电网调配一体自动化系统的设计和实现
2017第四届轨道交通供电系统技术大会
会议由中国电工技术学会主办，将于2017年11月28日在北京铁道大厦召开，研讨电工科技最新研究成果对轨道交通供电领域所带来的革新影响和应用前景，推进协同创新。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
国网嘉兴供电公司电力调度控制中心的研究人员陈国恩、张磊、王跃强在2017年第8期《电气技术》杂志上撰文，基于自身实际工作经验，首先阐述了某县级电网的基本情况，然后在此基础上开展了电网调配一体自动化系统的方案设计，对系统网络结构及其主要构成单元进行了较为详细的研究。
本设计已在实际生产中得到了现实验证，取得了极为理想的技术效果和经济效果。笔者相信，电网调配一体自动化系统必将更为广泛的应用于我国电网的建设和优化改造活动之中。
1 引言
某县级电网由10座35KV变电站和3座110KV所组成，未来还会随着县域经济、社会的发展来建设及改造变电站。当前，县城配网由1座35KV变电站和1座110KV的不同馈线来完成供电，网络结构具有高度的复杂性、不规则性、多电源性，在建设配电线路的同时也铺设了相应的通信光缆。
另外，在配网建设过程中，选择了双侧PT的柱上真空断路器，一方面实现了分合短路电流的功能，另一方面还能够向FTU提供工作电源以及交流采样源。所以，在客观层面，该配网已完全拥有调配一体化的条件。
2 调配一体自动化系统的方案设计
由于远动技术、通信技术、互联网技术和计算机技术的高速发展，从而为电网调度自动化奠定了坚实的基础。
2.1 1#调度自动化
基于该电网的现实情况和管理特点，对于其所要建设的调度自动化系统，选择的是更为先进的三级分布监控与管理结构，也就是厂站终端级、运行管理级和生产管理级。而对于分布式来说，主要指的是实现了分布的管理功能，也就是相关不同工作站的主要任务是基于管理、运行、生产的分工差异性而设计的具体涵盖的单元包括：远方终端RTU和主站。后者也就是远动系统的调度端。
现实数据表明，在调度自动化系统的实际运行过程中，超过半数以上的故障是由于信道故障所导致的。究其原因，主要是由于信道没有具备较强的信道干扰能力，故障率、误码率和失码率呈现出三高的特点。尤其是在系统面临极端恶劣的自然条件情况时，就导致信息传输难以全面满足自动化系统的基本要求。为此，就必须建设1+1主备份的双信道模式，以便能够实现五遥功能，确保信息传输能够满足调度自动化系统的根本要求。
2.2 2#配网自动化
基于互联网技术、通信技术、计算机技术和现代电子技术实现了配网自动化。高度集成了地理图形、电网结构、用户数据和配电网数据，进而能够在故障状态和正常运行状态科学的提供用电负荷配电管理、控制、保护和监测等相关功能。
必须基于所在地区的现实特点，如针对配网的可靠性要求、设备状况、配网结构以及社会用电需求等诸多方面来全面统筹的考虑和推进。
由于在配电网之中，设置了种类和数量众多的电气设备，如柱上开关、配电变压器、开闭所、箱变、用户变、配变等电气设备。加之其所设置的处所外部环境较为恶劣、运行状态复杂、种类多和分布地域广，就必须通过TTU、DTU、FTU、RTU等相关终端设备来实现实时监测功能。所以，由配网自动化所要求的自动化程度、复杂程度和系统规模就对通信网提出了更高的要求。
2.3 方案设计
本次设计主要采取的是主战集中监控、高速通信信道调配一体化自动模式。系统主要构成如下：通信系统、馈线终端单元层（TTU、FTU）、分布式子站层（DTU、RTU）、调配自动化主站层（DMS）。各组成单元的主要功能如下：
（1）DMS重点实现了监视及分析电网设备的功能，接受来自馈线光纤FOM网络、TTU和FTU馈线终端单元层、DTU和RTU子站层的信息以及数据，并完成控制信令的发送，参数的下载和调整。另外，还实现和中调主站之间的信息交互功能和数据转发功能。
（2）DTU重点完成了于各馈线终端单元的实时监控功能，接收并执行主站的控制命令。
（3）PTTU、RFTU重点实现了对配变、环网柜、开闭所、断路器、柱上开关等设备的实时监控功能，完成对相关单元的控制、监视和采集。同时，也能够独立完成供电恢复、故障隔离、超高速故障检测和定位等相关功能。
为确保系统通信具有更高等级的可靠性，主通道选择为光纤，备用通道选择为GPRS。同时，对于系统支撑平台选择的是Super-2000平台（Windows 2000平台/SQL 2000数据库），网络体系结构为客户/服务器模式，采用的是TCP/IP协议，前置机与服务器都采取的是双机互为热备份的方式，如果有需要，可以通过软件操作来实现主备切换。
图1 2#电网调配一体自动化系统结构示意图
通过上图可以发现，由于系统采取的是分层结构，因此具备优秀的可扩充性、互联性和开放性。电网调配一体化自动系统由通信网络、馈线线路及其配电自动化远方终端、调配自动化主站等相关单元组成。
（1）调配一体自动化主站主要承担着主网和配网的控制及监视功能。采取的是C/S结构进行组网，主要完成了配网SCADA功能、调度SCADA功能。通过一体化的方案能够有效减少投资总额，利于系统运行和维护工作的统一开展，避免了多样化的系统接口所导致的诸多问题。
（2）配电终端设备层具体实现了现场设备运行数据的控制、监视、处理和采集等功能。所采用的DEP 910N FTU以光纤作为连接介质，采取的是TCP/IP通信协议，完成和配电主站系统的点对点通信，极大的提升了响应速度以及可靠性，有利于供电恢复以及故障隔离工作的开展。
（3）由于电网规模因素的考虑，暂未考虑子站层的设计。
（4）主站和FTU之间的通信采用1+1主备方式，光纤线路和GPRS分别为主用通道和备用通道。
2.4 馈线故障检测、故障定位、故障隔离和供电恢复方案
本设计采取故障状态差动保护方式，重点考虑的是开环运行状态和闭环运行状态。举例如下图：
图2 4#故障处理示意图
如果故障发生在F1点，KG1和KG0的FTU均监测到开关过流的故障信号，则KG1马上报给KG0。
2.5 FTU性能指标的设计
首先，对于模拟量来说，应当实现如下指标：（1）故障电流的总误差必须在±3%之内。（2）故障电流的输入范围应当实现20倍的额定电流。（3）交流工频输入基本误差标准应当控制在±0.5之内。
其次，对于脉冲和状态量来说，应当实现如下指标：（1）12路光电隔离输入。（2）状态量的分辨率必须控制在10ms之内。（3）最高脉冲频率必须超过50HZ的标准。
3 结论
近年来，随着我国持续推进电网现代化建设的进程，电网调配一体自动化系统成为我国电网企业重点规划的工作之一。
笔者在本文中所阐述的电网调配一体自动化系统主要采取的是主站集中监控、高速通信信道调配一体化自动模式。综合运用了网络技术、软件技术、通信技术、计算机技术、电子技术等现代高科技技术，实现了把配网系统（10KV）和主网系统（220KV、110KV和35KV）的采集数据、设备参数、电网结构参数、离线数据、实时数据的采集、整理和计算，从而达到了电网调配一体自动化的根本目的。
本设计已在实际生产中得到了现实验证，取得了极为理想的技术效果和经济效果。笔者相信，电网调配一体自动化系统必将更为广泛的应用于我国电网的建设和优化改造活动之中。