國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南通供電分公司 劉王春 袁明秋 孫巍 黃冬冬 吳楠 曹越 王孟希

1 引言

隨著城市的發(fā)展，各地電網(wǎng)公司在智能配電網(wǎng)的建設方面投入了大量的人力、物力、財力，智能配電網(wǎng)的建設取得了重大進展。充分利用智能電網(wǎng)的基礎數(shù)據(jù)，輔助各類智能監(jiān)測感知單元，進行大數(shù)據(jù)分析解決電網(wǎng)的安全運行、故障搶修、線損管理等實際問題也初現(xiàn)成效。基于融合終端的智慧臺區(qū)治理技術通過分析不同方案的臺區(qū)信息治理方案，為智慧臺區(qū)建設提供指導，實現(xiàn)電網(wǎng)智能實時運行監(jiān)測管理、線損精益化管理、低壓拓撲動態(tài)識別、故障研判、快速定位和輔助主動搶修等功能[1]。

2 外置式智能低壓故障傳感器

隨著電力物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，越來越多的高精度、多維度的智能傳感技術應用到電網(wǎng)。傳統(tǒng)融合終端主要實現(xiàn)配用電臺區(qū)用電信息采集功能，通過外置式智能低壓故障傳感器，對低壓臺區(qū)設備狀態(tài)監(jiān)測，包括臺區(qū)設備溫度、電流、電壓等信息采集，最終將信息傳輸至融合終端，由融合終端統(tǒng)一上傳。

基于融合終端+外置式智能低壓故障傳感器的低壓臺區(qū)智能化方案，通過傳感器模塊采集信息，進行實時感知電網(wǎng)的運行狀態(tài)，將信息傳輸至融合終端，實現(xiàn)融合終端的智能化[2]。該方案具有模塊化、可擴展、低功耗、低投資、免維護的優(yōu)點。融合終端如圖1所示、傳感器模塊如圖2所示。

圖1 融合終端

圖2 傳感器模塊

3 智能物聯(lián)塑殼斷路器

隨著電網(wǎng)穩(wěn)定需求的不斷提高，小型斷路器的應用越來越廣泛。而智能物聯(lián)塑殼斷路器具有電路通斷功能，能夠?qū)崿F(xiàn)負載過載保護、過壓保護、短路保護、打火保護以及過溫保護等功能。內(nèi)置帶計量的電子開關，可讀取用電設備的電流、電壓、用電量及接線端溫度等數(shù)據(jù)。智能物聯(lián)塑殼斷路器具有NB-IoT、4G、5G、電力載波等通信方式，部分智能物聯(lián)塑殼斷路器除具有通信模塊，同時具有液晶顯示模塊，智能物聯(lián)塑殼斷路器如圖3所示。

圖3 智能物聯(lián)塑殼斷路器

基于融合終端+智能物聯(lián)塑殼斷路器的低壓臺區(qū)智能化方案，具有可遠程遙控、保護動作、實時感知等功能，能夠根據(jù)電流、電壓、電能、功率、功率因素及功耗情況，實時監(jiān)控漏電電流、三相不平衡、缺相、故障電弧等異常情況，對負載進行通斷控制。

4 融合終端多維融合感知

配電物聯(lián)網(wǎng)技術架構如圖4所示。

圖4 配電物聯(lián)網(wǎng)技術架構

基于“云、管、邊、端”的配電物聯(lián)網(wǎng)技術架構，進行配電低壓臺區(qū)物聯(lián)網(wǎng)智能化改造。通過外置式智能低壓故障傳感器、智能物聯(lián)塑殼斷路器形成多維智能感知?；谥悄苋诤辖K端形成智能配電網(wǎng)邊緣計算，實現(xiàn)配電信息匯聚、遠程智能決策，并通過無線通信技術接入云平臺，實現(xiàn)配電狀態(tài)全景感知、臺區(qū)營配融合、供電質(zhì)量提升、線損精準管控、故障就地研判等支撐等功能。結合供服指揮平臺，實現(xiàn)配電網(wǎng)故障快速搶修、供電快速恢復，從而提高配電網(wǎng)安全性、穩(wěn)定性。

“云”采用“物聯(lián)網(wǎng)平臺+大數(shù)據(jù)+業(yè)務微服務+智能感知”的技術架構，實現(xiàn)了海量配電終端通信連接、配電網(wǎng)靈活部署、彈性伸縮、應用和采集數(shù)據(jù)解耦、應用快速上線，滿足配電網(wǎng)業(yè)務需求的快速響應、動態(tài)分配、集約化運維、智能化搶修等要求?！肮堋辈捎谩斑h程通信+本地通信”的混合架構，通過配電遠程化、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、物聯(lián)網(wǎng)模型，實現(xiàn)配電網(wǎng)設備組網(wǎng)、配網(wǎng)資源自描述，支撐邊緣設備即插即用，實現(xiàn)配電業(yè)務實時性及大帶寬。“邊”采用“標準化平臺+邊緣操作系統(tǒng)+App”的技術架構，集合存儲、計算、通信，通過邊緣側的計算提高業(yè)務處理效率，減少云端通信、計算的壓力；通過App定義終端，實現(xiàn)配電網(wǎng)生產(chǎn)業(yè)務與客戶服務應用的靈活部署?！岸恕辈捎谩坝布?物聯(lián)網(wǎng)+App”的架構，采集配電網(wǎng)的自檢狀態(tài)、環(huán)境信息、輔助信息等基礎數(shù)據(jù)，執(zhí)行上級決策命令或就地控制，完成與電力末端互動，滿足電網(wǎng)安全生產(chǎn)和客戶服務需求[3-4]。

