配电自动化终端设备在电力配网自动化中的应用

王安培

海南电网屯昌供电局枫木供电服务中心 海南 屯昌 571600

引言

随着电力行业的改革和技术的迅猛发展，我国对于提高电力系统运行效率和可靠性的需求日益增长，作为关键组成部分，配电自动化终端设备在电力配网自动化中扮演着重要角色。电力系统自动化发展规划（2019-2025年），强调了“智能电网”建设的重要性，提出了进一步推动电力配网自动化发展的具体政策措施。根据该政策，我国将加大对配电自动化终端设备的研发投入，推动智能终端设备的应用，提高供电可靠性和电网运行效率。

1 配电自动化终端设备应用在电力配网自动化中的优势

1.1 进行实时监测和数据采集

配电自动化终端设备能够实时监测电力系统中电流、电压、功率因数等各个环节的电气参数，使运营人员能够及时了解系统的状态，快速发现故障和异常情况，从而采取相应的措施进行修复和保护，最大限度地减少系统停电时间。该设备还具备强大的数据采集能力，能够高效地收集设备状态、负荷信息、能源消耗等大量电力系统数据，为电网的维护人员提供全面的系统信息，帮助他们进行系统规划、负荷管理、能源优化等方面的决策。

1.2 能实现远程控制和操作

通过配电自动化终端设备，电力系统运营人员可以远程监控和控制电力配网的各个环节，无须亲自前往现场进行操作。这为电力系统运营人员提供了便利，节省了时间和人力资源。以往，为了进行电力配网的调整和操作，必须亲自前往各个电力设备的现场，这不仅耗时费力，还存在安全风险。而通过配电自动化终端设备，电力系统运营人员可以通过远程控制和操作，快速调整电力配网的参数和运行状态，实现实时响应和灵活调度，从而提高了操作效率[1]。

1.3 快速故障定位和恢复电力运行

配电自动化终端设备配备了先进的传感器和通信技术，能够实时监测电力网络的各个参数，一旦发生故障，终端设备能够快速检测到异常情况，并通过与配电自动化系统的实时通信，将故障信息传输到控制中心。这种快速的故障检测和信息传输能够大大缩短故障的响应时间。控制中心接收到故障信息后，能够通过配电自动化系统迅速定位故障点的位置，因为终端设备能够提供详细的故障信息和电力网络的拓扑结构。通过分析这些信息，控制中心可以准确确定故障的位置，避免了传统人工巡检所需的时间和资源，通过遥控操作实时切换电源，恢复电力运行。这消除了手动操作的需要，减少了故障处理的时间。同时，配电自动化终端设备还可以与其他设备和系统进行协同工作，使恢复电力运行的过程更加高效和可靠。

2 配电自动化终端设备的构成分析

2.1 中心监控单元

它承担着监测、控制和管理配电网络的任务，通常由硬件和软件组成，通过集成先进的技术和算法来实现对配电网络的全面监控和智能化管理。在硬件方面，中心监控单元通常包括一台高性能的工作站或服务器，具备强大的处理能力和存储容量，用于接收、处理和存储来自配电网络的各种数据[2]。它还包括一系列的传感器和测量装置，用于实时监测电网的电流、电压、功率等参数，以及检测可能存在的故障和异常情况。此外，中心监控单元还包括与配电设备连接的通信模块，用于与下层终端设备进行数据交互和命令传输。在软件方面，中心监控单元依靠先进的配电自动化软件实现对配电网络的实时监控和管理。这些软件具备强大的数据处理和分析能力，能够从大量的数据中提取关键信息，并生成可视化的报表和图表，以便操作人员进行分析和决策。中心监控单元的软件还提供了各种监控和控制功能，如实时告警和故障诊断、远程操作和调整配电设备的参数等。同时，它还支持与其他系统的接口，如能源管理系统、SCADA系统等，实现整体配电网络的集成管理。

2.2 人机接口电路分析

该电路负责接收用户的输入指令，并将设备的状态信息以可视化形式显示给用户，包括输入端和输出端两部分。输入端包括按钮、开关、键盘等各种输入设备，用于接收用户的操作指令。这些输入设备通过信号转换电路将用户的输入转化为数字信号或模拟信号，然后传输给中心监控单元进行处理。输出端通过显示屏、指示灯、声音等方式将设备的状态信息以可视化形式呈现给用户。人机接口电路还包括与中心监控单元进行数据交互的通信接口，可以是串口、以太网口、无线通信等方式，用于传输用户的操作指令和设备状态信息，还支持MODBUS、DNP3等各种通信协议，以实现与配电自动化系统的互联互通。

2.3 通信终端设计分析

通信终端设计的目标是实现可靠、高效的数据传输和通信连接，能够与配电自动化系统中的其他设备进行稳定的数据传输。这要求通信终端采用高性能的通信模块，支持多种通信协议，还应具备一定的容错能力，能够在通信异常或故障情况下保持数据传输的稳定性。可以据加密和身份认证等安全机制，确保数据传输的机密性和完整性。此外，通信终端还应支持防火墙、访问控制等功能，以保护系统免受未经授权的访问和攻击。

2.4 操作控制回路分析

控制器是操作控制回路的中枢部分，它接收来自信号输入模块的输入信号，并根据预设的控制策略进行处理。控制器可以是基于微处理器或可编程逻辑控制器（PLC）的数字控制器，也可以是使用模拟电路实现的模拟控制器，通过内部的逻辑运算和算法，对输入信号进行分析和处理，并生成相应的控制信号。控制信号经过输出模块被传输到执行器，例如继电器、断路器或变压器等，以实现对电力系统的控制操作。输出模块将控制信号转换为适当的形式，并将其传输到执行器上，通过切断或接通电路、调整电流或电压等方式来改变系统的运行状态[3]。

