配电自动化终端设备在配网自动化中的应用探讨

姜文材

（国网山东省电力公司滨州供电公司，山东 滨州 256600）

自20 世纪90 年代以来，我国配网自动化发展取得了巨大的进步。在这一进程中，智能终端单元、远动终端、智能电能表等配电自动化终端设备发挥了重要作用。它们通过数据采集、信息处理和远程控制等功能，实现了配电系统的智能化管理和运行优化。《国家能源局关于推进配电网智能化建设的指导意见》提出，将进一步推动配电自动化终端设备的应用，要求加强对智能终端单元和智能电能表等关键设备的研发和推广，以提升我国配网自动化水平，为建设智慧电网作出积极贡献。

1 配电自动化终端设备的概述

配电自动化终端设备是用于配电系统的智能化监控和控制的关键组成部分，广泛应用于电力系统中，用于实时监测、保护和控制电力设备，以提高系统的可靠性、安全性和效率。配电自动化终端设备通常由硬件和软件组成。硬件方面，终端设备包括各种传感器、测量装置、保护装置和执行机构。传感器用于实时监测电流、频率和温度等电力参数，测量装置用于准确测量电能消耗和功率因数等信息。保护装置负责检测系统中的故障和异常，并采取措施以保护电力设备和用户安全。执行机构用于执行切断电路或切换电源控制命令。软件方面，配电自动化终端设备配备了强大的计算和通信能力，通过内置的处理器和算法，能够对传感器数据进行实时分析和处理，并根据预设的规则和策略做出相应的控制决策。终端设备还具有与上级控制系统（如SCADA 系统）和其他设备进行通信的能力，可以实现数据的传输和交换。

2 配电自动化终端设备的各构建元件与作用

2.1 人机接口电路

人机接口电路用于实现与终端设备的交互和操作，使得运维人员能够监视、控制和管理配电系统。它提供了一个用户友好的界面，使得操作人员可以轻松地与终端设备进行通信和交互。通过人机接口电路，工作人员可以实时监测配电系统的电压、功率因数等关键参数。这些参数的变化能够通过人机接口电路传输到监视设备，并以可视化的方式展现出来，提供实时的数据反馈和状态报告。这使得运维人员能够及时了解电网运行状态，识别潜在问题，并采取相应的措施进行调整和优化。人机接口电路还承担着警报和故障通知的功能，当终端设备检测到异常情况或故障时，人机接口电路能够及时发出警报，向相关人员发送相应的通知，以便他们能够及时采取行动，诊断和解决问题，保障配电系统的安全和稳定运行。人机接口电路还可以提供操作界面，供工作人员进行远程控制和调节配电设备。运维人员可以通过该界面实施开关、断路器和变压器等设备的操作和控制，实现线路的开关和切换，以适应不同的负荷需求和电网运行状态。

2.2 中心监控单元

中心监控单元是配电自动化终端设备中的核心组件，它具备多项功能，能够实现对配电系统的全面监控和管理。中心监控单元负责实时监测电路运行设备的状态和参数，它可以检测过载、短路和接地故障等各种故障，并及时向工作人员发出警示。通过对设备状态的监测，中心监控单元能够预知潜在问题，确保电网的安全运行。中心监控单元具备运行功率计算的能力。它可以根据电路运行设备的实际情况，计算出相应的功率值。这对于电力供应设备的运行状态评估和负荷管理至关重要。基于计算得到的运行功率，运维人员可以做出相应的调整和决策，以保持电网的平衡和稳定。中心监控单元还承担着数据输入和通信功能，它能够接收来自各种传感器和监测设备的模拟量和数字量输入，并将其转化为可用的数据。中心监控单元通过与其他配电设备和上级管理系统的通信接口，实现与它们之间的数据交换和远程通信。这样的通信能力使得配电自动化终端设备能够与整个配电系统实现紧密的协作和集成。

2.3 通信终端

通信终端是配电自动化系统中的重要组成部分，它负责实现终端设备之间的数据通信和与上级系统的通信。通信终端通常由以下构建元件组成：通信模块作为核心部件，它使用各种通信协议（如以太网、无线通信或串口通信）与其他设备进行数据交换，实现实时数据传输和远程控制。其次，是数据处理单元，作为处理中心，接收、解析和处理其他设备传输的数据，执行算法和逻辑操作，确保数据的准确性和完整性。存储器用于保存通信终端的配置信息、历史数据和其他必要的数据，提供闪存、固态硬盘或其他非易失性存储设备，确保断电后数据的完整性和读写功能。接口电路提供通信终端与其他设备之间的物理连接，包括以太网接口、无线通信模块、串口接口等，负责信号转换和稳定的数据传输。电源模块为通信终端提供所需的电力供应，包括电源转换器、电池组或其他电源管理电路，确保稳定的电压和电流，保障通信终端的正常运行。通过这些构建元件，通信终端能够实现与其他配电自动化设备的高效通信，并将数据传输到上级系统，实现对配电网络的监测、控制和管理。

