xiàn)故障問題，將會對區(qū)域內的電力能源供給造成極大的影響。因此，某公司技術人員借助GIS技術，對10kV配電網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)進行分析，切實保證某公司負責區(qū)域內的電能供給安全。

1 基于GIS技術的配電網(wǎng)自動化通信方式

1.1 GIS系統(tǒng)

GIS系統(tǒng)也被稱為地理信息系統(tǒng)，其將遙感技術、地理科學以及計算機技術等諸多技術進行有效整合，并在信息科學的發(fā)展基礎上進行演化，從而形成完整的地理信息系統(tǒng)。基于計算機技術的不斷發(fā)展，操作人員可借助計算機輔助設計技術對圖形數(shù)據(jù)進行精細化處理，圖形數(shù)據(jù)的顯著特點便是圖形元素具有明顯的空間位置坐標，使得每個圖形之間都具有多樣化的拓撲結構。將配電網(wǎng)自動控制系統(tǒng)與GIS技術進行集成，可使得綜合自動化系統(tǒng)信息變得更為直觀、精準以及全面。使得當前配電調度工作以及系統(tǒng)管理工作變得更為輕松與科學。

1.2 通信技術

10kV配電網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)中涵蓋兩種通信方式，分別為有線通信及無線通信，操作人員需要根據(jù)實際的使用場合來甄選通信方式。無線通信方式可以忽略布線問題，對其進行運用的難度相對較低，整體的使用成本相對較低。針對主站而言，一般會甄選光纖傳輸技術以及PLC通信技術，倘若使用光纖通信，操作人員需要對其傳輸線路進行布置，其投資成本相對較大，但是傳輸效率相對較高，可以保證相對較好的傳輸穩(wěn)定性，其抗擾性相對較高。

光纖通信技術。根據(jù)傳輸技術類型而言，主要涵蓋AON以及PON技術，AON與PON相比較而言，前者成本相對較低，并且接入速率相對較高，在未使用中繼器的基礎上，可以滿足70km的傳輸需求[1]；電話線通信技術。該種通信技術的應用時間相對較早，其傳輸介質一般為租用公共電話線，能夠滿足當前配電網(wǎng)運行的實際通信要求，但是其需要借助電話線路進行傳輸，工程實踐的局限性相對較大；無線公網(wǎng)通信技術。根據(jù)當前的配電網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)，其需要借助移動通信網(wǎng)絡來進行通信，當前，我國的移動通信網(wǎng)絡技術相對較為成熟，覆蓋面積相對較為廣闊。總而言之，10kV配電網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)會更加側重于PLC通信技術、光纖傳輸技術以及無線公網(wǎng)技術。

2 基于GIS技術10kV配電網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)總體設計思路

由該種自動化系統(tǒng)進行控制與管理的電氣設備，具有信息交互以及監(jiān)控等自動化功能，能夠對調度中心傳輸?shù)目刂浦噶钸M行執(zhí)行，同時將系統(tǒng)運行指標，如電壓以及電流等基礎信息發(fā)送給調度中心。某公司會對通信線路進行設計，并在自動化系統(tǒng)的幫助下對通訊線路節(jié)點進行定位，從而在后續(xù)的運行故障中對其故障點進行精準定位，并對其進行全面排查，倘若誤差數(shù)值小于3m，則不會影響維修工作的正常運行，所以一般會甄選GIS模塊。

借助GIS模塊系統(tǒng)可對不同設備的節(jié)點位置信息進行獲取，因此技術人員需要切實做好優(yōu)化升級工作，所有的設備在出廠后都需要進行密封。所以需要將GIS模組安裝至現(xiàn)場通信節(jié)點之中，并對其進行科學合理規(guī)劃，保證模組與電氣設備之間的距離不會超過5m，從而對其定位精準度進行明確。

2.2 地理位置信息獲取與通信傳遞

通過GIS技術可以對配電網(wǎng)的通信節(jié)點坐標信息進行獲取，從而對配電網(wǎng)故障節(jié)點進行定位，切實提高自動化系統(tǒng)的運行水平。為了進一步提高地理位置信息獲取與通信傳遞能力，操作人員可在功能模組中將衛(wèi)星定位技術進行融入，從而使得自動化系統(tǒng)可以在日常的運轉中，具有相對較高的定位精準性以及運行穩(wěn)定性，同時對信號丟失問題進行有效解決，并根據(jù)實際要求對第一次的定位時間進行縮短。

