摘? 要：未來以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)大背景下，能源互聯(lián)網(wǎng)建設逐步推進，配電網(wǎng)市場化改革日益深入。我國能源體系，尤其是配電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結構和運行特點發(fā)生著顯著的變化。本文對配電物聯(lián)網(wǎng)的新技術進行研究，并提出促進配電物聯(lián)網(wǎng)智慧臺區(qū)建設發(fā)展的策略。

關鍵詞：新型電力系統(tǒng);配電物聯(lián)網(wǎng);能源互聯(lián)網(wǎng);優(yōu)化調度;源荷協(xié)同

為適應新型電力系統(tǒng)的建設，電網(wǎng)系統(tǒng)各領域必然要通過裝備技術和體制機制創(chuàng)新，其中配電網(wǎng)領域又是極為關鍵且能快速見效的重要組成。在配電階段推動多種能源方式互聯(lián)互濟、源網(wǎng)荷儲深度融合，各環(huán)節(jié)協(xié)調互動，最終將實現(xiàn)清潔低碳、安全可控、智慧靈活、經濟高效等目標。

在電力配電網(wǎng)建設中，研究基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、移動4G/5G等新興技術的智能配電物聯(lián)網(wǎng)技術;以及為了應對分布式電源、微網(wǎng)、儲能裝置等電網(wǎng)新興元素的靈活消納與協(xié)同調控[2]而出現(xiàn)的主動配電網(wǎng)技術，賦予了配電網(wǎng)設備靈敏、準確的感知能力及設備間互聯(lián)、互通、互操作功能，構建基于軟件定義的高度靈活和分布式智能協(xié)作的配電網(wǎng)絡體系，實現(xiàn)對配電網(wǎng)的全面感知、實時傳輸、高效處理和智能應用。

1配電物聯(lián)網(wǎng)介紹

1.1配電物聯(lián)網(wǎng)建設現(xiàn)狀

配電物聯(lián)網(wǎng)是傳統(tǒng)工業(yè)技術與以物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息通信技術深度融合而產生的一種新型電力網(wǎng)絡運行形態(tài)。在配電物聯(lián)網(wǎng)概念提出前，國網(wǎng)公司為適應配電網(wǎng)的建設需要，相繼推出了《配電自動化主站系統(tǒng)功能》、《配變終端/子站功能規(guī)范》、《配電自動化遠方終端標準》等一系列技術標準，同時在多個城市開展了較大范圍的城市配電自動化試點工程，并取得了許多成果，為智能配電網(wǎng)建設提供了大量的技術支撐和理論依據(jù)。

“國網(wǎng)芯”是電力物聯(lián)網(wǎng)建設的重要組成部分，國家電網(wǎng)圍繞電力核心芯片應用，大力推動安全芯片、主控芯片等核心產品研發(fā)，在加強邊緣計算、區(qū)塊鏈、人工智能、容器隔離、微服務、能源路由器等技術落地的同時，大力推廣基于“國網(wǎng)芯”的智能配變終端以及低壓配電物聯(lián)網(wǎng)方案，助力電力物聯(lián)網(wǎng)的建設。鑒于配電臺區(qū)是營銷和生產專業(yè)的數(shù)據(jù)源，營銷領域和配電領域雙方基于各自業(yè)務需求在臺區(qū)側分別安裝了集中器和配變終端，帶來了數(shù)據(jù)不共享、功能重復等問題，并增加了運維工作量，隨之基于容器技術的營配融合終端得到廣泛應用。新型用配融合終端為用電信息采集、設備運行狀態(tài)監(jiān)測、智能控制與通信等功能于一體的低壓配電二次設備，滿足臺區(qū)基礎運行信息監(jiān)測分析、電能質量監(jiān)控、臺區(qū)需求側管理、低壓配網(wǎng)運維管控、信息模型標準化、多主站終端協(xié)同控制、信息安全和運維等要求。智能配電臺區(qū)以新型用配融合終端為核心網(wǎng)關設備，配套智能低壓設備，為支撐低壓配電的新業(yè)務起到了關鍵作用。

1.2配電物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新業(yè)態(tài)

配電網(wǎng)從“無源”網(wǎng)變?yōu)椤坝性础本W(wǎng)。在分布式光伏整縣推進和風電下鄉(xiāng)的背景下，具有隨機性、波動性、間歇性等特點的分布式電源大量接入配電網(wǎng)，節(jié)點電壓、線路潮流、可靠性等都不同程度的受到影響。為提高配電網(wǎng)對分布式電源的承載力，增容或新建配電變壓器刻不容緩，用戶側儲能以及微電網(wǎng)將有效促進分布式電源就地消納，調容調壓變壓器等新型電力電子設備也可緩解配電網(wǎng)電壓波動、功率平衡等問題。

