徐曉路，陳 清，胡建平

（紹興電力局，浙江 紹興 312000）

隨著計算機技術、控制技術、信息及通信技術的發(fā)展，配電網(wǎng)自動化的深度和廣度都將得到進一步擴展。全國大電網(wǎng)互聯(lián)和電力市場化改革的不斷深入也對配電自動化提出了新的要求，信息數(shù)字化、規(guī)范化和一體化將是未來配電自動化系統(tǒng)發(fā)展的關鍵[1-2]。在現(xiàn)有應用功能中，由于時標不統(tǒng)一造成的故障、自動化隔離重構(gòu)后時序混亂、電網(wǎng)計算誤差放大等問題引起了生產(chǎn)部門的重視。本文以紹興電力局配電網(wǎng)自動化工程為例，圍繞信息一體化這一目標，從分層分控結(jié)構(gòu)的組成入手，就如何實現(xiàn)環(huán)境信息監(jiān)控及三遙信息監(jiān)控一體化、全網(wǎng)基于GPS實現(xiàn)時標一體化的問題進行分析。以各系統(tǒng)之間的一體化水平為切入點，實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通、信息數(shù)據(jù)共享，不但可以提高信息數(shù)據(jù)可靠性，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，還可減少維護人員的工作量。

1 配電網(wǎng)自動化信息系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

紹興電力局配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)按照設計起點高、技術應用先進的原則進行規(guī)劃，設計目標是采用國內(nèi)先進的設備，結(jié)合本單位計算機技術和網(wǎng)絡技術的優(yōu)勢，建立國內(nèi)一流、國際先進的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)。根據(jù)設計方案，紹興城區(qū)的配電自動化系統(tǒng)是一個分層控制系統(tǒng)，設一個控制中心，即配電網(wǎng)自動化主站，同時按照“結(jié)構(gòu)分層、功能分級、布置就近、信息集中、控制可靠”的原則[3]，根據(jù)電網(wǎng)的實際情況，在外圍設置9個配電網(wǎng)自動化分站。各分站行使本地線路設備監(jiān)控功能，實現(xiàn)“三遙”數(shù)據(jù)的采集/轉(zhuǎn)發(fā)、故障隔離和網(wǎng)絡重構(gòu)。城區(qū)采用主站控制方式，郊區(qū)采用獨立控制方式，結(jié)合部采用兩種方式并存并逐步向主站控制方式轉(zhuǎn)換，設備預留“三遙”接口，可實現(xiàn)“就地/遠方”控制的靈活轉(zhuǎn)換，為最終實現(xiàn)有信道方式作準備。整個系統(tǒng)是一個在主站集中監(jiān)控下的分層次監(jiān)控系統(tǒng)。

系統(tǒng)的故障檢測、定位、隔離與恢復控制分為3個層次，一是以配電終端FTU為基礎的故障檢測（或當?shù)乜刂疲┖鸵蚤_關站RTU為單元的當?shù)乜刂疲且耘潆娋W(wǎng)自動化分站為輻射中心的低層區(qū)域控制，三是以主站為管理中心的高層全局控制。

設備選用方面，城區(qū)采用負荷開關（斷路器）+FTU+通信設備，其他區(qū)域采用斷路器+FTU（預留通信接口）方式。

至2009年12月底，紹興城區(qū)所有187座開關站全部實現(xiàn)了自動化。通信方式為：城區(qū)原則上采用光纜通信，聯(lián)接方式為雙環(huán)自愈式。已建成19個光纖環(huán)網(wǎng)，安裝了約160個光調(diào)制解調(diào)器，并預留了與其他通信方式結(jié)合的接口。

