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摘要： 随着当今社会经济与科技的快速发展，与此同時，配网自动化的规模在快速增长，并且对配电终端提出了更高的要求，仅依靠传统的主站系统判断做出故障隔离和非故障区域恢复供电的操作已经不能满足运行要求，需要更智能、可靠的配电终端。在该背景下，本文在传统集中式馈线自动化技术基础上改进并形成了全新的分布式馈线自动化技术方案即基于即插即用式智能分布式FA配电终端，采用对等通讯技术，能够有效减少故障停电的范围，提高用户的供电可靠性，确保配电网的安全运行。
关键词： 即插即用; 智能分布式FA; 配电终端
中图分类号： TM93 文献标识码： A
Abstract： With the rapid development of today's social economy and science and technology， at the same time， the scale of distribution network automation is growing rapidly， and higher requirements are placed on distribution terminals. Only relying on traditional master station systems to judge fault isolation The operation of restoring power supply in non-faulty areas has been unable to meet operational requirements and requires smarter and more reliable power distribution terminals. In this context， based on the traditional centralized feeder automation technology， this paper has improved and formed a new distributed feeder automation technology solution， which is based on plug-and-play intelligent distributed FA distribution terminal. It uses peer-to-peer communication technology and can effectively Reducing the scope of fault power outages and shortening the power outage time of users， thereby improving the reliability of power supply for users， is of great significance to the safe operation of the distribution network.
Key words： plug and play; intelligent distributed FA; distribution terminal
1 引言
当下，智能电网的迅速发展使得我国对供电的安全性、可靠性的要求日益提高，在此背景下，智能分布式馈线自动化（FA）系统应运而生。智能分布式FA系统是指无需配电主站控制，经过配电终端实现信息交互、保护或时序配合，当配电网出现故障的时候系统能够根据预设条件自动实现定位以及隔离故障区域，将非故障区域恢复供电，对故障处理的信息上报给配电主站，提高了供电可靠性。智能分布式FA系统因其具有故障定位及隔离精准、高度自动化、不依赖于配电主站以及易于维护等优势，在10KV配电线路上被广泛应用。然而，智能分布式FA系统虽然具有很多优势，但是也存在着以下制约其推广发展的缺点：（1） 适应性弱。智能分布式只适合固定的网络拓扑结构，当系统调试完成后拓扑就会被固定，很难进行修改;（2）调试工作量大，对调试人员的专业程度要求较高，普通调试人员难以完成;（3）维护、配置过程复杂，维护、配置参数耦合性高，以致于后期维护都需要设备厂家配合才能实现，严重降低了工作效率。针对上述问题，本文基于即插即用式智能分布FA探索智能配电终端设计使得馈线自动化设备达到一站式拓扑建模、简化参数配置、仿真调试、硬件设备即插即用等效果。
2 即插即用式智能分布式FA配电终端体系结构
2.1 “即插即用”
从广义上看，“即插即用”是指满足能够实现动态的改变，易于安装配置、管理的产品。本课题所设计研究基于即插即用式智能分布式FA配电终端应达到以下目标：
（1）实现自动识别安装好的馈线终端设备（初始安装时以及当配电终端运行参数和状态改变时，系统对馈线终端设备的识别）;
（2）适应电网系统的要求，实现系统与设备兼容。控制中心能够当在配电网中扩展新的馈线终端设备的时候对新设备进行检测识别，且获取其参数实现自动配置，对于新投入的设备需与旧设备之间实现信息共享，达到相互兼容;
（3）监视馈线终端设备的运行状态，并且可以根据馈线终端结构的变化对子站中的数据库和系统网络拓扑结构图进行及时更新并保存。
智能分布式FA配电终端在发展中由于制约因素陷入瓶颈，而“即插即用”技术正好弥补其缺陷，使得智能分布式FA系统具有更强的灵活性、可扩展性以及适应性，更易于将设备集成到系统之中。 2.2 体系架构
