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配网自动化及其相关技术 |
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| 配网自动化及其相关技术 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 9:40:11  |
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娄为 夏霖 宋晔 高宗丽
摘 要：从功能入手，简单介绍了配电管理和配电自动化系统的组成和特点，及国内外开展实施的情况。对该系统开发中涉及到的计算机、网络、通信、数据库和专家系统等各种技术，进行了分析和各实现方案的比较。
关键词：配电管理系统； 配电自动化； 网络； 数据库； 通信
DMS and Its Relevant Technology
Abstract：Based on DMS/DAs functions,its property and constitution are presented,its situation at home and abroad are introduced.The relevant technologies in its development,such as computer,network, communication, database and expert system etc.,are analyzed,the different realization concepts are compared.
Keywords：DMS; DA; network; database; communication
0 引言
随着电力事业的发展，各种新电器广泛应用于生活、生产，给人类带来了巨大的便利，但同时，也使人类社会对电的依赖日益加深。很难想象，没有持续、稳定、高效的电能供应，人类社会将会怎样?随着电力供应从卖方市场走向买方市场，电力用户已不再是电力这一特殊商品的简单使用者，他们是我们供电企业真正的服务对象，是上帝。向他们提供高质量的电量，已不再是一句口号，而是一种郑重承诺，具有法律的效力。
在一些发达国家，电力市场早就初具规模，供电方和用电方对电价和电能质量都有合同约定，在我国，这方面的工作才刚刚起步。国家电力公司为规范电力公司的运作，真正体现服务人民的企业宗旨，对电能质量提出了较高的要求，尤其对供电可靠性制定了明文规定：一般城市地区为99.96%，使每户平均停电时间不大于3.5 h;重要城市中心区应达99.99%，每户平均停电时间不大于53 min。对照这一标准，我们还有很大差距。而要实现这一目标，能否建设合理、完整、高效的配网管理系统(DMS)是关键。
1 DMS/DA简介
什么是DMS呢?简言之，其包含地理信息系统(GIS)、网络设备文件(NDF)、冗余部件管理、检修计划管理、运行规划及优化、运行及控制以及其它管理任务(故障电话管理、人员管理、计费管理等)。其中运行及控制部分功能的自动化由配电自动化系统(DAS)实现，又可具体细分为SCADA系统、电压/无功控制、保护的协调管理及控制、馈线控制、故障处理(故障检测、定位，隔离后故障区供电)、自动抄表和负荷管理等。从这一概念出发，DMS其实涵盖了电力MIS、电力调度、变电站综合自动化、出线管理、负荷管理、供用电管理等供、配、用电多个环节，是一个包含多学科技术的综合性的大系统。
从国外DMS发展历程来看，主要集中在DA部分，大致经历了自动就地控制(重合器加重合器或重合器加分断器方式)、智能型自动就地控制(分散式微机型自控设备)以及近远程可选控制方式加集中数据库和专家系统(功能逐渐增加完善)三个阶段，而完整DMS的开发在发达国家也是近几年的事。从我国DMS发展现状来看，目前才起步，由于国家对此相当重视，我们可以借鉴国外的经验，直接应用最新、最合理的技术摸式，如DA系统的选择，国内中心城市一般都直接选择第三阶段的产品，可进入DMS/DA的阶段。但是，由于DMS/DA的开发涉及多学科，如计算机、通信、网络与最新的技术产品，需要高素质的开发、运行、管理人员，加上DMS/DA开发还要和电网一、二次设备和通信设备兼容，投资也相当大。因此，从全国情况来看，发展进度并不快。