5 基于互聯(lián)網(wǎng)通信的通信協(xié)議

融合終端通信目前主要采用電力專用VPN 的4G流量卡，同時在服務器端進行正向加密，保證互聯(lián)網(wǎng)通信的安全性，而目前IEC014 主要應用于IP比較固定的應用場景，而由于移動端無法固定IP地址，因此基于IEC104進行擴展，形成適用于融合終端通信的104協(xié)議[5]。

5.1 連接過程

云平臺監(jiān)控布置在云平臺上，具備固定的互聯(lián)網(wǎng)IP 地址。通信的規(guī)約暫時采取網(wǎng)絡104 的方式，管理機主動連接云平臺。管理機主動連接云平臺后，會主動發(fā)送ASDU0（配電臺區(qū)標識），云平臺判斷是否具備連接的資格。配電臺區(qū)名稱20個字節(jié)。

5.2 協(xié)議格式

APDU格式如圖5所示。

圖5 APDU格式

融合終端通信參考IEC60870-5-104 標準，其中APDU 長度域定義了APDU 的長度，APDU 包括APCI 的四個控制域八位位組和IEC104 中定義的ASDU。ASDU 最大長度限制在249 個字節(jié)，因為APDU 域字節(jié)最大是253，控制域長度是4。APCI格式圖6所示。

圖6 APCI格式

5.3 數(shù)據(jù)傳輸

管理機一旦連接上云平臺后，等待云平臺召喚上送全數(shù)據(jù)（全遙信、全遙測、全電度）。云平臺總召喚的時間，在云平臺端設置（默認為300s）。管理機的變化遙信數(shù)據(jù)，會立刻上送到云平臺。每隔10s（可配置）管理機會主動上送變化遙測。云平臺可單獨召喚全電度數(shù)據(jù)，5min 一次（可設置）。管理機的程序里，沒有處理遙控、遙調(diào)、設置數(shù)據(jù)等命令，云平臺也不允許下發(fā)類似命令。

6 基于FP-G的配電網(wǎng)故障挖掘研究

基于融合終端的智慧臺區(qū)治理技術主要通過FP-Group 算法，對配電網(wǎng)融合終端多維異構數(shù)據(jù)進行故障挖掘。配電網(wǎng)FP數(shù)據(jù)結構如圖7所示。

圖7 配電網(wǎng)FP數(shù)據(jù)結構

配電網(wǎng)故障挖掘步驟可以分為以下五步。

一是掃描臺區(qū)數(shù)據(jù)，得到所有頻繁項集的計數(shù)。刪除支持度低于閾值（可配置的故障特征閾值）的項，選擇一項頻繁集放入項頭表，并按照支持度進行降序排列，形成第一個頻繁項序列。

二是掃描頻繁項序列，將讀到的原始數(shù)據(jù)排除非頻繁項集，并按照支持度降序排列，形成第二個頻繁項序列。

三是讀入排序后的數(shù)據(jù)集，按照排序后的頻繁項序列插入FP-tree。在頻繁項序列排序中靠前的節(jié)點為祖先節(jié)點，靠后為子孫節(jié)點。

四是若頻繁項序列祖先節(jié)點相同，則該祖先節(jié)點累加1。插入頻繁項序列后，若有新節(jié)點出現(xiàn)，則項頭表對應的節(jié)點會通過節(jié)點鏈表鏈接上新節(jié)點。循環(huán)直到所有數(shù)據(jù)都插入FP-tree。

五是從項頭表的底部項向上依次找到項頭表項對應的條件模式基。從條件模式基進行遞歸計算，得到項頭表項的頻繁項集。

六是完成故障挖掘下，若不限制頻繁項集的項數(shù)，則返回所有遞歸挖掘到的頻繁項集，否則只返回滿足項數(shù)的頻繁項集。

基于FP-G 的配電網(wǎng)故障挖掘根據(jù)臺區(qū)環(huán)境數(shù)據(jù)、電能數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等海量信息挖掘出關聯(lián)故障信息，對配電網(wǎng)隱患進行提前預警，同時推進配電臺區(qū)運檢業(yè)務智能化，為后期低壓配電臺區(qū)批量智能化改造提供參考方向。

7 結語

低壓配電網(wǎng)直接服務于用戶，其可靠運行是整個電網(wǎng)運行的重要組成部分。然而，當前低壓配電網(wǎng)主要存在狀態(tài)監(jiān)測不足、故障率高、故障查找困難等突出問題，制約了配電網(wǎng)供電可靠性、限制了供電服務水平提升。因此，本文提出基于融合終端的智慧臺區(qū)治理技術研究，以外置式智能低壓故障傳感器、智能物聯(lián)塑殼斷路器作為融合終端的感知支撐，通過基于互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議上傳至云平臺，對配電網(wǎng)融合終端多維異構數(shù)據(jù)進行故障挖掘，保障供電臺區(qū)的安全。