IEC61850标准明确划分变电站系统为三层——变电站层、间隔层和过程层，并且将不同层间定义了清晰的接口。智能分布式FA的实现是基于支持IEC61850标准的智能配电终端，依据上述IEC 61850中分层分布的概念，将配电自动化系统分成配电主站层、配电终端层和过程层，基于此分层概念以及即插即用式智能分布式FA配电终端应达到的目标构建其体系结构如图1所示：
3 关键技术
3.1 即插即用通信模式
即插即用的实现在要求配电终端有基于IEC61850标准的自描述功能的基础上还要求配电自动化主站可以完成配电终端的自动识别以及主动发现，具备这两个条件才能够具备即插即用的能力。
即插即用通信模式的具体实现过程如图2所示，在现场将配电终端安装完成，且连接到配电自动化通信网络之后，配电自动化主站即可主动对配电终端网络IP的存在进行检测，并且双方建立底层的通信连接;然后由配电终端把自描述信息文件传输至配电自动化主站的前置服务器，服务器依照自描述信息对终端进行识别，从而进一步确定配电中是首次接入还是再次接入，识别确认后通过配电主站与配电终端进行协调处理，从而实现配电终端的自动接入。
3.2 数据库
目前，关系型数据库由于其实时性相对来说较好，因此在电力系统中应用最为广泛。本文提出的即插即用式智能分布FA配电自动化系统需要数据库必须能实现对新接入设备的数据自动实时更新。而这个功能的实现需要依靠于系统配置器所提供的配置文件，因此对于如何转换与协调配置文件中的和数据库中的信息类型也是实现即插即用式智能分布FA配电终端的一个关键之处。
由于数据和网络拓扑结构都需要更新，在设计中可以采用CIM模型库来完成，对于拓扑结构的更新可以采用SVG图形库。
3.3 配电自动化模型映射
配电自动化模型映射功能是智能分布FA配电终端即插即用的核心之处。配电终端的自描述信息主要依据IEC61850标准，而配电主站系统的模型通常依据IEC 61968/61970标准从外部系统导入。由于二者的标准体系不一致，因此，尽管二者描述都采用XML语言，但在表达模型语义、提供逻辑推理方面差别较大，仅仅能够在语法和结构层面上起到规范作用，在配电领域还没有直接的映射关系。
（1）配置语言
要实现智能FA配电终端的即插即用，配电终端设备必须具备自描述功能。依据IEC61850对SCL的定义（CID、SCD、SSD、ICD）自主生成ICD文件，供配电主站识别;配电自动化主站系统除了识别配电终端，还要将配电线路拓扑及相关信息发给配电终端，生成SCD文件。
（2）配电自动化模型映射方法
在智能配电系统中，FTU等配电终端类似于数字化变电站中的IED设备，配电终端与配电主站之间的模型映射如图3所示，而模型映射的实现需要主要配电主站具有CIM模型库、系统配置模块、ICD解析模块等。
4 模块化拓扑配置
针对智能分布式FA多用于电缆线路，应该适当改变以往的建模方式，在此采用国家电网公司所确定的4、6间隔环网柜为设计基础，以环网柜为建模最小单位，将以往一条线路几十个开关以及以开关为最小单位建模的情况进行更改调整，极大地降低建模的工作量。另外由于将环网柜作为最小建模单位，因此拓扑更改也变得更加简单。整个建模过程，需要添加很多个开关，以6个4间隔环网柜为例，需要添加24个开关，并对开关的连接关系进行设计，而下面示间图中以环网柜为例进行建模，则只需要添加4个环网柜，且只需要设计环网柜间的连接关系，如图4所示：
5 参数配置标准化
即插即用式智能分布式FA配电终端的实现需要进行参数配置标准化，首先将关于设备的信息的顺序改为固定FA逻辑，然后将人为定义环进环出开关在FA的编号设为将环进环出的编号确认并固定，并且规范环网柜每一回路信息接入顺序、三遥信息等。另外，固定FA控制器采集电压电流、开关位置的信息，以达到不需要单独配置、在程序中将其参数固化的目的，最后实行规范负荷转代策略。
6 馈线自动化仿真测试
为降低现场调试难度，达到FA动作的现场模拟，采用FA仿真的方式进行现场故障模拟故障，测试馈线自动化一次开关的动作情况和动作过程情况。该仿真系统的主要功能是在选择故障点之后，自行判断哪些开关会过流以模拟现场给予过流信号，然后系统再根据给的信号进行FA的判断，完成故障定位、隔离以及非故障区域恢复供电的操作。
7 结束语
智能分布式FA的推广运用，可明显改善10千伏配网的自动化水平，降低停电时间，减少故障停电范围，而即插即用式智能分布式FA配电自动化设计将大大降低智能分布式FA的推广难度。即插即用型智能分布式FA的研发，降低了智能分布式FA的调试难度，大幅减少工程调试验收时间、提高工作效率。
参考文献：
[1]徐丙垠，李天友，薛永端. 智能配电网与配电自动化[J]. 电力系统自动化，2009，33（17）：38-41.
[2]徐丙垠，李天友. 配电自 动化若干问题的探讨[J]. 电力系统自动化，2010，34（9）：81-86.
[3]譚文恕. 变电站通信网络和系统协议IEC 61850介绍[J]. 电网技术，2001（9）：8-11.
[4]任雁铭. IEC61850用于配电自动化系统需要考虑的问题[J]. 供用电，2014（1），53-54.
[5]于永进，刘铁石. “即插即用”技术大全[M]. 北京：电子工业出版社，1997.
[6]IEC 61850-5 Communication networks and systems in substations-Part5：Communication requirements for functions and device models [S]. 2003.