2 系統(tǒng)分析及存在的問題

紹興城區(qū)的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)是一個分層控制系統(tǒng)，以調(diào)度主站為中心，根據(jù)電網(wǎng)的實際特點與需求，在外圍設置9個配電網(wǎng)自動化分站。在底層開關站同時投運環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，所有相關數(shù)據(jù)通過GPRS無線通信方式直接上傳調(diào)度環(huán)境監(jiān)控主站和設備班組監(jiān)控前置機。由此可以看出，由于歷史原因，在開關站中普遍存在既有光纖通信方式（自動化通信），又有GPRS通信方式（環(huán)境監(jiān)控），或者自動化通信和環(huán)境監(jiān)控全部采用GPRS通信方式，在一定程度上造成通信信道的浪費。

從系統(tǒng)底層和中間層角度看，考慮到實際運行中人力不足等客觀原因，開關站故障隔離采用就地隔離方式，同時將相關信息上報主站。經(jīng)過一段時間的運行，系統(tǒng)同步性問題逐漸顯露出來。由于目前系統(tǒng)對時采用分站接收GPS衛(wèi)星時間，然后對所有光纖通信設備進行廣播對時，未

實現(xiàn)光纖通信的終端由主站接收GPS衛(wèi)星時間通過DNP通信規(guī)約經(jīng)GPRS通信對時。一般情況下，只要各通信系統(tǒng)正常工作，信息傳輸應該沒有問題，但仍然存在信息的同步性問題。實際應用中，由于GPRS無線通信受各種環(huán)境因素的影響很大，而光纖通信受線路施工、接口松動、衛(wèi)星失步等因素影響，都會發(fā)生時標丟失的情況[4-5]。而配電網(wǎng)的特點是點多面廣，此類缺陷又非重大缺陷，因此很難被發(fā)現(xiàn)。而且因間隔一段時間就要對時一次，只要不良因素消失，經(jīng)過一段時間后就能恢復正確時間[6]。但如果在時間丟失時段內(nèi)發(fā)生故障，由于時間不正常，就會極大地影響故障原因查找和自動化動作情況分析，給相關工作帶來不良影響。此類情況僅在2009年上半年就發(fā)生了2次，使自動化工作人員很被動。

3 配電網(wǎng)信息一體化平臺的基本框架

3.1 系統(tǒng)基本框架

紹興電力局配電自動化系統(tǒng)基本框架如圖1所示。

在開關站內(nèi)部，原有的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線系統(tǒng)經(jīng)過分時復用模塊接入光纖調(diào)制解調(diào)器，實現(xiàn)與主站的通信。

在城市中心區(qū)域采用光纖通信，市區(qū)及郊區(qū)考慮光纖通信和無線電或其他通信方式。

3.2 統(tǒng)一時標系統(tǒng)

從現(xiàn)有的紹興配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)來看，系統(tǒng)時標嚴格意義上并未實現(xiàn)統(tǒng)一。在主站設置了GPS天文時鐘，實現(xiàn)了對所有主站設備的統(tǒng)一對時。在中間層的各分站也安裝了GPS天文時鐘，實現(xiàn)了對分站自身設備的對時。而對分站管轄的開關站終端設備，則通過分站與終端設備之間的廣播對時協(xié)議實現(xiàn)統(tǒng)一對時[7]。至于分站接入的變電所信息，由于變電所信息傳輸?shù)椒终緯r本身自帶時標信息，且該時標信息也同樣來自GPS天文時鐘，因此一般情況下分站對變電所信息不再執(zhí)行附加時標操作，而是直接轉(zhuǎn)發(fā)主站。在正常情況下，不會產(chǎn)生系統(tǒng)數(shù)據(jù)時標混亂的現(xiàn)象，因此在進行電網(wǎng)計算、故障模擬等操作時的結(jié)果是可信的。但是當配電網(wǎng)出現(xiàn)某些特殊狀況，尤其是配電網(wǎng)通信條件惡劣時，將導致各設備之間的對時混亂[8]。由于主站對數(shù)據(jù)進行計算處理時都要先去掉原有時標，再附加主站時標，因此會造成電網(wǎng)計算結(jié)果有誤，甚至不收斂的情況[9]。在對電網(wǎng)故障動作進行分析時，也會發(fā)生實際動作在后而主站顯示在前的時序錯亂，給故障分析及確定電網(wǎng)運行方式等工作造成嚴重困擾[10]。

