國科恒通 THP-配電自動化解決方案
概述
配電自動化系統是一項綜合了計算機技術、現代通信技術、電力系統理論和自動控制技術的系統工程，它表現為一種集成化自動化系統，在實時狀態下，能夠監控、協調、管理配電網各環節設備與整個配電網優化運行。
在國內城鄉配電網建設與改造的過程中，配電自動化對于提高供電可靠性，優化配網運行方式，降低線路損耗，提高管理的現代化水平和服務質量等有著重要的意義：
配電自動化系統與合理的網架結構和可靠的設備基礎相結合，可大大提高供電可靠性；
配電自動化系統使用戶實時遙控配電網開關進行網絡重構和電容器投切管理成為可能，通過配電網網絡重構和電容器投切管理，就能在不顯著增加投資的前提下達到改善電網運行方式和降低網損的目的；
在某些線路發生過負荷的情況下，企業可以通過配電自動化系統實現技術轉荷與負荷管理，這種優化控制可以將負荷從重負載甚至是過負載轉移到輕負載饋線上，利用現有的配電網資源消除過負荷，從而有效提高饋線的負荷率，增強配電網的供電能力；
配電自動化系統可以通過監測和管理配電網關鍵位置處的電壓并將其控制在期望范圍內的方式，達到提高電壓質量的目的；
通過配電自動化系統，不必登桿操作，在配電控制中心就可以控制柱上開關；可進行遠方自動抄表；報表、曲線、操作記錄等自動存檔；數據統計和處理；這些手段無疑顯著地降低了勞動強度，提高了管理水平和服務質量。
上世紀90年代末，我國配網領域曾出現過配電自動化系統的建設熱潮，但到今天，除了少數個別項目之外，大多數的配電自動化項目均歸于失敗。究其原因，主要存在如下兩方面主要問題：
1 ）系統可靠性不高
構建高度可靠的配電自動化系統要遵循以下幾點原則：具有可靠的電源點(雙電源進線、備自投、變電所自動化)；具有可靠的配電網網架(規劃、布局、線路)；具有可靠的設備(一次智能化開關、二次戶外FTU、TTU)；具有可靠的通信系統(通信介質、設備)；具有可靠的主站系統(計算機硬件、軟件、網絡)。在配電自動化系統建設初期，除了由于一次、二次設備硬件技術、通信方式落后等問題可能會影響系統正常運行外，主站系統無法安全、可靠、穩定運行是造成系統失敗的主要原因。由于設計上的一些缺陷，雖然在電網正常時能夠滿足要求，然而在電網故障時，這些缺陷將造成系統無法正常工作，甚至會發生誤操作導致重大的人身或經濟損失。
2） 系統實用性不高
由于資金規模等原因，國內大多數的配電自動化工程規模都不是很大，往往只占到整個地區配電網絡的非常少的一部分。相應的主站SCADA系統的主要功能主要用于自動化試點區域的數據采集和監視控制，沒有整個網架的概念，對配電調度員的實際用處并不大。眾所周知，以GIS技術為基礎的配網資源管理系統能夠有效地實現網架及設備管理，只有將配電網動態數據與靜態數據相結合，作一體化設計，才能充分發揮高級分析等應用在調度和生產中的實際作用。信息系統的生命力在于實用性，那種過分強調SCADA畫面表現功能的設計理念已經無法應對越來越高的應用需求。
THP配電自動化解決方案
憑借多年精益求精的技術積累和對電力業務的深刻理解，在對少數幾個配電自動化項目建設成功經驗的歸納以及眾多項目失敗教訓進行總結的基礎上，我們推出了一套適合中國國情的配電自動化解決方案，并成功進行了實施，取得了良好的應用效果。
系統主要由配電管理中心主站、通信網絡、配電子站、配電自動化遠方終端FTU等幾個層次組成。