DMS/DA涉及到目前信息业界(IT)众多的技术，存在不少技术难点，下面，我们对此作一些分析介绍。
2 DMS/DA及其相关技术
2.1 DMS/DA设计模式
要设计一个系统，先是要明确设计目标，理清思路，而DMS/DA的设计要涉及大量类型的单元设备，涉及多层面、多流程的操作程序，如何有机地汇总这么多的单元(Object),是开发者首先要面对的问题。从目前流行的风格来看，DMS/DA设计中，都遵循了实用性、安全性(Security)、经济性、开放性、发展性(Expendability)和灵活性(Flexibility)的设计要求。
要满足以上要求，在系统开发时，一般采用最新的面向对象(OOP)的设计方法，对单元设备采用模块化(Module)的组件方式，即根据对象(实际的设备对象和操作流程对象)分别设计软、硬件组件，然后象搭积木一样将组件通过标准的管理机制和既定模式构造成完整的系统，模块间采用标准规约进行联系，用户可根据需要选择单元模块以及系统集成方式，具有良好的灵活性。
2.2 DMS/DA的结构
按OOP的方法，具体设计一个DMS/DA，首先要解决系统数据源问题。在设计变电站自动化系统时，通常选择集中、分布和混合式三种组屏方式。一般情况下，DMS/DA的数据源主要是一次系统信息、电量信息、设备信息、录入信息和其他类信息，本身具有分布范围广、数据类型众多、数据层次复杂的特点，这就决定了必须采用分布式层次结构，各单元相对独立。对一些规模较大的单元，如用户抄表系统、开关开闭站、电缆环网(单环)等，又可以视情况构成一小系统，下设独立子单元。对设备的选择和功能的分配应综合考虑，以保证系统开发的经济性和实用性。
考虑到配网信息分布广、信息量大的特点，在配网当地设备(FTU、集抄系统、配变负荷管理器等)和控制中心间可设一至二级中继站(一般设在变电站，可利用原有光纤通道)，形成多级层次结构。如图1所示，其中控制中心间通过通信网络进行联系，便于相互协调工作，控制中心和当地设备间采用多对一的辐射型网络。
[图片1]
图1 配网系统结构图
2.3 DMS/DA和通信技术
有了信息源，建立了系统结构，接下来要解决的问题就是信息传输。这部分功能的实现涉及现代通信的各个最新技术层面。目前，DMS/DA的通信主要分有线和无线两种。有线方式主要有同步传输序列(SDH)、异步传输模式(ATM)、配电线载波(DLC)、公用电话网、综合服务数据网(ISDN)等，媒介主要有光纤、电力线、音频电缆和屏蔽电缆(主要用于当地设备单元间构成现场总线)；无线方式主要有微波通信、高频通信(VHF，UHF)、GSM通信、红外通信、卫星通信。无线方式的优点主要是灵活性高，施工周期短，但抗干扰性差。
下面，我们对配网通信的各种方式(媒介)作一综合比较(如表1)。
表1 配网通信方式综合比较
光纤
音频线
电缆
无线
微波
DLC
投资
大
中
中
大*
大*
小
施工周期
长
中
长
中
中
短
运行费用
低
高
低
低
低
低
维护工作
中
中
大
大
中
小
抗干扰性
很好
较好
较好
差
差
较差
传输速率
高
较高
中
低
低
较低
传输损耗
小
较小
中
大
大
较大
* 第一次投资要建设通信中心等基础设施，投资较大，以后增加接点费用较低。
在DMS/DA主通信网中，主要考虑数据传输可靠性和抗干扰性，一般以有线方式为主，其中公用电话网和ISDN专线因其运行费用较高(有租用费用等问题)且其数据安全性较差(本身是公用开放的)，一般较少采用，目前主要用光纤和配电线载波两种方式。光纤网主要采用星形辐射和环形、多环网络结构的光纤自愈网，当局部光纤受损时可进行自动光纤网络拓扑重构，保证通道的顺畅。利用配电线载波方式硬件投入较少，但要解决工频(50 Hz)量以及一次设备操作(开关开合、大负荷投切等)造成的高频量对通信的影响，还要解决信号加载的耦合设备对通信高频量的抗饱和性。目前，一般利用扩频技术(变频传输)或多路载波复用(多路并传)等技术解决抗干扰的问题，采用晶态合金芯技术制造采样TA，TV以提高其抗饱和性。
