林金偉，張 樂

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司德清縣供電公司，浙江 德清 313200)

近年來配電網(wǎng)發(fā)展取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。隨著配電網(wǎng)設(shè)備規(guī)模總量的持續(xù)增大以及供電可靠性要求的不斷提升[1-2]，配電網(wǎng)固有的“設(shè)備點(diǎn)多面廣、發(fā)展快速變化、發(fā)展不均衡不充分、量測(cè)覆蓋程度不高、設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化程度偏低”等問題被持續(xù)放大，而現(xiàn)有傳統(tǒng)的配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理模式、有限的配電網(wǎng)運(yùn)維管理資源(包括人力和物力)在這樣的配電網(wǎng)增速下降使得問題變得更加突出和嚴(yán)峻。全球范圍內(nèi)的多元化用能服務(wù)需求快速增長(zhǎng)和變化，以新能源大規(guī)模開發(fā)利用為標(biāo)志，以再電氣化為根本路徑的新一輪能源革命，正在全球范圍內(nèi)深入發(fā)展。在國(guó)家相關(guān)政策的支持下，分布式電源、分布式儲(chǔ)能、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車以及各類新型交互式用能裝備開始大規(guī)模接入配電網(wǎng)[3]，使得用戶對(duì)電力、電能的依賴程度越來越高。與此同時(shí)，電力用戶開始深度參與電網(wǎng)互動(dòng)，使得配電網(wǎng)突然面臨了巨大的“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)同發(fā)展壓力。電力市場(chǎng)改革的不斷深入使得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，降低工商業(yè)電價(jià)的政策壓力持續(xù)存在，電力市場(chǎng)改革的不斷深入使得在電力市場(chǎng)開放后[4]，電網(wǎng)企業(yè)原有的售電客戶將被售電公司部分占有，電網(wǎng)企業(yè)售電量的下降將直接導(dǎo)致利潤(rùn)的下滑。

為此，配電網(wǎng)迫切需要引入“大云物移智”等新技術(shù)和新理念[5]，全力打造一個(gè)以營(yíng)配深度融合為導(dǎo)向的智能化配電生態(tài)系統(tǒng)，從本質(zhì)上提升配電網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)維、管理水平，推動(dòng)業(yè)務(wù)模式、服務(wù)模式和管理模式不斷創(chuàng)新，從而充分應(yīng)對(duì)當(dāng)前配電網(wǎng)所面臨的諸多挑戰(zhàn)。

1 智能融合終端

智能融合終端(TTU)將“公變終端、集中器和臺(tái)區(qū)總表”這三類設(shè)備集中在一臺(tái)融合終端內(nèi)，并通過兩種向下延伸組網(wǎng)的方式(MESH組網(wǎng)與HPLC組網(wǎng))賦予配電網(wǎng)中低壓設(shè)備全域識(shí)別及設(shè)備間廣泛互聯(lián)的能力，同時(shí)可以在智能融合終端內(nèi)完成營(yíng)銷抄表數(shù)據(jù)和運(yùn)檢狀態(tài)量數(shù)據(jù)的就地化集成，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的“一收雙發(fā)”，可同時(shí)將數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡(luò)分別上傳至用戶用電信息、采集系統(tǒng)和自動(dòng)化主站系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的全面感知、數(shù)據(jù)融合、云邊端協(xié)同及智能應(yīng)用，進(jìn)而推動(dòng)配電網(wǎng)能源流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流的“三流合一”。

1.1 基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的軟、硬件設(shè)計(jì)

智能融合終端采用硬件平臺(tái)化、軟件APP化設(shè)計(jì)理念[6]，基于開放式的硬件平臺(tái)，以輕量級(jí)、高性能操作系統(tǒng)為支持，實(shí)現(xiàn)終端軟硬件的解耦，通過APP應(yīng)用軟件的方式，靈活升級(jí)擴(kuò)展終端業(yè)務(wù)功能。

1.2 強(qiáng)大的核心運(yùn)算能力

智能融合終端設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求配置工業(yè)級(jí)的單芯多核主CPU及1 G以上的存儲(chǔ)容量，具有強(qiáng)大的本地運(yùn)算能力，可充分利用云端協(xié)同、邊緣計(jì)算架構(gòu)優(yōu)勢(shì)，提升配電臺(tái)區(qū)信息處理與決策水平，有效支撐配電物聯(lián)網(wǎng)各類分布式邊緣計(jì)算業(yè)務(wù)需求。