配電管理中心是配電自動化系統的控制與管理核心，采用客戶機／服務器（client/server）結構，以SCADA系統和GIS系統作為基本平臺，配合各種應用軟件完成DA/DMS的功能。
變電站綜合自動化系統完成變電站設備的實時監控、管理，它一般是集中式RTU與變電站各種保護監控裝置通信構成的系統，或由間隔層微機綜合保護、監控裝置配合后臺通信處理機構成的分布式計算機系統。
配電自動化子站是配電自動化系統的中間層，主要用于完成區域內配電網饋線自動化功能，并作為通信節點，向主站轉發區域內FTU/TTU/DTU或其它智能裝置的數據。它的設置與否和設置密度、位置可以根據負荷、饋線、設備情況靈活配置，為系統體系結構提供極大的可伸縮性與靈活性。
配電自動化遠方終端單元分為安裝在開閉所的DTU，安裝在線路上的FTU兩種設備及安裝在箱變上的TTU等。配電監控終端與配電自動化子站或主站通信，提供配電系統運行控制及管理所需的數據，執行子站（主站）給出的對配電沒備的控制、調節命令。
配電自動化的通信系統一般為主干通道與分支通信網相結合的結構，分為用戶、線路FTU、子站、主站等幾個層次。用戶（如配變監測、自動讀表）終端數據由線路FTU、開閉所DTU、子站轉發，可選用有線、配電線載波、無線電、電話線等通信方式。線路FTU數據可選用光纖、無線電、有線等通信方式發送數據到子站。子站與主站之間采用光纖、無線擴頻、數字微波、載波等方式，直接與主站通信，目前總體趨勢是采用光纖通道。
這種結構為目前國內外大多數配電自動化系統所采用。采用這種分級結構不僅能夠有效地減輕主站負荷，提高饋線自動化系統的反應速度；而且能夠在主站系統出現問題時，故障不至于影響到全局；另外，這種結構也與THP配電自動化系統的實施原則：總體規劃，分步實施相適應。
系統特色
1）跨平臺的設計
我們的系統實現了真正意義上的服務器端和客戶端雙跨平臺，已經成功運行的操作系統有：Windows NT/2000/XP/2003、HP-Unix、Sun Solaris、Linux等。
系統的所有代碼均采用C++實現，界面采用QT工具庫。雖然采用C++/QT的開發技術難度比較大的，但是獲得的優勢也非常明顯，同一套代碼能夠在全部主流平臺上運行。在保證跨平臺，性能強，能滿足最關鍵應用需求的同時，可實現平滑地升級，最大限度地減少的減少升級和培訓的工作量、保護用戶的投資。
2）SCADA/GIS/DAS一體化的配電調度平臺
我們的主站系統是配電SCADA、配電GIS、配電高級分析的一體化系統，并將配電自動化、地區電網SCADA、負荷控制（變壓器電量采集、現場管理系統等）系統的實時數據結合起來，形成應用于整個配電網的的監控、GIS查詢、高級分析一體化的調度平臺。
在整個平臺的第一層，是配電GIS、配電SCADA前置、地區電網SCADA接口、負控（現場管理）系統接口等模塊。
配電GIS系統負責維護變電所以外經過線路到用戶變壓器的網絡拓撲和變壓器參數，計算線路的阻抗分布。配電GIS還負責從網絡拓撲中自動生成用于調度的單線模擬圖。
配電SCADA前置系統負責采集配電線路的實時數據和下達遙控命令。
地區電網SCADA/EMS系統接口映射EMS中的變電所10kV母線和線路開關拓撲，與配電GIS系統維護的線路拓撲形成從變電所內部開始的整個10kV配電網的網絡拓撲和設備參數。該接口還負責采集變電所10kV出線開關的實時數據，用于負荷估計和潮流計算。
負荷控制（現場管理系統）接口負責從負控和現場管理系統采集變壓器的日電量曲線，用于負荷估計。
