配网自动化集成测试系统方案探讨

　　本文在简要分析国内外配网自动化发展现状的基础上，重点考察各国家研究机构以及高校等单位的配网系统仿真平台研究状况，提出基于RTDS的配电网自动化集成测试系统方案，并在此基础上进一步明确系统方案主体架构、主要功能、以及本方案的主要特点等。

　　【关键词】配网自动化 RTDS集成测试

　　随着电力系统的不断发展，我国电力建设经历了大输电的投资高峰期，对于220kV及以上电压等级的输电网进行了全面的提升和完善，目前输电投资已经逐步回落，在GDP增速和用电弹性双重下滑的大背景下，短期无法出现较大的需求增量。而随着城镇化建设的加速，未来电力系统的发展将进入结构性建设阶段，110kV及以下的配网将成为新的投资重点，配电自动化系统的建设是配网发展过程中的重要内容之一，而配电网的测试环节目前还处于摸索阶段。

　　配电自动化（DA）是一项集计算机技术、数据传输、控制技术、现代化设备及管理于一体的综合信息管理系统，实现对配电系统监视＼控制的自动化管理，其目的是提高电网供电可靠性，改进电能质量，向用户提供优质服务，降低运行费用，减轻运行人员的劳动强度。

　　本文通过介绍国内外配网自动化发展概况，进一步通过探讨国内外配网实验仿真平台建设的状况，提出基于RTDS的配网集成测试平台建设的方案。

　　1 国内外配网自动化技术发展现状

　　1.1 国外配网自动化发展现状

　　国外自20世纪70年代起进行了配电自动化技术的研究与应用，归纳起来，大致可以分为三个阶段。第一阶段：基于自动化开关设备相互配合的馈线自动化系统，其主要设备为重合器和分段器，不需要建设通讯网站和配电主站，系统在故障时通过自动化开关设备相互配合实现故障隔离和健全段恢复供电。第二阶段：随着计算机技术和数据通讯技术的发展，一种基于馈线监控终端、通讯网络和配电主站的实时应用系统产生，在配网正常运行时，系统能起到监视配电网运行状况和遥控改变运行方式的作用，故障时能及时察觉，并由调度通过遥控开关隔离故障区段和恢复健全段供电。第三阶段：随着负荷密集区配电网规模和网络化程度的快速发展，仅凭借调度员的经验调度配电网越来越困难；同时，为加快配电网故障的判断和抢修处理，进一步提高供电可靠性和客户满意度，一种集实时应用和生产管理于一体的配电网管理系统逐渐占据主导地位，它覆盖了整个配电网调度、运行、生产的全过程，还支持客户服务。系统结合了配电网自动化系统、配电网GIS应用系统、配电生产管理系统等，且与营销管理系统相结合，实现配电合用电的综合应用功能。

　　以上三个阶段的配网自动化系统目前在国外依然存在。其中，日本、韩国侧重全面的馈线自动化，而欧美的配网自动化除了在一些重点区域实现馈线自动化之外，在配电主站具有较多的高级应用和管理功能。

　　1.2 配网自动化技术在我国的发展现状

　　我国配电网自动化技术研究起步于上世纪90年代，期间进行了一些试点性项目：如1996年在上海金腾工业区建成基于全电缆线路的馈线自动化系统，是国内第一套投入实际运行的配电网自动化系统。2003年杭州、宁波配网自动化项目对我国配电网建设具有良好的示范意义。但过去几年来，配电自动化在我国电网建设中仍然处于比较薄弱环节，配电网供电可靠性与发达地区先进水平存在较大的差距。配网自动化建设在大多数城市仅仅局限于试点，覆盖率约为试点城市的1/5-1/4，甚至更少。而在国外如日本，配电自动化的覆盖率高达80%的水平。因此在配电自动化方面，我国有广阔的提升空间和发展前景，我们要借鉴国外的成功经验，根据我国配网的实际情况，制定有效的配电自动化制度规范，不断摸索，不断提高，不断发展，最终实现配电自动化的建设目标。