經(jīng)綜合考慮，認為可以將現(xiàn)有的GPS對時功能下放到開關站終端層，分站不再進行廣播對時。在所有開關站安裝GPS對時設備，對開關站RTU實施不間斷對時。分站接收到的開關站終端設備信息和變電所配電網(wǎng)信息都帶有GPS時標，因此無需處理就可以直接轉(zhuǎn)發(fā)主站，而主站的時標同樣來自GPS天文時鐘，也可以確保全網(wǎng)所有數(shù)據(jù)的時標完全統(tǒng)一，避免了由于通信故障等原因造成的時標混亂現(xiàn)象，從而最終實現(xiàn)全網(wǎng)時標的一體化。

4 配電網(wǎng)信息一體化平臺的方案設計

4.1 基本設計思路

在開關站終端，由于目前安裝的開關站RTU系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)已基本滿足所需的各項自動化監(jiān)控功能需求，因此主要的改造工作是將兩套系統(tǒng)的通信及時標一體化。

4.2 通信一體化

由于目前大多數(shù)開關站具有光纖通信和GPRS無線通信兩種方式，自動化監(jiān)控信息和環(huán)境監(jiān)控信息各走其道，既浪費通信資源，也造成維護工作量增加。考慮到光纖通信條件要遠遠好于GPRS無線通信方式，因此確定統(tǒng)一采用光纖一體化通信方式。

開關站環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)如圖2所示。從圖2可看出，各類環(huán)境監(jiān)控信息經(jīng)通信單元接入GPRS通信模塊上送主站。由于所有信息已經(jīng)過通信單元處理，GPRS模塊的工作只是將收到的信息通過無線網(wǎng)絡發(fā)送出去，因此可以直接將通信單元與開關站自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的光纖調(diào)制解調(diào)器相連，通過光纖通信上送分站，而分站只需在原有信息表上增加開關站環(huán)境監(jiān)控信息表即可實現(xiàn)正常通信。

4.3 時標一體化

目前開關站時標采用分站發(fā)廣播對時方式，各開關站RTU總控單元收到對時信號后進行對時，然后再對站內(nèi)各分RTU進行廣播對時。因此，設想將對時環(huán)節(jié)建在終端層面，在各開關站安裝GPS天文時鐘，對時信號直接接入開關站RTU單元進行對時。系統(tǒng)框圖見圖3。

通過這種直接對時方式，不論各層各級之間通信狀況好壞，能始終確保時間的唯一性，從而實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)全部開關站RTU單元的時標統(tǒng)一[11-13]。

5 結(jié)語

圖1 配電網(wǎng)信息一體化系統(tǒng)基本框架

圖2 開關站環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)圖

圖3 開關站GPS對時示意圖

通過對紹興配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的深入分析，指出時標不統(tǒng)一、通信信道資源浪費是存在的主要問題。解決方案是構(gòu)建環(huán)境信息監(jiān)控及三遙信息監(jiān)控一體化平臺，在終端層面實現(xiàn)開閉所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)與自動化監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸?shù)囊惑w化，降低通信信道需求，實現(xiàn)終端設備的統(tǒng)一對時，以確保全網(wǎng)時標一體化的實現(xiàn)。

下一步改造思路是在現(xiàn)有應用功能基礎上，利用統(tǒng)一參數(shù)、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一平臺設計，實現(xiàn)各應用系統(tǒng)圖模庫一體化和數(shù)據(jù)的整合及資源的共享。同時采用標準的通信協(xié)議，方便各級、各部門之間數(shù)據(jù)信息互連，實現(xiàn)市局區(qū)調(diào)與縣局配調(diào)、生產(chǎn)營銷與配電網(wǎng)調(diào)度、調(diào)度主站與廠站終端之間的數(shù)據(jù)互連、資源共享。

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