平臺第二層，是整個地區配電網的靜態和實時數據。靜態數據包括圖形、網絡拓撲和設備參數。網絡拓撲是從變電所內部的10kV母線和線路開關、經過架空和電路線路、到用戶變壓器的“節點－支路”模型。設備參數包括設備屬性、以及根據模型計算出的線路阻抗。實時數據包括配電自動化試點線路的實時數據、來自地區SCADA/EMS的變電所自動化實時數據、來自負控和現場管理系統的10kV變壓器實時數據。
平臺的第三層是配電系統高級分析，包括網絡拓撲（動態著色）、負荷估計、潮流計算、停電分析、理論線損等。這些高級應用利用GIS維護的拓撲模型，以及來自變電所、線路開關、配電變壓器的實時數據，進行全網的配電網絡分析。
平臺的的四層是應用層，包括畫面操作、監視和控制、調度模擬圖板等。調度員可以查詢所有配電設備的參數和連接關系，查詢來自配電自動化的線路開關的實時數據，查詢來自地區SCADA/EMS的變電所自動化的實時數據，查詢來自負控等的變壓器實時數據，向配電自動化開關下達遙控命令。對于非自動化的線路開關，系統提供模擬圖板功能，使得調度員能夠人工設置線路開關的分、合狀態，系統自動進行拓撲著色和停電分析。
在這樣的一體化結構下，調度員既能夠對配電自動化線路進行監視和控制，又能掌控整個配電網的運行狀態，具有較高的實用性。
3）面向電力設備對象的圖庫模一體化
系統采用先進的面向電力設備對象的圖庫模一體化的技術來建立和維護數據。圖指的是線路地理分布圖、變電所一次圖、開閉所配電站內部一次圖、調度單線模擬圖等；庫指的是Oracle庫中的設備屬性和實時數據庫中遙測遙信信息；模指的是設備之間的網絡拓撲連接和設備元件的阻抗參數。
系統所操作的對象是與CIM標準兼容的具有拓撲信息的電力系統元件，包括變電站、配電站、輸電線路和分支、配電線路和分支、架空線、電纜、母線、連接線、斷路器、隔離開關、負荷開關、熔絲、變壓器、PT、CT、桿塔、大用戶（專變）、并聯電容器、串聯電抗器、發電機、接地點、電源點等等。
整個模型的建立和維護的過程都在畫面上進行。在一次接線圖和地理圖上放置設備和調整設備位置的時候，建模工具計算元件之間的相互位置，自動更新拓撲連接。
根據設備定義的模板，系統自動為每個設備在實時庫中創建量測信息。量測分為人工量測和SCADA量測。以開關為例，線路上的絕大部分開關沒有安裝FTU，開關位置就是人工遙信，需要人工設置。對于變電所中的開關和開閉所中安裝 FTU的開關，遙信就來自數據采集系統，自動更新狀態。
DSA直接使用該網絡模型，從GIS中讀取設備參數和網絡拓撲，從SCADA中讀取對應的實時量測，計算結果以設備為單位保存在實時庫中。
4）高可靠性設計
可靠性是系統設計的關鍵指標，THP配電自動化系統所有模塊均經過嚴格測試，確保在最惡劣的情況下亦能運轉正常。系統在關鍵場合采用雙Oracle歷史服務器、雙實時庫服務器、雙前置服務器、高速雙實時網的高可靠性設計，雙機、雙網互為熱備用，確保系統的可靠性。
系統特點
系統體系完整，涵蓋硬件（一次、二次設備）、軟件系統
深厚的電力系統功底與先進信息技術的完美結合
強大的在線離線數據采集系統，為配電自動化生產、營銷及管理提供全面的基礎數據平臺
先進的綜合自動化控制迅速可靠地進行故障診斷、隔離與恢復送電
功能完備的軟件體系
靈活多樣的電力通信模式，支持載波、有線、無線、光纖等多種通信方式
注重系統適用性，全模塊化設計，可根據用戶要求量體裁衣，靈活定制
