孫建華 朱 峰 檀姍姍

（南京磐能電力科技股份有限公司，南京 210061）

中國農(nóng)村電網(wǎng)經(jīng)過大規(guī)模農(nóng)網(wǎng)改造，已具備了一定的基礎(chǔ)，但由于歷史發(fā)展原因以及受服務(wù)對象為廣大農(nóng)村用戶這一客觀因素影響，目前我國農(nóng)村電網(wǎng)的發(fā)展還普遍存在著基礎(chǔ)設(shè)施投入不足、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不甚合理，科技手段相對落后的特點(diǎn)，整體農(nóng)村低壓電網(wǎng)的發(fā)展存在瓶頸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足其需求增長速度。在此背景下，國家電網(wǎng)提出了建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的目標(biāo)，而農(nóng)村電網(wǎng)是中國國家電網(wǎng)的重要組成部分，縣城及農(nóng)村用電量已占全社會用電量的52%以上，且發(fā)展速度迅猛，農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)是智能國家電網(wǎng)建設(shè)不可缺少的重要環(huán)節(jié)，農(nóng)網(wǎng)智能化項(xiàng)目作為跨環(huán)節(jié)試點(diǎn)工程，主要是開展農(nóng)村智能配電臺區(qū)、農(nóng)網(wǎng)配電自動化、農(nóng)村用電信息采集系統(tǒng)和農(nóng)網(wǎng)營配調(diào)管理模式優(yōu)化綜合試點(diǎn)建設(shè)。為了全面貫徹建設(shè)智能電網(wǎng)“統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、試點(diǎn)先行、整體推進(jìn)”的工作方針，提升農(nóng)網(wǎng)智能配電臺區(qū)工程建設(shè)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化水平，滿足農(nóng)網(wǎng)智能化發(fā)展需要和客戶對供電能力、供電質(zhì)量和供電服務(wù)的新要求，提高供電能力和供電可靠性，提升運(yùn)行管理水平和服務(wù)能力，農(nóng)網(wǎng)智能低壓配電臺區(qū)建設(shè)已是必然趨勢。

1 現(xiàn)有配電臺區(qū)存在的問題

農(nóng)村低壓配電網(wǎng)是電網(wǎng)的終端，與電力低壓用戶直接相連。在現(xiàn)有農(nóng)網(wǎng)配電臺區(qū)的智能化建設(shè)過程中存在諸多問題，主要表現(xiàn)在如下兩個方面：

1）配電臺區(qū)雖然安裝了包括配電變壓器監(jiān)測終端、電能表、負(fù)荷控制終端、集中抄表器等在內(nèi)的一種或多種終端設(shè)備，但這些臺區(qū)配置多樣、設(shè)備分散、功能單一、重復(fù)裝設(shè)，沒有一個統(tǒng)一的配電監(jiān)測裝置，就造成設(shè)備重復(fù)投資、管理混亂等現(xiàn)象。

2）隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，廣大電力用戶對電能的要求也越來越高，電能質(zhì)量監(jiān)測以及治理開始得到重視，但是目前對于電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)的測量還處在專門測量階段，現(xiàn)有監(jiān)測設(shè)備功能單一，實(shí)時(shí)性差，沒有形成對電能質(zhì)量的長期連續(xù)監(jiān)測，缺乏對配電臺區(qū)電能質(zhì)量問題（包括無功、電壓、諧波和三相不平衡等）的有效監(jiān)控與治理。

3）在需求側(cè)信息管理領(lǐng)域，存在著電能量采集與計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、配變監(jiān)測系統(tǒng)、負(fù)荷管理系統(tǒng)等多個系統(tǒng)并存的格局，造成資源浪費(fèi)、功能重疊、應(yīng)用效率低下。