3 配电自动化终端设备在电力配网中的应用技术

3.1 故障检测技术

故障检测技术的操作方式涵盖数据采集、分析、异常识别、故障定位、警报与通知以及远程控制与修复。通过传感器对电网中的电流、电压、温度等关键参数进行实时监测和采集，传感器将采集到的数据传输给智能监测装置。智能监测装置接收到传感器传输的数据后，利用先进的算法和模型对数据进行分析和处理。通过与预设的标准值或历史数据进行比较，检测是否存在异常情况。基于数据分析的结果，智能监测装置能够识别出潜在的故障点，检测到电流过载、电压异常、设备故障等各种异常情况。一旦发现异常情况，智能监测装置可以利用故障诊断算法进行定位，它会根据异常数据的特征和电网拓扑结构，确定具体的线路、变压器或开关设备等故障点的位置。同时，向运维人员发送警报信息，或与配电自动化系统和上级监控中心进行通信，从而实现远程控制和修复。

3.2 故障隔离技术

配电自动化终端设备通过实时监测和分析电网状态，能够迅速识别和定位故障点，并实施精确的隔离措施，以最小化故障对整个电力系统的影响。当电力系统中出现故障时，配电自动化终端设备能够快速响应并采取必要的措施，通过与其他设备的协作和通信，故障隔离设备能够确定故障点的位置，并对故障电路进行精确隔离。这些隔离措施可以通过自动开关、断路器或负荷开关等装置来实现。隔离故障后，系统能够恢复正常供电，并迅速重新连接不受影响的电路，以最小化停电范围。这种快速恢复和重新连接的能力有助于降低停电时间，减少对用户的不便。同时，故障隔离技术的精确性保证了只有故障点所在的电路受到影响，其他电路可以继续正常运行，防止故障扩大并对整个电力系统造成更大的影响。

3.3 通信技术与终端通信技术

在电力配网中，有线通信和无线通信是常用的通信技术。有线通信采用光纤通信、以太网和PLC等技术，通过稳定的有线网络连接各个配电自动化终端设备，实现数据的传输和共享。而无线通信技术包括移动通信技术如GSM、GPRS、CDMA、3G、4G、5G，以及无线局域网（WLAN）和无线传感网（WSN）等技术，能够实现远程无线监测、控制和数据传输。终端通信技术是配电自动化终端设备与配电网之间的通信技术。常用的终端通信协议包括Modbus和IEC 61850。Modbus是一种串行通信协议，广泛应用于工业自动化系统中，通过该协议，终端设备可以与监控中心进行数据交换。IEC 61850是国际电工委员会制定的通信协议，用于电力系统自动化，它具有强大的数据模型和网络通信能力，能够实现配电自动化终端设备之间的高速、可靠的通信[4]。

3.4 配电网状态估计技术

该技术利用配电自动化终端设备内置的传感器和测量装置，实时采集电网各个节点的电流、电压、功率因数等参数，并通过分布式计算和数据处理算法，对电网状态进行准确估计和分析，以实现对电力系统的监控和管理。这些设备能够实时接收和处理来自电网各个节点的测量数据，并将数据传输到监控中心进行进一步分析。监控中心利用高级算法和模型，通过数据处理和状态估计算法，对电网状态进行推断和估计，提供准确的电网状态信息，支持电力系统的监控和管理。监控人员可以实时了解电网各个节点的状态，并及时发现异常情况或潜在故障。例如，当某个节点电压过高或过低时，系统能够发出警报并采取相应措施。此外，状态估计技术还能够帮助优化电力系统的运行，包括负荷调度、电能质量改进等方面。

3.5 智能保护与自动重连技术

通过不断收集电网数据，智能保护装置可以准确地分析和识别电网中的故障类型，一旦发现故障或超负荷情况，它能够迅速做出判断，并采取相应的保护措施。当电网发生故障时，智能保护装置能够及时断开故障回路，以防止进一步的损坏。它还能够自动切换到备用电源，确保电力供应的连续性。这种快速响应和自动化的处理过程大大减少了电网故障对用户的影响。当故障被排除，它可以自动将断开的电路重新连接，恢复电力供应。这项技术的应用极大地缩短了故障恢复时间，减少了用户的停电时间，提高了供电的可靠性。以往，当故障修复后，需要手动合闸才能恢复电力供应，这需要人工干预，时间较长。而智能保护装置能够自动检测到故障修复，并通过自动操作装置重新合闸，使电力能够迅速恢复，减少了人为错误和延误。

3.6 负荷管理与优化技术

配电自动化终端设备能够获取各个节点的负荷信息，并根据需求进行负荷调节和优化，实时调整电力供应和配电策略，以满足不同负荷需求。终端设备可以识别负荷峰谷期，并根据需求调整供电策略，实现负荷均衡和电力资源的最优配置。例如，在负荷高峰期，终端设备可以通过主动降低部分节点的供电负荷，以避免电网过载，并确保电力的稳定供应。而在负荷低谷期，终端设备可以调整供电策略，提高电力利用效率，降低能源浪费。该设备还能够实现对电力需求的精确预测和响应，结合以往的历史数据和实时负荷情况，建立预测模型，并根据预测结果调整供电策略。这种精确预测和响应能力使得电力配网能够更好地应对电力需求的变化，提高电力供应的可靠性和灵活性。

4 结束语

随着技术的不断创新和发展，智能化、数字化和互联互通将成为主导，配电自动化终端设备将更加智能、高效和可靠。先进的数据分析和人工智能技术将为配电网的运行提供更精确的预测和优化决策支持。同时，新能源、电动汽车和能源存储等新兴技术的快速发展也将对配电自动化终端设备提出更高的要求。