1.3 統(tǒng)一的配用電信息模型

智能融合終端基于統(tǒng)一的配電物聯(lián)網(wǎng)信息模型體系設(shè)計(jì)，兼顧云、管、邊、端各個(gè)環(huán)節(jié)，面向現(xiàn)場(chǎng)需求，為設(shè)計(jì)、部署、安裝、運(yùn)行、維護(hù)相應(yīng)的軟件產(chǎn)品和硬件設(shè)施提供可復(fù)用、可擴(kuò)展、即插即用、靈活快速的標(biāo)準(zhǔn)支撐。配電物聯(lián)網(wǎng)信息模型表征設(shè)備對(duì)象、數(shù)據(jù)對(duì)象，用于設(shè)備管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、應(yīng)用服務(wù)。設(shè)備對(duì)象包括一次設(shè)備、二次設(shè)備、拓?fù)潢P(guān)系等，數(shù)據(jù)對(duì)象包括量測(cè)、配置參數(shù)等。為解決配電網(wǎng)設(shè)備種類多、數(shù)量大、需求多樣的問題，將信息模型抽取組合，形成交互模型。配電物聯(lián)網(wǎng)信息模型框架，是建立配電物聯(lián)網(wǎng)智能電子設(shè)備(IED)模型的基礎(chǔ)。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議體系

智能融合終端采用MQTT標(biāo)準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議體系，可提供訂閱/發(fā)布兩種消息模式，更為簡(jiǎn)約、輕量，易于使用，特別適合于受限環(huán)境(帶寬低、網(wǎng)絡(luò)延遲高、網(wǎng)絡(luò)通信不穩(wěn)定)的消息分發(fā)，可有效支撐配電物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互聯(lián)、數(shù)據(jù)高效共享的通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)建。

1.5 智能融合終端設(shè)計(jì)定位更準(zhǔn)確

配電臺(tái)區(qū)是智能電網(wǎng)的“最后一公里”，也是直接面對(duì)末端用戶的關(guān)鍵一環(huán)，如何有效提升配電臺(tái)區(qū)的信息化水平是配電物聯(lián)網(wǎng)的核心問題，因此配電臺(tái)區(qū)非常需要一臺(tái)基于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展思路、融合物聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)技術(shù)、適配未來電力業(yè)務(wù)發(fā)展的“臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)”；智能融合終端最初設(shè)計(jì)原則就是基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、滿足未來配電網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展需求，智能融合終端具備物聯(lián)網(wǎng)的完整理念和特性，是最適合的“臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)”，智能融合終端在配電臺(tái)區(qū)的推廣部署，將快速、有效地推進(jìn)配電物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展。

2 基于智能融合終端的臺(tái)區(qū)應(yīng)用場(chǎng)景分析

通過智能融合終端、無功補(bǔ)償裝置、三相不平衡動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)裝置、低壓電氣傳感終端(LTU)、智能電能表等智能識(shí)別和感知設(shè)備的全面覆蓋，可實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)內(nèi)各類設(shè)備電氣量、運(yùn)行狀態(tài)量、環(huán)境量等信息在智能融合終端的全面采集匯聚，構(gòu)建配電網(wǎng)全景感知運(yùn)行體系，從而實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)的智能化管理。

2.1 電氣拓?fù)溥B接關(guān)系動(dòng)態(tài)識(shí)別

通過在分支、表箱側(cè)等臺(tái)區(qū)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部署LTU設(shè)備可主動(dòng)發(fā)生脈沖式工頻小功率特征信號(hào)，基于臺(tái)區(qū)本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行觸發(fā)命令下發(fā)，利用TTU及LTU的快速高精度采樣技術(shù)同步對(duì)母線上的特征信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)每個(gè)LTU檢測(cè)到對(duì)應(yīng)脈沖序列信號(hào)的相似度，進(jìn)行前后邏輯關(guān)系的判斷，由遍歷搜索算法確定拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)前后關(guān)系和并行關(guān)系，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)“配變-分支-表箱”的電氣物理拓?fù)渥詣?dòng)辨識(shí)[7]。通過拓?fù)渥詣?dòng)辨識(shí)站端協(xié)同機(jī)制還可實(shí)現(xiàn)云主站側(cè)與PMS2.0低壓設(shè)備臺(tái)賬的精準(zhǔn)校核和低壓線路拓?fù)潢P(guān)系的修正。電氣拓?fù)溥B接關(guān)系動(dòng)態(tài)識(shí)別應(yīng)用部署示意如圖1所示。