[7]王 斌. 配电自动化终端的技术发展历程、现状和趋势[J]. 电气应用，2005，24（7）：14-16.
[8]姜彩玉，叶 锋，许文庆，等. IEC 61850 的变电站模型与IEC 61970主站模型转换[J]. 电网术，2006（30）：209-213.
收稿日期：2018-12-21
关键词： 即插即用; 智能分布式FA; 配电终端
中图分类号： TM93 文献标识码： A
Abstract： With the rapid development of today's social economy and science and technology， at the same time， the scale of distribution network automation is growing rapidly， and higher requirements are placed on distribution terminals. Only relying on traditional master station systems to judge fault isolation The operation of restoring power supply in non-faulty areas has been unable to meet operational requirements and requires smarter and more reliable power distribution terminals. In this context， based on the traditional centralized feeder automation technology， this paper has improved and formed a new distributed feeder automation technology solution， which is based on plug-and-play intelligent distributed FA distribution terminal. It uses peer-to-peer communication technology and can effectively Reducing the scope of fault power outages and shortening the power outage time of users， thereby improving the reliability of power supply for users， is of great significance to the safe operation of the distribution network.
Key words： plug and play; intelligent distributed FA; distribution terminal
1 引言
当下，智能电网的迅速发展使得我国对供电的安全性、可靠性的要求日益提高，在此背景下，智能分布式馈线自动化（FA）系统应运而生。智能分布式FA系统是指无需配电主站控制，经过配电终端实现信息交互、保护或时序配合，当配电网出现故障的时候系统能够根据预设条件自动实现定位以及隔离故障区域，将非故障区域恢复供电，对故障处理的信息上报给配电主站，提高了供电可靠性。智能分布式FA系统因其具有故障定位及隔离精准、高度自动化、不依赖于配电主站以及易于维护等优势，在10KV配电线路上被广泛应用。然而，智能分布式FA系统虽然具有很多优势，但是也存在着以下制约其推广发展的缺点：（1） 适应性弱。智能分布式只适合固定的网络拓扑结构，当系统调试完成后拓扑就会被固定，很难进行修改;（2）调试工作量大，对调试人员的专业程度要求较高，普通调试人员难以完成;（3）维护、配置过程复杂，维护、配置参数耦合性高，以致于后期维护都需要设备厂家配合才能实现，严重降低了工作效率。针对上述问题，本文基于即插即用式智能分布FA探索智能配电终端设计使得馈线自动化设备达到一站式拓扑建模、简化参数配置、仿真调试、硬件设备即插即用等效果。
2 即插即用式智能分布式FA配电终端体系结构
2.1 “即插即用”
从广义上看，“即插即用”是指满足能够实现动态的改变，易于安装配置、管理的产品。本课题所设计研究基于即插即用式智能分布式FA配电终端应达到以下目标：
（1）实现自动识别安装好的馈线终端设备（初始安装时以及当配电终端运行参数和状态改变时，系统对馈线终端设备的识别）;
（2）适应电网系统的要求，实现系统与设备兼容。控制中心能够当在配电网中扩展新的馈线终端设备的时候对新设备进行检测识别，且获取其参数实现自动配置，对于新投入的设备需与旧设备之间实现信息共享，达到相互兼容;
（3）监视馈线终端设备的运行状态，并且可以根据馈线终端结构的变化对子站中的数据库和系统网络拓扑结构图进行及时更新并保存。
智能分布式FA配电终端在发展中由于制约因素陷入瓶颈，而“即插即用”技术正好弥补其缺陷，使得智能分布式FA系统具有更强的灵活性、可扩展性以及适应性，更易于将设备集成到系统之中。 2.2 体系架构
IEC61850标准明确划分变电站系统为三层——变电站层、间隔层和过程层，并且将不同层间定义了清晰的接口。智能分布式FA的实现是基于支持IEC61850标准的智能配电终端，依据上述IEC 61850中分层分布的概念，将配电自动化系统分成配电主站层、配电终端层和过程层，基于此分层概念以及即插即用式智能分布式FA配电终端应达到的目标构建其体系结构如图1所示：
