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摘要：
---- 本文针对当前配电网的现状及存在的问题，综述了基于信息技术的配电网自动化的基本功能和意义。包括馈线自动化、自动制图/设备管理/地理信息系统及网络化配电载波技术。
关键词：配电网自动化 地理信息系统 网络化配电载波 FTU
引言
--- -随着社会经济和人民生活质量的提高，对供电可靠性、电能质量和服务质量提出了越来越高的要求。配电网的薄弱环节越来越突出，形成电力需求与电网设施不协调的局面，实现基于信息技术的配电网自动化已势在必行。
1 基于信息技术的配电网自动化的基本功能
----配电网自动化是实现配电运行、管理自动化以及信息集成、综合应用、用户服务自动化的基础。配电网自动化主要包括馈线自动化、自动制图（AM）/设备管理（FM）/地理信息系统（GIS）及配电网分析软件等。与传统的孤岛自动化相比，基于信息技术的配电网自动化的关键在于以下三点：大量的智能终端、通信技术和丰富的后台软件。
1.1 馈线自动化
----图1所示为典型的配电网手拉手的环网结构，这是实施馈线自动化的基础结构。联络开关S3处于常开状态，负荷由变电站A和变电站B分别供电。当在开关K1和开关K2之间发生故障（非单相接地），线路出口保护使断路器DL1动作，将故障线路切除，传统的故障隔离和恢复供电的方法是通过重合器和分段器的配合，经重合器多次重合实现的，该方法不依赖于通信[1]。但是，由于重合器的多次重合对配电系统造成的扰动在某些情况下是不能接受的，为了实现具有更好性能的馈线自动化人们在开关上装设了智能终端，即配电终端单元（FTU），并通过通信系统实现集中式馈线自动化。这种馈线自动化的基本原理如下：当在开关K1和开关K2之间发生故障（非单相接地），线路出口保护使断路器B1动作，将故障线路切除，装设在K1处的FTU检测到故障电流而装设在开关K2处的FTU没有故障电流流过，此时自动化系统将确认该故障发生在K1与K2之间，快速跳开K1和K2实现故障隔离并合上线路出口的断路器，最后合上联络开关K3完成向非故障区域的恢复供电。这种依赖通信系统和FTU实现的馈线自动化是配电网自动化的基础，对于配电系统的运行与监控是十分重要和必要的。
1.3配电管理系统
----配电管理系统是实现配电网自动化基本功能的核心部分，主要包括配电图资系统及配电网分析软件。
1.3.1 配电图资系统（AM/FM/GIS）
---- 配电图资系统由自动绘图AM、设备管理FM和地理信息系统GIS组成。其中，图资系统（AM/FM）是配电自动化的基础，该系统建立在地理信息系统（GIS）的基础上，与动态SCADA相结合，将大大提高配电网的运行管理水平。其主要功能有：①拓朴网络着色。电力系统制图软件的一个最重要的特性就是绘制电路接线图。GIS具有跟踪检查电路的连接情况的能力，并用不同颜色表示是否带电、接地等。②自动动态连接。用户可以在电路接线图上任意投切一个或多个电路，图形数据和拓朴网络着色将随之自动更新。③小区分析处理。在地理图上多边形任意围定一个小区（如城区、纳税区等），GIS将对该区有关对象（如用户、电线杆、变压器以及城建规划等）统计列表。供用户查询用。这对小区负荷预报应用软件极为有用。④AutoCad双向接口。允许来自AutoCad和GIS的图形按标准的DXF格式输入到用户系统。反之，SCADA的定时信息也可映射到GIS上来。⑤跳闸事件报告。当电网发生跳闸事件时，GIS将向用户提供一份清单，列分受其影响的用户、变压器和线路等，并根据这些信息生成相应的报告和图纸。⑥能接入第三方软件。这是表征GIS开放性的一个重要功能，也是GIS和用户的开放系统能够实现无缝集成的必要条件。
1.3.2 配电网分析软件（DPAS）
---- 配电系统的高级应用软件为配电网的运行提供了有力的分析工具，主要包括：网络连线分析（又称网络拓朴）、潮流计算、状态估计、负荷预测、短路计算及无功/电压优化等。配电网自动化系统应用软件应建立在较为通用的、符合计算机时代要求的软件平台上，具有相应的开放性支持环境，有通用的按標准程序编写的应用软件和数据库的接口，具有友好的人机界面和屏幕操作，具有应用化的多层次的地理信息系统，符合运行的实际状况。
2 配电网自动化通讯
