配電自動化終端設備在配網自動化中的應用探討

姜文材

（國網山東省電力公司濱州供電公司，山東 濱州 256600）

自20 世紀90 年代以來，我國配網自動化發展取得了巨大的進步。在這一進程中，智能終端單元、遠動終端、智能電能表等配電自動化終端設備發揮了重要作用。它們通過數據采集、信息處理和遠程控制等功能，實現了配電系統的智能化管理和運行優化?！秶夷茉淳株P于推進配電網智能化建設的指導意見》提出，將進一步推動配電自動化終端設備的應用，要求加強對智能終端單元和智能電能表等關鍵設備的研發和推廣，以提升我國配網自動化水平，為建設智慧電網作出積極貢獻。

1 配電自動化終端設備的概述

配電自動化終端設備是用于配電系統的智能化監控和控制的關鍵組成部分，廣泛應用于電力系統中，用于實時監測、保護和控制電力設備，以提高系統的可靠性、安全性和效率。配電自動化終端設備通常由硬件和軟件組成。硬件方面，終端設備包括各種傳感器、測量裝置、保護裝置和執行機構。傳感器用于實時監測電流、頻率和溫度等電力參數，測量裝置用于準確測量電能消耗和功率因數等信息。保護裝置負責檢測系統中的故障和異常，并采取措施以保護電力設備和用戶安全。執行機構用于執行切斷電路或切換電源控制命令。軟件方面，配電自動化終端設備配備了強大的計算和通信能力，通過內置的處理器和算法，能夠對傳感器數據進行實時分析和處理，并根據預設的規則和策略做出相應的控制決策。終端設備還具有與上級控制系統（如SCADA 系統）和其他設備進行通信的能力，可以實現數據的傳輸和交換。

2 配電自動化終端設備的各構建元件與作用

2.1 人機接口電路

人機接口電路用于實現與終端設備的交互和操作，使得運維人員能夠監視、控制和管理配電系統。它提供了一個用戶友好的界面，使得操作人員可以輕松地與終端設備進行通信和交互。通過人機接口電路，工作人員可以實時監測配電系統的電壓、功率因數等關鍵參數。這些參數的變化能夠通過人機接口電路傳輸到監視設備，并以可視化的方式展現出來，提供實時的數據反饋和狀態報告。這使得運維人員能夠及時了解電網運行狀態，識別潛在問題，并采取相應的措施進行調整和優化。人機接口電路還承擔著警報和故障通知的功能，當終端設備檢測到異常情況或故障時，人機接口電路能夠及時發出警報，向相關人員發送相應的通知，以便他們能夠及時采取行動，診斷和解決問題，保障配電系統的安全和穩定運行。人機接口電路還可以提供操作界面，供工作人員進行遠程控制和調節配電設備。運維人員可以通過該界面實施開關、斷路器和變壓器等設備的操作和控制，實現線路的開關和切換，以適應不同的負荷需求和電網運行狀態。

2.2 中心監控單元

中心監控單元是配電自動化終端設備中的核心組件，它具備多項功能，能夠實現對配電系統的全面監控和管理。中心監控單元負責實時監測電路運行設備的狀態和參數，它可以檢測過載、短路和接地故障等各種故障，并及時向工作人員發出警示。通過對設備狀態的監測，中心監控單元能夠預知潛在問題，確保電網的安全運行。中心監控單元具備運行功率計算的能力。它可以根據電路運行設備的實際情況，計算出相應的功率值。這對于電力供應設備的運行狀態評估和負荷管理至關重要?；谟嬎愕玫降倪\行功率，運維人員可以做出相應的調整和決策，以保持電網的平衡和穩定。中心監控單元還承擔著數據輸入和通信功能，它能夠接收來自各種傳感器和監測設備的模擬量和數字量輸入，并將其轉化為可用的數據。中心監控單元通過與其他配電設備和上級管理系統的通信接口，實現與它們之間的數據交換和遠程通信。這樣的通信能力使得配電自動化終端設備能夠與整個配電系統實現緊密的協作和集成。

2.3 通信終端

通信終端是配電自動化系統中的重要組成部分，它負責實現終端設備之間的數據通信和與上級系統的通信。通信終端通常由以下構建元件組成：通信模塊作為核心部件，它使用各種通信協議（如以太網、無線通信或串口通信）與其他設備進行數據交換，實現實時數據傳輸和遠程控制。其次，是數據處理單元，作為處理中心，接收、解析和處理其他設備傳輸的數據，執行算法和邏輯操作，確保數據的準確性和完整性。存儲器用于保存通信終端的配置信息、歷史數據和其他必要的數據，提供閃存、固態硬盤或其他非易失性存儲設備，確保斷電后數據的完整性和讀寫功能。接口電路提供通信終端與其他設備之間的物理連接，包括以太網接口、無線通信模塊、串口接口等，負責信號轉換和穩定的數據傳輸。電源模塊為通信終端提供所需的電力供應，包括電源轉換器、電池組或其他電源管理電路，確保穩定的電壓和電流，保障通信終端的正常運行。通過這些構建元件，通信終端能夠實現與其他配電自動化設備的高效通信，并將數據傳輸到上級系統，實現對配電網絡的監測、控制和管理。

