陳觀壽

（廣東順暢科技有限公司，廣東 江門 529000）

配電智能網(wǎng)關(guān)是一種具備快速接入、運維便捷以及本地智能特點的融合網(wǎng)關(guān)，從數(shù)據(jù)采集源頭解決多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合問題，基于融合后的多源數(shù)據(jù)實現(xiàn)更精確的狀態(tài)監(jiān)測、 更高效的智能運維管控，從而實現(xiàn)配電房的自動巡檢與預測性檢修功能，減少人工運維成本， 提升供電質(zhì)量、用電客戶滿意度以及配網(wǎng)精益化管理水平。

1 智能網(wǎng)關(guān)的特點與基本技術(shù)

智能網(wǎng)關(guān)架構(gòu)的基本組成如圖1所示。核心硬件層主控制器采用32位或64位RISC CPU的基于ARM系列的處理器，該處理器具有低功耗、高運算能力、高集成度、支持睡眠模式以及主動省電模式等特點。該處理器具有多個處理核心且片內(nèi)集成高速緩存（I/D）/MMU、多級流水線（VFP）、DDR內(nèi)存控制器、高速USB控制器/PCIE控制器、高速千兆網(wǎng)卡控制器以及485/232串口控制器等硬件邏輯控制器。軟件平臺層主要包括Linux操作系統(tǒng)、容器引擎等。

智能網(wǎng)關(guān)中智能應用處理器內(nèi)部集成了豐富的外圍接口（包括RS232、RS485、RJ45以及DI/DO），智能網(wǎng)關(guān)內(nèi)置的智能協(xié)議棧，通過調(diào)用相應的硬件驅(qū)動接口獲取與外界相連的各類傳感器，通過協(xié)議棧來對接外部傳感器的通信協(xié)議，以獲取傳感器的設備信息（包括傳感器設備的名稱、設備類型以及傳感器數(shù)據(jù)等信息），應用服務程序?qū)耐饨绔@取的物聯(lián)網(wǎng)設備信息進行統(tǒng)一化管理、存儲，并以標準的MQTT協(xié)議來與外部進行通信，通過內(nèi)置硬件安全加密引擎實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的安全傳輸和安全智能化管理[1]。

2 網(wǎng)供電系統(tǒng)中智能網(wǎng)關(guān)的應用實踐

利用智能網(wǎng)關(guān)強大的硬件資源實現(xiàn)可靠性評估計算與策略優(yōu)選算法等邊緣智能計算高級功能。主要包括低壓臺區(qū)拓撲識別、線損管理、停電故障精準定位、三相不平衡以及臺區(qū)重過載等。

2.1 智能網(wǎng)關(guān)在低壓臺區(qū)拓撲識別優(yōu)選算法的應用研究

該方案利用智能網(wǎng)關(guān)強大的硬件資源，通過策略優(yōu)選算法等邊緣智能計算方法實現(xiàn)低壓拓撲識別。利用通信技術(shù)特性、實時強耦合電氣通信特性構(gòu)造100%準確低壓電氣拓撲，并且自動實時更新。

軟件程序預先設置好閉合開關(guān)的順序以及記錄好所有開關(guān)的ID，所有拓撲開關(guān)節(jié)點均安裝在電源側(cè)，且所有開關(guān)處于斷開狀態(tài)。

按預設順序進行合閘操作。智能網(wǎng)關(guān)收到由集中器轉(zhuǎn)發(fā)的臺區(qū)的所有電表復電信息。根據(jù)復電信息查詢電表的上電時間。

根據(jù)上電時間區(qū)分變戶關(guān)系。戶變關(guān)系策略優(yōu)選算法是在載波模塊上電后，模塊內(nèi)的計數(shù)器開始運行（直至下次斷電再重置，中間重啟計數(shù)不停止）。以智能網(wǎng)關(guān)的時間為基準，網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一下發(fā)廣播指令，并凍結(jié)當前計數(shù)值，查詢每個載波模塊計數(shù)器的當前計數(shù)值，模塊上電時間等于智能網(wǎng)關(guān)當前時間減去模塊計數(shù)器計數(shù)時間，模塊上電時間即是電表復電時間，電表與網(wǎng)關(guān)之間的通信傳輸時間可忽略不計。智能網(wǎng)關(guān)程序設計流程如圖2所示。

