楊關(guān)春 彭 麗

1.山東理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 山東 淄博 255049；2.山東省電力集團(tuán)公司臨沂供電公司 山東 臨沂 276000

0 引言

隨著社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各行各業(yè)的用電需求也大大提高，特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的地區(qū)，用電負(fù)荷上升很快，配電系統(tǒng)及其配電設(shè)備大幅度增加，使配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜化，供電運行方式也變化非常的頻繁，從而增加了事故處理和控制操作等難度；與此同時，用戶對電力系統(tǒng)可靠性和電能質(zhì)量的要求也隨著提高。這樣對于電力系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和快速性等要求，單單靠簡單設(shè)備和人工的控制是滿足不了的，同時也不能使供電的質(zhì)量、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等各項指標(biāo)達(dá)標(biāo)，這就對現(xiàn)有的配電系統(tǒng)運行管理提出了更高的客觀要求［1-3］。

結(jié)合智能配電網(wǎng)發(fā)展要求，本文提出了新一代配網(wǎng)自動化系統(tǒng)方案， 其主要特點是故障檢測、隔離和供電恢復(fù)的控制對主站的干預(yù)完全沒有依賴性，因而能使配電網(wǎng)供電可靠性和電能質(zhì)量達(dá)到最佳限度。

1 基于差動原理的饋線自動化技術(shù)

1.1 故障分段

各監(jiān)控終端可以通過光纖以太網(wǎng)，將自身監(jiān)測的故障狀態(tài)信息與相鄰的監(jiān)控終端的進(jìn)行交換，同時通過比較故障狀態(tài)信息， 進(jìn)一步確定故障區(qū)段，但不需要主站干預(yù)。

如圖1所示， 當(dāng)饋線AB處于開環(huán)運行狀態(tài)時，即聯(lián)絡(luò)開關(guān)QF12處于開路狀態(tài)時。 當(dāng)線路上某點F發(fā)生相間故障時，故障電流將從電源側(cè)（變電站A）流向故障點。 因此， 故障點電源側(cè)的所有監(jiān)控點QF1、QL11處的FTU均能監(jiān)測到故障電流， 而故障點聯(lián)絡(luò)開關(guān)側(cè)的所有監(jiān)控點QL12、QF12處的FTU均監(jiān)測不到故障電流。 換句話說，未有故障點的區(qū)段兩側(cè)監(jiān)控點的FTU要么均監(jiān)測到故障電流，要么均感受不到故障電流，即二者監(jiān)測到的故障狀態(tài)信息是相同的；而含有故障點的區(qū)段兩側(cè)監(jiān)控點一側(cè)監(jiān)測到故障電流， 而另一側(cè)監(jiān)測不到故障電流，即二者監(jiān)測到的故障狀態(tài)信息是不同的。 由此可見，各監(jiān)控終端只要能夠通過通信通道得到與其相鄰監(jiān)控終端所監(jiān)測到的線路故障狀態(tài)信息，則通過比較二者之間的差異即可識別故障區(qū)段。

圖1 饋線故障分段示意圖

當(dāng)變電所A出線重合閘動作后，如果此時短路故障為永久性故障， 故障點電源側(cè)的所有監(jiān)控點QF1、QL11處的FTU均能感受到故障電流， 而故障點聯(lián)絡(luò)開關(guān)側(cè)的所有監(jiān)控點QL12、QF12處的FTU均監(jiān)測不到故障電流。因此，當(dāng)線路進(jìn)行重合閘后，各監(jiān)控終端可以通過比較與其相鄰監(jiān)控終端監(jiān)測到線路故障狀態(tài)信息之間的差別同樣可以確定故障區(qū)段。

1.2 故障隔離

當(dāng)線路發(fā)生永久相間故障時，如果線路重合失敗導(dǎo)致保護(hù)再次跳閘， 那么故障區(qū)段兩端斷路器QL11和QL12將通過監(jiān)控終端自動將它們的斷開（不需要主站干預(yù)），從而實現(xiàn)故障區(qū)段的隔離［4-5］。