在实际系统的开发中，通信的投资占总投资比重最大，因此可适当考虑兼用原有设备及信道进行通信，如采用时分复用或一码多址技术进行并行传输，兼用电力系统原有通信网络(如光纤网络)，既保证通信效率和质量又充分利用了硬件资源。在系统实施中，可根据各地情况，采用混合通信模式，彼此间通过转换设备(如电-光/光-电信号转换器)实现连接。
配网信息中，重要性和时效性各不相同，如系统故障信息、网络重构信息和开关变位信息等，就具有很高的时效性，须保证其传输的及时正确。因此，应选择具有支持优先传输特性的通信规约(如DNP规约等)，对各类信息进行优先级定义，保证重要信息的优先传输，以防止信息竞争和传输的瓶颈效应。
2.4 DMS/DA和网络、数据库技术
通信问题还包括数据共享的内容。这就是计算机网络和数据库技术的范畴了。DMS/DA中，现场单元设备间，一般采用现场总线技术，采用422，485串口组成CANBUS和LonWorks Net实现就地数据共享，通过通信网实现数据远传以后，并入电力MIS(企业内部网Intranet)或是调度网络，在局域网(LAN)中实现数据异地共享。局域网中设数据服务器、网络管理器和联网PC机。目前，流行的Oracle，Sybase等大型关联数据库不支持多数据服务器方式，全部数据经预处理后，按一定地址码存于同一数据库中，这有利于数据的集中综合，提高其应用效率。对各用户而言，任何网络信息资源等价，可根据访问和操作权限赋予实现对数据库的调用和操作，以保护系统数据的安全性。
DMS/DA的信息经处理后，主要供用电管理系统、调度系统、地区急修中心和电力MIS等使用，进行系统监控、运行分析和故障处理。在网络选择上，NT网以其友好的界面、方便的操作、良好的兼容性和升级能力，应用越来越多，已经成为一种流行趋势。DMS/DA数据库查询人机界面一般采用地理信息系统GIS，将地理信息、设备图像单元和数据库实现有机互联，直观形象，查询方便，也利于开展辅助设计和系统规划工作。
另外，直接利用INTERNET或拨号网络，进行系统间(与其他信息系统)数据交换也是一种经济有效的选择。
2.5 DMS/DA和专家系统
DMS/DA的上一级是专家系统(Expert System)，它其实是一个应用工具软件包，包含多个分析应用工具软件，负责对全部配网信息的综合分析处理，制定应变决策和实施步骤。和下位设备配合，可以实现调度等工作由传统的人脑模式向电脑自动调度模式过渡，大大提高了系统调度的合理性和运行质量，减少人为误判断和误操作造成的损失，保证系统运行的稳定、安全、可靠和高效。
专家系统的开发需要大量跨学科的工程技术人员，既对电力系统运行维护有全面的了解，又能熟练运用IT工具进行系统开发。采用模块化的专家系统设计，各软件工具可以逐渐增加，保证系统的可靠性和运行的稳定性。
3 结束语
综上所述，一个DMS/DA的开发汇集了IT行业的各种最新技术，需多学科、多领域技术人员的协同工作，其运行维护需要对各类新技术的了解和掌握，这就需要我们每一个电力技术人员进行自觉的技术更新和学习，需要大量创造性的劳动。
相信经过大家的努力，DMS/DA的实用化进程一定会大大加快，有效地改善电能质量，高质量高可靠性的电力供应将成为现实。■
作者简介：娄为(1973-)，男，工程师，从事配网自动化研究、设备选型和工程实施。
作者单位：娄为（杭州市电力局自动化研究所， 浙江 杭州 310009）
夏霖（杭州市电力局自动化研究所， 浙江 杭州 310009）
宋晔（杭州市电力局自动化研究所， 浙江 杭州 310009）
高宗丽（成都电业局， 四川 成都 610000）
参考文献：
［1］王明俊.发展中的配电系统自动化［J］.电力自动化设备，1999，19(3)：1～4
［2］童国福.配电管理系统的实现［J］.供用电.1998，2(6)
［3］陈警众，李长育.实现配电系统自动化的若干意见［J］.供用电.1999，1(6)
［4］洪良山.变电站自动化的现状与发展［J］.电力自动化设备，1999，19(4)：20～24
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