■ 國網浙江杭州供電公司 陳 煒 劉 箭 劉興業(yè)

國網浙江桐廬縣供電公司 皇甫偉鋼 鄭永鏹 范春豐

國網杭州供電公司研究制定了建設國家電網新型電力系統(tǒng)省級示范區(qū)縣域樣板的實施方案，實現(xiàn)在新能源為主體的新型電力系統(tǒng)下全域保持高供電可靠性，支撐縣委縣政府高質量實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標。

建設背景

形勢環(huán)境。桐廬作為“中國最美縣”，美麗鄉(xiāng)村建設一直走在全省前列。江南鎮(zhèn)“美麗鄉(xiāng)村”建設是杭州市深化“千萬工程”建設新時代美麗鄉(xiāng)村、貫徹落實國家鄉(xiāng)村振興發(fā)展戰(zhàn)略的典型實踐，建設秉承“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，成為杭州“三農”的“金名片”。

戰(zhàn)略意義。杭州供電公司以“先行示范窗口”的使命擔當，以“智慧化、數(shù)字化、自動化”為核心，堅持問題導向，全力謀劃“城—鎮(zhèn)—村”全場景高彈性配電低壓物聯(lián)網建設，打造能源互聯(lián)網“試驗田”和多元融合高彈性電網“樣板間”。

在桐廬構建低壓物聯(lián)網示范區(qū)，實現(xiàn)低壓配電設備狀態(tài)全管控、業(yè)務流程全穿透，配電網業(yè)務和信息處理在線化、透明化、移動化、智能化，提高中低壓配網故障綜合研判能力，提升故障搶修效率、供電可靠性和客戶服務水平。

痛點問題。停電信息粗糙、低壓設備智能化水平低。停電信息只覆蓋至臺區(qū)低壓進線側，低壓設備狀態(tài)實時監(jiān)測能力不足，無法掌握各類設備運行水平。低壓設備缺陷發(fā)現(xiàn)僅限于現(xiàn)場巡視或故障報修，無法快速、準確地獲取設備監(jiān)測數(shù)據(jù)，隨著供電高可靠性要求日益增加，對低壓用戶停電信息的快速、主動上送以及對故障的研判需求便越來越迫切。

低壓臺區(qū)拓撲無法自動識別、故障研判能力不足。低壓臺區(qū)電氣拓撲關系的生成局限于人工排查，造成低壓臺區(qū)電氣拓撲準確性較低、更新不及時的問題，對故障精準判斷造成較大影響。同時，低壓故障研判及處理模式依靠于人工的系統(tǒng)查詢及現(xiàn)場查看摸排，所需時間較長，智能化程度較低。導致后期故障排查效率低及線損管理困難。

充電樁、分布式電源狀態(tài)監(jiān)測亟須解決。區(qū)域內低壓臺區(qū)電動汽車充電樁負荷接入逐漸提升，缺乏有效手段來監(jiān)測低壓用戶充電行為、評估充電負荷接入對臺區(qū)供電質量的影響。低壓分布式電源狀態(tài)監(jiān)測手段不足，分布式電源的接入改變了原線路潮流分布，設備主人無法及時了解新增分布式電源對電網安全穩(wěn)定運行影響。

低壓供電備用電源轉供能力需進一步加強。小區(qū)配電房2臺區(qū)間不具備低壓故障后自動轉供能力，核心區(qū)域公變臺區(qū)供電可靠性仍有提升空間。

建設內容

選擇具有典型意義的城農網供電所進行低壓物聯(lián)改造，探索美麗鄉(xiāng)村高彈性配電低壓物聯(lián)網建設模式。該試點建設位于浙江省杭州市桐廬縣江南供電所。

技術方案

低壓臺區(qū)故障就地化綜合研判

目前發(fā)生低壓故障，搶修人員無法通過后臺監(jiān)測及時獲取停電情況，造成用戶停電時間長，搶修效率低。

基于融合終端邊緣計算能力，對低壓各類設備電氣量、運行狀態(tài)量、電表停復電狀態(tài)等信息的實時感知和匯總，在融合終端進行低壓故障就地研判，通過各節(jié)點（LTU和智能斷路器）逐級信息比對分析，確定臺區(qū)停電事件和故障位置，并上傳主站。

Ⅳ區(qū)主站接收融合終端的研判事件后，結合主站側中壓各設備告警信息進行綜合研判，自動生成故障停電范圍及原因預解析。

供服系統(tǒng)搶修模塊基于主站故障研判結果，主動派發(fā)搶修功能，快速解決配網故障，提升配電網智能處置和自愈能力，實現(xiàn)故障區(qū)段、停電客戶綜合自動研判和快速、準確定位，將被動搶修轉變?yōu)橹鲃訐屝蕖?/p>