圖2 程序設計流程圖

2.2 智能網(wǎng)關(guān)在線損計算方面的應用研究

在計算臺區(qū)同期線損的過程中，供售電能量使用的同一時刻電能量的計算方法是目前電網(wǎng)企業(yè)廣泛采用的線損計算方法。利用數(shù)據(jù)分析等智能手段，加強線損管理，切實提升企業(yè)的經(jīng)濟效益。在智能網(wǎng)關(guān)中主要算法如公式（1）～公式（4）所示。

2.3 智能網(wǎng)關(guān)在停電故障精準定位算法中的應用研究

2.3.1 臺區(qū)停電告警

臺區(qū)停電告警能通過智能網(wǎng)關(guān)自行研判臺區(qū)停電，時間小于3 min，只需要主動上報臺區(qū)停電告警，不需要上報分支和電表停電告警，具體步驟如下：1）實時監(jiān)測臺區(qū)電壓。2） 當電壓低于額定電壓的60%時，網(wǎng)關(guān)即可產(chǎn)生臺區(qū)停電上報事件，并記錄停電時間。3） 臺區(qū)復電后，網(wǎng)關(guān)通過透傳下行表計的上電記錄對表計的上電時間和網(wǎng)關(guān)記錄的停上電記錄進行研判，誤差小于5 min，將其標記為有效的上電記錄，并上報主站。

2.3.2 分支停電告警

分支停電告警能通過智能網(wǎng)關(guān)自行研判某分支停電，時間小于3 min，只需要主動上報某分支停電告警，不需要上報分支后電表的停電告警，具體步驟如下：1）分支發(fā)生停電后，故指載波模塊上報停電事件。2） 網(wǎng)關(guān)接收到故指停電事件上報后對該分支電表節(jié)點進行透傳采集電壓，采集失敗或者采集電壓低于額定電壓的60%時，則產(chǎn)生分支停電上報事件，同時過濾分支下表計停電信息且不上報該信息。3）分支發(fā)生復電后，故指、表計載波模塊上報復電事件；網(wǎng)關(guān)接收到故指/表計復電事件上報后對該分支電表節(jié)點進行透傳采集電壓，采集成功或者采集電壓高于額定電壓的60%時，則產(chǎn)生分支復電上報事件，同時過濾分支下表計復電信息且不上報該信息。

2.3.3 電表停/復電告警

電表停/復電告警能實現(xiàn)停電告警主動上送，時間小于1.5 min，具體步驟如下：1）電表停電后，載波模塊上報停電事件。2）網(wǎng)關(guān)接收到停電事件上報后存儲相關(guān)信息，并上報主站。3）電表發(fā)生復電后，載波模塊上報復電事件，網(wǎng)關(guān)接收到復電事件上報后存儲相關(guān)信息并上報主站。

2.4 智能網(wǎng)關(guān)在三相不平衡監(jiān)測方面算法的應用研究

臺區(qū)電流三相不平衡，通過智能網(wǎng)關(guān)RS232/485接口直接讀取智能配變終端數(shù)據(jù)。

2.4.1 日三相不平衡臺區(qū)

Yyn0接線的配變每T min斷面值的三相不平衡度在15%以上，Dyn11接線的配變每T min斷面值的三相不平衡度在25%以上，當日出現(xiàn)次數(shù)不小于4次（1 h）時，則判斷該配變當日三相負荷不平衡（例如臺賬無法區(qū)分Yyn0接線和Dyn11接線，則都按15%來判斷）如公式（5）所示。

2.4.2 月平均三相不平衡臺區(qū)定義

1個自然月內(nèi)累計出現(xiàn)5 d及以上三相不平衡且該配變月平均負載率在20%以上。

求解月平均三相不平衡度，即對當月的日平均三相不平衡度求均值，如公式（6）所示。

2.4.3 年平均三相不平衡臺區(qū)

