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摘要：配网自动化是未来配电网发展方向，配电自动化终端对线路的实时监测和分析是目前配网自动化中最常见的解决方案，为确保配电网的安全稳定运行，各电局对配电自动化终端的在线率有着很高的要求。本文就目前配电自动化终端在线率不足问题，从加密通讯通道层分析，提出一种可在配电自动化终端安装位置持续模拟配电自动化终端与主站加密数据交互，持续监测并记录无线通信层信号强度的变化、通信层的丢包率、加密规约数据的完整度及链接健康状况的分析设备，其数据可供上位机的“在线率分析软件”进行分析，从而达到监测配电终端安装点的通信健康状态，为提升在线率提供技术支撑。

关键词： 配电自动化终端 加密数据交互 在线率持续监测

引言

配电自动化技术在配网中日趋成熟，其重要组成部分配电自动化终端也在配电网中广泛应用[1]。配电自动化终端作为一种智能设备，和主站通过无线通道以加密的方式进行的数据交互，为主站提供线路的运行状态数据，同时也可以接收主站的遥控动作，实现及时正确地判断和隔离故障区段的功能。随着各地对配网安全稳定运行的要求不断提高，对配电自动化终端的在线率的要求也不断提高，各供电局对在线率的要求一般都不能低于99%。

目前在提高配电终端在线率的研究来说，大多以加配蓄电池或者增大配电终端蓄电池容量[2]、测量某一时刻对配网自动化终端安装点信号质量以及通过主站前置机的日志来分析设备在线不稳定的原因[3]。这些方法对分析配电自动化终端加密通讯层能够提供到的帮助有限，并不能达到对配电终端通讯健康状态起到持续监测分析的作用。

本文中提出并应用一种可以安装在配电自动化终端位置的设备，通过仿真配电自动化终端与主站持续交互72小时以上过程，全栈式记录电力101/104规约数据在实景交互过程中所涉及到的各通信层信息;并通过在线率分析软件对监测到的数据进行分析，生成报表和提供改善措施，为提高在线率提供可靠的技术支撑。

第一章 绪论

1.1配电自动化终端在线率分析仪研究的背景和意义

随着4G/5G无线通信网络覆盖率与通信质量的不断提升，为配电自动化提供了高效、低成本的通信通道。配电终端作为配网自动化的重要组成部分，以4G/5G无线通道为基础，通过基于SM1-SM4的国商加密算法构建具备双向身份识别的加密数据通路，配电终端的实时数据、控制流通过加密无线通道与主站进行通信。为配网提供线路故障分析的数据，接收主站的遥控动作，实现对故障区段隔离，减少停电面积。对于配电终端实故障能否及时上传障信息、响应主站的控制，这些都影响着配网的安全稳定运行。为了确保配电终端可靠实用、动作准确，供电单位要求配电终端在线率不低于99%。

目前配电自动化终端异常掉线和在线率不稳定属于配电自动化实现过程中最需要解决的问题，导致其的原因有很多，需要分析配网101/104协议数据加密通道建链失败、在线率不足、链接失效次数多的原因，才能对不同的诱因针对性采取优化和改善措施。

1.2目前在线率分析方法的现状

配电自动化终端随配电网大多分布在山区和林区，在设备出现频繁掉线和在线率不达标时的分析方法主要有如下几种：

1.通过配电自动化主站前置机的日志来进行分析加密通道链接不稳定的原因，这种分析方法针对于主站证书不匹配或者主站加密机配置的问题，对于分析整体主站与配电自动化终端的加密通讯健康状态有所局限。

2.在配电自动化终端安装现场通过手机工具进行信号检测。这种方法对于4G信号质量极差的地点，有可能够排查出信号的问题。但因为其检测方式只是在某一较短时间进行信号质量测量，对于4G信号质量波动较大的地区，有可能会造成例如：检测时刻信号稳定，但其他时段信号波动又比较大的情况，这样的检测结果可能会对最后的判断起到误导作用。同时因为手机工具无法与主站进行模拟链接，与配电自动化终端使用的不是相同的加密链路，所以也无法检测到加密链路断开的原因。

1.3分析配电自动化终端在线率在线率思路

现有的无线加密通道不稳定问题的分析方法中，需要在配电自动化主站前置机查看报文或者人工在现场通过手机工具分析4G网络信号，在4G信号良好的情况下，也可能因为加密的配置出现异常工况。现有的分析方法都是基于一个时刻去分析加密链路，无法持续监测加密通信链路的工作状态和异常工况。

本文就目前配电终端在线率分析方法中，无法对配电自动化终端持续监测加密通讯层健康状态的不足，提出一种能够在与配电自动化终端安装在同一位置，模拟配电自动化终端与主站的数据交互的解决方案。通过蓄电池支持分析设备连续工作72小时以上，并由设备的储存模块全栈式记录通讯数据。达到对配电自动化终端安装地加密链路通讯状态的持续监测和记录。并可以使用在线率分析软件对记录数据进行分析，从而计算出在线率指标、链接失效次数、规约数据完整度及链路健康指标，自动生成报表和改善措施。为提高配电自动化终端在线率提供更有利的数据支撑和技术支撑。

