118、智能配网故障自愈研究new.doc

智能配电网新型区域自愈系统的研制
A New Area Self-healing System for Smart Distribution Grid
唐成虹, 相咸政, 宋斌， 陈玉兰, 刘育鑫
Tang Chenghong, Xiang Xianzheng, Song Bin，Chen Yulan, Liu Yuxin
(国网电力科学研究院深圳所 ，江苏省南京市210003)
State Grid Electric Power Research Institute Shenzhen Branch, Nanjing 210003,China

摘要：本文通过对智能配电网自愈的意义、特点分析的基础上，研制了一种新型区域智能自愈系统，该系统以嵌入式智能自愈主机为智能中枢，依托先进的区域局域网架结构，运用先进的硬件平台、通信技术和故障自愈控制策略，实现了配电网系统状态的评估、诊断和主动控制等自愈功能，是适应智能配电网的新型“主动”自愈系统。本文详细介绍了自愈系统的架构以及智能自愈主机的硬件特点和软件实现.
关键词：智能配电网，区域智能自愈系统，智能自愈主机，
Abstract：Based on the analysis of the meaning and characteristics of self-healing for smart distribution grid , a new area smart system is developed. The system takes embed smart self-healing device as its intelligent center and takes advantage of advanced hardware platform, communication technology and self-healing control strategy. It realizes the main function such as state evaluation ,self-diagnosis ,active control of distribution grid state and so on. It is a new “active “ self-healing system for smart distribution grid. This paper discribed the network of the system and also the hardware features and software realization of the self-healing device.

Key Word: Smart Distribution Grid, Area Smart Self-healing Control System , Smart Self-healing Control Device