　　2 国内外配网实验平台建设现状

　　2.1 国内配电网实验平台建设现状

　　国内配电网实验平台的建设主要集中在配电设备的检测阶段，典型结构如北京电科院配网实验平台，其主要研究范围包括配电终端性能功能检测、EMC检测、电能质量检测等。由于其以单台配电终端检测和配电自动化演示为主，缺少整体系统功能性试验，无法对各种典型网架结构进行建模和检测，因此相类似的配网实验室未形成针对配电自动化系统的完全检测能力。而以西安电科院配网实验室为代表的平台建设其主要实现功能包括配电自动化主站系统模拟、配电自动化终端及检测设备展示、配电自动化动作过程演示、采用RTDS仿真模拟配网系统等。但是该实验室缺少针对通信系统、电源系统等的检测，以及针对设备性能高低温、EMC等试验，未能将静模试验与动模试验相结合，仍未形成完全的配电自动化检测能力。

　　国立台湾大学配网自动化实验室主体结构包括10KVA自动调压器，PT、CT、变换器、数据采集卡和数模转换卡系统应用软件等。实验室可以实现的功能包括故障定位识别、馈线重构和无功补偿/电压控制三大功能。系统构建典型的三相配电系统单线图如图1所示。

　　2.2 国外配电自动化实验室建设状况

　　对应着配网自动化的发展与研究，国外配网实验平台建设开展得也比较早。美国德雷克赛尔大学可重构配电自动化与控制实验室建于21世纪初，其整体结构与装置如图2所示，由4个完全相同的配电站组成，电源可提供三相交流208V和120V直流电压，并带有三相自耦变压器（变比为1：1），自耦变压器是起到隔离作用，以防止电力和测量设备的涌入电流，并设置了一个30A的三相断路器。ZIP负荷由多种负载组成，其包括独立的恒值阻抗，恒定电流和恒定功率负载。它们可以通过平衡/非平衡的方式进行连接。数据采集卡（DAQ）安装在计算机上用来采集相关数据，获取到的数据将通过以太网在远程测控终端系统（RTU）和主站之间进行传输。

　　该实验室除能进行常规的配网实验外，还可以实现多相辐射网潮流实验以及网络重构实验等，具有比较全面的配网设备与系统实验的功能。

　　芬兰坦佩雷理工大学的现代化配电自动化实验室建于上世纪末，由主变电站和控制中心两层主体结构构成，实现的主要功能有故障模拟、定位与雷暴预警等。 　　日本的智能配电网实验室建于2011年，主要用于现代住宅配电系统研究。该实验室包括一个连接到10kW的功率放大器上。该功率放大器又连接到硬件在环（power-HIL）中的eMEGAsim电力系统仿真器。如图3所示。住宅中配有各种家用电器和其它设备。这些设备包括燃料电池，光伏系统和其它正在考虑的将用在未来住房中的设备。这些住宅将会被整合成一个现代化的微电网。微电网每一用户可以向电网中反送电能。

　　微电网实验室将能够分析电网和住宅设备之间的相互作用，通过把住户电流注入到由eMEGAsim实时仿真器所模拟的馈线回路中去，反过来模拟馈线回路又可以通过电力硬件在环（power-HIL）连接将馈线电压返送给住户。

　　3 配网自动化系统集成测试方案研究

　　3.1 配网自动化系统测试方案基础

　　综上所述，配网自动化建设无论在工程实践当中，还是在实验环境下对配网自动化研究都在积极地开展与进行中。尽管如此，各配网实验室基本基于各终端设备或配网系统的某些功能而进行的平台建设，缺乏配网全体的观念和系统测试的思想。而依托最新的RTDS实时系统作为仿真平台，结合实际配电自动化的主站、通信、测控终端，建设成一套模式灵活，技术先进的配电自动化测试仿真实验室，可以使其处于国内国际领先水平。实验室的建设基本目标如下：