柔性負荷與配網(wǎng)互動加深。用電負荷快速增長加大配網(wǎng)投資和供電壓力，因此充分利用和挖掘電動汽車、智能家居等柔性負荷資源的調控能力為重點方向。以電動汽車充電負荷為例，智能化的充電設施和協(xié)調有序的車網(wǎng)互動平臺有助于緩解高峰負荷壓力，長期來看，能量互動的V2G模式將發(fā)揮電動汽車作為分布式儲能資源的優(yōu)勢。此外，交直流混合配電網(wǎng)、能源路由器也有望為多元負荷創(chuàng)造更加靈活、便捷的接入條件。主動配電網(wǎng)技術運用，實現(xiàn)分布式電源與多元化負荷的主動控制、主動管理。

配網(wǎng)運維與客戶服務要求提升。為滿足分布式新能源靈活消納與智能控制的目標，對當前配電網(wǎng)的全局態(tài)勢感知、統(tǒng)一優(yōu)化決策和源網(wǎng)荷儲互動能力提出了新需求，相關的并網(wǎng)服務、交易結算、運維調控等管理模式也有待優(yōu)化。

1.3配變物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構

以物聯(lián)網(wǎng)與配電網(wǎng)深度融合為目標，提出配電物聯(lián)網(wǎng)“云-管-邊-端”總體架構和整體解決方案，實現(xiàn)配電網(wǎng)全面感知、數(shù)據(jù)融合與智能應用，助力配電網(wǎng)建設、運維、管理與服務變革，引領配電網(wǎng)轉型。

其中，云：物聯(lián)網(wǎng)平臺（云化主站），實現(xiàn)與配電自動化DMS主站和虛擬電廠的業(yè)務交互。對臺區(qū)內光伏、儲能、可控負荷及充電樁的工況進行展示和監(jiān)測，并分配臺區(qū)的負荷邊界。

管：配電物聯(lián)網(wǎng)云、端、邊的數(shù)據(jù)傳輸通道。

邊：邊緣計算網(wǎng)關設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和展示，完成數(shù)據(jù)監(jiān)控和分析;負責控制策略，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲協(xié)同優(yōu)化管控[1];上傳配自主站或虛擬電廠。

端：感知層終端，是安裝在配電網(wǎng)系統(tǒng)中的各類遠方監(jiān)測、控制單元的總稱，為配電網(wǎng)運行和設備狀態(tài)信息提供實時數(shù)據(jù)，可完成遙測、遙信、遙控等功能。根據(jù)設備裝設位置的不同，主要可劃分為FTU（饋線終端）、DTU（開閉所終端）和TTU（配變終端）、RTU（遠程終端單元）等。充電樁、光伏逆變器、儲能系統(tǒng)、柔性負荷等都屬于端設備。

2.配電物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術

2.1微應用APP技術

微應用技術打破原有的單體式架構，將客戶業(yè)務需求分接為多個相互獨立的、可以相連接的微應用APP。每個微應用APP完成特定的功能。

配電物管平臺通過微應用的架構技術，將原有業(yè)務系統(tǒng)中的功能模塊解耦，形成高內聚、低耦合的微應用，提升了每個服務板塊的獨立維護能力和系統(tǒng)容錯能力，同時也使每個APP能獨立部署安裝，易于開發(fā)。

邊緣計算網(wǎng)關設備對下連接著數(shù)據(jù)源、終端源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、管控和分析;對上連接著物管平臺或配電主站，需要實時交換關鍵運行數(shù)據(jù)。利用Linux操作系統(tǒng)、分布式邊緣計算技術架構、多容器等關鍵技術，將實現(xiàn)的功能進行軟件APP化。需要采樣統(tǒng)一架構設計、接口規(guī)范及管理，適用于統(tǒng)一的操作系統(tǒng)環(huán)境，系統(tǒng)部署包含多種協(xié)議的協(xié)議庫及數(shù)據(jù)中心，為APP提供統(tǒng)一接入平臺，解決協(xié)議使用不統(tǒng)一及業(yè)務數(shù)據(jù)不共享等問題。

