配电网自动化功能需求和系统集成

配电网自动化的功能需求和系统集成摘要：本文描述了城市配电网发展面临的现状，分析了配电网自动化的功能需求，提出了相应的信息系统集成及网络安全防护方案。

关键词：配电网自动化；系统集成；网络安全
0 引言
随着城市经济的快速发展，配电网规模进一步扩大，配电网生产运营部门的压力逐年增大，故障处理和运行维护效率不高等运行管理问题将日益突出，需要逐步实现对配电网运行工况的全面实时监视，有效缩短配电线路故障停电时间，提高配电网运行管理水平，提升用户满意度，这一系列问题的解决需要进行配电网自动化建设，本文对配电网自动化的功能需求和系统集成方案进行了探讨。

1 配电网自动化的功能需求
1）实现故障快速定位、隔离以及和转供电需求
配电网设备基本采用负荷开关（不能开断短路电流）、不配置继电保护装置，任何一段线路或用户设备故障，均依靠变电站出线开关跳闸隔离故障，引起全线停电；在故障区段查找方面，需要逐段摇绝缘，对故障点进行定位，然后手动进行故障区段隔离处理和对非故障段转供电，平均故障处理时间在3～6小时左右，其中故障定位时间占整个故障处理时间的70%左右，占主要部分。

“一遥”、“二遥”和“三遥”均可实现故障区段定位。

如适当在关键点配置“三遥”功能，则可进一步实现故障快速隔离和转供电的功能。

2）灵活调整运行方式的需求
目前大部分地区电网仅能通过调度scada系统监视10kv线路负荷情况及进行遥控操作，因此在主网故障、主网停电、用户接火、故障转供时，不便进行配电网方式调整。

配电网自动化系统的“遥测”功能，可对运行方式调整进行准确的计算；结合其“遥控”功能则可对运行方式进行随时的灵活调整。

另外，当主网设备（如变电站主变或母排）进行检修时，必须对母线上所有线路进行转供电，如果在线路关键节点实现“三遥”，则可大大减轻转供电工作，提高工作效率，减少操作事故。

3）经济调度的需求
随季节、时段不断变化，用户对电力负荷的需求也随之变化。

为减少线损，应动态的对配电网潮流进行调整。

目前仅根据线路是否过载进行负荷调整，同时为实现操作的便利性，开环点普遍固定设置在户外开关站。

配电网自动化系统的“遥测”功能，可对配电网潮流进行准确的计算，结合其“遥控”功能，则可对方式进行随时的灵活调整。

4）提高供电电压质量的需求
由于缺乏自动化手段，目前配电网线路大量出现线路负荷畸重与畸轻同时存在的情况，造成畸重线路末端用户电压偏低（压降大），畸轻线路末端用户电压偏高（电缆充电电流引起）的现象。

配电网自动化系统的“三遥”功能，可对配电网方式进行随时的灵活调整，从而消除线路负荷畸重与畸轻同时存在的现象，进而
提高用户电压合格率。

5）有效保障重要用户供电可靠性的需求
如果对重要用户的环网设备实现“三遥”，以及对相关转供电联络点进行“三遥”，则可在其他区段线路或用户设备故障时，可对重要用户进行快速的转供电。

6）为编制配电网规划等提供数据需求
由于缺乏配电网的历史负荷资料，配电网规划和技术改造计划缺乏深度，可用性差。

配电网自动化的“遥测”功能及其数据记录功能，可为配电网规划和技术改造计划提供切实可用的历史记录。

7）提高运行管理水平的需求
缺乏自动化手段，故障的检测和排除、设备的管理等基本上都靠人工方式，效率低下，实施配电网自动化有助于提高工作效率、建立配电网相关的工作制度和管理流程、培养和提高人员的素质、提升供电企业的配电网自动化水平和运行管理水平。

2 配网自动化的信息系统集成
（1）系统集成原则
统一信息模型：iec61970、iec61968cim模型是贯穿整个电力系统业务范围的企业信息模型，配电网自动化系统必须遵循
iec61970、iec61968标准，统一信息模型是实现与其它相关自动化系统优化集成的基础。

统一设备编码：在建立统一信息模型过程中，必须遵循电网关于电力设备编码的有关规定，对所管理的所有设备应该制定一个统
一的编码规则，保证设备对象识别的唯一性。

编码必须满足iec 61968/61970的模型需求。

保证数据唯一：为确保各种数据在所有系统中的一致性，原则上要求一类数据只能由相关的维护单位从一个应用系统录入，保证该类数据只有唯一的数据源，同时可以提供给其它应用系统共享，从根本上避免数据的重复录入。

网络安全防护：配电网自动化系统与相关自动化系统、管理信息系统之间的数据共享及网络互联必须符合电力二次系统安全防护要求。

（2）系统集成方案
按照电监会《电力二次系统安全防护总体方案》关于网络安全区域划分的规定，采用以下方式实现配电网相关自动化系统的集成，系统间的集成关系采用基于消息交换总线的架构从体系结构和实现机制上实现多个安全区系统间的互连互通，以面向服务体系soa（services oriented architecture）作为项目的整体结构体系，基于iec 61968/61970的国际标准，尤其是把对这些标准的支持实现在消息交换总线的核心组件中，以服务为基本单元对分布式企业计算系统的各种应用进行封装，建立网络计算中的服务提供者与消费者之间服务协同软件平台，提供在数据、流程和应用等不同服务粒度层次上的业务集成与信息整合，使应用系统达到真正意义上的信息共享与服务集成。