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0 引言
近年来，智能电网被国际上公认为未来电网的发展模式，同样也是中国电网的发展目标和发展战略。智能电网包括智能输电网和智能配电网。配电网直接面向用户，智能配电网的建设对提高供电可靠性和供电质量、扩大供电能力、保障配电网高效经济运行、提高电网运行效率具有重要意义，对于实现智能电网建设的整体目标具有举足轻重的作用[1-3]。
智能配电网是一项系统工程，是将各种配电新技术和信息新技术进行有机的集成、融合，使系统性能发生革命性的变化。信息化、自动化和互动化是智能配电网的重要特征，而“自愈”对保证智能配电网的安全运行具有重要意义。
本文通过对智能配电网自愈的意义、自愈特点分析的基础上，研制了一种新型区域自愈系统，并介绍了该系统的硬件特点和软件策略，该系统具有主动自愈等特点，是适应智能配电网自愈特点的新一代自愈系统。
1 智能配电网自愈的重要意义【4】
随着电网的发展，突出自愈功能的智能电网对
保证电网的安全可靠运行具有重要意义。智能电网的目标之一是构建一个具有处理紧急和灾变能力的自愈电网结构。配电网直接面向供电企业和用户，供电企业的根本使命就是保证供电安全和供电质量，就是要尽量保证不停电，供电的可靠性是衡量电网性能优劣，先进与否的根本指标，供电企业追求的另一个目标是运营成本低，资产利用效率高，损耗小。因此简单可靠具有自愈功能的智能配电网在配电网的建设中具有重要意义。
我国的配电网建设与发达国家相比差距还很大，满足电力需求的高速增长的任务还很重，因此配电网的发展势在必行。目前在配电网建设的试点工程中，配网自动化DA功能得到了应用，实施DA优点很多，可以提高电压质量、改善客户服务、提高管理效率、降低损耗，其根本的一条还是减少停电次数和停电时间，提高供电可靠性。DA通过远方监控及时发现故障隐患，通过故障定位和隔离，协助快速进行故障定位，缩短故障抢修时间，减少停电范围和停电时间，通过远程遥控分段开关，进行倒闸操作，避免人工操作造成长时间停电。实施DA对提高配电网供电质量、供电可靠性和安全性、经济性具有重要意义。
近年来，智能配电网成为配电网的热门话题，其实智能配电网和配网自动化是紧密联系，息息相关的，配网自动化完全包括在智能配电网的范畴中，同时配网自动化也是智能配电网的主要内容。配网自动化中的故障隔离和恢复等功能也完全包括在智能配电网自愈的范畴，同时也是智能配电网自愈的关键内容。可以说配网自动化实现了“被动”的自愈功能，其“自愈”的意义在于故障发生后实现馈线故障的自动定位及提供供电恢复方案，减少停电范围和停电时间。而智能配电网的自愈具有主动性，不仅能在故障发生后实现快速的定位和隔离、恢复，而且能主动在线进行配电网状态的评估和诊断，主动自愈的目标是实时在线评估和诊断配电网的行为，应对配电网的各种事件组合，发现和消除故障隐患，防止大面积停电，并快速从紧急状态恢复到正常状态。
2 智能配电网自愈系统的特点
信息技术的革命和配电新技术的应用推动了配电网智能化的进程，智能配电网是将各种配电新技术进行有机的集成、融合，使系统性能发生革命性的变化。“主动”自愈技术是智能配电网自愈的突出特点，其特点如下：
Ø 自动化程度更高：
主动自愈技术不仅仅实现了系统运行状态的在
线监视，还能对配电网状态进行在线评估和诊断，并主动消除故障隐患，实现自愈恢复。
Ø 信息化程度强：
主动自愈能将系统的实时运行状态同步上报，有
助于控制中心实时了解配电网运行状态并即时进行调度控制。
Ø 安全性更高：
主动自愈技术可以自动排除系统的安全隐患，并自动隔离故障。
Ø 提高供电质量：
主动自愈技术可以快速的进行故障定位、隔离以
及供电恢复，使其对用户的影响降到最小限度，对提高供电质量具有重要意义。
Ø 主动性强：
主动自愈系统实时监视配电网运行状态，具有主
动预见性，有助于系统即时排除故障。
Ø 互动化：
主动自愈系统可以提供人机互动化操作,有权限
的调度员可以主动干预系统的运行状态。
在对智能配电网的自愈系统的特点研究的基础上，研制了一种新型区域自愈系统，该系统以嵌入式智能自愈主机为智能中枢，依托先进可靠的区域局域网架结构，运用先进的硬件平台、通信信息技术和控制策略，实现了配电网状态的主动自愈功能。自愈主机可以同时兼作通信子，完成区域内信息的采集和传输功能，符合配电网经济节约的投资经营目标，是适应智能配电网的新型区域自愈系统。
3 智能配电网新型区域自愈系统架构
新型区域智能自愈系统由智能配电终端、嵌入式智能自愈主机及区域局域通信网三大部分组成，组网图如图一所示。
Ø 智能配电终端：
智能配电终端是自愈系统的基础设备，主要负责完成信息的采集、馈线故障的判断、信息的上送和控制功能。
配电终端硬件采用双CPU处理器架构，DSP高速处理器完成信息的采集和故障的判断，Arm9嵌入式处理器完成信息的上送和控制功能。装置采用先进的通信技术，支持光纤环网、GPRS无线通信、载波通信等多种通信方式，将故障和告警作为最高级别SOE，保证信息的快速、准确上送。
Ø 智能自愈主机：
智能自愈主机是自愈系统的智能中枢，采用嵌入式系统设计方案，适用于配电网恶劣的工作环境。硬件采用高性能PowerPC处理器，先进的通信技术，便捷的远程配置工具，可靠的自愈策略，能够自适应各种运行方式，具备主动自愈功能。自愈主机在完成自愈功能的基础上，还可以实现通信的汇集和上传功能，从而节约了成本，适应智能配电网经济运行的目标。为了保证系统的可靠性，自愈主机采用双机热备份的模式。
Ø 自愈式区域局域通信网：
配电网的通信组技术是实现智能配电网的重
点。智能配电网自愈通信网将信息分层、分级处理，在满足常规配电网通信要求的基础上，具备先进性和信息完整性特点。 如下：
l 自愈通信网将先进的通信技术应用于配网。包括先进的光纤自愈环网、GPRS/3G无线通信网、载波通信网，还有最新的EPON光纤自愈环网、zigBee短距离无线通信技术等。其中光纤/EPON自愈环网速度快，可靠性高，是智能配电网通信网的最佳选择。
l 自愈式区域局域网的组网要在满足先进性的基础上遵循信息完整化和最小化原则，其组网结构根据配网接线结构灵活配置。

图一 自愈系统组网图
4 智能自愈主机的研制
智能自愈主机是整个自愈系统的关键设备。本节介绍其硬件特及控制策略机制。
4.1. 智能自愈主机硬件特点：
智能自愈主机采用先进可靠的硬件平台，嵌入式实时系统，支持主机和从机双机备份方式。装置由主功能板、通信扩展板、电源板、智能背板总线组成。主功能板采用MPC8247处理器，对外提供4路以太网口，FPGA实现LVDS差分总线技术，外配通讯扩展板实现不同串口的通信配置。硬件原理框图如图二所示，特点如下：
Ø 主功能板采用MPC8247高性能PowerPC处理器，VxWorks嵌入式实时操作系统，装置整体性能高。
Ø 装置采用模块化设计思想，灵活性高，可扩充性强。
Ø 双机软硬件上相互独立，周全的备份机制，具备硬件设备故障自愈功能。
Ø 主功能板和通信扩展板分开设计，可配置不同型号的扩展板，适应现场通信的多样化需求。支持光纤自愈网、载波、GPRS、拨号、专线、公网、无线电台等多种通讯方式。
Ø 背板采用智能总线交换技术，集成百兆数据总线和管理总线，支持多CPU架构。多CPU之间可以实现信息共享。
Ø 背板总线采用LVDS差分总线控制技术，传输速度快、功耗低,抗干扰强。
Ø 背板端子采用通讯行业标准2mm端子，可带电热插拔，可靠性高。
Ø 以高可靠性工业级器件为主体，采用自动监测、补偿技术提高硬件电路稳定性、可靠性高。