　　（1）基于RTDS的配网仿真系统可以模拟任意规模、任意复杂程度的配网架构，避免了传统物理动模规模小，运行方式不够灵活的缺点。

　　（2）本实验室的架构可以针对各种不同厂家、不同类型的配网终端进行入网测试，并对相关装置接入实际配网后的特性进行仿真测试，弥补现有配网自动化终端只能进行单独性能测试的不足。

　　（3）基于本实验室可以在真实的主站系统进行高级功能的开发，并将该高级功能直接应用于真实配网环境中进行测试验证，保证了该平台具有较高水平的研究性。

　　3.2 方案整体结构

　　配网集成测试平台以主站系统和数字仿真系统为主体，其中主站系统是配电自动化系统的控制中心和监测中心，而数字仿真系统主要进行模拟建模和仿真测试，两大系统通过电压电流、开入开出等信号量进行相互交互，从而实现了两大系统的无缝衔接，实现多种功能、多种用途、多种形式的配电自动化实验任务。平台的结构图如图4所示。

　　系统实现的具体功能主要包括：

　　（1）可利用计算机RSCAD软件搭建配网系统架构，模拟各种复杂的运行工况，并通过二次电压电流实时反映出系统的状态，能够模拟配网多种故障状况，能够帮助规划配网结构、了解配网潮流走向等等。

　　（2）系统可通过功率放大器实时输出二次电压电流，可以对FTU、DTU等配网自动化设备终端进行动态检测，验证其现场运行过程中的性能和质量。

　　（3）系统可模拟配置保护系统，真实反映配网故障状态下保护装置的动作情况，研究配电自动化与保护之间的联系和配合。

　　4 结论

　　目前国内外配电自动化实验室数量较少、功能单一、性能远远不能适应目前配电自动化的发展水平，在深入调研国内外配电自动化应用现状及配电自动化实验室建设水平基础上，提出了以RTDS实时仿真为基础、结合实际配电自动化的主站、通信、终端，建设成一套模式灵活，技术先进的配电自动化测试仿真实验室的建设方案。该系统主要优点包括：

　　（1）基于RTDS的配网仿真系统可以模拟任意规模、任意复杂程度的配网架构，避免了传统物理动模规模小，运行方式不够灵活的缺点。

　　（2）本实验室的架构可以针对各种不同厂家、不同类型的配网终端进行入网测试，并对相关装置接入实际配网后的特性进行仿真测试，弥补现有配网自动化终端只能进行单独性能测试的不足。

　　（3）基于本实验室可以在真实的主站系统进行高级功能的开发，并将该高级功能直接应用于真实配网环境中进行测试验证，保证了该平台具有较高水平的研究性等。因此，基于RTDS系统的配电网平台建设对于配电网系统以及配网设备各功能以及各种通讯方式等方面研究都有重要意义。

　　参考文献

　　[1]王海燕，曾江，刘刚.国外配网自动化建设模式对我国配网建设的启示[J].电力系统保护与控制，2009，37（11）：125-129.

　　[2]韩国政，徐丙垠等.基于IEC 61850的配网自动化通信技术研究[J].电力系统保护与控制，2013，41（2）：62-66.

　　[3]王刚.关于电力系统配网自动化建设的几点思考[J].电子技术与软件工程，2014（11）：265-266.

　　[4]宋天宁，电力配网自动化仿真系统的探索[J].科技创新与应用，2014，33：217.

　　作者简介

　　陆健（1986-），男，上海市人。硕士研究生学历。现在供职于国网上海市电力公司电力科学研究院。研究方向为配电自动化技术。

　　陈冉（1983-），男，江苏省南京市人。博士研究生学历。现在供职于上海电力学院电气工程学院。研究方向为配电自动化、配电网规划等。

　　作者单位

　　1.国网上海市电力公司电力科学研究院 上海市 200002

　　2.上海电力学院电气工程学院 上海市 200090