操作系統(tǒng)層和應用層，操作系統(tǒng)層包括操作系統(tǒng)內核、硬件驅動框架、啟動程序、系統(tǒng)接口、硬件抽象層和系統(tǒng)組件，操作系統(tǒng)通過系統(tǒng)接口為APP提供系統(tǒng)調用接口，通過硬件抽象層提供硬件設備訪問接口，系統(tǒng)組件與應用層通過消息總線通信;應用層包括基礎APP和業(yè)務APP以及相應的容器，APP之間通過消息總線進行數(shù)據(jù)交互。

2.2微電網(wǎng)自我調節(jié)技術

微電網(wǎng)電壓等級一般在35kV以下，系統(tǒng)容量原則上不大于20MW。通過微網(wǎng)并網(wǎng)接口裝置和并網(wǎng)斷路器與公共配電網(wǎng)互聯(lián)。與外部電網(wǎng)的年交換電量，一般不超過年用電量的50%。

微電網(wǎng)自我調節(jié)技術，需滿足與外部電網(wǎng)的交換功率和交換時段具有可控性，可與并入電網(wǎng)實現(xiàn)備用、調峰、需求側響應等雙向服務。能夠保障負荷用電與電氣設備獨立運行，具備電力供需自我平衡運行和啟動能力。當配電網(wǎng)出現(xiàn)任何擾動，微電網(wǎng)可以孤島運行，保障重要負荷連續(xù)供電。微電網(wǎng)自我調節(jié)技術的運用，能提高電網(wǎng)接納分布式電源的能力。

2.3分布式新能源就地消納技術

通過配建或購買調峰與儲能設備，促進就地消納，平抑電網(wǎng)波動。通常采用調容調壓配變或動態(tài)無功補償、換相開關、同步相量測量裝置等設備，結合邊緣計算網(wǎng)關的處理分析能力，來提升配電網(wǎng)電壓調節(jié)能力、平衡功率、抵消分布式光伏諧波、提升動態(tài)監(jiān)測及快速協(xié)調控制能力。

邊緣計算網(wǎng)關設備實時監(jiān)測電網(wǎng)運行狀態(tài)，自適應調整運行容量和電壓輸出，有效解決變壓器容量最大空載損耗高、容量小過程風險高的問題，同時提升電壓質量，并具有配電監(jiān)測與“四遙”功能。當電網(wǎng)正常時，負載的供電由開關完成。當發(fā)生電壓暫降或升高問題時，控制配電網(wǎng)同步向量測量裝（DRV）在2毫秒內產生補償電壓，使負載電壓保持穩(wěn)定。

3配電物聯(lián)網(wǎng)智慧臺區(qū)場景建設

3.1總體方案

基于“云、管、邊、端”的配電物聯(lián)網(wǎng)技術架構來開展配電室中低壓物聯(lián)網(wǎng)化智能改造[3]。部署一二次融合智能斷路器、感知終端、智能電容、環(huán)境監(jiān)測等物聯(lián)網(wǎng)端設備實現(xiàn)臺區(qū)運行狀態(tài)全感知;部署物聯(lián)網(wǎng)站所終端與臺區(qū)智能融合終端作為邊緣計算節(jié)點實現(xiàn)站端信息匯聚與本地智能決策，并經無線通信接入云主站系統(tǒng)。實現(xiàn)中低壓全景感知、故障就地快速研判、電能質量優(yōu)化提升、臺區(qū)營配融合貫通、臺區(qū)線損精益管控、低壓精準運維支撐等功能，并結合供電服務指揮平臺與搶修站，實現(xiàn)故障快速搶修與供電快速恢復。

3.2實現(xiàn)業(yè)務功能

融合終端通過配電主站通訊APP實現(xiàn)與配電主站通訊，通過營配交互APP實現(xiàn)融合終端與營銷主站的通信。另外安裝如智能開關APP、低壓拓撲應用APP、分路分段線損計算APP、三相不平衡監(jiān)測與治理APP、低壓故障就地研判APP、可開放式容量監(jiān)測APP、站房環(huán)境監(jiān)測APP、分布式電源靈活消納和智能運行控制APP等，可實現(xiàn)與低壓智能開關通信連接、臺區(qū)拓撲識別、線損計算、故障研判、低壓可靠性分析、可開放容量分析及分布式電源控制和電動汽車有序充電等功能。

（1）設備運行狀態(tài)監(jiān)測

智能融合終端通過與臺區(qū)內智能物聯(lián)斷路器、用戶電表、智能電容器、智能站房、巡檢機器人、光伏逆變器、充電樁等設備進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)低壓配電臺區(qū)全景狀態(tài)感知，實現(xiàn)配電室及表箱內高低壓設備的運行狀態(tài)監(jiān)視、并提供設備狀態(tài)信息變化及異常信息告警提示。