--- 配电网自动化程度的重要标志是通讯是否符合自动化的要求，它担负着设备及用户与自动化的联络，起着纽带作用。担负着信息的处理、命令的发送和返回。所有数据的传递，没有可靠有效的通讯，配电网无法与自动化相联系。关于自动化通讯，通常概念有两种：一是外围通讯，主要是数据以及语言的通道。采用的方法为有线和无线二大类。有线分光纤通信、音频电缆通讯、电力载波通讯；无线通讯分微波通讯、扩频通讯以及无线电通讯。对于城市配电网应结合城区的特殊情况，以及实际应用效果来决定采取那一种通讯方式。另一种通讯通常是指计算机上的软件通讯，由统一规约。各种计算机软件以及数据库、远动装置都是由计算机软件进行数据交换，在实际计算机运行过程中的某一种规定的方式进行。通讯规约一般是由设备自身来设定的，同一生产单位的产品规约是一致的，当有不同的生产厂家时，通讯规约则发生不一致，数据传递很难实现。
光纤通信是城市配电网通讯的主要方式，特点是可靠性高，干扰小，不受环境条件的影响，可作为语言、数据和图象的传输，是当前较好的通讯。音频有线是城市规划电网较为经济和实用的方法，通讯的布设及各通讯端的连接无特殊要求，造价较低，容易实现，但容易受环境的影响，尤其是与高压配电线路同杆架设，高压的强电场和强磁场对通讯线的干扰影响。
电力载波是电力系统常用的通讯方法，在对于无断点的线路，例如变电所与变电所之间，已经有成熟的经验，使用效果好。基于网络化载波以其良好的鲁棒性、安全性、易实现、投资较低等突出的优点，在中低压配网的多种通信方式中倍受瞩目。 2.1 电力线载波技术的发展
----采用网络化配电载波（NDLC）技术。在10kV配网中的任一位置注入信号，都可以在同一个10kV网络中任意位置的节点正确接收。目前已有集成了这种载波技术的芯片问世。其发信功率不大于1w，典型的接收能力为-80dB。理论研究与试验表明该技术是一项完全可行的、很有发展前途的新技术。
2.2 网络化配电载波在线路故障时的情况
----当采用网络化配电载波实现故障定位、故障隔离时必须考虑载波信号在故障线路上的传输情况。这是NDLC技术实用化的主要问题之一。对该问题的分析如下：
（1） 在线路故障后，故障线路出口的保护动作，断路器将线路与变电站断开，载波信号不受变电站的影响。由于线路停电，线路上几乎没有了噪声，这些都将有利于载波通信。
（2） 由于10kV配電网的载波耦合设备与超高压系统相比成本很低，价格便宜，完全可以采用相相耦合方式，相相耦合方式比相地耦合方式具有更高的可靠性，在单相接地时可以退化为相地耦合方式继续工作，仅是在三相故障时需做特殊考虑。
（3） 即使是对于三相短路故障，如果故障使得载波通道中断，在故障点后面的FTU不能与变电站主站通信，该节点将通过联络开关处的桥节点与对侧系统联系，桥节点的存在使得载波通信也具有手拉手的双路由。
（4） 实际上，断路器跳开后，绝大多数情况故障点的故障电弧熄灭，绝缘恢复，这对于不足1w的载波信号的衰耗很小。
2.3 网络化配电载波的节点管理
----配电网络可以被视为天然的总线网，该总线上的每两个节点都可以通信。但是，考虑到配电系统的节点众多，节点的管理十分重要，下面讨论通过节点管理提高网络化配电载波的可靠性和可扩展性。① 面向对象的寻址。配电系统的每个节点都可以通过以下三个元素确定地址：域、子网和节点号。域对应于变电站，域内的子网对应于该变电站内的一条馈线，子网的节点则对应于该馈线上的各FTU。②自动设置中继。--当一个子网中的某节点远离变电站时，变电站主站可能不能与该节点成功通信，这时主站可以通过下载定值，定义最近的节点为中继节点，该节点将完成对通信不畅的节点的中继转发，这将大大提高了通信系统的可靠性。③ 节点漫游。-网络化配电载波系统在运行中不断进行自检，一旦子网的第一子站发现该子网的某节点丢失，将向主站汇报，主站通过自动设置中继试图找回丢失了的节点，如仍未成功，被丢失的节点将主动向桥节点申请漫游，这一措施对于提高通信系统的可靠性十分有力。
3 结论
----信息技术的快速发展，为配电网改造使用更先进的自动化技术提供了强有力的支持。采用基于信息技术的配电网自动化系统将在很大程度上改善配电网的运行状态，更好地实现了资源的综合利用。配电网的自动化应当在做好规划（包括网络规划和自动化功能规划）的基础上通过实际试点逐步实现。当前实施配电网自动化的关键是在实践的基础上开发出经济的、可靠的、实用的配电网通信系统。
参考文献
----[1] 王明俊.浅谈配电网自动化及其实现[J].科技创新导报，2011（03）
