配电自动化系统关键问题分析

方 彦

（西安铁路职业技术学院，西安710014）

随着计算机与通信技术的飞速发展，构成配电系统的元器件已从模拟式继电元件发展到数字化、自动化和智能化控制单元，配电系统本身也发展成为自动化系统，实现了信息采集、处理、就地控制、信息传送与管理、系统协调与优化等功能。配电系统通常是一个多处理机的分布式系统，其结构如图1。

图1 分布式配电自动化系统结构

1 配电系统结构

从图1可以看出，整个配电系统划分成3个层次：

（1）一次设备层，是开关电器等一次设备；

（2）现场控制层，包括保护设备、数据采集与控制设备等；

（3）过程监控层，实现对整个配电系统的控制。

在这3个层次中，分布式配电自动化系统有2个关键：（1）构成系统底层的各种数字化电器控制保护单元；（2）整个系统的通信结构。

2 数字化电器控制保护单元

在电器中采用微处理器以增强电器的保护功能成为新的发展趋势，各种以微处理器为核心的数字化电器应运而生。它是目前快速发展的微电子技术、计算机技术、网络通讯技术和传感器技术等高新技术与传统的电器技术相融合的产物，是实现分布式配电自动化系统的重要元件。这些数字化的电器具有以下特征。

2.1 对电力系统的监控能力

对电力系统的监控能力主要反映在能准确反映被监控系统以及线路的运行情况，并能及时、准确地切除各种故障，以及按照运行人员的要求进行各种操作。

2.2 智能化控制

以往的数字化电器产品，它们的控制方式是原有电磁式继电线路的微机化，还谈不上真正的智能化。智能化更多是对电器的控制和检测方面而言，将智能控制理论（比如：模糊理论、人工智能技术、神经网络等）引入到电器控制中来。

2.3 可通讯功能

数字化电器应当是可与系统通信的产品，以此构成整个分布式配电自动化系统。

图2为数字化电器单元结构框图。

图2 典型的数字化电器单元结构框图

例如，在ABB SACE推出的SACE SD-View自配置监控系统中，数字化的自动控制设备是指安装在F系列空气断路器上的SACE PR1型模块式微处理单元。

3 分布式配电自动化系统信息分析

数字化电器单元具有可通信能力，是它们得以构成分布式配电自动化系统的必要条件，如何根据系统的数据交换特点构造最适合配电自动化要求的网络结构和通信总线，是分布式配电自动化系统的关键问题。

从整个系统来看，如图1，存在3个数据流向：

（1）从2层到3层，传输反映一次系统运行状态的信息。这类信息量大，时间分辨力要求达到毫秒级，实时性要求较高。

（2）从3层到2层，为控制计算机下达或转发的对一次设备的控制、调节命令以及对2层设备的修改、整定参数命令。该方向的数据传送量较小，但要求传输安全，应有多种检查和确认手段。

（3）2层设备之间的横向数据交换。该类数据视系统设计及功能划分而定，若要求线路上不同位置断路器之间的保护存在配合，需控制其数字化单元之间的信息交流，横向的数据交换量将很大。

4 分布式配电自动化系统通信解决方案

分布式配电自动化系统的通信系统，主要是总线型及星形连接方式。

4.1 星形通信系统方案

星形通信系统以安装于控制室的计算机为中心点，以发散的方式分别通过通信电缆与分散于每一开关柜上的数字化单元连接，形成1∶N的连接形式。星形连接方式是目前比较流行的方式之一，见图3。

星形通信系统方案优点明显，系统中的单元都与控制计算机单独通信，独占通信线路，可靠性高。星型通信系统一般采用串行通信实现互联，比较简单。但星形通信系统方案的缺点是连线多，尤其是控制计算机端接线较多，施工复杂，对于系统要求的保护配合等效率不高。

4.2 总线型通信系统方案

总线型通信系统克服了星形连接的不足，该方式以一条总线连接各分散控制保护单元及控制主机，从而实现各单元的互联，如图4。为考虑可靠性及性能、维护等诸因素，可以采用2条或多条总线连接各单元，以实现总线的冗余性及更大的数据传输能力。总线型通信系统具有不能独占通信线路和相互影响的缺点。

总线型通信系统常见类型有：

（1）采用局域网技术实现的总线连接

局域网（LAN）技术，如以太网技术，在办公环境下应用多年，技术成熟，可方便地实现大量数据互传。但由于标准LAN技术主要应用环境为办公室，没有严格的抗干扰设计，因此配电自动化系统的2层和3层之间的通信网络一般不采用，也就是说，一般不将此网络直接深入到变电站一次设备现场。

（2）采用现场总线技术实现的总线连接

现场总线是应用在生产现场、在微机化测控设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，是一种开放式、数字化并且多点通信的底层控制网络。

4.3 SACE SD-View系统的通信方案

总线型和星型通信方案各有优缺点，现场的通信方案应根据具体情况选择。以SACE SDView自配制监控系统为例，该系统采用一种折中的方案，在2层和3层之间加入了1个通信单元，即SACE SD-P2。

该通信单元带有4个通信接口，主要功能是：周期性采集电器设备参数；通信诊断报告；配置系统参数等。它可以利用软件选择物理通信方式（RS232、RS485或光缆），选择通信节点（中继器、路由器、总线型或星型），并对通信协议进行转换。加入通信单元后的系统结构如图5。

图5 SACE SD-View自配置监控系统结构框图

5 结束语

分布式和自动化是配电系统的发展方向，配电系统中数字化电器单元应当是具有系统监控能力、智能化控制和可通信能力的综合体。单元之间的通信系统构成是解决配电系统信息交流的关键问题。

本文在分析配电系统的信息流向及流量基础上，提出了适应分布式配电系统自动化通信的几种方案，特别介绍了SACE SD-View自配置监控系统的通信方案，为方案的选择提供了有益的参考。

[1] 陈德桂．可通信低压开关电器[J] ．低压电器，1999（4）：3-5.

[2] 阳宪惠．现场总线技术及其应用[M] ．北京：清华大学出版社，1999.