要使農(nóng)網(wǎng)配電臺區(qū)達(dá)到信息化、自動化、互動化（“三化”）的要求，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)智能化自管理、經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行，就亟需建立一套完整的多功能于一體的農(nóng)網(wǎng)低壓配電智能臺區(qū)一體化解決方案來解決當(dāng)前農(nóng)網(wǎng)智能化建設(shè)中面臨的問題，提升農(nóng)網(wǎng)智能配電臺區(qū)工程建設(shè)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化水平，滿足農(nóng)網(wǎng)智能化發(fā)展需要和客戶對供電能力、供電質(zhì)量和供電服務(wù)的新要求，提高供電能力和供電可靠性，提升運(yùn)行管理水平和服務(wù)能力。

2 解決方案整體概述

農(nóng)網(wǎng)智能配電臺區(qū)一體化解決方案，它是一種適合于農(nóng)村電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境的可實(shí)現(xiàn)農(nóng)網(wǎng)低壓配電臺區(qū)變壓器和用電設(shè)備在線監(jiān)測等重要信息的實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)配電臺區(qū)管理、線損在線分析、電能質(zhì)量監(jiān)控、供用電情況分析、用電安全實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警等綜合分析管理功能的數(shù)字化、智能化臺區(qū)。

農(nóng)網(wǎng)智能配電臺區(qū)一體化解決方案提升了農(nóng)村電網(wǎng)智能低壓配電臺區(qū)工程建設(shè)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化水平，滿足了農(nóng)網(wǎng)智能化發(fā)展需要和客戶對供電能力、供電質(zhì)量和供電服務(wù)的新要求，提高了農(nóng)村電網(wǎng)的供電能力和供電可靠性，提升了農(nóng)村電網(wǎng)運(yùn)行管理水平和服務(wù)能力。

3 設(shè)計(jì)原則

農(nóng)網(wǎng)智能配電臺區(qū)一體化解決方案的總體設(shè)計(jì)原則是以農(nóng)網(wǎng)配電、用電需求為引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)一體化解決方案對農(nóng)網(wǎng)配電、用電等設(shè)備的全面覆蓋和用戶側(cè)用電信息的全面采集，尤其針對低壓臺區(qū)變壓器的運(yùn)行管理和臺區(qū)用電數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用，堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，注重實(shí)用，力求方案切實(shí)可行。

1）節(jié)約化和標(biāo)準(zhǔn)化原則

根據(jù)國家電網(wǎng)公司農(nóng)電部提出的“集團(tuán)化運(yùn)作、集約化發(fā)展、精益化管理和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)”的經(jīng)營管理要求，統(tǒng)一規(guī)范平臺設(shè)計(jì)，提高標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)水平，降低平臺建設(shè)成本，促進(jìn)平臺建設(shè)進(jìn)度。

2）普遍性與典型性相結(jié)合原則

根據(jù)目前農(nóng)網(wǎng)低壓臺區(qū)配電、用電綜合管理系統(tǒng)建設(shè)的調(diào)研情況，需求分析情況，提出適用于農(nóng)村電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境的建設(shè)模式。

3）先進(jìn)與實(shí)用相結(jié)合原則

系統(tǒng)采用分布式多層架構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，保持技術(shù)領(lǐng)先，適合發(fā)展需要；以切實(shí)服務(wù)于配電、用電管理和客戶服務(wù)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)需求為基準(zhǔn)，有機(jī)結(jié)合配電臺區(qū)、配電線路、用戶需求側(cè)和調(diào)度自動化等具體業(yè)務(wù)功能的要求。

4 體系架構(gòu)

農(nóng)網(wǎng)智能配電臺區(qū)一體化解決方案主要由現(xiàn)場設(shè)備和監(jiān)測終端、通信專用網(wǎng)絡(luò)和農(nóng)網(wǎng)智能化低壓配電管理系統(tǒng)三個部分組成。從體系架構(gòu)上講，農(nóng)網(wǎng)智能配電臺區(qū)一體化解決方案采用分層分布式系統(tǒng)架構(gòu)，方便用戶的管理和維護(hù)工作，自下而上，系統(tǒng)體系架構(gòu)共分為三層：臺區(qū)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和主站系統(tǒng)層。