圖1 電氣拓?fù)溥B接關(guān)系動(dòng)態(tài)識(shí)別應(yīng)用部署示意圖

2.2 故障快速處置與精準(zhǔn)主動(dòng)搶修

通過智能融合終端就地高頻度采集線路側(cè)LTU、用戶側(cè)智能電表等節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用安裝在終端內(nèi)的臺(tái)區(qū)故障研判APP，結(jié)合臺(tái)區(qū)拓?fù)鋽?shù)據(jù)，就地實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)內(nèi)故障的分析，并將分析后的結(jié)果實(shí)時(shí)推送給主站，再由主站自動(dòng)生成搶修工單推送給運(yùn)維責(zé)任人。實(shí)現(xiàn)低壓網(wǎng)絡(luò)下關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)信息、告警信息發(fā)送，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段、停電客戶的綜合自動(dòng)研判和快速、準(zhǔn)確定位，將“被動(dòng)搶修”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)搶修”，減少投訴，提升用戶滿意度。故障快速處置與精準(zhǔn)主動(dòng)搶修應(yīng)用部署示意如圖2所示。

圖2 故障快速處置與精準(zhǔn)主動(dòng)搶修應(yīng)用部署示意圖

2.3 臺(tái)區(qū)線損精益管理

智能融合終端可就地獲取低壓臺(tái)區(qū)包括配變側(cè)、饋線側(cè)、表箱側(cè)、用戶側(cè)的低壓臺(tái)區(qū)供電鏈路層所有電量?jī)鼋Y(jié)數(shù)據(jù)，結(jié)合臺(tái)區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系即可準(zhǔn)確計(jì)算分析出低壓臺(tái)區(qū)總線損、總線線損、饋線線損、表箱線損，實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)區(qū)的分級(jí)、分層線損分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)區(qū)線損的分時(shí)、分段精益化管理[8]。臺(tái)區(qū)線損精益管理應(yīng)用部署示意如圖3所示。

圖3 臺(tái)區(qū)線損精益管理應(yīng)用部署示意圖

2.4 臺(tái)區(qū)能源自治與電能質(zhì)量?jī)?yōu)化

通過在供電質(zhì)量亟需治理的重點(diǎn)低壓臺(tái)區(qū)部署智能電容器、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVG)、換相開關(guān)等電能質(zhì)量治理設(shè)備，并且通過本地RS-485有線、微功率無線等通信方式就地接入智能融合終端進(jìn)行統(tǒng)一管控；然后通過智能融合終端來綜合監(jiān)測(cè)、分析臺(tái)區(qū)變線戶配電全鏈路電能質(zhì)量的運(yùn)行情況，基于智能融合終端本地分布式邊緣計(jì)算能力構(gòu)建低壓供電電能質(zhì)量就地化分析計(jì)算模型，利用配變側(cè)、線路側(cè)、用戶側(cè)的全數(shù)據(jù)采集、全狀態(tài)感知數(shù)據(jù)信息就地化實(shí)時(shí)分析計(jì)算得出臺(tái)區(qū)三相不平衡、無功補(bǔ)償、諧波治理、電壓調(diào)節(jié)等方面的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化治理策略，并將對(duì)應(yīng)策略自動(dòng)下發(fā)給對(duì)應(yīng)類別的電能質(zhì)量治理設(shè)備，達(dá)到臺(tái)區(qū)電能質(zhì)量自動(dòng)優(yōu)化治理的成效。同時(shí)智能融合終端存儲(chǔ)在本地的原始電能質(zhì)量數(shù)據(jù)還可為低壓用戶時(shí)戶數(shù)計(jì)算、低壓供電可靠性計(jì)算、電壓合格率監(jiān)測(cè)預(yù)警等方面的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。臺(tái)區(qū)能源自治與電能質(zhì)量?jī)?yōu)化應(yīng)用部署示意如圖4所示。