图二 自愈主机硬件框图
4.2. 智能自愈主机自愈控制策略的实现：
自愈主机具备自愈控制策略，自愈控制策略实时在线运行，自动监测配电网运行状态，实现配电网运行状态的自动控制和转换，根据系统监测情况自动控制其运行在以下六种不同的状态[5]。
(a) 正常监视态：
此状态系统实时监测到的各项指标均在正常范围内，表明系统运行正常，
(b)故障告警态：
当系统监测到异常，迅速进行故障定位，并向中心主站和上级控制中心发故障告警信号，表明系统故障，同时启动恢复控制，进入故障校正态。
(c)故障校正态：
此状态系统根据告警态定位的故障节点，启动通道自愈控制，消除通道和设备故障，使其转入正常监视态。
(d)故障定位和隔离态：
系统监测到线路故障告警信息后，启动故障定位和隔离策略机制，进行系统故障点的定位和隔离控制，并向中心主站和上级控制中心上报故障定位和隔离结果，之后进入故障自愈态。
(e)故障自愈态：
此状态系统启动故障恢复机制，该机制根据故障定位和隔离结果及供电恢复策略，启动健全线路的供电恢复控制，自动恢复健全线路的供电，实现故障自愈。并将每一步的控制信息上传到主站和上级控制中心，之后转入正常监视态。
(f) 故障紧急干预态：
当系统处于故障校正态或故障自愈态时，如果发现紧急的情况，可远方或本地启动故障紧急干预控制，终止正在进行的故障校正或自愈恢复。
以上状态系统根据配电网运行情况自动转换，优先级依次提高，正常监视态优先级最低，可被任何状态中断，紧急干预态优先级最高，一旦启动保证立即执行。系统状态控制流程如图三所示。系统的自愈机制不需任何人工干预，同时将各种状态转换和操作即时上报主站和控制中心，有权限的调度员可以进行紧急干预，具备自动化、信息化，安全可靠，互动性等“主动”自愈的特征。
图三 系统状态自动控制流程图

5 结论

自愈技术是智能配电网的关键技术，是随着配电网的信息、通信等各项技术不断完善和发展的技术。主动自愈性能是智能配电网的突出特点，而无缝自愈是智能配电网的最终目标。本文在对智能配电网自愈技术特点的研究基础上，对智能配电网的“主动”自愈进行了实现，运用先进的硬件平台、通信技术和优化的策略机制，研制了以嵌入式智能自愈主机为智能中枢的新型区域自愈系统，该系统具有准确率高，自适应强，经济性好，安全可靠，自动化、信息化程度高等诸多优点，是适应智能配电网的新型主动自愈系统。
参考文献：
[1] EPRI.Power delivery system and electricity markets of the future.1009102[R].Palo Alto,CA,USA:EPRI.
[2]肖世杰，构建中国智能电网技术思考，电力系统自动化，2009,33(9):1~3.
XIAO Shijie，Consideration of Technology for Constructing Chinese Smart Grid,Automation of Electric Power System,2009,33(9): 1~3.
[3]徐丙垠，李天友，薛永端，智能配电网与配网自动化，电力系统自动化，2009,33(17):38~42.
XU Bingyin,LI Tianyou,XUE Yongduan, Smart Distribution Grid and Distribution Automation, Automation of Electric Power System ,2009,33(17): 38~42.
[4]智能配电网和配网自动化---专访徐丙垠博士 中国电机工程学会会刊<<动力与电气工程师>>2009年第5期专家访谈栏目
[5] 陈星莺，顾欣欣，余昆等，城市电网自愈控制体系结构，电力系统自动化，2009,33(24):38~41.
CHEN Xingying,GU Xinxin,YU Kun,Architecture For Self-healing Control Of Urban Power Grid, Automation of Electric Power System, 2009,33(24):38~41.
作者简介：
唐成虹（1971-----） 女 硕士 高级工程师 研究方向为变电站综合自动化。E_mail: Tangch@