配電自動化系統是一項綜合了計算機技術、現代通信技術、電力系統理論和自動控制技術的系統工程，它表現為一種集成化自動化系統，在實時狀態下，能夠監控、協調、管理配電網各環節設備與整個配電網優化運行。
在國內城鄉配電網建設與改造的過程中，配電自動化對于提高供電可靠性，優化配網運行方式，降低線路損耗，提高管理的現代化水平和服務質量等有著重要的意義：
配電自動化系統與合理的網架結構和可靠的設備基礎相結合，可大大提高供電可靠性；
配電自動化系統使用戶實時遙控配電網開關進行網絡重構和電容器投切管理成為可能，通過配電網網絡重構和電容器投切管理，就能在不顯著增加投資的前提下達到改善電網運行方式和降低網損的目的；
在某些線路發生過負荷的情況下，企業可以通過配電自動化系統實現技術轉荷與負荷管理，這種優化控制可以將負荷從重負載甚至是過負載轉移到輕負載饋線上，利用現有的配電網資源消除過負荷，從而有效提高饋線的負荷率，增強配電網的供電能力；
配電自動化系統可以通過監測和管理配電網關鍵位置處的電壓并將其控制在期望范圍內的方式，達到提高電壓質量的目的；
通過配電自動化系統，不必登桿操作，在配電控制中心就可以控制柱上開關；可進行遠方自動抄表；報表、曲線、操作記錄等自動存檔；數據統計和處理；這些手段無疑顯著地降低了勞動強度，提高了管理水平和服務質量。
上世紀90年代末，我國配網領域曾出現過配電自動化系統的建設熱潮，但到今天，除了少數個別項目之外，大多數的配電自動化項目均歸于失敗。究其原因，主要存在如下兩方面主要問題：
1 ）系統可靠性不高
構建高度可靠的配電自動化系統要遵循以下幾點原則：具有可靠的電源點(雙電源進線、備自投、變電所自動化)；具有可靠的配電網網架(規劃、布局、線路)；具有可靠的設備(一次智能化開關、二次戶外FTU、TTU)；具有可靠的通信系統(通信介質、設備)；具有可靠的主站系統(計算機硬件、軟件、網絡)。在配電自動化系統建設初期，除了由于一次、二次設備硬件技術、通信方式落后等問題可能會影響系統正常運行外，主站系統無法安全、可靠、穩定運行是造成系統失敗的主要原因。由于設計上的一些缺陷，雖然在電網正常時能夠滿足要求，然而在電網故障時，這些缺陷將造成系統無法正常工作，甚至會發生誤操作導致重大的人身或經濟損失。
2） 系統實用性不高
由于資金規模等原因，國內大多數的配電自動化工程規模都不是很大，往往只占到整個地區配電網絡的非常少的一部分。相應的主站SCADA系統的主要功能主要用于自動化試點區域的數據采集和監視控制，沒有整個網架的概念，對配電調度員的實際用處并不大。眾所周知，以GIS技術為基礎的配網資源管理系統能夠有效地實現網架及設備管理，只有將配電網動態數據與靜態數據相結合，作一體化設計，才能充分發揮高級分析等應用在調度和生產中的實際作用。信息系統的生命力在于實用性，那種過分強調SCADA畫面表現功能的設計理念已經無法應對越來越高的應用需求。
THP配電自動化解決方案
憑借多年精益求精的技術積累和對電力業務的深刻理解，在對少數幾個配電自動化項目建設成功經驗的歸納以及眾多項目失敗教訓進行總結的基礎上，我們推出了一套適合中國國情的配電自動化解決方案，并成功進行了實施，取得了良好的應用效果。
系統主要由配電管理中心主站、通信網絡、配電子站、配電自動化遠方終端FTU等幾個層次組成。
配電管理中心是配電自動化系統的控制與管理核心，采用客戶機／服務器（client/server）結構，以SCADA系統和GIS系統作為基本平臺，配合各種應用軟件完成DA/DMS的功能。