1）臺區(qū)設(shè)備層

圖1 體系構(gòu)架圖

臺區(qū)設(shè)備層主要涉及配電臺區(qū)監(jiān)測終端和智能 低壓配電箱。智能低壓配電箱完成對臺區(qū)所有設(shè)備運(yùn)行工況、數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)采集、存儲和傳輸。配電臺區(qū)監(jiān)測終端用于接收多個智能儀表或裝置的數(shù)據(jù)匯總通過光纖通信網(wǎng)或者無線公網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髡鞠到y(tǒng)層。

2）網(wǎng)絡(luò)通信層

網(wǎng)絡(luò)通信層是指完成臺區(qū)設(shè)備層與主站系統(tǒng)層通信所涉及的通信專用網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)或是光纖通信網(wǎng)或是無線公網(wǎng)。

3）主站系統(tǒng)層

主站系統(tǒng)層是農(nóng)網(wǎng)智能配電臺區(qū)一體化解決方案的最高管理層，即農(nóng)網(wǎng)智能低壓配電管理主站系統(tǒng)，它通過數(shù)字配電設(shè)備將臺區(qū)的配電信息和用戶側(cè)用電信息等進(jìn)行采集、監(jiān)控和分析，使低壓臺區(qū)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。該系統(tǒng)包括硬件平臺和軟件管理終端組成，硬件配置了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB 服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器和前置服務(wù)器等。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB 服務(wù)器等均采用高性能計(jì)算機(jī)，軟件管理終端采用專業(yè)的后臺監(jiān)控組態(tài)軟件。

5 設(shè)計(jì)方案

5.1 臺區(qū)監(jiān)測終端設(shè)計(jì)

在農(nóng)網(wǎng)智能配電臺區(qū)一體化解決方案的建設(shè)中，配電臺區(qū)監(jiān)測終端作為臺區(qū)設(shè)備層的主要設(shè)備，主要用于實(shí)現(xiàn)一體化解決方案的通信功能，對設(shè)備層采集的數(shù)據(jù)在設(shè)備層與主站系統(tǒng)層之間進(jìn)行管理和雙向傳輸，主要有無線GPRS 通信和有線RS-485通信。其中有線通信為低壓開關(guān)、計(jì)量裝置等與監(jiān)測終端的RS-485 通信，無線GPRS 通信為主站系統(tǒng)與配電臺區(qū)監(jiān)測終端間的GPRS 通信。

5.2 智能低壓配電箱設(shè)計(jì)

智能低壓配電箱在設(shè)計(jì)上按照電氣接線要求將低壓開關(guān)設(shè)備、計(jì)量和測量裝置、智能配變終端、保護(hù)電器和輔助設(shè)備組裝在封閉箱體中，是集計(jì)量、測量、控制、保護(hù)、無功補(bǔ)償和濾波等多功能于一體的集成型設(shè)備。

5.3 主站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

農(nóng)網(wǎng)智能低壓配電管理主站系統(tǒng)為整個系統(tǒng)的控制管理中心，通過GPRS 通道或有線網(wǎng)控制設(shè)備層的設(shè)備，包括安裝在智能臺區(qū)的終端裝置，采集和傳輸臺區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各種控制功能。主站后臺組態(tài)軟件把臺區(qū)分析與管理系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)集成為一個體系結(jié)構(gòu)優(yōu)、平臺統(tǒng)一、信息共享、高效靈活的信息管理系統(tǒng)。

1）系統(tǒng)架構(gòu)

農(nóng)網(wǎng)智能低壓配電管理主站系統(tǒng)采用分層分布式系統(tǒng)架構(gòu)，自下而上，系統(tǒng)架構(gòu)共分為五層：底層硬件層、操作系統(tǒng)層、集成總線層、數(shù)據(jù)總線層、公共服務(wù)層和應(yīng)用層。其中集成總線層、數(shù)據(jù)總線層、公共服務(wù)層共同構(gòu)成農(nóng)網(wǎng)智能低壓配電管理主站系統(tǒng)支撐平臺，該支撐平臺是整個主站系統(tǒng)的核心，為各應(yīng)用子系統(tǒng)提供統(tǒng)一的系統(tǒng)運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)訪問、模塊間通信、圖形界面、權(quán)限管理、告警處理等公共服務(wù)，使各應(yīng)用只需專注于各自業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)。主站系統(tǒng)的體系架構(gòu)如圖所示：