根據(jù)臺區(qū)的電氣拓撲圖、設備停電告警和電流故障點，快速定位故障點的位置，防止設備故障誤報。

低壓臺區(qū)電氣拓撲自動辨識

目前低壓臺區(qū)拓撲信息主要依賴于系統(tǒng)檔案維護和現(xiàn)場人工核查，造成低壓臺區(qū)拓撲日常維護工作量大，準確性不高。

融合終端的低壓拓撲動態(tài)識別應用基于即插即用與自動注冊維護技術，動態(tài)獲取配電臺區(qū)線路關鍵節(jié)點LTU的采集數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息，結合營配就地交互功能，獲取末端用戶智能電能表的地址信息，實現(xiàn)變—線—箱—戶的4級完整拓撲，并支持表計新增/輪換后的拓撲自動更新功能。

拓撲信息或表計檔案信息變化后，臺區(qū)“變—戶”關系，可以在主站與物聯(lián)網設備模型、PMS、主站側拓撲信息進行自動校核，實現(xiàn)臺區(qū)變壓器用戶關系、拓撲變更等信息的主動發(fā)現(xiàn)與自動維護，提高低壓配網拓撲模型準確性，實現(xiàn)低壓網絡拓撲可視化管理。

圖1 故障精準研判原理圖

圖2 融合終端低壓故障研判流程

通過改造智能斷路器、安裝LTU獲取出線開關、表箱等關鍵節(jié)點拓撲信號收發(fā)結果，利用本地通信網絡將數(shù)據(jù)匯聚至融合終端運算，生成“變—線—箱”拓撲圖文件。更進一步通過LTU與同表箱Ⅱ型集中器的通信連接，融合終端獲?、蛐图衅鞯谋碛嫏n案信息，實現(xiàn)“變—線—箱—戶”4級拓撲動態(tài)辨識。

充電樁有序充放電

通過“網上國網”客戶端、客戶端業(yè)務層、系統(tǒng)間信息通信層、電網支撐平臺層、現(xiàn)場設備層改造，實現(xiàn)充電樁有序充放電。

以“網上國網”客戶端為窗口，以“業(yè)務鏈接平臺”通訊鏈路為依托，完善網上國網“充電樁”業(yè)務，擴展“配電自動化四區(qū)主站”支撐平臺的充電樁管理功能，現(xiàn)場加充電樁安裝智能斷路器，實現(xiàn)第一階段充電樁狀態(tài)感知及監(jiān)測管理。

客戶端業(yè)務層，在網上國網新增“居民充電樁有序充電管理”業(yè)務，通過充電樁二維碼掃描功能，向客戶直觀展示充電樁是否可即刻充電和自助預約，支持在線預約，支持客戶側智慧充電策略，引導客戶在負荷低谷時段進行自主充電，提高配電網穩(wěn)定高效運行水平。

系統(tǒng)間信息通信層，以業(yè)務鏈路交互平臺為媒介，將客戶端業(yè)務需求數(shù)據(jù)（包括充電需求時間、用戶充電等信息）、現(xiàn)場電網側感知運行數(shù)據(jù)（包括變壓器運行、斷路器運行等數(shù)據(jù)）進行業(yè)務信息交互，為有序管理實施提供參考數(shù)據(jù)。

電網支撐平臺層，在配電自動化Ⅳ區(qū)主站內，實現(xiàn)現(xiàn)場融合設備、智能斷路器等設備數(shù)據(jù)采集、遠程設備運行狀態(tài)監(jiān)測及管理，支持遠程業(yè)務數(shù)據(jù)交互。

現(xiàn)場設備層，包括邊緣計算融合終端以及智能斷路器末端設備，實現(xiàn)本地側策略執(zhí)行控制、實時監(jiān)測運行狀態(tài)、實時數(shù)據(jù)采集監(jiān)測等功能。

分布式電源并網狀態(tài)監(jiān)測

在融合終端中配置分布式能源管理微應用，實時監(jiān)測戶用光伏等分布式電源的運行情況與電能質量，結合臺區(qū)運行工況，實現(xiàn)分布式電源無功出力的實時監(jiān)視、削減諧波影響。同時，通過分布式電源“孤島”狀態(tài)的實時感知、預警，解決分布式電源非計劃孤島運行帶來的安全隱患，消除“雙高”形態(tài)下配電網日常運行、檢修和故障處理的安全風險。最后，融合終端將實時監(jiān)控數(shù)據(jù)上報配電自動化主站，實現(xiàn)過電壓、反孤島等狀態(tài)監(jiān)視預警，滿足新能源在低壓配電網的大量、快速、安全接入。

