引言

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(cè)管水平的新一代 配電智能終端叫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。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(cè)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 間通常為分鐘級叫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 能控制方式叫傳統(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(gòu)和用分段器實現(xiàn)的網(wǎng)絡重構(gòu)，用分段器實現(xiàn) 的網(wǎng)絡重構(gòu)方式有電壓時間型和電流計數(shù)型叫分布智能式 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(zhì)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(diào)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(jié)果的數(shù)據(jù)信息、保 護判別結(jié)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(diào)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(diào)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(zhuǎn)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(jié)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(jié)構(gòu)，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(diào)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(nèi)故 障、區(qū)外故障的的判斷，結(jié)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(cè)或多側(cè)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(gòu)控制策略對 時間的要求將低于保護的要求，處于第二層次?；诰植啃?息的保護裝置保護控制與基于全局信息的網(wǎng)絡重構(gòu)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?？梢源蠓葴p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1 GB的數(shù)據(jù)存儲空間, 可擴展至4 GB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(chǎn)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6.4 Kb/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(gòu)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(gòu)， 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(nèi)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(zhì)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(chǎn)品的維護成本，提高產(chǎn)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(jié)構(gòu)，方便未 來的故障維修與產(chǎn)品升級。

智能配電終端側(cè)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?？梢酝ㄟ^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(zhì)量 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。

終端設備能廣泛應用于戶內(nèi)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(jié)構(gòu)、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(diào)度、配調(diào)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(diào)試功能。

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(zhuǎn)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(zhuǎn)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。

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

電壓輸入標稱值：220 V/100 V，50 Hz ；

電流輸入標稱值:1 A/5 A ；

電壓、電流采樣精度:0.5級；

有功精度:1級；

無功精度:1級；

相角采集精度:<1° ；

直流電壓輸入標稱值:0~100 V，采樣精度:0.5級；

直流采樣精度：0.5級；

標稱輸入值時，每一回路的功率消耗小于0.25 VA ；

(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

輸入方式：單端輸入:

隔離：500 V DC的光電隔離；

接線方式：無源接點；

回路電壓：24 V DC ；

SOE分辨率小于2 ms ；

軟件防抖動時間6?60 000 ms可設；

容量:至少64個遙信。

2.3遙控

輸出方式：繼電器常開接點輸出；

觸點容量:直流24 V、10 A ；交流220 V、10 A。

分合閘脈寬整定范圍：0.1?99.9 s，整定級差0.01 s；

容量:至少18個遙控量。

3結(jié)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(diào)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(zhuǎn)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(jié)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。

20211120_6198e5d52d21e__多通道分布式智能終端研究與設計