變電站綜合自動化系統完成變電站設備的實時監控、管理，它一般是集中式RTU與變電站各種保護監控裝置通信構成的系統，或由間隔層微機綜合保護、監控裝置配合后臺通信處理機構成的分布式計算機系統。
配電自動化子站是配電自動化系統的中間層，主要用于完成區域內配電網饋線自動化功能，并作為通信節點，向主站轉發區域內FTU/TTU/DTU或其它智能裝置的數據。它的設置與否和設置密度、位置可以根據負荷、饋線、設備情況靈活配置，為系統體系結構提供極大的可伸縮性與靈活性。
配電自動化遠方終端單元分為安裝在開閉所的DTU，安裝在線路上的FTU兩種設備及安裝在箱變上的TTU等。配電監控終端與配電自動化子站或主站通信，提供配電系統運行控制及管理所需的數據，執行子站（主站）給出的對配電沒備的控制、調節命令。
配電自動化的通信系統一般為主干通道與分支通信網相結合的結構，分為用戶、線路FTU、子站、主站等幾個層次。用戶（如配變監測、自動讀表）終端數據由線路FTU、開閉所DTU、子站轉發，可選用有線、配電線載波、無線電、電話線等通信方式。線路FTU數據可選用光纖、無線電、有線等通信方式發送數據到子站。子站與主站之間采用光纖、無線擴頻、數字微波、載波等方式，直接與主站通信，目前總體趨勢是采用光纖通道。
這種結構為目前國內外大多數配電自動化系統所采用。采用這種分級結構不僅能夠有效地減輕主站負荷，提高饋線自動化系統的反應速度；而且能夠在主站系統出現問題時，故障不至于影響到全局；另外，這種結構也與THP配電自動化系統的實施原則：總體規劃，分步實施相適應。
系統特色
1）跨平臺的設計
我們的系統實現了真正意義上的服務器端和客戶端雙跨平臺，已經成功運行的操作系統有：Windows NT/2000/XP/2003、HP-Unix、Sun Solaris、Linux等。
系統的所有代碼均采用C++實現，界面采用QT工具庫。雖然采用C++/QT的開發技術難度比較大的，但是獲得的優勢也非常明顯，同一套代碼能夠在全部主流平臺上運行。在保證跨平臺，性能強，能滿足最關鍵應用需求的同時，可實現平滑地升級，最大限度地減少的減少升級和培訓的工作量、保護用戶的投資。
2）SCADA/GIS/DAS一體化的配電調度平臺
我們的主站系統是配電SCADA、配電GIS、配電高級分析的一體化系統，并將配電自動化、地區電網SCADA、負荷控制（變壓器電量采集、現場管理系統等）系統的實時數據結合起來，形成應用于整個配電網的的監控、GIS查詢、高級分析一體化的調度平臺。
在整個平臺的第一層，是配電GIS、配電SCADA前置、地區電網SCADA接口、負控（現場管理）系統接口等模塊。
配電GIS系統負責維護變電所以外經過線路到用戶變壓器的網絡拓撲和變壓器參數，計算線路的阻抗分布。配電GIS還負責從網絡拓撲中自動生成用于調度的單線模擬圖。
配電SCADA前置系統負責采集配電線路的實時數據和下達遙控命令。
地區電網SCADA/EMS系統接口映射EMS中的變電所10kV母線和線路開關拓撲，與配電GIS系統維護的線路拓撲形成從變電所內部開始的整個10kV配電網的網絡拓撲和設備參數。該接口還負責采集變電所10kV出線開關的實時數據，用于負荷估計和潮流計算。
負荷控制（現場管理系統）接口負責從負控和現場管理系統采集變壓器的日電量曲線，用于負荷估計。