低壓聯(lián)絡自動電源轉換

采用歐變低壓兩進線一聯(lián)絡自動電源轉換方案，設備由控制器、適配器和執(zhí)行斷路器構成。執(zhí)行斷路器加裝適配器后通過控制連接線與控制器連接，實現(xiàn)對供電電源的檢測；控制器通過設定的程序自動完成電源間的轉換。

自投不自復模式，假設S1故障，系統(tǒng)自投，分閘QS1后，合閘QTIE，QS1段母線通過母聯(lián)開關由QS2段母線供電。當S1恢復供電，系統(tǒng)不自復。

自投自復模式，假設S1故障，系統(tǒng)自投：分閘QS1后，合閘QTIE，QS1段母線通過母聯(lián)開關由QS2段母線供電。當S1恢復供電，系統(tǒng)自復：QTIE分閘，合閘QS1，恢復到單母分斷供電模式。

邏輯鎖：控制器中有邏輯判斷電路保證不會發(fā)出錯誤的控制命令，確保避免發(fā)出3個“1”，發(fā)生合環(huán)。

電氣鎖：控制器和適配器通過斷路器中的O F觸點組成硬連接閉鎖回路，避免3個塑殼同時合閘。

誤合瞬跳：此為以防萬一的后備保護，當發(fā)生誤操作或其他原因的誤合閘，控制器會立刻發(fā)命令跳開母聯(lián)開關（手動本體操作引起的誤合閘，跳開最后誤合的斷路器），同時退出自動控制并報警。

實現(xiàn)成效

低壓臺區(qū)電氣拓撲自動辨識

通過全覆蓋的智能斷路器、LTU設備，利用臺區(qū)融合終端及線路監(jiān)測單元的快速高精度采樣技術同步對母線上特征信號檢測，進行邏輯關系的判斷，確定拓撲網絡節(jié)點前后關系和并行關系，實現(xiàn)臺區(qū)“配變—分支—表箱”的電氣物理拓撲自動辨識。

低壓臺區(qū)故障就地化綜合研判

圖3 融合終端監(jiān)控智能并網開關

圖4 電氣聯(lián)鎖

通過融合終端采集低壓斷路器套件、低壓監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)，利用安裝在終端內的臺區(qū)故障研判App，結合臺區(qū)拓撲數(shù)據(jù)，就地實現(xiàn)臺區(qū)內故障的分析，并將結果實時推送給主站，再由主站自動生成搶修工單推送運維責任人。實現(xiàn)低壓網絡下關鍵節(jié)點實時告警。

線損分析和管理

通過低壓配電關鍵節(jié)點的智能斷路器和LTU裝置，對低壓配電網的進饋線關鍵節(jié)點電氣量和狀態(tài)量進行監(jiān)測。數(shù)據(jù)上送智能融合終端，結合電氣拓撲“配變—分支—表箱”結構，對低壓總進和表箱能流進行分析比對，結合“分支”節(jié)點的數(shù)據(jù)信息，可自動實現(xiàn)臺區(qū)線損分析和異常節(jié)點告警，便于快速處理異常線損故障。

充電樁有序充放電

通過以配電變壓器運行角度為入口，以降低配變負載擾動、緩減負荷高峰期重過載為抓手，借助智能臺區(qū)融合終端以及配電物聯(lián)網新技術新應用，通過充電樁狀態(tài)感知及監(jiān)測、充電有序管理、充電有序智能服務3個階段全面實現(xiàn)低壓居民充電有序管理，保障電網安全，提升用戶體驗。

分布式電源并網狀態(tài)監(jiān)測

通過在光伏逆變器和發(fā)電電表之間加裝智能并網開關或對并網逆變器進行智能化接入，實現(xiàn)光伏信息接入主站，光伏并網功率、電量等數(shù)據(jù)的就地化集成，實現(xiàn)智能配變終端對分布式電源的本地數(shù)據(jù)交互及運行狀態(tài)進行監(jiān)測，以此評估分布式電源接入對電網的影響，優(yōu)化分布式能源布局，提高運營效率，防止電網停電時分布式電源孤島運行、反送潮流等危及電網事件的發(fā)生。

低壓聯(lián)絡自動電源轉換

通過在配電房臺區(qū)間改造低壓兩進線一聯(lián)絡的低壓備自投裝置，形成低壓故障負荷轉供模式，解決因低壓放射結構造成的停電問題。