城市配网自动化及其配网规划的应用

2021-09-23王子宽

电子技术与软件工程 2021年12期

王子宽

（国网冀北电力有限公司香河县供电分公司河北省廊坊市 065400）

由于城市用电量的激增对供电系统带来的工作压力，所以保障城市配电网的科学规划非常重要。为了保障自动化建设在城市配电网中的合理应用，应当保证建设规划的合理性与规范性，在自动化技术、计算机计算与通信技术的帮助下提升在线实时监测环节，对配电网运行状态进行合理控制，提升供电整体质量，保证配网的正常运行。

1 配电网自动化的意义与构成

近几年，随着我国城市化进程的逐步推进，在城市化进程当中，人们的生活工作以及社会的生产都离不开电力的支持，用电设备的激增导致人们对用电量的需求直线上升，进而出现了很多用电问题。为了解决这种情况，应当制定能够迎合当地用电需求的供电方案，保证这个地区的生活、工作和生产不会受到负面影响。在这样的背景下，将网络信息技术、计算机控制技术以及自动控制技术的城市电网线路自动化传输模式受到了重视。这样的输电模式能够将城市用电网格化，电网间可以在计算机智能控制的情况下保证协调工作，并且根据用电需求对不同的网格输送不同的电量，提升了地区用电的质量与效率。对配网现场数据进行实时监测以及采集工程是配网自动化的主要特征，并且在配电应用分析、地理信息监测、负荷管理以及馈线自动化等层面也表现出来明显的优势。由此可以得知配网自动化在信息容量方面以及功能方面都具有显要的优点。配网自动化能够促进终端设备与应用分析的有机结合，并且配网自动化还能够将各种数据信息反映到地理背景图上，例如电杆、馈线与变电站技术信息数据等，采用离线管理和在线分析的方式，将一次设备与二次设备的特点突出表现出来。

配网自动化系统构成如图1所示，这个系统主要由四个部分构成：第一部分为配电主站，配电主站的安装位置通常情况下会选择在调度中心内部，发挥着与各个子站保持正常沟通联系的作用。第二部分为配电子站，配电子站的安装位置通常会选择在变电站的内部，能够与终端设备保持互相通信。但是由于系统构成较为复杂，涉及到不同的涉笔，分布范围也较为广阔，所以所有的配电子站都与配电主站进行连接，将会影响正常的运行。第三部分为配电远方终端，这个部分的主要职责是对配网辖区内包含的内环网柜、变压器、柱上开关以及开闭所展开实时监控，及时发现和控制出现问题的设施，进而优化当前的配电网。第四部分为通信网络，通信网络的设置会处于重点设备与配电主站之间，能够在接收到配电主站的命令后将相应的信息进行传递，并且对终端设备的信息进行采集，在通信方式的选择过程中，应当集合配电系统具体环境特征突显出通信方式的可靠性与实用性。在当前阶段，较为常见的通信方式有无线通信以及光纤两种方式，在配网信息系统中较为常见的是无线通信方式。无线通信方式在建设初期不用投入过高的费用，但是在后期的维护过程中需要较高的成本。而光线通信同样具有较高的成本，但是在稳定性方面却可以提高可靠性的保证。

图1：配网自动化系统构成图

图2：配网自动化系统流程图

2 城市配网自动化系统技术特点与基本原则

SCADA、GIS、PAS等是当前城市配电自动化系统中的基本系统解决方案，能够运用离线管理或者实时监控等手段来采集配电网历史数据、相关设备数据或者地理图形数据等，在采集完相关数据之后，能够运用与电网接线图形的结合，推进配电网络集成度的加强。除了运用基本的软硬件隔离功能，还可以运用电线载波、光纤或者无线通信等通讯方式，能够在开放发展的环境当中显现出自身具备的技术优势。因此，开放性、可靠性以及实用性是当前城市配网自动化系统（如图2）的主要特点。

从配网自动化系统的配置原则方面看，主要有以下几点：

（1）配网自动化系统当中，应当使操作系统的接口可以符合POSIX、OSI、IEEE等国际标准。

（2）操作系统的接口所对应的语言方面，应当使其与SQL结构语言标准类型保持基本吻合。

（3）配网自动化系统当中的人机操作界面，需要与Windows的相关标准保持一致。

（4）在信息通讯的过程中，涉及到的通讯协议应当继续运用以往的TCP/IP。

除了以上几个方面，配网自动化系统想要保持良好的发展趋势，应当密切关注自动化系统自身扩展性问题，并且还需要考虑到过程中的维护性与实时性等特征，尽力处理好容量、规模和处理效率之间的问题，利用实时监控的措施来及时掌握系统运行过程中的各类参数信息，这样能够为维护工作的顺利看展提供有利条件，还可以让配网自动化系统的整体运行效率和质量都给予可靠保障。

3 建设配网自动化存在的问题

随着科学技术的发展，配网自动化技术已经得到优化进步，已经被广泛运用到城市供电系统当中。虽然相关技术已经取得了进步，但是在发展过程当中仍然会面临严峻的挑战。在当前的城市配电网建设过程中，通常会采用线路结构的埋设以及结构连接方式，多数会采用埋设的方式。由于配网结构较为复杂，很容易出现线路的安全故障，令配电网的安全性与稳定性受到负面影响。