----[2] 焦邵华.电网智能保护新技术的研究[J]. 农村电气化，2012（05）
---- 本文针对当前配电网的现状及存在的问题，综述了基于信息技术的配电网自动化的基本功能和意义。包括馈线自动化、自动制图/设备管理/地理信息系统及网络化配电载波技术。
关键词：配电网自动化 地理信息系统 网络化配电载波 FTU
引言
--- -随着社会经济和人民生活质量的提高，对供电可靠性、电能质量和服务质量提出了越来越高的要求。配电网的薄弱环节越来越突出，形成电力需求与电网设施不协调的局面，实现基于信息技术的配电网自动化已势在必行。
1 基于信息技术的配电网自动化的基本功能
----配电网自动化是实现配电运行、管理自动化以及信息集成、综合应用、用户服务自动化的基础。配电网自动化主要包括馈线自动化、自动制图（AM）/设备管理（FM）/地理信息系统（GIS）及配电网分析软件等。与传统的孤岛自动化相比，基于信息技术的配电网自动化的关键在于以下三点：大量的智能终端、通信技术和丰富的后台软件。
1.1 馈线自动化
----图1所示为典型的配电网手拉手的环网结构，这是实施馈线自动化的基础结构。联络开关S3处于常开状态，负荷由变电站A和变电站B分别供电。当在开关K1和开关K2之间发生故障（非单相接地），线路出口保护使断路器DL1动作，将故障线路切除，传统的故障隔离和恢复供电的方法是通过重合器和分段器的配合，经重合器多次重合实现的，该方法不依赖于通信[1]。但是，由于重合器的多次重合对配电系统造成的扰动在某些情况下是不能接受的，为了实现具有更好性能的馈线自动化人们在开关上装设了智能终端，即配电终端单元（FTU），并通过通信系统实现集中式馈线自动化。这种馈线自动化的基本原理如下：当在开关K1和开关K2之间发生故障（非单相接地），线路出口保护使断路器B1动作，将故障线路切除，装设在K1处的FTU检测到故障电流而装设在开关K2处的FTU没有故障电流流过，此时自动化系统将确认该故障发生在K1与K2之间，快速跳开K1和K2实现故障隔离并合上线路出口的断路器，最后合上联络开关K3完成向非故障区域的恢复供电。这种依赖通信系统和FTU实现的馈线自动化是配电网自动化的基础，对于配电系统的运行与监控是十分重要和必要的。
1.3配电管理系统
----配电管理系统是实现配电网自动化基本功能的核心部分，主要包括配电图资系统及配电网分析软件。
1.3.1 配电图资系统（AM/FM/GIS）
---- 配电图资系统由自动绘图AM、设备管理FM和地理信息系统GIS组成。其中，图资系统（AM/FM）是配电自动化的基础，该系统建立在地理信息系统（GIS）的基础上，与动态SCADA相结合，将大大提高配电网的运行管理水平。其主要功能有：①拓朴网络着色。电力系统制图软件的一个最重要的特性就是绘制电路接线图。GIS具有跟踪检查电路的连接情况的能力，并用不同颜色表示是否带电、接地等。②自动动态连接。用户可以在电路接线图上任意投切一个或多个电路，图形数据和拓朴网络着色将随之自动更新。③小区分析处理。在地理图上多边形任意围定一个小区（如城区、纳税区等），GIS将对该区有关对象（如用户、电线杆、变压器以及城建规划等）统计列表。供用户查询用。这对小区负荷预报应用软件极为有用。④AutoCad双向接口。允许来自AutoCad和GIS的图形按标准的DXF格式输入到用户系统。反之，SCADA的定时信息也可映射到GIS上来。⑤跳闸事件报告。当电网发生跳闸事件时，GIS将向用户提供一份清单，列分受其影响的用户、变压器和线路等，并根据这些信息生成相应的报告和图纸。⑥能接入第三方软件。这是表征GIS开放性的一个重要功能，也是GIS和用户的开放系统能够实现无缝集成的必要条件。
1.3.2 配电网分析软件（DPAS）
---- 配电系统的高级应用软件为配电网的运行提供了有力的分析工具，主要包括：网络连线分析（又称网络拓朴）、潮流计算、状态估计、负荷预测、短路计算及无功/电压优化等。配电网自动化系统应用软件应建立在较为通用的、符合计算机时代要求的软件平台上，具有相应的开放性支持环境，有通用的按標准程序编写的应用软件和数据库的接口，具有友好的人机界面和屏幕操作，具有应用化的多层次的地理信息系统，符合运行的实际状况。
2 配电网自动化通讯
