高校配电网自动化实验室建设方案探析

摘要：在以配电网自动化实验可充分体现当前实际配网工程状况为目标的前提下，结合学校配网自动化实验室的建设，以最新版本的IEC、IEEE相关标准及其行业标准为设计依据，采用配电图资维护和配电SCADA一体化的思想，对主站系统进行了设计。选取当改变开关状态可涵盖现阶段我国常见网络接线方式的典型结构，对实验室配网结构进行了设计。同时，借用主站方案相关资源和分布式仿真软件支撑平台RTI，构建功能完备的配网实验室仿真系统。依照该方案组建的配网实验室，其物理实验和仿真实验可相互补充，以满足电气工程类专业学生的实训教学。

关键词：一体化设计；配网结构；配电主站；RTI；仿真系统

作者简介：王强（1974-），男，江西抚州人，三峡大学电气与新能源学院，副教授；孙坚（1978-），女，山西运城人，三峡大学电气与新能源学院，副教授。（湖北 宜昌 443002）

基金项目：本文系宜昌市科技基金（项目编号：A2012-302-15、A2012-302-14）的研究成果。

中图分类号：G482 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0131-02

近年来，随着智能电网成为电力界的热门话题，国内外已有不少文献对智能电网的基本概念及其技术内容进行了介绍。[1，2]总体上看，智能电网包括两个方面的内容：智能输电网和智能配电网（smart distribution grid，简称SDG）。而SDG与传统电网相比，具有新技术内容多、自动化程度高等显著特点。因此，在当前配网的改造和新建工程中，配网自动化已成为当下主流模式。

“配电网自动化系统”（Distribution Automation System，简称DAS）作为电气工程及自动化专业课程之一，在高校教学中已越来越受到相应的重视。对这一时期“配电网自动化系统”进行全面、系统、前瞻性及特色鲜明的教学改革研究已显得非常必要。而在DAS课程教学中，实践教学对于电气工程及自动化专业学生而言具有不可替代的作用。因此在配网实验室建设方案中，在充分高效地利用教育资金的前提下，让新建的配网实验室达到相应的教学目标和较长时间内与实际配网相吻合是制定实验室建设方案的重要原则。下面将对高校配电网自动化实验室建设方案进行探析。

一、设计依据和内容

要求整个方案所用的硬件设备及软件技术均必须符合GB/T13730-2002《地区电网调度自动化系统》、GB5465《电气设备用图形符号》、国家电力公司的《10千伏配网自动化发展规划要点》、DL451-91《循环式远动规约》等最新版本的IEC、IEEE相关标准及其行业标准。实验室建设方案力求能够最大限度模拟和反映我国城乡电网中常用的10kV架空及地埋电缆线路的真实情况，为课程实验及课题研究提供网络模型。实验室整个培训系统由五个主要分系统组成，即：配网自动化主站系统、配网自动化终端系统、配网自动化通讯系统、配网一次设备系统及配电仿真系统。

二、配电主站系统方案探析

1.主站平台一体化设计

在总结国内配电自动化系统建设实施多年经验与教训的基础上，[3，4]为了配电主站系统更加实用化，根据系统方案设计思路，将配电自动化主站系统分为配电图资维护模块、配电SCADA两大系统模块，如图1所示。

将配电图资维护、配电SCADA从根本上进行一体化设计，以便形成一个具有空间概念（地理环境信息）和基础信息（电网资料及用户资料）的分层管理基础数据库。既能为电力系统配电运行管理提供具有地理信息的网络模型，又能实时监控配电网的运行，支撑系统应用软件的开发和其他功能的实现。

2.配电主站物理结构设计

配电网自动化实验室主站物理结构设计，在充分考虑主站系统数据处理与存储主干网系统信息的前提下，承担着系统数据处理、功能实现、数据交换等重要功能，对数据处理、计算、交换速度有着非常高的要求，为此，采用了支持多操作系统平台的运行开放机制，以及Client/Server（客户机/服务器）分布式体系结构。硬件平台建立在工作站和服务器等设备环境上，在建设资金充裕的情况下，配电网主站可按标准物理结构设计，如图2所示。另外，在满足实际数据处理功能要求的情况下，亦可采用把四台服务器整合为一台、打印机不设置或低标设置等某些经济手段。