2.3 通信單元架構設計

技術人員需要通過OLT環(huán)網(wǎng)模式，完成不同開關站智能終端的信息交互，在交換機設備的幫助下，將系統(tǒng)信息進行傳輸，并借助光纖網(wǎng)絡站將IP地址等關鍵數(shù)據(jù)信息進行交互，同時在主站服務器的幫助下，對接收到的數(shù)據(jù)信息進行總結與處理，并在自動控制模組的輔助下，借助PON方式滿足主站向諸多終端進行傳輸?shù)幕疽骩2]。在對通信單元架構進行設計的過程中，設計人員可借助LTE通信技術以及3G通信技術等多種通信技術。雖然LTE通信技術是當前我國移動通信技術的常青樹，與WIMNAX技術存在一些相同之處，但是在實際的系統(tǒng)構建中大多會采用WIMAX通信技術，借助基站對數(shù)據(jù)信息進行轉接，同時通過中心管理單元，以無線傳輸?shù)姆绞剑瑢?shù)據(jù)信息傳輸至基站。

2.4 系統(tǒng)集成技術應用

2.4.1 系統(tǒng)集成技術要求

要想實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的正常運行，離不開電氣設備的大力支持，所有每個電氣設備都是綜合自動化系統(tǒng)的控制節(jié)點，系統(tǒng)需要對不同的電力設備進行識別，同時將設備進行編碼區(qū)分，為最大限度地加強系統(tǒng)通信質量，某公司技術人員提出在現(xiàn)場對通信節(jié)點進行設計。

2.4.2 系統(tǒng)集成技術分析

基于系統(tǒng)運行過程匯總，GIS技術所獲取的信息會成為電網(wǎng)補充信息，同時被輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺內部，進而實現(xiàn)自動化系統(tǒng)的有效運行。某公司技術人員需要將GIS技術與綜合自動化系統(tǒng)進行有效集成，某公司技術人員立足于信息交互以及交流層面，對以下內容進行優(yōu)化與滿足。

將IEC模型作為系統(tǒng)中GIS信息的重要基礎，并在其基礎上完成數(shù)據(jù)補充以及整合，當數(shù)據(jù)補充完成后，可以借助總線將數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)之中，并轉換成為10kV配網(wǎng)圖形數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)中構建圖形顯示界面。借助主站終端將系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進行傳輸，保證GIS系統(tǒng)的正常運行。

信息交互共涵蓋兩種部分，分別為地理坐標以及配網(wǎng)實時信息。就地理坐標信息而言，操作人員可以對現(xiàn)場通信節(jié)點進行采集，并將其導入至GIS系統(tǒng)之中，借助反向隔離裝置，通過安全I區(qū)以及III區(qū)，并借助正向隔離裝置，傳輸至主站系統(tǒng)的通信服務接口，同時將系統(tǒng)中的地理圖、單線圖以及聯(lián)絡圖轉換成為配網(wǎng)單線圖，并在DMS服務器中進行存儲。根據(jù)設計的配電網(wǎng)信息運行情況來說，信息會從主站系統(tǒng)中發(fā)出，并以無線傳輸?shù)男问絺鬟f給GIS系統(tǒng)。值得注意的是，該種傳輸形式與GIS信息傳輸相反，通過DMS服務器，在正向隔離裝置的幫助下，對安全I以及III區(qū)進行穿過，最后借助反向隔離裝置將其與GIS通信服務器進行數(shù)據(jù)連接[3]。

2.4.3 載波通信技術分析

PLC通信傳輸介質一般會將電力線作為傳輸線路，雖然其PLC通信技術屬于有線通信范圍，但是根據(jù)工程實踐階段而言，操作人員不需要對布線問題進行考量，從而使得投資費用降低。根據(jù)上述優(yōu)勢，使得該種通信方式具有良好的市場前景，但是該種通信方式具有一定的時變性以及選擇性，對其進行應用的過程中，需要對以下注意事項進行著重關注：根據(jù)低壓PLC通信特征，傳輸線路具有非均勻性的分布特點，低壓線路上會存在多元化的負載類型，當電網(wǎng)進行調配時，低壓線路會隨機斷開。因此，從通信通道的角度而言，會使得其時變性變得相對較為明顯；低壓電力線需要對電能進行傳輸，根據(jù)用電特點差異，線路負載并不是固定值，并且運行噪聲相對較多，節(jié)點之間的阻抗不會輕易匹配，從而產生信息反射或是諧振等問題。

