配電智能終端是以計算機技術、通信技術、信息技術、管理、系統(tǒng)控制技術為基礎的信息采集、處理和管理控制終端，是供電企業(yè)管理用戶用電情況，提高需求側管水平的新一代配電智能終端[1]。按照控制方式的不同，可以分為集中式和分布式兩種控制方式[2]。

　　摘要：配電智能終端是智能配電網(wǎng)的重要組成部分，是實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化的關鍵。文章針對集中式智能終端在處理時間、資源需求方面的缺點和傳統(tǒng)分布式智能終端相鄰保護配合困難的問題，利用最新電子通信技術的發(fā)展成果，進行智能控制終端數(shù)據(jù)傳輸機制和自適應、自組織、自管理方案的研究，采用分布式智能控制方式，開發(fā)設計了多通道分布式智能配電網(wǎng)終端，從而實現(xiàn)了電網(wǎng)保護的快速性和選擇性的統(tǒng)一。

　　關鍵詞：電力工程師論文,智能配電網(wǎng),智能終端,多通道,分布式

　　0引言

　　集中式智能控制方式是依據(jù)主站（或子站）的SCADA系統(tǒng)提供的實時數(shù)據(jù)對已發(fā)生的故障予以處理。現(xiàn)場的FTU將故障信息通過一定的通道送到控制中心（主站或子站），控制中心根據(jù)開關狀態(tài)、故障檢測信息、網(wǎng)絡拓撲分析，判斷故障區(qū)段，下發(fā)遙控命令、跳開故障區(qū)域兩側的開關、重合變電站出線開關和閉合聯(lián)絡開關、恢復非故障線路的供電。此方式控制準確，適合各種復雜系統(tǒng)，但它需要有可靠的通信通道和控制中心的計算機軟件、硬件系統(tǒng)，停電時間通常為分鐘級[3]。隨著智能饋線終端單元逐漸廣泛應用于配電系統(tǒng)。這種智能終端單元根據(jù)預設在其微處理機上的程序，完成饋線自動化功能，故障處理中或完成后才將報警及開關狀態(tài)通過SCADA系統(tǒng)上報控制中心，這種方式稱為分布式智能控制方式[4]。傳統(tǒng)的分布式智能控制方式可分為用重合器實現(xiàn)的自動網(wǎng)絡重構和用分段器實現(xiàn)的網(wǎng)絡重構，用分段器實現(xiàn)的網(wǎng)絡重構方式有電壓時間型和電流計數(shù)型[5]。分布智能式控制方式不依賴控制中心和通信系統(tǒng)，故障處理和恢復供電的速度有顯著提高，時間可以提高到秒級。但它不適合處理較為復雜的系統(tǒng)，對智能終端也有較高的要求。在傳統(tǒng)的分布式智能控制方式中，大多數(shù)的重合器和分段器只是根據(jù)線路電壓或電流狀態(tài)之一作為故障判別的判據(jù)，而我們研究的新型分布式智能控制方式則利用了電壓和電流兩個信號作為故障段的判據(jù)，故又稱為U-I-T（電壓-電流-時間）型智能配電終端。

　　1智能配電終端

　　1.1設計原理

　　傳統(tǒng)配電系統(tǒng)電流保護的實質是一個獨立的單元保護，它只檢測流過自身的電流而決定保護的動作和延時動作，而不關心相鄰開關的保護動作情況。這是造成相鄰保護相互配合困難的主要原因。隨著計算機技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，使借助于網(wǎng)絡通信實現(xiàn)保護之間的協(xié)調成為可能。此時，不同地點的模擬量在當?shù)貦z測完成，只是將檢測結果的數(shù)據(jù)信息、保護判別結果的狀態(tài)信息、開關狀態(tài)信息等通過網(wǎng)絡由不同保護進行共享，以達到不同地點保護之間協(xié)調和配合，真正實現(xiàn)保護的快速性和選擇性的統(tǒng)一。

　　根據(jù)實施現(xiàn)場的實際情況，采用分布式智能控制方式，充分發(fā)揮分布式智能的實時性和可靠性，盡快完成故障隔離，恢復非故障區(qū)域供電，減少停電時間和范圍。并且，在具備了配電SCADA的條件下，調度員可以監(jiān)視和控制故障的處理過程。當通信網(wǎng)絡或主站系統(tǒng)發(fā)生故障而不能正常運行時，也不會影響到分布式智能控制系統(tǒng)及時完成故障處理和非故障段恢復供電的功能。分布式智能終端不依賴主站，在沒有通道的情況下就地實現(xiàn)智能控制式的饋線自動化，完成相間短路故障的定位、隔離及非故障區(qū)域的供電恢復；在具有通道的情況下自動升級為協(xié)作模式，通過智能終端之間的相互通信完成故障的定位、隔離及轉供，能夠有效提高故障處理的快速性和準確性；在架空線路中，智能終端能夠與自組網(wǎng)故障指示器結合，實現(xiàn)故障分支和故障點的精確定位。

