袁志偉

（中國安能集團第二工程局有限公司廈門分公司，福建 廈門 361022）

0 引言

由于配電網(wǎng)具有復雜的特點，提升其運行穩(wěn)定性、響應速度和精度已成為配電網(wǎng)設計工作中需要關注的三個重要方面[1]。設計配網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)是實現(xiàn)這些目標的關鍵途徑。因此，在本次研究中，我們將以分層結構的SCADA 系統(tǒng)為基礎，整合雙環(huán)自愈網(wǎng)通信模式、SQL（Structured Query Language）數(shù)據(jù)庫和FTU 設備等技術，進行全面的研究。某地開發(fā)區(qū)配電網(wǎng)絡采用傳統(tǒng)SCADA 系統(tǒng)進行饋線自動化系統(tǒng)設計，以保證配電網(wǎng)絡的運行穩(wěn)定性，但在該系統(tǒng)的運行過程中，存在數(shù)據(jù)交換便利度低、無法進行互聯(lián)以及用戶無法進行二次開發(fā)的局限。對此，技術部門決定對SCADA 系統(tǒng)進行重新設計，以提升系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換便利度、互聯(lián)程度和靈活性[2]。

1 系統(tǒng)整體結構設計

根據(jù)上述需要，本次采用效率和精度更具優(yōu)勢的分層結構式SCADA 系統(tǒng)進行整體架構設計，其結構如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)整體結構圖

如圖1 所示，在本次設計的配網(wǎng)饋線自動化SCADA 系統(tǒng)中，該主站作為核心，對目標區(qū)域配電網(wǎng)進行全面監(jiān)視與控制；該子站又稱為“前置機子站”，其主要作用是規(guī)約管理，同時與FTU（饋線終端裝置）和RTU（遠程終端單元）之間進行通信[3]。

2 系統(tǒng)主要模塊設計

2.1 通信網(wǎng)絡及通信規(guī)約設計

因電網(wǎng)系統(tǒng)復雜程度較高，通信網(wǎng)絡采用雙環(huán)自愈網(wǎng)模式下的饋線自動化光纖網(wǎng)，其具體設計如圖2所示。

圖2 通信網(wǎng)絡示意圖

如圖2 所示，如果配電網(wǎng)運行正常，那么通信網(wǎng)絡中將存在四個數(shù)據(jù)傳輸路徑情況為：從光端機A的Ta 口到光端機B 的Ra 口、從光端機B 的Ta 口到光端機C 的Ra 口、從光端機C 的Ta 口到光端機D的Ra 口以及從光端機D 的Ta 口到光端機A 的Ra口?；谏鲜雎窂?，當配電網(wǎng)出現(xiàn)故障后，光端機D的信號無法傳遞到光端機A，此時通信網(wǎng)絡只能依靠內(nèi)環(huán)進行運行，因此數(shù)據(jù)傳輸路徑發(fā)生變化：從光端機A 的Ta 口到光端機B 的Ra 口、從光端機B 的Ta口到光端機C 的Ra 口、從光端機C 的Tb 口到光端機B 的Rb 口以及從光端機B 的Tb 口到光端機A 的Rb 口。

針對實時采集分析數(shù)據(jù)的需求，本設計采用IEC標準下的101 規(guī)約，并對其OSI 開放式7 層協(xié)議進行了簡化處理，僅采用增強型的三層模型：物理層、鏈路層和應用層。其中，物理層由控制站的數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)電路終接設備（DCE）組成，二者通過異步ITU-TV.24 接口進行通信，從低向高傳輸通信數(shù)據(jù)。鏈路層的信息傳輸規(guī)則如下：（1）接收站在檢查傳輸數(shù)據(jù)是否存在差錯后，確定是否傳輸該數(shù)據(jù)并進行發(fā)送/確認、請求/響應服務；（2）動站和啟動站之間互相傳遞信息并保存；（3）各次服務傳輸過程之間相互獨立，僅在當前一次服務傳輸全部結束后才會執(zhí)行發(fā)送幀操作。

2.2 數(shù)據(jù)庫設計

結合實際需要，數(shù)據(jù)庫選用SQL2019 型數(shù)據(jù)庫，并確定數(shù)據(jù)見表1。

表1 主要選定數(shù)據(jù)

在此基礎上，對數(shù)據(jù)庫進行優(yōu)化設計，訪問流程如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫訪問流程

如圖3 所示，在配電網(wǎng)運行的過程中，所有產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都被備份在SQL Server 數(shù)據(jù)庫中。實時數(shù)據(jù)庫每五分鐘進行一次寫入操作，更新最新的數(shù)據(jù)并將舊有數(shù)據(jù)保存作為歷史數(shù)據(jù)。如果客戶端需要訪問內(nèi)存數(shù)據(jù)，就必須通過RTDBMS，并使用標準的SQL 語言指令對其進行訪問。在上述基礎上，應用C4.5 算法實現(xiàn)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析功能，通過劃分數(shù)據(jù)集并選出最優(yōu)特征索引，為保證數(shù)據(jù)庫安全性，引入云端加密程序生成密鑰。其主要流程是：（1）根據(jù)數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，應用DES 密鑰生成器隨機生成一個密鑰并轉換為密文；（2）在云端保存密文；（3）客戶端重新生成隨機密鑰內(nèi)容，循環(huán)往復進行。

