新一代配电网自动化系统方案的研究

杨关春 彭 丽

1.山东理工大学电气与电子工程学院 山东 淄博 255049；2.山东省电力集团公司临沂供电公司 山东 临沂 276000

0 引言

随着社会的进步和经济的迅速发展，各行各业的用电需求也大大提高，特别是经济发展较快的地区，用电负荷上升很快，配电系统及其配电设备大幅度增加，使配电系统网络结构变得复杂化，供电运行方式也变化非常的频繁，从而增加了事故处理和控制操作等难度；与此同时，用户对电力系统可靠性和电能质量的要求也随着提高。这样对于电力系统的准确性和快速性等要求，单单靠简单设备和人工的控制是满足不了的，同时也不能使供电的质量、可靠性和经济性等各项指标达标，这就对现有的配电系统运行管理提出了更高的客观要求［1-3］。

结合智能配电网发展要求，本文提出了新一代配网自动化系统方案， 其主要特点是故障检测、隔离和供电恢复的控制对主站的干预完全没有依赖性，因而能使配电网供电可靠性和电能质量达到最佳限度。

1 基于差动原理的馈线自动化技术

1.1 故障分段

各监控终端可以通过光纤以太网，将自身监测的故障状态信息与相邻的监控终端的进行交换，同时通过比较故障状态信息， 进一步确定故障区段，但不需要主站干预。

如图1所示， 当馈线AB处于开环运行状态时，即联络开关QF12处于开路状态时。 当线路上某点F发生相间故障时，故障电流将从电源侧（变电站A）流向故障点。 因此， 故障点电源侧的所有监控点QF1、QL11处的FTU均能监测到故障电流， 而故障点联络开关侧的所有监控点QL12、QF12处的FTU均监测不到故障电流。 换句话说，未有故障点的区段两侧监控点的FTU要么均监测到故障电流，要么均感受不到故障电流，即二者监测到的故障状态信息是相同的；而含有故障点的区段两侧监控点一侧监测到故障电流， 而另一侧监测不到故障电流，即二者监测到的故障状态信息是不同的。 由此可见，各监控终端只要能够通过通信通道得到与其相邻监控终端所监测到的线路故障状态信息，则通过比较二者之间的差异即可识别故障区段。

图1 馈线故障分段示意图

当变电所A出线重合闸动作后，如果此时短路故障为永久性故障， 故障点电源侧的所有监控点QF1、QL11处的FTU均能感受到故障电流， 而故障点联络开关侧的所有监控点QL12、QF12处的FTU均监测不到故障电流。因此，当线路进行重合闸后，各监控终端可以通过比较与其相邻监控终端监测到线路故障状态信息之间的差别同样可以确定故障区段。

1.2 故障隔离

当线路发生永久相间故障时，如果线路重合失败导致保护再次跳闸， 那么故障区段两端断路器QL11和QL12将通过监控终端自动将它们的断开（不需要主站干预），从而实现故障区段的隔离［4-5］。

1.3 非故障区段的供电恢复

当线路发生相间故障时， 且故障是永久性的，此时故障区段就会被隔离［6］，对于故障点电源侧的非故障区段，供电的恢复可以通过变电站出线断路器的第2次重合来实现； 对于故障点联络开关侧的非故障区段， 恢复供电必须通过联络开关QF12的自动合闸操作来完成（由相应的FTU来控制）。

当联络开关QF12处的监控终端感受到一侧电压低于给定值且持续时间超过预先设定的时间间隔后， 自动发出断路器合闸命令 （不需要主站干预）， 从而恢复故障点联络开关侧的非故障区段的供电。

2 新一代配网自动化系统总体方案

新一代配网自动化系统的总体方案如图2所示，其整个系统包括两层：主站层和监控终端层。

监控终端层包括两台开关柜监控装置（安装在线路两端的变电站内） 以及多台柱上开关监控装置，统称馈线自动化终端单元（FTU）。 每个监控装置都嵌入光纤以太网通信模块，用来交换发送故障状态信息。

主站层采用基于10/100M双以太网通信结构的客户机/服务器模式，包括数据服务器、前置机、调度员工作站、FA工作站、WEB服务器以及相应的网络安全隔离设备等。其中，光纤以太网是各监控装置之间以及主站与各监控装置之间用来交换数据。

图2 新一代配网自动化系统总体方案

3 配网自动化主站系统

主站系统基于10/100M双以太网， 体系结构上采用二级结构的客户/服务器方式， 包括数据服务器、WEB服务器、 前置机以及调度员工作站、FA工作站以及相应的网络设备等。

配网自动化主站系统的软件体系结构由操作系统层、支撑平台层和应用层三个层次构成，如图3所示。 遵循IEC61970/61968国际标准，采用开放式、分布式体系结构， 应用分层的客户机/服务器（Client/Server）模式，保证了系统具有良好的开放性和扩充能力。

1）操作系统层

采用Windows操作系统。

2）支撑平台层

（1）分布式数据库管理子系统：支持主流大中型数据库管理系统， 包括Oracle、SQL Server、Sybase、DB2等商用数据库。

（2）网络管理子系统

（3）图形管理子系统

（4）报表管理子系统

（5）应用开发软件接口

（6）安全管理子系统

3）应用层

包括数据采集与监控（SCADA）子系统、馈线自动化（FA）子系统、故障管理子系统以及其他应用子系统。

图3 配网自动化主站系统的软件结构

4 结论

配电网系统是电力系统中重要的组成部分，它直接与用户相联系，提高供电可靠性和电能质量是配电网需要解决的基本问题， 也是工作之重点，而配电网自动化可以有效地提高供电可靠性和电能质量。 因此，配电网自动化的发展是不仅是用户的需求，而且是提高电力系统可靠性的要求，为此，本文提出了新一代配电网自动化系统的方案，以提供有利的借鉴。

［1］王晓春.配电自动化系统功能探讨［J］.华北电力技术，2000，（2）.

［2］曹亮.配电网自动化系统的探讨［J］.电力建设，2001，（12）：23-24.

［3］王占宇，鲁斌.浅谈调度自动化系统在配电网上的应用［J］.信息与电脑，2011，（1）.

［4］夏雨，贾俊国，靖晓平，胡正民，王章启.基于新型配电网自动化开关的馈线单相接地故障区段定位和故障隔离［J］. 中国电机工程学报，2003，23（1）：10-106.

［5］郑顾平，姜超，李刚，齐郑，杨以涵.配电网自动化系统中小电流接地故障区段定位方法［J］.中国电机工程学报，2012，32（13）：103-108.

［6］袁亲成.智能配电网的故障自动化技术［C］.配电自动化技术.全国电力系统配电技术协作网第二届年会论文集.2009（1）：157-164.