基于101协议的配电自动化实验系统

　　引言

　　配电自动化系统是对配电网上的设备进行远程实时监视、协调和控制的一个集成系统，是计算机技术和通信技术在配电网监视与控制上的应用。配电自动化系统是整个电力系统中的重要组成部分，在电力系统自动化领域发挥着越来越重要的作用。它最重要的内容之一就是故障的诊断、定位、隔离以及恢复。它可以监视馈线的运行方式和负荷情况，当线路上发生故障后，能够及时准确地确定故障区段，迅速隔离故障区段并恢复非故障区段供电。本实验系统通过在线路上安装开关将线路分段，一条线路可由两个或多个变电站供电，在开关处安装馈线监测终端，当线路出现故障时，由FTU监测故障，通过主站进行故障段定位，隔离和网络重构。从而能够缩短停电时间，提高供电量和供电可靠性。实践证明，该实验装置能够充分模拟工业控制现场，操作简单，实验效果良好。

　　1 系统组成

　　系统由一台工业控制计算机和多台FTU(线路控制器组成)，继电器、接触器、负载(电阻、电感、电容、开关、按钮)等组成。根据实验要求，该系统为两级分布式结构:第一级为计算机，由监控组态软件进行现场监控和数据采集，通过RS485 与下位机FTU 串口通信;第二级由下位机FTU 组成，实时检测配电网络中的电压、电流、有功和无功等电力参数，供主站使用。计算机作为上位机可以提供良好的人机界面，进行全系统的监控和管理;FTU 作为下位机，执行可靠有效的分散控制。在该系统中，计算机仅用于编程、参数设定和修改、图形和数据的在线显示，并没有直接参与现场控制，现场上的控制执行者是FTU。系统组成示意图见图1。

　　1.1 一次系统组成

　　一次系统组成如图2 所示，变电站1 出线A 和变电站2出线B通过分段开关QFA1、QFA2、QFB2、QFB1组成拉手线路，QFAB 为联络开关。安装在开关旁的线路监测终端检测通过开关的电压、电流和开关状态并控制开关的闭合，各节点接有阻感性负载。变电站出线C 通过QF4 向环网柜供电，环网柜有四条出线，QFC1、QFC2、QFC3、QFC4 为各出线开关。线路上接有电容，以模拟单相接地故障。辅助负载可通过控制台面板连接到各节点，以改变负载大小。短路故障开关用于模拟瞬时或永久性短路。

　　1.2 监测设备

　　FTU 是配电自动化系统的关键监测设备，由CPU核心板与信息采集和控制接口板组成。CPU 板主要处理弱电信号，面向信号分析、算法处理和各类数据存储，主要包括DSP芯片、时钟芯片、存储器芯片组成的数据处理模块和时钟、存储模块等;信息采集和控制板，它主要包括各类直接面向电网的强电信号采集和电网的控制、通信等对外接口电路，即包括PT、CT、光电耦合器、控制继电器、串口电平转换芯片等组成的数据采集模块、数字信号控制模块和通信模块等。