--- 配电网自动化程度的重要标志是通讯是否符合自动化的要求，它担负着设备及用户与自动化的联络，起着纽带作用。担负着信息的处理、命令的发送和返回。所有数据的传递，没有可靠有效的通讯，配电网无法与自动化相联系。关于自动化通讯，通常概念有两种：一是外围通讯，主要是数据以及语言的通道。采用的方法为有线和无线二大类。有线分光纤通信、音频电缆通讯、电力载波通讯；无线通讯分微波通讯、扩频通讯以及无线电通讯。对于城市配电网应结合城区的特殊情况，以及实际应用效果来决定采取那一种通讯方式。另一种通讯通常是指计算机上的软件通讯，由统一规约。各种计算机软件以及数据库、远动装置都是由计算机软件进行数据交换，在实际计算机运行过程中的某一种规定的方式进行。通讯规约一般是由设备自身来设定的，同一生产单位的产品规约是一致的，当有不同的生产厂家时，通讯规约则发生不一致，数据传递很难实现。
光纤通信是城市配电网通讯的主要方式，特点是可靠性高，干扰小，不受环境条件的影响，可作为语言、数据和图象的传输，是当前较好的通讯。音频有线是城市规划电网较为经济和实用的方法，通讯的布设及各通讯端的连接无特殊要求，造价较低，容易实现，但容易受环境的影响，尤其是与高压配电线路同杆架设，高压的强电场和强磁场对通讯线的干扰影响。
电力载波是电力系统常用的通讯方法，在对于无断点的线路，例如变电所与变电所之间，已经有成熟的经验，使用效果好。基于网络化载波以其良好的鲁棒性、安全性、易实现、投资较低等突出的优点，在中低压配网的多种通信方式中倍受瞩目。 2.1 电力线载波技术的发展
----采用网络化配电载波（NDLC）技术。在10kV配网中的任一位置注入信号，都可以在同一个10kV网络中任意位置的节点正确接收。目前已有集成了这种载波技术的芯片问世。其发信功率不大于1w，典型的接收能力为-80dB。理论研究与试验表明该技术是一项完全可行的、很有发展前途的新技术。
2.2 网络化配电载波在线路故障时的情况
----当采用网络化配电载波实现故障定位、故障隔离时必须考虑载波信号在故障线路上的传输情况。这是NDLC技术实用化的主要问题之一。对该问题的分析如下：
（1） 在线路故障后，故障线路出口的保护动作，断路器将线路与变电站断开，载波信号不受变电站的影响。由于线路停电，线路上几乎没有了噪声，这些都将有利于载波通信。
（2） 由于10kV配電网的载波耦合设备与超高压系统相比成本很低，价格便宜，完全可以采用相相耦合方式，相相耦合方式比相地耦合方式具有更高的可靠性，在单相接地时可以退化为相地耦合方式继续工作，仅是在三相故障时需做特殊考虑。
（3） 即使是对于三相短路故障，如果故障使得载波通道中断，在故障点后面的FTU不能与变电站主站通信，该节点将通过联络开关处的桥节点与对侧系统联系，桥节点的存在使得载波通信也具有手拉手的双路由。
（4） 实际上，断路器跳开后，绝大多数情况故障点的故障电弧熄灭，绝缘恢复，这对于不足1w的载波信号的衰耗很小。
2.3 网络化配电载波的节点管理
----配电网络可以被视为天然的总线网，该总线上的每两个节点都可以通信。但是，考虑到配电系统的节点众多，节点的管理十分重要，下面讨论通过节点管理提高网络化配电载波的可靠性和可扩展性。① 面向对象的寻址。配电系统的每个节点都可以通过以下三个元素确定地址：域、子网和节点号。域对应于变电站，域内的子网对应于该变电站内的一条馈线，子网的节点则对应于该馈线上的各FTU。②自动设置中继。--当一个子网中的某节点远离变电站时，变电站主站可能不能与该节点成功通信，这时主站可以通过下载定值，定义最近的节点为中继节点，该节点将完成对通信不畅的节点的中继转发，这将大大提高了通信系统的可靠性。③ 节点漫游。-网络化配电载波系统在运行中不断进行自检，一旦子网的第一子站发现该子网的某节点丢失，将向主站汇报，主站通过自动设置中继试图找回丢失了的节点，如仍未成功，被丢失的节点将主动向桥节点申请漫游，这一措施对于提高通信系统的可靠性十分有力。
3 结论
----信息技术的快速发展，为配电网改造使用更先进的自动化技术提供了强有力的支持。采用基于信息技术的配电网自动化系统将在很大程度上改善配电网的运行状态，更好地实现了资源的综合利用。配电网的自动化应当在做好规划（包括网络规划和自动化功能规划）的基础上通过实际试点逐步实现。当前实施配电网自动化的关键是在实践的基础上开发出经济的、可靠的、实用的配电网通信系统。
参考文献
----[1] 王明俊.浅谈配电网自动化及其实现[J].科技创新导报，2011（03）
----[2] 焦邵华.电网智能保护新技术的研究[J]. 农村电气化，2012（05）