　　對于智能配電網(wǎng)中的保護裝置，主要是基于系統(tǒng)故障時的局部信息快速、準確地切除故障元件。同時對于不斷變化的系統(tǒng)網(wǎng)絡結構，保護裝置應具有自整定與自適應能力，多個保護裝置之間也存在保護的再協(xié)調問題。因此在智能配電系統(tǒng)中，保護裝置通過局部網(wǎng)絡通信，實現(xiàn)相聯(lián)保護裝置之間的系統(tǒng)故障信息共享、網(wǎng)絡拓撲信息共享，從而快速實現(xiàn)區(qū)內故障、區(qū)外故障的的判斷，結合配電線路上的開關類型（負荷開關或斷路器），可以使離故障區(qū)域兩側或多側斷路器快速動作而切斷故障；而基于更大區(qū)域系統(tǒng)信息的網(wǎng)絡重構控制策略對時間的要求將低于保護的要求，處于第二層次。基于局部信息的保護裝置保護控制與基于全局信息的網(wǎng)絡重構控制可以設備將統(tǒng)一為一個整體的功能模塊，前者動作速度快所需信息較少在較低的層面上執(zhí)行，而后者則需要進行網(wǎng)絡的綜合計算與智能分析，反映動作較慢但在較高的層面上執(zhí)行，二者通過不同的優(yōu)先級與控制邏輯一體化的控制策略加以組合從而實現(xiàn)自愈控制的各種功能需求。可以大幅度減小故障后的故障點排查時間，從而減少故障區(qū)域的停電檢修時間，提高供電可靠性。

　　1.2技術方案

　　本方案硬件上使用32位的工業(yè)級通訊處理器芯片作為通訊主控制器，使用32位高速數(shù)字信號處理器作為數(shù)據(jù)采樣單元主控制器。通訊單元單機標準配置10路串口、2路以太網(wǎng)絡口。使用總線擴展技術實現(xiàn)硬件可堆疊，最大可以擴展到40路串口、16路以太網(wǎng)口。單機支持1GB的數(shù)據(jù)存儲空間，可擴展至4GB字節(jié)，滿足智能配電網(wǎng)監(jiān)視控制對歷史數(shù)據(jù)存儲的要求。針對低端應用場合，通訊單元可以縮減為4路串口、1路網(wǎng)口從而提高產品性價比。高速數(shù)據(jù)采集單元使用32位數(shù)字信號處理器，支持精度為16位、速度為6.4Kb/s的AD采樣。單機標準配置4路交流電流模擬量，6路交流電壓模擬量，兩路直流模擬量采集。模擬量采集路數(shù)針對不同應用場合可擴展或縮減。滿足最嚴酷等級4級電磁兼容實驗要求。

　　本方案的平臺軟件架構使用工業(yè)級實時嵌入式操作系統(tǒng)，支持DNP3.0協(xié)議，以及國家制定的關于智能配電網(wǎng)相關的各種標準（IEC870-5-101、IEC870-5-102、IEC870-5-103、IEC870-5-104、DLT645、QGDW125等）。使用多任務軟件架構，分層設計。應用軟件可以適用于多種不同的硬件，方便實現(xiàn)硬件升級后的軟件繼承。不同應用場合的內核軟件相同，通過開發(fā)上層的應用軟件，分別滿足不同的需求。為實現(xiàn)對電網(wǎng)的綜合監(jiān)視與統(tǒng)計，終端軟件實現(xiàn)對電網(wǎng)的電量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，故障錄波數(shù)據(jù)統(tǒng)計，功率負荷曲線統(tǒng)計，電能質量分析與統(tǒng)計（電壓偏差、電壓頻率偏差、電壓波動與閃變、電壓諧波、電流諧波、間歇波等）。終端應用軟件實現(xiàn)保護功能、遠動控制、無功補償控制、功率控制等功能。智能配電終端具備分布式智能功能，實現(xiàn)配電網(wǎng)的自愈控制。本方案具有系統(tǒng)可維護性。對于長期在戶外環(huán)境運行的智能終端設備，必須具備遠程維護、遠程升級程序的能力。智能裝置本身具備自診斷、自維護功能，可以定期上報裝置本身的運行工況，在硬件設備故障時可以向遠方發(fā)送診斷信息。這樣可大幅度降低產品的維護成本，提高產品的實用性。智能終端與遠程維護軟件通訊，支持使用web瀏覽器方式，允許特定用戶在有網(wǎng)絡連接的地方直接訪問智能終端，這將大幅提高網(wǎng)絡可視性。在硬件上，設計為模塊化通用結構，方便未來的故障維修與產品升級。

　　智能配電終端側重于網(wǎng)絡式保護，電網(wǎng)的自愈控制。包括交流模擬量采集模塊、遙信采集模塊、本地顯示模塊、網(wǎng)絡式保護算法模塊、開關量輸出模塊。支持SOE記錄，故障前中后波形錄制。可以通過信息管理單元與主站或其他智能設備進行數(shù)據(jù)通信，支持多通訊協(xié)議、支持多個網(wǎng)絡接口，多串口。各個通訊接口與通訊協(xié)議可配置。各個電壓電流模擬量采集單元可以使用軟件配置的方法，進行電能量、功率、電能質量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。

