1 智能分布式FA技术原理
1.1 故障处理算法
文中建立网络拓扑反映线路上的配电终端相互连接情况。当任一节点发生故障时，线路网络自动建立拓扑而无需人工操作，且增加或删除线路中的某一终端不改变整个网络拓扑结构，网络拓扑结构如图1所示。
图1 网络拓扑结构
CK1和CK2为2个变电站的出口开关；KG1、KG2、KG3、KG5为线路开关；KG4为联络开关。在线路S3段发生永久故障情况下，智能分布式FA的处理过程如下：
（1）CK1、KG1、KG2检测到过流信息；
（2）CK1跳闸；
（3）CK1一次重合闸，此时故障仍然存在，CK1再次跳闸；
（4）KG1、KG2均检测到线路二次过流失压，通过相邻开关间的故障交换，KG2发现KG3未检测到故障电流，KG1检测到故障电流，因此判定故障位置在线路S3段；KG3发现KG2检测到故障电流，自身未检测故障电流，由此判定故障位置在S3位置；
（5）KG2、KG3跳闸；
（6）KG3跳闸成功后请求KG4合闸恢复供电；
（7）CK1二次重合闸，恢复故障上游供电。
1.2 智能分布式FA局部拓扑算法
以图1的网络拓扑为例，智能分布式FA的网络拓扑建立流程如下：
（1）在线路中所有终端初始化完成后，根据局部拓扑模型获取相邻终端参数信息，包括通信地址、开关ID等。
（2）电源点首端开关KG1、KG5（以KG1拓扑建立方向为例进行说明）主动发送一条链路拓扑报文到相邻开关。链路拓扑报文每间隔10 s发送，拓扑报文中包含电源点开关ID号、是否带电、开关状态、电源点电流冗余量和故障信息等。
（3）KG2收到KG1拓扑报文后将首端信息更新至自身拓扑信息表中，并将自身拓扑信息表填充至拓扑报文中，发至KG3。
（4）KG3及其他开关继续以同样的方式向下一级开关传递包含电源点信息的链路拓扑报文至分位开关结束。
（5）KG4开关为分位，并具有两侧的电源点信息拓扑信息表，因此KG4为联络开关。KG4添加自身的联络信息至链路拓扑报文向另一侧电源点传递，联络信息包含联络开关ID号、对侧电源点ID、带电状态、联络开关ID等联络拓扑报文依次传递直至末端开关，最终完成整个网络的拓扑。
（6）终端每间隔2 s检查是否收到拓扑确认帧，若没收到则再次重发，收到拓扑报文确认后等待下一次拓扑更新。
2 基于4G/5G无线通信的智能分布式FA
4G/5G无线通信组网方式较灵活，具有部署快速、成本低、易升级和扩容的优点，弥补了光纤通信部署难度大、维护成本高等问题。目前，4G网络技术发展成熟，并已成功应用于智能分布式FA中。5G依托于4G,同时利用高频资源和天线阵列，大幅提升无线通信的速率。5G还通过降低信令开销使终端更加省电，使用非正交多址技术以支持更多的终端接入。此外，5G通过对帧结构的优化设计，在时域上缩短每个子帧从而在物理层上进行时延的优化，使时延降到更低，为对时延要求高的应用提供基础。因此，5G可以被用来在配电自动化领域替代光纤通信等需要大量接线的通信方式，为配电自动化的大规模应用打下坚实的技术基础。
2.1 系统架构
智能分布式FA终端装置采集处理当地站点及其他相关站点的测量和控制信息，完成保护控制决策及动作。装置内嵌4G/5G无线通信模块与加密芯片，采用虚拟专网（virtual private network, VPN）技术，实现终端之间及终端与主站之间的无线通信互联。加密芯片内部采用非对阵加密处理技术，以确保信息的传输安全。在配电网中，每个开关或环网柜对应1台智能分布式FA终端装置。终端通过4G/5G进行通信交互开关位置和故障状态等信息，实现故障点快速准确定位。基于4G/5G无线通信的智能分布式FA系统架构如图2所示。
图2 基于4G/5G无线通信的智能分布式FA系统架构
在无线4G/5G网络中，智能分布式FA终端通过工业级无线路由器进入无线网络。采用VPN专网技术保证保护数据的安全传输，VPN专网通过虚拟的安全通道和用户内部的用户网络进行连接，使公共网络上的用户无法访问用户网络内部的资源。VPN专网内所有终端获取的IP地址均唯一，在VPN网络里面所有终端可互相访问。由于VPN在物理上仍然属于公网，因此为保证网络拓扑保护中的数据安全可靠传输，智能控制终端在应用层加入非対称加密算法进行密文传输。
2.2 通信中断处理
在已知线路拓扑条件下，当线路开关有1台发生通信中断时，相邻终端越过此开关，通过拓扑模型获取下一级开关参数。根据开关参数中IP地址与下一级进行通信，更新自身的拓扑信息，并主动向下一级开关发送最新的拓扑链接报文。当下一级开关收到最新拓扑报文后，回复确认，更新自身的拓扑结构以及相邻开关的信息。更新完成后通过拓扑模型获取下一级开关参数，根据开关参数中IP地址与下一级进行通信，直至末端整个拓扑信息完成更新。
基于无线通信的智能分布式FA线路开关发生通信中断后处理流程如图3所示。
图3 主开关发生通信中断处理流程
以图1为例，如KG3发生通信中断，则处理流程为：
（1）KG2发现与KG3通信中断后越过KG3,KG2通过自描述模型获取KG4参数，根据KG4参数中IP地址与KG4进行通信，并更新自身的拓扑信息。
（2）KG2主动向KG4发送最新拓扑连接报文，当KG4收到最新拓扑报文后，回复确认，并更新自身的拓扑结构及相邻开关的信息。
（3）KG4更新完成后通过自描述模型获取KG5参数，根据KG5参数中IP地址即可与KG5进行通信，直至末端整个拓扑信息完成更新。
线路发生故障时通信中断，如图4所示。
图4 线路通信中断示例
故障处理流程为：
（1）在通信中断处理过程中，KG2、KG4之间直接建立连接，KG3从网络拓扑中删除。
（2） S3、S4线路合并为1条线路，当故障发生在S3、S4段，则扩大隔离区域，KG2跳闸，KG4为联络无需跳闸。
结论
文中提出了基于4G/5G无线通信的智能分布式FA技术，分别针对通信中断、通信延时与丢包、通信多包3种通信异常情况进行算法设计，采用应用层协议控制与故障处理流程相结合的方法，实现故障快速准确隔离与非故障区域恢复。文中选取多种不同场景测试4G/5G无线通信效果和智能分布式FA故障处理效果，并进行了测试与试运行，验证了文中方法的有效性。
参考文献
[1] 王哲，葛磊蛟，王浩鸣.10 kV配电网馈线自动化的优化配置方式[J].电力系统及其自动化学报，2016,28（3）:65-70.