平臺第二層，是整個地區配電網的靜態和實時數據。靜態數據包括圖形、網絡拓撲和設備參數。網絡拓撲是從變電所內部的10kV母線和線路開關、經過架空和電路線路、到用戶變壓器的“節點－支路”模型。設備參數包括設備屬性、以及根據模型計算出的線路阻抗。實時數據包括配電自動化試點線路的實時數據、來自地區SCADA/EMS的變電所自動化實時數據、來自負控和現場管理系統的10kV變壓器實時數據。
平臺的第三層是配電系統高級分析，包括網絡拓撲（動態著色）、負荷估計、潮流計算、停電分析、理論線損等。這些高級應用利用GIS維護的拓撲模型，以及來自變電所、線路開關、配電變壓器的實時數據，進行全網的配電網絡分析。
平臺的的四層是應用層，包括畫面操作、監視和控制、調度模擬圖板等。調度員可以查詢所有配電設備的參數和連接關系，查詢來自配電自動化的線路開關的實時數據，查詢來自地區SCADA/EMS的變電所自動化的實時數據，查詢來自負控等的變壓器實時數據，向配電自動化開關下達遙控命令。對于非自動化的線路開關，系統提供模擬圖板功能，使得調度員能夠人工設置線路開關的分、合狀態，系統自動進行拓撲著色和停電分析。
在這樣的一體化結構下，調度員既能夠對配電自動化線路進行監視和控制，又能掌控整個配電網的運行狀態，具有較高的實用性。
3）面向電力設備對象的圖庫模一體化
系統采用先進的面向電力設備對象的圖庫模一體化的技術來建立和維護數據。圖指的是線路地理分布圖、變電所一次圖、開閉所配電站內部一次圖、調度單線模擬圖等；庫指的是Oracle庫中的設備屬性和實時數據庫中遙測遙信信息；模指的是設備之間的網絡拓撲連接和設備元件的阻抗參數。
系統所操作的對象是與CIM標準兼容的具有拓撲信息的電力系統元件，包括變電站、配電站、輸電線路和分支、配電線路和分支、架空線、電纜、母線、連接線、斷路器、隔離開關、負荷開關、熔絲、變壓器、PT、CT、桿塔、大用戶（專變）、并聯電容器、串聯電抗器、發電機、接地點、電源點等等。
整個模型的建立和維護的過程都在畫面上進行。在一次接線圖和地理圖上放置設備和調整設備位置的時候，建模工具計算元件之間的相互位置，自動更新拓撲連接。
根據設備定義的模板，系統自動為每個設備在實時庫中創建量測信息。量測分為人工量測和SCADA量測。以開關為例，線路上的絕大部分開關沒有安裝FTU，開關位置就是人工遙信，需要人工設置。對于變電所中的開關和開閉所中安裝 FTU的開關，遙信就來自數據采集系統，自動更新狀態。
DSA直接使用該網絡模型，從GIS中讀取設備參數和網絡拓撲，從SCADA中讀取對應的實時量測，計算結果以設備為單位保存在實時庫中。
4）高可靠性設計
可靠性是系統設計的關鍵指標，THP配電自動化系統所有模塊均經過嚴格測試，確保在最惡劣的情況下亦能運轉正常。系統在關鍵場合采用雙Oracle歷史服務器、雙實時庫服務器、雙前置服務器、高速雙實時網的高可靠性設計，雙機、雙網互為熱備用，確保系統的可靠性。
系統特點
系統體系完整，涵蓋硬件（一次、二次設備）、軟件系統
深厚的電力系統功底與先進信息技術的完美結合
強大的在線離線數據采集系統，為配電自動化生產、營銷及管理提供全面的基礎數據平臺
先進的綜合自動化控制迅速可靠地進行故障診斷、隔離與恢復送電
功能完備的軟件體系
靈活多樣的電力通信模式，支持載波、有線、無線、光纖等多種通信方式
注重系統適用性，全模塊化設計，可根據用戶要求量體裁衣，靈活定制
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