　　終端設備能廣泛應用于戶內戶外的配電室、開閉站、環(huán)網(wǎng)柜、分支箱、柱上開關、架空線路等應用場合，因此終端應充分考慮箱體結構、密封、外形尺寸、固定方式、通訊條件、工作電源提供方式等因素。

　　智能終端通訊協(xié)議做到標準化，具備良好的接入性和可擴展性，規(guī)約設計和選擇上應具有一定的前瞻性；同時也要充分考慮新老設備的兼容性。因此，智能終端必須支持基于串口通訊的IEC570-5-101規(guī)約及其適用于與配網(wǎng)自動化相適應的實現(xiàn)細則；同時要支持基于TCP/IP協(xié)議的IEC570-5-104規(guī)約及與配網(wǎng)自動化相適應的實現(xiàn)細則；而通信協(xié)議可根據(jù)需要靈活配置，并可實現(xiàn)未來對其他通信方式的擴展、兼容。

　　配電SCADA和配電GIS是一體化設計，即做到了數(shù)據(jù)設計一體化、功能分布一體化和界面一體化。圖1所示是系統(tǒng)終端與調度、配調系統(tǒng)的關系圖。

　　1.3基本功能

　　本系統(tǒng)是基于嵌入式系統(tǒng)的智能終端平臺，具備“四遙”功能，同時具備過流保護功能和數(shù)據(jù)處理功能，并具備大容量存儲和通訊管理功能（支持多協(xié)議），還能支持多通訊方式，此外，還具備電源管理功能（電池免維護）和自診斷、自恢復功能以及維護和調試功能。

　　圖1終端與調度、配調系統(tǒng)關系圖

　　此外，智能終端還具備就地分布式的邏輯功能，可通過電氣配合實現(xiàn)故障查找、故障隔離、非故障區(qū)段自動轉移供電的饋線自愈功能。通過電壓-電流-時限的原理與變電站保護相配合，不依賴通信及主站即可識別饋線發(fā)生的故障，并能閉鎖故障區(qū)段，使非故障區(qū)段快速恢復供電，可自動實現(xiàn)故障點的隔離和非故障區(qū)段的轉移供電，可靠性更高。圖2所示是其智能配電終端裝置實物圖。

　　圖2智能配電終端裝置

　　2技術指標

　　智能終端經(jīng)過在有關示范工程中的應用，其主要指標，包括環(huán)境條件、電源、遙測、遙信、遙控、故障電流、過流保護、邏輯功能、通訊接口、裝置功耗、絕緣性能等百余個參數(shù)指標均達到設計要求。其中主要指標如下：

　　2.1遙測

　　（1）電壓輸入標稱值：220V/100V，50Hz；

　　（2）電流輸入標稱值：1A/5A；

　　（3）電壓、電流采樣精度：0.5級；

　　（4）有功精度：1級；

　　（5）無功精度：1級；

　　（6）相角采集精度：<1°；

　　（7）直流電壓輸入標稱值：0～100V，采樣精度：0.5級；

　　（8）直流采樣精度：0.5級；

　　（9）標稱輸入值時，每一回路的功率消耗小于0.25VA；

　　（10）容量：根據(jù)需要可以擴展到9個電壓，24個電流，9個直流。

　　2.2遙信

　　（1）輸入方式：單端輸入；

　　（2）隔離：500VDC的光電隔離；

　　（3）接線方式：無源接點；

　　（4）回路電壓：24VDC；

　　（5）SOE分辨率小于2ms；

　　（6）軟件防抖動時間6～60000ms可設；

　　（7）容量：至少64個遙信。

　　2.3遙控

　　（1）輸出方式：繼電器常開接點輸出；

　　（2）觸點容量：直流24V、10A；交流220V、10A。

　　（3）分合閘脈寬整定范圍：0.1～99.9s，整定級差0.01s；

　　（4）容量：至少18個遙控量。

　　3結語

　　多通道智能終端采用分布式智能控制方式，充分發(fā)揮分布式智能的實時性和可靠性，盡快完成故障隔離，恢復非故障區(qū)域供電，減少停電時間和范圍。并且，在具備了配電SCADA的條件下，調度員可以監(jiān)視和控制故障的處理過程。當通信網(wǎng)絡或主站系統(tǒng)發(fā)生故障而不能正常運行時，也不會影響到分布式智能控制系統(tǒng)及時的完成故障處理和非故障段恢復供電的功能。分布式智能功能在具有通道的情況下自動升級為協(xié)作模式，通過智能終端之間的相互通信完成故障的定位、隔離及轉供，能夠有效提高故障處理的快速性和準確性；在架空線路中，智能終端能夠與自組網(wǎng)故障指示器結合，實現(xiàn)故障分支和故障點的精確定位。分布智能式控制方式不依賴控制中心和通信系統(tǒng)，故障處理和恢復供電的速度有顯著提高，時間提高到秒級。

　　參考文獻

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