2.4 操控回路

配電自動化終端設備的操控回路負責控制和保護電力系統中的電氣設備，由電氣輸入接口、傳感器、信號處理單元、邏輯控制單元、輸出接口、通信接口和電源供應等多個構建元件組成。電氣輸入接口連接電力系統的輸入信號，傳感器檢測電力系統參數并將其轉換為電信號。信號處理單元對信號進行處理和解析，邏輯控制單元執行控制和保護功能。輸出接口將邏輯控制單元的指令傳遞給執行機構，通信接口實現與其他設備的數據交換和遠程控制，操控回路依靠可靠的電源供應確保正常工作。

3 配電自動化終端設備在電力配網中的技術應用

3.1 故障檢測分析技術

故障檢測分析技術利用傳感器、數據采集系統和先進的算法來實時監測電力系統中的故障情況。配電自動化終端設備通過采集電流、電壓、功率因數等參數的數據，并與預設的故障特征進行比對，可以準確地檢測和定位電力系統中的故障。故障檢測分析技術是基于電流和電壓波形的故障檢測，配電自動化終端設備可以實時采集電力系統中的電流和電壓波形，并對其進行分析。通過比對波形的幅值、頻率、相位等特征，配電自動化終端設備可以檢測到短路、接地故障等常見的故障類型，并準確地定位故障發生的位置。除了波形分析，配電自動化終端設備還可以利用機器學習和人工智能算法進行故障檢測分析。通過對大量歷史數據進行學習和模型訓練，配電自動化終端設備可以建立故障識別的模型。當新的數據進入系統時，終端設備可以利用已有的模型進行快速判斷，并給出相應的故障診斷結果。故障檢測分析技術通過及時、準確地檢查和分析故障，配電自動化終端設備可以幫助電力系統施工人員快速定位故障點，提高故障處理的效率和可靠性。該技術還能夠預測潛在的故障風險，及時采取措施進行預防和維護，從而提高電力系統的穩定性和可靠性。

3.2 通信技術

配電自動化終端設備通過通信技術能夠實現與配電自動化系統的連接，配電自動化系統是一個集中控制管理系統，用于監測和控制整個配電網的運行。通過與配電自動化系統的通信，終端設備可以接收來自系統的指令和控制信號，同時將本地采集的數據傳送給系統進行分析和決策。通信技術使得配電自動化終端設備之間能夠互相通訊。在電力配網中，變電站、配電箱、線路等各個終端設備分布在不同的位置。通過通信技術，這些終端設備能夠實時地交換信息，共享電網的狀態和數據。當某個終端設備檢測到電力負荷過大或故障發生時，它可以通過通信技術向其他設備發送警示信息，以便其他設備做出相應的調整和處理。此外，通信技術還能夠實現配電自動化終端設備與運維人員之間的遠程通訊。通過遠程通訊，運維人員可以遠程監控和控制配電自動化終端設備，無須實地操作。這大大提高了運維效率，并且降低了維護人員的風險和工作負擔。

3.3 故障自動隔離技術

配電自動化終端設備在配網中的故障自動隔離技術是一種關鍵的智能配電技術，這種技術通過實時監控配電網絡中的電氣參數，準確地發現和定位故障，從而實現異常區域的自動隔離和正常區域的供電恢復，提高供電的可靠性和安全性。在傳統的配電網絡中，當發生故障時，線路保護設備往往需要人工巡查和操作才能找到損壞點并進行處理。而配電自動化終端設備的故障自動隔離技術則大大提高了問題處理的效率。該技術通過安裝在配電線路上的電流互感器、電壓互感器等傳感器，實時采集電氣參數，通過錯誤識別算法，對故障類型和損壞位置進行快速判斷。一旦檢測到故障，配電自動化終端設備通過與智能斷路器、負荷開關等保護設備的通信，實現問題區域的自動隔離。同時，系統會對非問題區域的供電恢復路徑進行評估和選擇，根據網絡拓撲和實際負荷情況，優化供電恢復策略，確保正常區域的供電不受影響。

3.4 配網自動化終端設備的有效應用

配網自動化終端設備能夠與分布式能源資源（如太陽能、風能）進行集成管理，通過實時監測、協調和優化分布式能源的供應和消耗，終端設備可以最大限度地利用可再生能源，提高能源利用效率，并減少對傳統電力網絡的依賴。智能電網交互也就是配網自動化終端設備通過與智能電表、智能家居設備等的連接，實現與用戶側的互動。用戶可以通過手機應用或網絡界面實時監控和控制家庭能源使用情況，實時查看電費、優化電氣設備的使用時間，以及參與電網調度計劃等，從而實現能源的智能管理和優化。配網自動化終端設備能夠支持多方接入，與其他智能設備、能源供應商和第三方服務提供商進行協同工作。通過數據共享和協同控制，終端設備可以更好地適應電力系統的變化，實現更高效的能源分配和協調，以滿足用戶需求，并支持能源市場的參與和交易。配網自動化終端設備可以與能源儲存設備（如電池儲能系統）結合使用，實現對能量的儲存和管理。終端設備能夠根據負荷需求和電網狀態，自動調度能源的存儲和釋放，以提供備用能源、平衡供需差異，并降低高峰期的能源消耗，從而提高電力系統的可靠性和靈活性。

4 結語

未來，配電自動化終端設備將進一步提高配電系統的可靠性、安全性和智能化水平。通過實時監測、故障診斷和智能控制，配電自動化終端設備將成為配電網的智慧大腦，為能源供應和管理提供可持續解決方案。這一發展趨勢將推動能源系統的高效運行，實現綠色能源的普及和能源轉型的加速，為人類創造更加美好的未來。