實時采集配變低壓側總的三相電壓、電流、功率等電氣參數(shù)及刀閘位置、出線開關位置、門鎖狀態(tài)等開入狀態(tài);實現(xiàn)基本配變數(shù)據(jù)分析功能;電壓偏差、頻率偏差;臺區(qū)越限、缺相、失壓、斷電等異常告警。

（2）低壓拓撲應用

形成以低壓智能開關為節(jié)點的拓撲關系，并結合主站下發(fā)拓撲相互校核的方式，實現(xiàn)臺區(qū)拓撲關系維護，包括臺區(qū)設備資產編號、開關層級關系、從屬關系、戶變關系、戶表檔案等信息比對，為臺區(qū)形成可靠拓撲關系提供保障。

（3）低壓故障研判

基于臺區(qū)拓撲圖，結合融合終端、開關、電表停復電狀態(tài)。綜合研判臺區(qū)故障的最上游節(jié)點，如果是智能開關故障，上送開關跳閘原因（如手動，短路過流，剩余電流越限等）。

（4）電能質量監(jiān)測與分析

通過計算臺區(qū)三相不平衡度，當不平衡度偏差較大，調節(jié)出線開關相位可做到粗調;當偏差值已被調節(jié)較小時，可以調節(jié)表箱開關和戶表的相位來細調。

（5）線損分析

以臺區(qū)低壓智能開關為節(jié)點，根據(jù)拓撲關系實時監(jiān)測電壓、電流、有功、凍結電量等關鍵數(shù)據(jù)，就地分析計算，實現(xiàn)線路分時、分路、分段線損計算，有效支撐線損治理、竊電核查等工作開展。

（6）無功補償

通過終端與智能電容器/SVG通信，具備三相電壓、電流、功率因數(shù)、諧波、開關狀態(tài)等功能，實現(xiàn)無功補償調節(jié)裝置調節(jié)狀態(tài)、補償方式、功率因數(shù)、投入容量等數(shù)據(jù)實時采集。

（7）供電可靠性分析

終端根據(jù)用戶停復電時間統(tǒng)計用戶月/年/總停電時間，并計算臺區(qū)停電總時戶數(shù)和臺區(qū)供電可靠率。

（8）綜合能源接入監(jiān)測

光伏電源接入監(jiān)測：在光伏并網(wǎng)近端加裝通信采集單元，光伏并網(wǎng)處加裝電壓感知設備，并接入智能融合終端。融合終端分析運行工況、諧波、電壓、頻率等，實現(xiàn)光伏并網(wǎng)控制。

分布式電源管理：本地化監(jiān)控分布式電源接入，初期實現(xiàn)分布式電源運行數(shù)據(jù)實時本地化監(jiān)測，繼而分析分布式電源對低壓臺區(qū)供電質量、供電能力的影響并提煉影響規(guī)律，最終實現(xiàn)智能融合終端對分布式電源接入的本地化管控，降低分布式電源的人力管理成本。

4結語

針對新型電力系統(tǒng)建設的現(xiàn)狀和預期目標，本文介紹了當前配電網(wǎng)的建設現(xiàn)狀，分析了在以新能源為主體的能源前景下，配電物聯(lián)網(wǎng)建設所要面臨的的業(yè)務形勢及要解決的問題。在新興技術的不斷引進下，研究在多源數(shù)據(jù)融合與協(xié)同優(yōu)化的總體目標下，對微電網(wǎng)自我調節(jié)技術、分布式儲能能源就地靈活消納技術、柔性負荷互動調控技術和交直流混合配電網(wǎng)等關鍵技術的分析與運用。最后提出了一種智能配電臺區(qū)主動運維的典型方案，對低壓配電臺區(qū)智慧物聯(lián)網(wǎng)的應用場景進行了探討。

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[1]許志成，彭志超，楊怡等 基于邊緣計算+區(qū)塊鏈技術的源網(wǎng)荷儲系統(tǒng)架構。電力信息與通信技術，2020年第18卷第9期

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[3]陳艷，宋英華 新型配電物聯(lián)網(wǎng)后臺系統(tǒng)架構設計與關鍵技術研究 DOI： 10.19421/j.cnki.1006-6357.2020.02.007

作者簡介：

薛媛，女，維吾爾，新疆，1985.02，本科，工程師，

湖北省水利水電規(guī)劃勘測設計院430070 研究方向：電氣設計