2.4.4 應用案例分析

以某公司所負責轄區(qū)內的部分農網(wǎng)10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)改造工作為例，本次改造工作的主要內容為：某公司技術人員需要對兩座10kV出線變電站以及6條10kV線路進行設計。現(xiàn)場通信節(jié)點部署如下。

10kV出線變電站中，每個控制節(jié)點的覆蓋區(qū)域半徑為10m，根據(jù)實際需求，一個10kV出線變電站共計配置通信節(jié)點16個，所有通信節(jié)點全部通過光纖通信的形式，借助一個24端口光交換機進入到站內控制系統(tǒng)之中。另一個10kV出線變電站共計配置18個通信節(jié)點，通信節(jié)點需要對可以通信控制的電氣設備進行全面覆蓋，并通過光纖傳輸方式，借助一個24端口光交換器進入變電站內部控制系統(tǒng)之中。

針對傳輸線路上的通信節(jié)點配置而言，需要保證通信節(jié)點與已有設備進行逐一對應，某公司技術人員需要對6條10kV傳輸線路上的24臺變壓器，以及與之對應的互感器配備通信節(jié)點。某公司技術人員可以以常見的通信方式作為當前現(xiàn)場通信，以及電氣設備通信的主要形式，例如RS485通信方式。而交換機與通信節(jié)點之間的通信方式可以應用光纖通信方式。某公司技術人員會保證現(xiàn)場通信節(jié)點會使用同一個具有獨立性的交換機設備，在二次接入后，某公司技術人員便可以通過WIMMAX技術對其進行操作，借助WIMAX基站對信息進行采集，并將采集的數(shù)據(jù)傳輸至站內監(jiān)控系統(tǒng)之中。WIMAX與LTE通信技術對比見表1。

表1 技術對比表

系統(tǒng)集成技術功能需求如下：在實際集成過程中，某公式技術人員構建起完善的信息交互總線，共計跨越兩個安全區(qū)域，并對IEC標準進行遵行，表2為基于GIS技術的10kV配電網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)遙測配變數(shù)據(jù)表。

表2 遙測配電數(shù)據(jù)表（部分）

成效分析如下：某公式技術人員將配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)與GIS技術進行整合后，同時將該系統(tǒng)在城關變上梁線路上進行試運行，該傳輸線路的故障跳閘次數(shù)比同年降低25次，故障跳閘率同比下降62.5%。除此之外，某公司技術根據(jù)配電網(wǎng)故障恢復技術對運行線路的網(wǎng)絡拓撲及設備容量進行有效約束，從而輔助10kV配電網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)進行安全運行，10kV配電線路可靠性損失計算公式如下：。

式中：Bl代表著配電線路的故障率，kl代表著配電線路的折損系統(tǒng)，kk代表著配電網(wǎng)線路中開關設備的折算系數(shù)，m代表著配電網(wǎng)系統(tǒng)中的開關數(shù)量，n代表著區(qū)段數(shù)量，Bl代表著開關設備的實際故障率。若借助其停電損失函數(shù)來對停電損失進行計算，其公式如下：。

式中：tj代表著第j次停電的時間，Pj代表著第j次停電的負荷損耗，m為總停電次數(shù)。某公司技術人員通過以上計算公式，來對試運行線路的配電網(wǎng)故障問題進行分析，以此來輔助GIS技術與綜合自動化系統(tǒng)集成，從而降低某公司負責區(qū)域內的配電線路故障次數(shù)，保證配電線路的安全平穩(wěn)運行。

綜上所述，將GIS技術與10kV配電網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)進行有效集成，不僅可以全面的提高區(qū)域供電質量，滿足配電網(wǎng)的運行安全，滿足區(qū)域受眾的基本用電需求，還可在一定程度上提高企業(yè)市場口碑，推動區(qū)域經濟發(fā)展，真正的實現(xiàn)多方共贏。