圖2 系統(tǒng)構(gòu)架圖

2）系統(tǒng)功能

（1）配電臺區(qū)管理功能

配電臺區(qū)管理是對配電變壓器（含公變、專變）信息進(jìn)行采集、處理和實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)信息監(jiān)測、集中抄表、電能質(zhì)量監(jiān)控、漏電保護(hù)監(jiān)測管理、低壓線損分析、臺區(qū)異常運(yùn)行報(bào)警、配變環(huán)境監(jiān)測、臺區(qū)信息互動等功能。

臺區(qū)信息監(jiān)測：對臺區(qū)的模擬量（臺區(qū)電壓、電流、有功無功功率等）、數(shù)字量（臺區(qū)總電能示值、總電能量等）、狀態(tài)量（開關(guān)狀態(tài)、配電監(jiān)測終端工況信息等）和環(huán)境信息（溫濕度變壓器油溫等）進(jìn)行監(jiān)測，管理并保存上述監(jiān)測采集的數(shù)據(jù)，提供時(shí)間區(qū)間、數(shù)據(jù)類型等方式的查詢。

電能質(zhì)量監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)測配電變壓器臺區(qū)變壓器的頻率情況、線路電壓狀況、諧波電流電壓情況、三相不平衡度、監(jiān)測終端運(yùn)行狀況、漏電保護(hù)器運(yùn)行狀況、無功補(bǔ)償投切狀況，并以圖形方式實(shí)時(shí)顯示選擇監(jiān)測的臺區(qū)各項(xiàng)情況。

臺區(qū)異常報(bào)警：對臺區(qū)的電流越限、電壓越限、功率因數(shù)越限、臺區(qū)失壓防盜、臺區(qū)缺相等異常情況進(jìn)行報(bào)警提示，并針對這些報(bào)警情況進(jìn)行相應(yīng)控制操作，控制參數(shù)及控制命令下發(fā)、開關(guān)動作應(yīng)有操作記錄。

臺區(qū)智能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理：根據(jù)業(yè)務(wù)需要提供面向變壓器的控制方式，管理并設(shè)置控制策略，并通過向終端下發(fā)投入和切除控制命令，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)的智能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，控制參數(shù)及控制命令下發(fā)、開關(guān)動作應(yīng)有操作記錄。

配變監(jiān)測分析：根據(jù)智能終端采集系統(tǒng)采集來的配變監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行電壓合格率統(tǒng)計(jì)分析、日負(fù)荷曲線統(tǒng)計(jì)分析、配變監(jiān)測信息日統(tǒng)計(jì)、配變監(jiān)測信息月統(tǒng)計(jì)和配變功率因數(shù)統(tǒng)計(jì)，并可用圖形（曲線、棒圖、餅圖等）展現(xiàn)并可輸出報(bào)表。

（2）配電線路管理功能

配電線路管理是對配電線路、開關(guān)、刀閘等進(jìn)行信息采集、處理和實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對各設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)、歷史趨勢分析分析、故障診斷、優(yōu)化運(yùn)行、線損分析、供電可靠性統(tǒng)計(jì)、模擬調(diào)度仿真等功能。

開關(guān)信息監(jiān)測：對配電線路開關(guān)進(jìn)行臺帳管理和監(jiān)測，管理并保存智能控制終端的模擬量數(shù)據(jù)，提供時(shí)間區(qū)間、數(shù)據(jù)類型等方式的查詢。主要數(shù)據(jù)包括：柱上開關(guān)分/合閘狀態(tài)、開關(guān)電壓電流、線路有功功率、開關(guān)事故/非事故動作次數(shù)統(tǒng)計(jì)等。