3.1 结构设计缺乏合理性

电力企业在设计配电网结构的过程中，很少会站在全局的角度思考稳定，设计内容缺乏大局观，经常会出现顾此失彼的情况，进而使主站与控制端不匹配的情况时有发生。电路设备之间出现冲突，将会对供电通道的容量难以满足实际的用电需求。除了结构设计的缺乏大局观，还有个别电力企业为了追求经济利益，设计过程中没有将电力供给的安全性给予充足的关注。由于缺乏安全性理念，盲目的将自动化技术应用在老化的配电网当中，令当前的配电网结构出现不合理。

3.2 盲目使用新型设备

电力企业为了顺应电网自动化建设的趋势，在没有清晰了解实际需求的情况下购入新型电力设备，造成新设备与旧设备不能够实现良好兼容，难以保障系统的稳定运行。不仅会造成资源浪费，还会影响系统运行可靠性，没有对电网自动化建设带来实质性的作用。

4 配网自动化的规划应用

4.1 供电方式与一次设备

由于我国地区广阔，企业各地区的经济发展情况都会有所差别。由于受到地域和发展情况的影响，我国城市电网主要依靠电缆网的方式。配电网的供电方法主要由三部分来决定，即线路开关设备、电源点以及网架。由于网架与电源点能够展现出多种组合方式，呈显著不同的攻防形式，例如单电源辐射状供电、网格状供电、多电源环状网供电以及多电源互备供电等。在线路开关设备方面，例如分段器、断路器、环网柜或者负荷开关等，通过不同的配置选择，能够呈现功能各异的供电配合方案。在我国的城市电缆网的构成当中，通常会选择环网柜、真空断路器等作为当前配电线路的主设备，在农电架空线网通常会选择分段器、负荷开关、重合器等当做配电线路的主设备。

4.2 远程终端系统

配电自动化系统当中，远动主要是对FTU、TTU对线路开关以及配电台区进行监控。运动系统和设备的稳定性与可靠性主要包含了环网控制、远方控制、保护动作以及就地手动几个方面。在处理配电网自动化远动系统的过程中，会将线路电源和传输规约作为主要内容，如果保证设计内容能够满足户外环境以及不间断电源实现配电自动化是一项值得深思的难题。配网自动化远方终端能够给予保护、控制和监测对馈电线路FTU的通讯管理能力，属于针对变电站间隔与配电自动化馈线设计出的一体化现场终端，非常适合运用于配网自动化系统中的变电站10kV馈出断路器的管理。

4.3 主站系统

在主站系统设计方面，呈现出来层次化与模块化特点。层次化主要是指将相关的软件划分为基础平台和应用模块两种类型，在功能扩充与修改的时候，不需要改变原来的基础平台层，仅需要在相应的功能模块上进行即可。这样的方式能够强化系统中的可靠性与扩充能力。模块化则是将当前的基础平台作为基本条件，尽力去按功能模块化，为功能的增加、修改提供便利，满足不同的投资规模。网络结构需要在硬件设计方面保证双网平衡，能够成为彼此的备用模式，能够使带宽和通信的可靠性得到提升。

4.4 配电GIS

通俗来讲，配电网GIS是对以往的配电系统中的运作方式进行修改，利用先进的计算机设备在电子地图上面进行配网实时调度工作，并且对客户工作、查询决策以及设备管理展开相关的操作的信息管理系统。由于配电网工作涉及范围比较高，不同岗位的管理人员所需要承担的管理责任也会有所差别，并且在工作的时候，要求设备提供的功能也会存在区别。因此，企业在配电网GIS建设过程中，应当对不同岗位的职责要求和工作环境进行全面的了解，分析不同职能部门的功能需求，这是促进配电网GIS建立过程中重要考虑的因素。在充分考虑内部职能部门的功能需求之后，制定出具有针对性的解决方案，满足不同客户的需求。

4.5 通信系统

信息之间能够准确、迅速的传输与接收，将会对整个系统的运行效果产生直接影响。在设计配电自动化的通讯方案时，所要考虑的各项因素，主要包括主站对子站的通信、子站之间通信、子站对现场单元的通信、主站对现场单元的通信以及现场单元之间的通信等。在当前的配电自动化试点工程系统当中，通讯方案中主要是针对主站对子站的通信以及主站对现场单元的通信两种。通信系统作为配电网自动化系统当中的重点与难点，在规划的过程中会因区域的差别、条件的不同使通讯方案呈现多种多样，通常包含光纤、有线电缆、电力载波等等。但是从整体的角度来看，混合通信方案更加能够迎合当前的实际需求，通讯干线运用光纤的时候，由于城市区域内供电半径比较短吗，具有比较高的性价比，支线运用其他的通信方式时，需要考虑到距离干线的远近以及传输要求，远距离孤立点通常会选择无线传输。