圖4 臺(tái)區(qū)能源自治與電能質(zhì)量?jī)?yōu)化應(yīng)用部署示意圖

2.5 供電回路阻抗智能化分析應(yīng)用

利用LTU可主動(dòng)控制發(fā)生特征信號(hào)的特性，通過電網(wǎng)潮流計(jì)算的主、被動(dòng)綜合計(jì)算的方法來計(jì)算低壓供電回路各節(jié)點(diǎn)的阻抗[9]。利用智能融合終端側(cè)與低壓表箱進(jìn)線側(cè)分布式LTU的末端采集終端交互，取得低壓用戶側(cè)電壓、電流、電量數(shù)據(jù)，根據(jù)低壓網(wǎng)絡(luò)阻抗測(cè)量模型，可本地實(shí)時(shí)計(jì)算出臺(tái)區(qū)內(nèi)低壓供電回路的阻抗測(cè)量數(shù)據(jù)。

通過統(tǒng)計(jì)分析，得出用戶回路阻抗閾值，根據(jù)阻抗測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)線路老化及故障情況及時(shí)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)運(yùn)維，減輕運(yùn)維人員的巡視工作量，減少故障定位和維修時(shí)間，有效縮短用戶停電時(shí)長(zhǎng)，提高供電服務(wù)質(zhì)量。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，線路正常工作時(shí)的阻抗不高于0.1 Ω，如回路阻抗高于0.5 Ω，說明線路出現(xiàn)了老化或者故障，比如線路中的下戶線、電表連接點(diǎn)或T型分接點(diǎn)的老化與故障等，需要開展相關(guān)的運(yùn)維工作?；诰€路阻抗測(cè)量數(shù)據(jù)，還可同步開展線損異常分析、竊電分析等應(yīng)用。當(dāng)線路阻抗高于一定值時(shí)進(jìn)行主動(dòng)預(yù)警，通過對(duì)供電回路阻抗數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)還可有效地監(jiān)測(cè)出線路老化速率或故障類型。供電回路阻抗智能化分析應(yīng)用部署示意如圖5所示。

圖5 供電回路阻抗智能化分析應(yīng)用部署示意圖

2.6 電動(dòng)汽車充電樁運(yùn)行監(jiān)測(cè)

在不影響充電樁原有業(yè)務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上通過改造升級(jí)分布式電動(dòng)汽車充電樁，在其內(nèi)部集成無線/HPLC物聯(lián)單元，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)智能終端以RF Mesh無線的方式對(duì)充電樁的負(fù)荷數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。智能融合終端匯總臺(tái)區(qū)下所有分布式電動(dòng)汽車充電樁運(yùn)行狀態(tài)及負(fù)荷情況，并與同期配電臺(tái)區(qū)總體負(fù)載情況進(jìn)行綜合計(jì)算分析后將結(jié)果上報(bào)給供電服務(wù)指揮平臺(tái)，通過供電服務(wù)指揮平臺(tái)進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘分析后給出臺(tái)區(qū)下充電樁有序充電控制的最優(yōu)策略，為配電網(wǎng)規(guī)劃、充電服務(wù)運(yùn)營(yíng)、用戶用電行為優(yōu)化引導(dǎo)提供數(shù)據(jù)和策略支持。電動(dòng)汽車充電樁運(yùn)行監(jiān)測(cè)應(yīng)用部署示意如圖6所示。

圖6 電動(dòng)汽車充電樁運(yùn)行監(jiān)測(cè)應(yīng)用部署示意圖

3 結(jié)語

基于智能融合終端的臺(tái)區(qū)建設(shè)促進(jìn)配電管理者需求的自由、靈活、快速落地，助推配電管理實(shí)現(xiàn)從“生產(chǎn)主導(dǎo)型”到“服務(wù)主導(dǎo)型”的顛覆性變革；深化了配電網(wǎng)精細(xì)化管理，提高了配電網(wǎng)運(yùn)維智能化水平；提高了故障搶修的效率，促進(jìn)了供電可靠性的提升；降低了新能源對(duì)配電網(wǎng)的影響，保障了可變負(fù)荷的安全接入；打破了傳統(tǒng)電力專業(yè)數(shù)據(jù)壁壘，為配電網(wǎng)運(yùn)維、客戶服務(wù)的管理創(chuàng)新提供了信息基礎(chǔ)平臺(tái)。