故障隔離與恢復(fù)：對配電線路開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，在線路發(fā)生故障時(shí)，采用先進(jìn)算法快速故障定位，向相關(guān)測控終端發(fā)送開關(guān)分/合信息，隔離故障。故障排除后，遙控相關(guān)測控終端恢復(fù)線路運(yùn)行。

優(yōu)化運(yùn)行：根據(jù)業(yè)務(wù)需要提供面向線路分段開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)的控制方式，管理并設(shè)置控制策略，并通過向終端下發(fā)投入和切除控制命令，實(shí)現(xiàn)配電線路的智能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，控制參數(shù)及控制命令下發(fā)、開關(guān)動作有操作記錄。

供電可靠性統(tǒng)計(jì)：記錄各線路、開關(guān)發(fā)生故障、停電的時(shí)刻及時(shí)間段，進(jìn)行線路、開關(guān)供電可靠性分析。

網(wǎng)損分析及防竊電：通過對分界開關(guān)測控終端采集的線路分支功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，與線路各關(guān)口表計(jì)數(shù)進(jìn)行比照，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)較大缺口并立刻報(bào)警，同時(shí)供電管理部門可根據(jù)報(bào)警信息對相應(yīng)的分支線路進(jìn)行巡查，及時(shí)制止竊電行為，從而減少損失、降低危害。

（3）用電側(cè)需求管理功能

用戶負(fù)荷管理：主要包括預(yù)付費(fèi)控制即根據(jù)用戶的繳費(fèi)信息和定時(shí)采集的用戶電能表數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)付費(fèi)控制管理、重點(diǎn)用戶的用電情況跟蹤查詢分析、功率定值和電量定值和費(fèi)率定值三個定值控制以及主站的遠(yuǎn)方遙控功能。

有序用電管理：主要包括負(fù)荷預(yù)測分析功能即分析地區(qū)和行業(yè)等歷史負(fù)荷和電能量數(shù)據(jù)從而找出負(fù)荷變化規(guī)律來為負(fù)荷預(yù)測提供支持，以及負(fù)荷有序控制功能即根據(jù)有序用電方案管理或安全生產(chǎn)管理要求編制限電控制方案，對電力用戶的用電負(fù)荷進(jìn)行有序控制并可對重要用戶采取保電措施。

用能情況分析：主要包括電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、線損和變損分析、供電可靠性分析、異常用電分析和節(jié)能分析功能等。

（4）調(diào)度自動化功能

系統(tǒng)通過對配電網(wǎng)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析，實(shí)現(xiàn)對全網(wǎng)配電過程的優(yōu)化控制和全網(wǎng)負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度，達(dá)到整個配電網(wǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行在最佳工況及最小線損的目的。同時(shí)具有全配電網(wǎng)完整的生產(chǎn)過程歷史/實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，可作為供電公司信息化網(wǎng)絡(luò)的可靠生產(chǎn)信息資源；提供運(yùn)行設(shè)備的空間、狀態(tài)等管理信息。

主要調(diào)度自動化功能包括：智能操作票，變電站監(jiān)控功能、電網(wǎng)分析功能、饋線自動化功能、調(diào)度管理功能、配網(wǎng)管理功能和人機(jī)交互功能等。

6 結(jié)論

農(nóng)網(wǎng)智能配電臺區(qū)一體化解決方案配備配電臺區(qū)設(shè)備，從中低壓配電網(wǎng)承接部開始，綜合配電變壓器、低壓配電網(wǎng)、大用戶和低壓居民用電的各種實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，為供電企業(yè)提供了快速、真實(shí)、精確地了解各個供電區(qū)域和各種電力用戶實(shí)際的供電情況、電能質(zhì)量、負(fù)荷情況、電量、無功功率等信息的平臺。農(nóng)網(wǎng)智能配電臺區(qū)一體化解決方案的實(shí)施與建設(shè)有效地保證了臺區(qū)安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低了臺區(qū)低壓線損，同時(shí)使配電臺區(qū)為農(nóng)村低壓電網(wǎng)智能化、管理科學(xué)化、資源節(jié)約化起到至關(guān)重要的作用。