两种配网自动化方案的分析与比较

2021-05-27湛鹏

农村电气化 2021年5期

湛鹏

（湖北中大恒润能源工程有限公司，湖北武汉430000）

随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，用户对供电质量及可靠性提出了越来越高的要求[1]。配网自动化水平直接关系到配网运行稳定性和供电可靠性[2]。配网自动化技术能迅速判断故障区域、在较短时间内完成相关开关分合闸操作，将故障隔离在最小范围内并最大限度恢复非故障区域供电，缩小停电面积、缩短停电时间[3]。

配网自动化通过DTU/FTU实时监视开闭所、配电站、环网柜的分段或联络开关分合状态及各馈线电压、电流，实现线路开关远方/就地分、合闸，保障供电[4]。本文对基于边缘节点的配网自动化解决方案和分布式DTU配网馈线自动化解决方案进行分析和比较，对方案的选择提出合理化建议。

1 分析

1.1 基于边缘节点的配网自动化解决方案

系统结构如图1 所示，图中FA 表示间隔单元，NP 表示边缘节点保护装置，系统由站控层、站间层、站内层构成。

站控层主要完成站内边缘节点保护同配网主站之间的通信，实现主站对本站内开关监测与遥控功能。

站间层由每个站的边缘节点保护通过光纤组成，对上通过站控层的通信模块同配网主站通信，同时通过站间层的光纤将转供信号通过GOOSE 送至转供处的边缘节点保护，保护判断后决定是否进行转供。

站内层间隔IO模块将每个间隔数字电气信号通过GOOSE 及GSV 上传至站间层设备，实现站内、站间信息交换与共享，同时在通信异常及开关拒动时实现后备保护。

整个系统通过HSR及PRP协议保证网络通信零延时。

图1 系统结构

配置方案如图2所示，每个开关箱内安装1套边缘节点保护装置NP，每个开关箱内的每个开关柜安装1个间隔单元FA。

图2 配置方案

自动转供方案如图3所示，当开关站1发生故障时，相应开关分闸，开关站1 故障被隔离，间隔单元FA 通过GOOSE+GSV 上传开关位置、电压、电流信号给保护NP，NP 将开关分合闸信息通过GOOSE 传给4-2 保护，开关站4 保护收到其他站保护发来的“隔离成功，允许转供”信号后，判断4-2是否满足转供条件（判一侧有压一侧无压及开关分闸），若满足条件则发合闸信号给4-2间隔单元执行合闸，恢复非故障区供电，若不满足条件，则给主站发“转供失败”信号。

图3 自动转供方案

异常处理方案如图4 所示，当通信中断或开关拒动时，启动上一级间隔单元的后备保护分闸来隔离故障。

图4 异常处理方案

1.2 智能分布式配网馈线自动化解决方案

系统结构如图5 所示，智能分布式DTU 安装于开闭所、环网柜中，采集间隔电压、电流和开关位置信息，可以对各间隔进行独立保护，也可以在环网内进行分布式FA功能。可以通过光纤上送监控信息至主站，同时也可以接收主站的遥控指令。

DTU公共单元主要实现开闭所、环网柜各间隔信息汇集、数据中转、指令下发。装置通过光纤，以认证加密方式使用104 规约与主站交互遥测、遥信、遥控、电量数据。

DTU 间隔单元主要实现间隔线路电气量采集、保护、控制、故障隔离，同时与环网内其他间隔单元构成分布式FA 网络和交互FA 数据，实现不依赖于主站的FA功能。

图5 系统结构

间隔单元与公共单元通信如图6 所示。DTU 间隔单元通过以太网104 规约传送数据到公共单元交换机，通过IEC 61850规约GOOSE标准传送数据到FA交换机。公共单元交换机通过以太网104规约传送数据到DTU 公共单元，然后再通过光纤以太网104 规约和系统主站相连。FA 交换机通过光纤以太网IEC 61850 规约和相邻开闭所或环网柜的FA 交换机相连。

图6 间隔单元与公共单元通信

DTU 之间分布式FA 通信如图7 所示，每台FA交换机通过光纤与相邻上一级和下一级FA交换机相连，同时通过光纤与本级DTU间隔单元相连，均通过IEC 61850规约GOOSE标准传送数据。

图7 DTU之间分布式FA通信

分布式DTU终端具备保护告警功能，并具有以间隔为对象的分布式FA馈线自动化、小电流接地系统单相接地故障就地判别和隔离功能。短路故障处理如图8所示，当主干线发生故障时，分布式FA启动，#2、#3开关分闸，在不过负荷条件下合上#5开关，恢复非故障区供电，故障处理完毕，FA 结束，若主干线故障发生后#2 开关拒动，则#1 开关分闸，在不过负荷条件下合上#5 开关，恢复非故障区供电。当故障发生在馈出线或母线时处理过程类似，先分闸隔离故障，后合联络开关恢复非故障区供电。

图8 短路故障处理

2 比较

2.1 基于边缘节点的配网自动化解决方案

本方案采用网络节点拓扑智能算法，可适应不同的接线方式。间隔IO 模块可实现数字TA、TV、后备保护，结构满足即插即用。系统可通过GOOSE的方式实现站内、站间信息交换与共享。站内的间隔单元采用自定义的GSV协议与边缘节点继电保护装置通信，站内所有的保护控制功能均由边缘节点保护装置完成，间隔单元作为后备保护。实现站内及站间快速故障隔离及恢复供电。当线路拓扑改变时，可方便进行扩展及系统配置。系统运用HSR/PRP协议、GOOSE通信、边缘节点保护、备自投自动转供技术解决了保护孤岛、传统线路保护定值时间级差、光纤环网通道共享所有开关站转供信号、启动后备保护延时动作等问题。相比而言，本方案边缘节点保护装置NP 比分布式DTU 方案公共单元的功能强。

2.2 智能分布式配网馈线自动化解决方案

本方案DTU 公共单元采用高性能多核处理器，安全可靠，性能强大，可承接云端人工智能算法，对开闭所、环网柜设备进行更加智能化的监控和保护。DTU间隔单元采用16位A/D转换器和高精度交流频谱分析算法，计算精度高。通过定义不同开关在FA逻辑中的角色和完善的FA逻辑，FA可以面对多种复杂配网拓扑进行故障隔离，并具有更加完善的故障恢复策略，从而使得系统具有强大的分布式FA 功能。相比而言，本方案DTU 间隔单元比边缘节点配网自动化方案FA间隔单元的功能强。