2.4 操控回路

配电自动化终端设备的操控回路负责控制和保护电力系统中的电气设备，由电气输入接口、传感器、信号处理单元、逻辑控制单元、输出接口、通信接口和电源供应等多个构建元件组成。电气输入接口连接电力系统的输入信号，传感器检测电力系统参数并将其转换为电信号。信号处理单元对信号进行处理和解析，逻辑控制单元执行控制和保护功能。输出接口将逻辑控制单元的指令传递给执行机构，通信接口实现与其他设备的数据交换和远程控制，操控回路依靠可靠的电源供应确保正常工作。

3 配电自动化终端设备在电力配网中的技术应用

3.1 故障检测分析技术

故障检测分析技术利用传感器、数据采集系统和先进的算法来实时监测电力系统中的故障情况。配电自动化终端设备通过采集电流、电压、功率因数等参数的数据，并与预设的故障特征进行比对，可以准确地检测和定位电力系统中的故障。故障检测分析技术是基于电流和电压波形的故障检测，配电自动化终端设备可以实时采集电力系统中的电流和电压波形，并对其进行分析。通过比对波形的幅值、频率、相位等特征，配电自动化终端设备可以检测到短路、接地故障等常见的故障类型，并准确地定位故障发生的位置。除了波形分析，配电自动化终端设备还可以利用机器学习和人工智能算法进行故障检测分析。通过对大量历史数据进行学习和模型训练，配电自动化终端设备可以建立故障识别的模型。当新的数据进入系统时，终端设备可以利用已有的模型进行快速判断，并给出相应的故障诊断结果。故障检测分析技术通过及时、准确地检查和分析故障，配电自动化终端设备可以帮助电力系统施工人员快速定位故障点，提高故障处理的效率和可靠性。该技术还能够预测潜在的故障风险，及时采取措施进行预防和维护，从而提高电力系统的稳定性和可靠性。

3.2 通信技术

配电自动化终端设备通过通信技术能够实现与配电自动化系统的连接，配电自动化系统是一个集中控制管理系统，用于监测和控制整个配电网的运行。通过与配电自动化系统的通信，终端设备可以接收来自系统的指令和控制信号，同时将本地采集的数据传送给系统进行分析和决策。通信技术使得配电自动化终端设备之间能够互相通讯。在电力配网中，变电站、配电箱、线路等各个终端设备分布在不同的位置。通过通信技术，这些终端设备能够实时地交换信息，共享电网的状态和数据。当某个终端设备检测到电力负荷过大或故障发生时，它可以通过通信技术向其他设备发送警示信息，以便其他设备做出相应的调整和处理。此外，通信技术还能够实现配电自动化终端设备与运维人员之间的远程通讯。通过远程通讯，运维人员可以远程监控和控制配电自动化终端设备，无须实地操作。这大大提高了运维效率，并且降低了维护人员的风险和工作负担。

3.3 故障自动隔离技术

配电自动化终端设备在配网中的故障自动隔离技术是一种关键的智能配电技术，这种技术通过实时监控配电网络中的电气参数，准确地发现和定位故障，从而实现异常区域的自动隔离和正常区域的供电恢复，提高供电的可靠性和安全性。在传统的配电网络中，当发生故障时，线路保护设备往往需要人工巡查和操作才能找到损坏点并进行处理。而配电自动化终端设备的故障自动隔离技术则大大提高了问题处理的效率。该技术通过安装在配电线路上的电流互感器、电压互感器等传感器，实时采集电气参数，通过错误识别算法，对故障类型和损坏位置进行快速判断。一旦检测到故障，配电自动化终端设备通过与智能断路器、负荷开关等保护设备的通信，实现问题区域的自动隔离。同时，系统会对非问题区域的供电恢复路径进行评估和选择，根据网络拓扑和实际负荷情况，优化供电恢复策略，确保正常区域的供电不受影响。

3.4 配网自动化终端设备的有效应用

配网自动化终端设备能够与分布式能源资源（如太阳能、风能）进行集成管理，通过实时监测、协调和优化分布式能源的供应和消耗，终端设备可以最大限度地利用可再生能源，提高能源利用效率，并减少对传统电力网络的依赖。智能电网交互也就是配网自动化终端设备通过与智能电表、智能家居设备等的连接，实现与用户侧的互动。用户可以通过手机应用或网络界面实时监控和控制家庭能源使用情况，实时查看电费、优化电气设备的使用时间，以及参与电网调度计划等，从而实现能源的智能管理和优化。配网自动化终端设备能够支持多方接入，与其他智能设备、能源供应商和第三方服务提供商进行协同工作。通过数据共享和协同控制，终端设备可以更好地适应电力系统的变化，实现更高效的能源分配和协调，以满足用户需求，并支持能源市场的参与和交易。配网自动化终端设备可以与能源储存设备（如电池储能系统）结合使用，实现对能量的储存和管理。终端设备能够根据负荷需求和电网状态，自动调度能源的存储和释放，以提供备用能源、平衡供需差异，并降低高峰期的能源消耗，从而提高电力系统的可靠性和灵活性。

4 结语

未来，配电自动化终端设备将进一步提高配电系统的可靠性、安全性和智能化水平。通过实时监测、故障诊断和智能控制，配电自动化终端设备将成为配电网的智慧大脑，为能源供应和管理提供可持续解决方案。这一发展趋势将推动能源系统的高效运行，实现绿色能源的普及和能源转型的加速，为人类创造更加美好的未来。