集成总体结构如图所示，通过跨区服务代理，构建跨安全区、
访问透明的信息交换总线。

已有应用通过适配器接入总线，使用其它应用提供的服务，同时向其它应用提供服务。

图1 实时与非实时系统间集成关系示意图
（3）数据交互要求
各应用系统应满足以下要求：遵循统一的基于iec 61968/61970数据模型，提供统一的数据视图。

业务与底层数据源隔离，数据以标准服务方式提供给其它层服务或用户调用。

需要统一的业务数据一般以xml数据形式表示，服务方式一般以iec 61968规定的消息方式提供。

信息交换总线应满足以下要求：为配网应用的各个应用系统提供了完整的技术实现框架：将共享的数据源作为可重用、可组合且可配置的服务进行创建，而这些服务对应用和运行平台没有依赖性；基于业务驱动，使用业务目标和需求驱动下游的设计、开发和测试，通过重用现有的或新创建的服务来创建组合业务，快捷实现业务的按需定制。

信息交换总线为在此之上构建的应用系统应提供以下功能：
数据交互内容：为了充分利用现有系统，避免重复建设，配电网自动化系统与其他系统之间以及其他系统相互间应该充分进行信息共享和集成，下面是各系统间交互的主要内容：
系统的集成数据流如下图所示：
图2 各应用系统信息交换示意图
（4）信息集中展现
现有配电网相关信息系统数量较多，各自侧重点均有所差异，数据也是分散存储，往往需要通过访问多个系统才能查找到所需要的数据。

因此，有必要将各个业务系统的关键信息在配电网运行管理集成平台上进行数据整合与集中展现。

在各个应用系统集成的基础上，以下三类原本离散的信息可以在集成平台上集中展现。

实时信息方面：配电网scada、用电现场服务与管理系统等按照cim模型和量测编码标准的要求将采集到的数据存储到实时数据中心。

实时数据中心作为集中存放和获取电网各类实时信息的中心。

地理信息方面：设备地理空间信息与拓扑关系来自gis系统，并按照cim模型的要求与配电网scada进行集成。

生产业务信息方面：配电gis系统主要提供设备信息和业务处理信息，如缺陷、停电等。

集成平台以cim模型为基础，贯通图形与模型、实时与非实时2种技术瓶颈，可以gis的地理空间和拓扑关系为背景，展现配电网scada的线路故障信息，线路的负荷、电流，大用户的负荷、电量，环网开关的分合状态，配电网检修、施工地点，配电网设备的型号、技术参数及缺陷等等。

3网络安全防护方案
无论采用何种系统集成方案，配电网自动化系统与相关自动化系统、管理信息系统之间的数据共享及网络互联必须符合网络安全
防护的总体要求。

根据《电力二次系统安全防护规定》（电监会5号令）的要求及电监会《电力二次系统安全防护总体方案》关于网络安全区域划分的规定，电力二次系统安全防护工作应坚持安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证的原则。

配电自动化监控属于电力监控系统的范畴，必须放置在网络的生产控制大区，而配电生产管理属于生产管理的范畴，放置在网络的管理信息大区。

在生产控制大区与管理信息大区之间必须设置经国家指定部门检测认证的电力专用横向安全隔离装置。

同时，应注意以下几点：
1）配电自动化系统与网络安全二区内的系统之间应采用具有访问控制功能的设备、防火墙或者相当功能的设施，实现逻辑隔离。

2）配电自动化系统的“遥控”功能必须使用生产控制大区的专用网络通道。

3）在配电自动化系统与广域网的纵向交接处，应当设置经过国家指定部门检测认证的电力专用纵向加密认证装置或者加密认证网关及相应设施。

4）放置在管理信息大区内的配电网gis应用等系统与生产控制大区内的配电自动化系统之间的数据共享，只能由配电自动化系统向管理信息大区内的系统发起数据查询、更改等操作，严禁由管理信息大区内的系统向配电网自动化系统发起访问。

5）来自公网通信路径的数据必须通过网络安全防护设备后，才可以接入主站数据采集系统。

6）合理使用各种防护手段，除使用规定的安全隔离、防火墙及加密装置外，还可以配合使用ids入侵检测、防病毒软件、安全评估系统等，加强设备使用管理规定，防止设备滥用。

配电网自动化系统安全防护配置方案如下图所示。

图3配电网自动化系统安全防护配置方案
4 结束语
未来城市电网发展的方向，具有的两个特征是：智能化，分布式电源的广泛应用。

配电网自动化的实施，就是满足城市电网智能化的过程，适应分布式电源新形势的过程，在这个过程中，系统集成方案是配电网自动化建设的关键，必须满足iec相关标准和电力行业相关防护规定
注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。