2.3 終端設備選型設計

首先，使用保護功能較為完備的RWK-551B-G型FTU 饋線終端設備，將其安裝于配電網(wǎng)的柱上開關側，對FTU 饋線終端設備進行選型設計，F(xiàn)TU 饋線終端設備數(shù)量則與配電網(wǎng)柱上負荷開關數(shù)量相等。其次，選用功耗較低且普適性較強的AD2066L 型RTU地調(diào)開關設備，將其安裝于配電網(wǎng)的變電站出線開關附近，對RTU 地調(diào)開關設備進行選型設計，使之與變電站、FTU 之間組成閉合回路。當該閉合回路中出現(xiàn)故障且繼電器重合閘操作失敗后，RTU 將向回路上的各個FTU 設備發(fā)送指令，以判斷故障點位置，進而控制故障點兩側最近的開關分閘，實現(xiàn)隔離故障和非故障區(qū)域恢復送電的目標，以實現(xiàn)降低停電面積和停電時間的作用。

2.4 運行狀態(tài)檢測功能模塊設計

為實現(xiàn)對配電網(wǎng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，主要通過以下幾個方面分別進行設計。

（1）拓撲解析模塊設計，以獲取故障定位信息，該模塊主要基于以下幾個函數(shù)加以實現(xiàn)：①parseAcline函數(shù)，其主要對CIM 文件中的交流線路元素進行解析，得出各個交流線路元素之間的聯(lián)結關系；②parse-Breaker 函數(shù)，該函數(shù)的作用是解析CIM 文件中的開關元素，得到各個開關元素之間的聯(lián)結關系；③parse-Busber 函數(shù)，其用于對CIM 文件中的母線元素進行解析，得到其聯(lián)結關系；④parseTopology 函數(shù)，其根據(jù)前三個函數(shù)輸出的結果進行整合分析，以最終得到配電網(wǎng)拓撲結構信息。

（2）界面展示模塊設計。參考B/S 架構的設計理念，采用AngularJS 框架并使用路由來實現(xiàn)頁面切換控制，確保每個分界面都有唯一的視圖模板與之對應，同時通過routeProvider 服務上的函數(shù)加載不同界面。最終得到界面如圖4 所示。

圖4 界面展示示意圖

3 系統(tǒng)應用

在完成整個配網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)的設計后，進行了應用實驗以檢驗系統(tǒng)的綜合性能。在某地開發(fā)區(qū)的配電網(wǎng)中應用該系統(tǒng)，對6 條線路和一座開閉變電所進行了配網(wǎng)饋線自動化改造，涉及15 臺FTU 和三個變電站的RTU 設備[4]。通過雙環(huán)自愈網(wǎng)絡將這些設備連接起來，同時配置了三臺數(shù)據(jù)服務器和三臺工作站，以實現(xiàn)系統(tǒng)搭建中的信息傳遞。系統(tǒng)搭建完成后，首先對系統(tǒng)的故障隔離與恢復功能進行測試。在模擬某節(jié)點出現(xiàn)跳閘故障后，該系統(tǒng)自動進行故障診斷和定位，其遠程開關也自動執(zhí)行遙控，在12 s 內(nèi)即完成故障識別與處理的全過程，證明該系統(tǒng)故障隔離與恢復功能取得了預期效果。在對系統(tǒng)的主要性能指標進行測試之后，得出測試結果見表2。

表2 系統(tǒng)性能測試結果

根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)信息可知，系統(tǒng)主要指標均滿足實際需要，因此證明本次配網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)設計工作取得了初步成功。

4 結語

隨著電力市場化和可再生能源逐步普及，配網(wǎng)饋線自動化技術將越來越受到重視。配網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)將向著更加智能、高效、可靠、安全的方向發(fā)展[5]。具體來說，其發(fā)展前景主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）智能化：配網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)將向著更加智能化、自適應的方向發(fā)展，通過引入人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測與優(yōu)化調(diào)控。

（2）高效化：未來的配網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)將更加注重運行效率和節(jié)能減排，并通過優(yōu)化調(diào)度算法、可靠性評估等手段，提高系統(tǒng)運行效率和經(jīng)濟性。

（3）安全可靠：隨著電力市場化的推進和用戶需求的不斷提高，配網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)的安全可靠性將成為其發(fā)展的重中之重，未來的系統(tǒng)將采用更加嚴格的安全標準和技術手段，以確保系統(tǒng)運行的安全可靠。

在基于SCADA 的配網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)設計中，采用分層設計理念并加強通信信道建設以及正確選取通信規(guī)約是設計過程中需要重點考慮的內(nèi)容。這些措施對于提升系統(tǒng)性能指標具有重要作用，同時在本次系統(tǒng)實踐測試中也得以證明。