3 关键技术
3.1 即插即用通信模式
即插即用的实现在要求配电终端有基于IEC61850标准的自描述功能的基础上还要求配电自动化主站可以完成配电终端的自动识别以及主动发现，具备这两个条件才能够具备即插即用的能力。
即插即用通信模式的具体实现过程如图2所示，在现场将配电终端安装完成，且连接到配电自动化通信网络之后，配电自动化主站即可主动对配电终端网络IP的存在进行检测，并且双方建立底层的通信连接;然后由配电终端把自描述信息文件传输至配电自动化主站的前置服务器，服务器依照自描述信息对终端进行识别，从而进一步确定配电中是首次接入还是再次接入，识别确认后通过配电主站与配电终端进行协调处理，从而实现配电终端的自动接入。
3.2 数据库
目前，关系型数据库由于其实时性相对来说较好，因此在电力系统中应用最为广泛。本文提出的即插即用式智能分布FA配电自动化系统需要数据库必须能实现对新接入设备的数据自动实时更新。而这个功能的实现需要依靠于系统配置器所提供的配置文件，因此对于如何转换与协调配置文件中的和数据库中的信息类型也是实现即插即用式智能分布FA配电终端的一个关键之处。
由于数据和网络拓扑结构都需要更新，在设计中可以采用CIM模型库来完成，对于拓扑结构的更新可以采用SVG图形库。
3.3 配电自动化模型映射
配电自动化模型映射功能是智能分布FA配电终端即插即用的核心之处。配电终端的自描述信息主要依据IEC61850标准，而配电主站系统的模型通常依据IEC 61968/61970标准从外部系统导入。由于二者的标准体系不一致，因此，尽管二者描述都采用XML语言，但在表达模型语义、提供逻辑推理方面差别较大，仅仅能够在语法和结构层面上起到规范作用，在配电领域还没有直接的映射关系。
（1）配置语言
要实现智能FA配电终端的即插即用，配电终端设备必须具备自描述功能。依据IEC61850对SCL的定义（CID、SCD、SSD、ICD）自主生成ICD文件，供配电主站识别;配电自动化主站系统除了识别配电终端，还要将配电线路拓扑及相关信息发给配电终端，生成SCD文件。
（2）配电自动化模型映射方法
在智能配电系统中，FTU等配电终端类似于数字化变电站中的IED设备，配电终端与配电主站之间的模型映射如图3所示，而模型映射的实现需要主要配电主站具有CIM模型库、系统配置模块、ICD解析模块等。
4 模块化拓扑配置
针对智能分布式FA多用于电缆线路，应该适当改变以往的建模方式，在此采用国家电网公司所确定的4、6间隔环网柜为设计基础，以环网柜为建模最小单位，将以往一条线路几十个开关以及以开关为最小单位建模的情况进行更改调整，极大地降低建模的工作量。另外由于将环网柜作为最小建模单位，因此拓扑更改也变得更加简单。整个建模过程，需要添加很多个开关，以6个4间隔环网柜为例，需要添加24个开关，并对开关的连接关系进行设计，而下面示间图中以环网柜为例进行建模，则只需要添加4个环网柜，且只需要设计环网柜间的连接关系，如图4所示：
5 参数配置标准化
即插即用式智能分布式FA配电终端的实现需要进行参数配置标准化，首先将关于设备的信息的顺序改为固定FA逻辑，然后将人为定义环进环出开关在FA的编号设为将环进环出的编号确认并固定，并且规范环网柜每一回路信息接入顺序、三遥信息等。另外，固定FA控制器采集电压电流、开关位置的信息，以达到不需要单独配置、在程序中将其参数固化的目的，最后实行规范负荷转代策略。
6 馈线自动化仿真测试
为降低现场调试难度，达到FA动作的现场模拟，采用FA仿真的方式进行现场故障模拟故障，测试馈线自动化一次开关的动作情况和动作过程情况。该仿真系统的主要功能是在选择故障点之后，自行判断哪些开关会过流以模拟现场给予过流信号，然后系统再根据给的信号进行FA的判断，完成故障定位、隔离以及非故障区域恢复供电的操作。
7 结束语
智能分布式FA的推广运用，可明显改善10千伏配网的自动化水平，降低停电时间，减少故障停电范围，而即插即用式智能分布式FA配电自动化设计将大大降低智能分布式FA的推广难度。即插即用型智能分布式FA的研发，降低了智能分布式FA的调试难度，大幅减少工程调试验收时间、提高工作效率。
参考文献：
[1]徐丙垠，李天友，薛永端. 智能配电网与配电自动化[J]. 电力系统自动化，2009，33（17）：38-41.
[2]徐丙垠，李天友. 配电自 动化若干问题的探讨[J]. 电力系统自动化，2010，34（9）：81-86.
[3]譚文恕. 变电站通信网络和系统协议IEC 61850介绍[J]. 电网技术，2001（9）：8-11.
[4]任雁铭. IEC61850用于配电自动化系统需要考虑的问题[J]. 供用电，2014（1），53-54.
[5]于永进，刘铁石. “即插即用”技术大全[M]. 北京：电子工业出版社，1997.
[6]IEC 61850-5 Communication networks and systems in substations-Part5：Communication requirements for functions and device models [S]. 2003.
[7]王 斌. 配电自动化终端的技术发展历程、现状和趋势[J]. 电气应用，2005，24（7）：14-16.
[8]姜彩玉，叶 锋，许文庆，等. IEC 61850 的变电站模型与IEC 61970主站模型转换[J]. 电网术，2006（30）：209-213.
收稿日期：2018-12-21