求解年平均三相不平衡度，即對當年的月平均三相不平衡度求均值，如公式（7）所示。

分支電流三相不平衡度如公式（8）所示。

2.4.4 三相不平衡換相

如圖3所示，假設所在臺區(qū)具備換相功能的智能開關(guān)。在DM5Z智能開關(guān)下的A相、B相和C相分別安裝不同功率的用電設備，DZ3智能換相開關(guān)下裝有一定功率的負荷，DN-600多功能智能邊緣計算網(wǎng)關(guān)通過485讀取DM5Z提供的三相電流量信息，判別DM5Z智能開關(guān)下的負荷不平衡狀況以及最小矢量的相別，形成三相不平衡矢量信息圖（電流的幅值和相位），同時對最佳負載匹配進行計算，即對DM5Z智能開關(guān)所帶的DZ3智能換相開關(guān)進行換相負荷平衡調(diào)節(jié)，實現(xiàn)三相平衡，并呈現(xiàn)相關(guān)結(jié)果[2]。邊緣計算網(wǎng)關(guān)根據(jù)DM5Z提供的三相電流量信息計算最佳換相方案并給DZ3智能換相開關(guān)下發(fā)換相指令，自動調(diào)節(jié)負載供電相位，達到三相負荷平衡。同時，網(wǎng)關(guān)記錄換相事件，將其保存在告警信息列表中以供查詢。

圖3 臺區(qū)換相測試架構(gòu)圖

2.5 智能網(wǎng)關(guān)在臺區(qū)重過載方面算法分析的應用研究

配變重過載主要是由配變?nèi)萘啃?、負荷發(fā)展迅速而引起的。負載率如公式（9）所示。

通過有功和無功功率計算，負載率如公式（10）所示。

2.5.1 臺區(qū)重載（直接讀取配變終端遙測數(shù)據(jù)，遙測信息持續(xù)1 h輸出告警信息（遙信））

日重載判斷規(guī)則如下：配變每T min斷面值的負載率不小于80%，干變當日出現(xiàn)次數(shù)不小于4次（1 h）、油變出現(xiàn)次數(shù)不小于8次（2 h）且不滿足過載的判斷條件。

月重載判斷規(guī)則如下：如果1個自然月內(nèi)重載天數(shù)加過載天數(shù)等于10 d及以上且當月不屬于過載或長時間過載，就可以判定該配電變壓器當月重載。

2.5.2 臺區(qū)過載（直接讀取配變終端遙測數(shù)據(jù)，遙測信息持續(xù)1 h輸出告警信息（遙信））

日過載判斷規(guī)則如下：配變每T min斷面值的負載率在 100%以上，干變當日出現(xiàn)次數(shù)不小于4次（1 h），油變出現(xiàn)次數(shù)不小于8次（2 h），就可以判斷該配變當日過載。

月過載判斷規(guī)則如下：如果1個自然月內(nèi)累計出現(xiàn)10 d及以上且小于20 d過載，就可以判定該配電變壓器當月過載，如果1個自然月內(nèi)累計出現(xiàn)20 d及以上過載，就可以判定該配電變壓器當月長時間過載[3]。

3 智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)優(yōu)化思考

新型的智能網(wǎng)關(guān)采用硬件平臺化、軟件容器化的技術(shù)架構(gòu)，基于邊緣計算、云計算等先進技術(shù)，支持就地數(shù)據(jù)存儲與決策分析，可實現(xiàn)配電網(wǎng)的智能管理，具備可靠性、經(jīng)濟性、擴展性、通用性以及智能化等特性。利用這類新型智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)可以達成在配網(wǎng)供電多異構(gòu)終端快速接入的目標，從而提升配網(wǎng)供電的可靠性。新型智能網(wǎng)關(guān)應與下一代智能電表、集中器相結(jié)合，兼容各類外設智能電子設備的通信規(guī)約，利用硬件資源優(yōu)勢滿足電力行業(yè)實時業(yè)務、低時延、數(shù)字化以及安全加密等需求，且智能網(wǎng)關(guān)硬件功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、使用成本低以及維護少，能夠有效提升配電網(wǎng)智能化水平及效率。

4 結(jié)語

通過拓展智能網(wǎng)關(guān)高級算法應用，緊密結(jié)合低壓建設、運維痛點和盲點，選取低壓電氣拓撲自動更新功能作為突破點，利用新一代低壓寬帶載波技術(shù)、近距離無線定位集群技術(shù)特性，通過構(gòu)造智能低壓載波通信物理網(wǎng)絡將智能開關(guān)電氣狀態(tài)監(jiān)測量同步推送至調(diào)度低壓可視化平臺，同時整合計量自動化系統(tǒng)、營銷管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)低壓電氣拓撲自動更新、低壓定值自動下發(fā)、低壓故障自動隔離以及班組遠程監(jiān)控等功能，切實解決低壓運維效率低、人手不足問題。同時，也為未來低壓資產(chǎn)智能電子化移交提供技術(shù)解決思路。