三、实验室配网结构构建方案探析

实际运行中的配电网络不仅有架空线，同样也存在大量的电缆，且具有条数众多、网络结构复杂多样等特点。但总体上来说，在配电网络体系中，网络接线以双母、辐射状网、树状网及环网为主要形式存在。对于一个具体的配电网结构而言，网架结构可以是多种网络形式的组合，并且线路稠密。其网络形式主要由用户性质、数量及供电可靠性的要求决定。欲在一个空间有限的实验室中同时全方位的体现现实模型几乎是不可能的，也没必要。因此，在配电网自动化实验室建设中，拟建设10条配电线路及其配套通信设施，实现手拉手环网。实验室配网结构构建方案如图3所示。从拟建方案易知，通过改变开关的状态，可灵活多变的组合出各种电缆线路、架空线路、网络接线的接线方式，基本上可涵盖现阶段我国常见的联络方式。

四、配网实验室仿真系统建设方案探析

利用仿真及多媒体进行实践教学，不仅可把课本上大量枯燥的文字叙述转变为生动直观的图形、数据说明，[5，6]而且可为学生在配电实践教学方面提供一个安全、真实、再现的实训环境。使学生了解配电设备、运行、检修操作规程，从而达到提升教学效果的目的。

1.仿真系统硬件结构

实验室仿真系统在充分利用主站物理器件的基础上，其网络结构、硬件及其软件配置都需遵循开放性的原则，以达到可维护性、可扩充性的目的。系统硬件结构如图4所示，教员机、服务器分别由图2的两个工作站、服务器兼任。教员机既可完成所有学员的操作，也可完成教案编制、系统维护管理、故障设置和学员监管等功能。各学员台既可独立运行，亦可分组协调运行。主要用于配网自动化通信系统、远动控制、变电站自动化、馈线自动化、模拟倒闸操作、监盘及事故处理等的仿真。

2.仿真系统软件设计思想

在配电自动化主站平台一体化软件设计的基础上，利用其数据，结合分布式仿真软件支撑平台RTI（Run Time Infrastructure）[7，8]、教员系统软件、仿真应用软件和多媒体培训系统软件组成一套交互式、分布式仿真培训系统。其中，仿真应用软件整体结构如图5所示。分别由变电站仿真软件、电网仿真软件、变电站监控仿真软件及设备巡视仿真软件构成。各个仿真应用软件仅与其所对应的计算机中RTI驻留软件进行接口，但相对整个仿真系统而言，整个仿真系统内的相互交互任务全部由RTI来完成。

由于仿真系统引入实时数据的全工况仿真及主站平台一体化软件设计的思想，若再辅以先进的电力系统仿真技术、人机界面技术和虚拟建模技术，则可实现变电站仿真和电网仿真一体化。仿真系统具有平台化、通用性很强的特点，同时具备了强大的组态功能，适用于任意结构的变电站和配电网络的培训，有利于培养学生的现场操作能力、专业知识和技能。

五、结束语

“配电网自动化实验室建设方案”硬件配置规模宏大，仿真培训功能齐全，物理实验和仿真实验相互补充，可满足电气工程类专业的实训教学，有助于学生对供配电自动化网络、设备及运行维护中相关理论知识的理解及实际工程体系的认识。掌握配电运行、检修和调试的专业技能，可大大增强学生的实际动手能力，为走上工作岗位打下较好的基础。

参考文献：

[1]EPRI.Power delivery system and electricity market of the future[R].Palo Alto，CA，USA：EPRI，2003.

[2]钟金，郑睿敏，杨卫红，等.建设信息时代的智能电网[J].电网技术，2009，33（13）：12-18.

[3]谢翠菊.基于GIS的实时配电管理系统——江苏镇江供电公司配网GIS系统建设经验[J].电力设备，2004，5（1）：46-48.

[4]陈章潮.城市电网规划与改造[M].第2版.北京：中国电力出版社，2007.

[5]王强，孙坚.“电力电子技术”教学的改革与实践[J].中国电力教育，2011，（6）：177-178.

[6]孙坚，王强.数字环境下“电力电子技术”教学方式的改进[J].电气电子教学学报，2011，33（5）：115-116.

[7]蒋召锦，黄健，黄柯棣.基于Web服务的HLA/RTI仿真系统扩展[J].兵工自动化，2008，27（1）：39-41.

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