1.3 非故障區(qū)段的供電恢復(fù)

當(dāng)線路發(fā)生相間故障時， 且故障是永久性的，此時故障區(qū)段就會被隔離［6］，對于故障點電源側(cè)的非故障區(qū)段，供電的恢復(fù)可以通過變電站出線斷路器的第2次重合來實現(xiàn)； 對于故障點聯(lián)絡(luò)開關(guān)側(cè)的非故障區(qū)段， 恢復(fù)供電必須通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)QF12的自動合閘操作來完成（由相應(yīng)的FTU來控制）。

當(dāng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)QF12處的監(jiān)控終端感受到一側(cè)電壓低于給定值且持續(xù)時間超過預(yù)先設(shè)定的時間間隔后， 自動發(fā)出斷路器合閘命令 （不需要主站干預(yù)）， 從而恢復(fù)故障點聯(lián)絡(luò)開關(guān)側(cè)的非故障區(qū)段的供電。

2 新一代配網(wǎng)自動化系統(tǒng)總體方案

新一代配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的總體方案如圖2所示，其整個系統(tǒng)包括兩層：主站層和監(jiān)控終端層。

監(jiān)控終端層包括兩臺開關(guān)柜監(jiān)控裝置（安裝在線路兩端的變電站內(nèi)） 以及多臺柱上開關(guān)監(jiān)控裝置，統(tǒng)稱饋線自動化終端單元（FTU）。 每個監(jiān)控裝置都嵌入光纖以太網(wǎng)通信模塊，用來交換發(fā)送故障狀態(tài)信息。

主站層采用基于10/100M雙以太網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)的客戶機(jī)/服務(wù)器模式，包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、前置機(jī)、調(diào)度員工作站、FA工作站、WEB服務(wù)器以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全隔離設(shè)備等。其中，光纖以太網(wǎng)是各監(jiān)控裝置之間以及主站與各監(jiān)控裝置之間用來交換數(shù)據(jù)。

圖2 新一代配網(wǎng)自動化系統(tǒng)總體方案

3 配網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)

主站系統(tǒng)基于10/100M雙以太網(wǎng)， 體系結(jié)構(gòu)上采用二級結(jié)構(gòu)的客戶/服務(wù)器方式， 包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器、 前置機(jī)以及調(diào)度員工作站、FA工作站以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

配網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)由操作系統(tǒng)層、支撐平臺層和應(yīng)用層三個層次構(gòu)成，如圖3所示。 遵循IEC61970/61968國際標(biāo)準(zhǔn)，采用開放式、分布式體系結(jié)構(gòu)， 應(yīng)用分層的客戶機(jī)/服務(wù)器（Client/Server）模式，保證了系統(tǒng)具有良好的開放性和擴(kuò)充能力。

1）操作系統(tǒng)層

采用Windows操作系統(tǒng)。

2）支撐平臺層

（1）分布式數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)：支持主流大中型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)， 包括Oracle、SQL Server、Sybase、DB2等商用數(shù)據(jù)庫。

（2）網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)

（3）圖形管理子系統(tǒng)

（4）報表管理子系統(tǒng)

（5）應(yīng)用開發(fā)軟件接口

（6）安全管理子系統(tǒng)

3）應(yīng)用層

包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）子系統(tǒng)、饋線自動化（FA）子系統(tǒng)、故障管理子系統(tǒng)以及其他應(yīng)用子系統(tǒng)。

圖3 配網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

配電網(wǎng)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中重要的組成部分，它直接與用戶相聯(lián)系，提高供電可靠性和電能質(zhì)量是配電網(wǎng)需要解決的基本問題， 也是工作之重點，而配電網(wǎng)自動化可以有效地提高供電可靠性和電能質(zhì)量。 因此，配電網(wǎng)自動化的發(fā)展是不僅是用戶的需求，而且是提高電力系統(tǒng)可靠性的要求，為此，本文提出了新一代配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的方案，以提供有利的借鑒。

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