第二章 配电自动化终端在线率分析仪

2.1配电终端在线率分析设备工作原理

本发明设备由12V～24V直流电源、锂电池、核心控制板、加密通信模组、持久化存储器、电量显示LCD屏、防水航插及上位机在线率分析软件构成;本发明设备以电力专用APN通信网络为基础，建立加密通道后与配电主站进行加密规约数据的交互。产品架构图如图2-1所示：

配电自动化终端在线率分析仪通过配置以及分析软件对4G加密通信模块进行配置后，连接配电自动化主站，在配电自动化终端安装位置完成模拟与主站的模拟加密数据交互。其中的MCU核心处理单元通过串口从4G加密模组中读取各个协议层信息和解密后的规约数据，将这些数据打上时标及对应的分级标签后，通过数据缓冲队列储存到储存模块中。完成持续检测工作后，使用配置分析软件将检测时段的数据以文件形式导出，对检测的数据进行分析。

2.2配电终端在线率分析设备工作流程

配网自动化终端在线率监测分析设备工作流程如下：

1.进行加密通信配置，包括：主站IP地址端口，加密机地址;导入证书;

2.配置协议类型、协议点表及配置持久化存储数据的地址;

3.将设备安装于在线率低的点位，开启设备后模拟配电自动化终端与主站建立加密链接，交互数据;

4.MUC中的多任务处理程序将记录的通信数据进行处理：将通信状态数据，加密链路数据及规约数据进行筛查归并，将不同协议层的数据进行标签化处理。

5.可持续运行72小时后，通过配置分析软件导出记录的通信数据，在持久化存储中，这些数据是格式化存储的，导出时，为了避免单个文件过大，这些数据以天为单位生成数据文件，通过软件对加密通道的运行数据进行分析，计算出实时在线率等，生成报告。

6.整个产品的工作流程如下图2-2所示：

第三章配电自动化终端在线率分析仪的应用前景

由于配网线路辐射广、线路长、分支多，配电自动化终端大量分布在配网线路中，安装位置有多种因素导致配电自动化终端在线率不稳定。配电自动化终端在线率分析设备从通信层出发，在安装位置模拟配电自动化终端与主站的数据交互，达到实时监测并记录4G无线通信层信号强度的变化、通信层的丢包率、加密规约数据的完整度及链接健康状况;通过“在线率分析软件”对监测到的数据进行分析，确定监测时间段内配电自动化终端的在线率健康状态，并给出提升方案。

1.监测已安装配电自动化设备在线率

对配电自动化中已安装的在线率不达标或者频繁投退的配电终端进行监测分析，只需将配电自动化在线率检测仪与配电终端安装在同一位置，实现安装地的与主站的模拟通讯，监测安装位置的通讯层健康状况。通过72以上的监测的通讯数据，分析出配电终端在线不达标的原因。为运维人员提供技术支撑，并针对性给出优化方案并采取改善措施，相对于目前的在线率分析方法，能更准确便捷地定位在线率不达标的诱因。减少运维人员分析成本，降低配电终端在线率不达标给配网自动化带来的运行风险。

2.监测配电自动化终端预安装位置的在线率情况

可以在配电自动化终端预安装位置安装监测设备，提前获取该地点的通讯健康情况，在获取在线率监测报告后对安装位置进行评估，及时采取优化措施或跟换配电终端的安装位置。预防出现配电终端投运后出现在线率不达标等异常通讯工况。有效提高新入网配网终端在线率的达标率，避免设备安装后因在线率不达标而返工的情况。

第四章结论

通过配电自动化终端在线率分析仪，可以弥补现阶段对配电自动化终端在线率分析中通讯层分析的空白，提供完整的持续监测数据，为更准确快速定位在线率不稳定的原因提供技术支持。减少因为配电自动化终端在线率不稳定而给配电自动化系统带来的运行风险。

本文就目前导致配电自动化终端的在线率以及现阶段在线率分析方法的不足，提出并设计一种配网自动化终端在线率监测分析仪，能够实现与配电自动化终端安装于同一杆塔。由锂电池供电，可连续工作72小时以上，通过串口配置后可以与配电自动化主站建立4G无线通信的加密通道，通过此加密通道，设备模拟配电终端与配电主站进行IEC101/IEC104规约数据交互;同时实施监测并记录4G无线通信层信号强度的变化、通信层的丢包率、加密规约数据的完整度及链接健康状况，将这些数据记录到持久化存储中，供上位机的“在线率分析软件”进行分析并给出提升方案。整机考虑到安装环境等因素，防护等级在IP67，安装方便，持续在线监测安装位置的配电终端在线率健康状态，提供提升配电终端在线率的技术支撑。

参考文献

[1]林紫清. 配电自动化终端设备在电力配网自动化的应用探讨[J]. 科技展望，2016（5）：96-96. DOI：10.3969/j.issn.1672-8289.2016.05.083.

[2]孙婷婷. 一种配电终端设备变更在线监控模块的研制[J]. 科技尚品，2022（3）：146-148. DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.049.

[3]杜鹏，李欢. 提高配电自动化终端在线率方法的研究与应用[J]. 电工技术：理论与实践，2015（7）：81.