基于智能配網(wǎng)終端的用電主動服務(wù)系統(tǒng)研究

吳仁光，孫 圳，史 斌

（國網(wǎng)浙江象山縣供電公司，浙江 寧波 315700）

1 用電主動服務(wù)系統(tǒng)的基本設(shè)想

智能電網(wǎng)的最終目的是為了提高供電可靠性，改善用電服務(wù)質(zhì)量。隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，電網(wǎng)主體架構(gòu)得到了進一步加強，配網(wǎng)的主網(wǎng)結(jié)構(gòu)多采用環(huán)網(wǎng)或拉手互聯(lián)結(jié)構(gòu)，結(jié)合配網(wǎng)自動化的建設(shè)，主網(wǎng)的故障已相對較少，目前影響供電可靠性的主要因素來源于低壓線路的故障。而在低壓線路層面上由于覆蓋區(qū)域廣導(dǎo)致沒有較好的自動化手段，致使形成了低壓線路的停電故障等自動化系統(tǒng)的盲區(qū)，同樣原因造成人工巡檢難度特別巨大，因此，故障發(fā)生時往往是在用戶報告后，才會進行搶修處理。這一方面延長了用戶的停電時間，影響了供電可靠性，另一方面，也造成了故障搶修的工作非常繁重。為了能夠從根本上改善這樣的局面，就有必要對引發(fā)低壓線路故障的原因作出一個科學的分析和判斷，據(jù)不完全統(tǒng)計引發(fā)低壓線路故障的原因其中有很大部分是由于瞬時接地故障引起的線路開關(guān)跳閘，如果能對低壓線路開關(guān)進行一次重合，就可以在短時間內(nèi)自動排除故障，這樣既減輕了運維人員的繁重勞動壓力，同時也提高了供電的有效時間?；谶@個思路，本文提出了一個全新的用電服務(wù)概念——用電主動服務(wù)。

對于用電的用戶和供電部門都是不希望電力供應(yīng)發(fā)生故障，而一旦發(fā)生故障又希望能及時排除，將故障影響時間和范圍壓縮到最小。所謂“用電主動服務(wù)”就是要在用戶對用電故障報修之前，供電部門已經(jīng)知道低壓線路發(fā)生故障的具體地點和線路節(jié)點，從而在用戶報修之前就有可能派出維修人員前往故障點進行處理的服務(wù)方式。要做到這一點，對于供電部門而言就必須在服務(wù)上掌握主動權(quán)，因此，用電主動服務(wù)不僅僅是一個概念，而是在實際工作中要努力加以實踐的目標。

用電主動服務(wù)系統(tǒng)的建立，就是要滿足供電所／營業(yè)所和供電公司的二級監(jiān)控應(yīng)用，重點面向全路網(wǎng)的低壓配電設(shè)備設(shè)施監(jiān)控和管理，實現(xiàn)故障節(jié)點的定位、故障原因和故障范圍及時有效地確定、搶修方案的快速制定和搶修調(diào)度的及時互動，系統(tǒng)根據(jù)故障輕重程度自動形成有效的搶修方案和排定搶修順序，合理調(diào)度搶修人員實施故障搶修，同時依賴于該系統(tǒng)平臺能夠?qū)崿F(xiàn)低壓配網(wǎng)的應(yīng)急調(diào)度指揮，還可以依賴于該系統(tǒng)平臺構(gòu)建與用戶或小區(qū)用電信息顯示屏的信息互動，可以及時高效的將停電原因及故障搶修進度安排告知到用戶。

智能低壓配電終端具備配電變壓器監(jiān)測、保護和通信功能，可綜合實現(xiàn)配電臺區(qū)狀態(tài)監(jiān)測、計量管理、負荷管理、無功補償控制、三相不平衡治理、用電信息管理和互動等自動化管理功能。智能低壓配電終端被稱為智能配網(wǎng)的神經(jīng)中樞，是智能電網(wǎng)在配用電側(cè)的重要技術(shù)支撐的基石。許多供電公司都開展了相關(guān)的試點工作，取得了很好的效果。

用電主動服務(wù)系統(tǒng)是基于智能配電終端采集的實時運行數(shù)據(jù)，建立配網(wǎng)故障搶修指揮主站系統(tǒng)。該主站系統(tǒng)依托于自動化信息，基于對故障信息的綜合分析，發(fā)現(xiàn)和處理故障，系統(tǒng)確定輕重緩急，自動形成搶修順序，并能夠按照已經(jīng)構(gòu)建的搶修預(yù)案進行順利的搶修，且有效的提高搶修工作效率，同時又能及時將停電信息通知到用戶，在用戶報修前的第一時間內(nèi)，實現(xiàn)主動服務(wù)。

利用主動服務(wù)系統(tǒng)能夠解決難以對臺區(qū)信息實時監(jiān)控等問題，同時也能解決對臺區(qū)信息準確的監(jiān)測和反饋；而利用主動服務(wù)系統(tǒng)平臺建成的GIS系統(tǒng)，可以解決由于各個配電臺區(qū)分布廣、運行環(huán)境復(fù)雜、造成的因派工不合理搶修人員重復(fù)跑和不熟悉路徑走冤枉路的難題，為電力搶修節(jié)省了時間，大大提高了供電可靠率。

通過主動監(jiān)控手段，及時有效地掌握低壓配電的停電信息，先于用戶報修之前實施排除故障，恢復(fù)供電，主動向客戶提供計劃停電、故障檢修、服務(wù)監(jiān)控等信息，改善和提高供電服務(wù)質(zhì)量，同時也提高了供電維護的經(jīng)濟效益和社會效益。

要實現(xiàn)用電主動服務(wù)，其重點（或關(guān)鍵）在于建立一個完整的系統(tǒng)平臺作為技術(shù)支撐。這個技術(shù)支撐平臺就叫“用電主動服務(wù)系統(tǒng)”。

2 用電主動服務(wù)管理平臺功能設(shè)想

用電主動服務(wù)系統(tǒng)管理平臺如圖1所示。用電主動服務(wù)系統(tǒng)管理平臺主要是通過應(yīng)用資產(chǎn)配置臺賬于采集的基礎(chǔ)運行監(jiān)視信息進行對比分析形成對故障接點的預(yù)判、預(yù)警和報警；最終將結(jié)果連同處理預(yù)案展示在綜合值班大屏上功能，供調(diào)度和運維值班人員作出相應(yīng)判斷和處理。

圖1 用電主動服務(wù)系統(tǒng)管理平臺圖

3 用電主動服務(wù)數(shù)據(jù)處理邏輯架構(gòu)

用電主動服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理邏輯架構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)主要來源于通過采集形成的實體數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)、自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及調(diào)用相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，在一定的工作流程控制下將這些數(shù)據(jù)進行分析判斷形成所需要的監(jiān)控信息通過人機界面顯示在大屏上和值班人員工作桌面上。

圖2 用電主動服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理邏輯架構(gòu)圖

4 用電主動服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)想

用電主動服務(wù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。由圖可見，用電主動服務(wù)系統(tǒng)組網(wǎng)與生產(chǎn)管理的各大系統(tǒng)密不可分，該網(wǎng)絡(luò)組成同時反映出用電主動服務(wù)系統(tǒng)和其它生產(chǎn)管理系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，同時也反映出用電主動服務(wù)系統(tǒng)的各個數(shù)據(jù)來源。另外還反映出該系統(tǒng)是一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)，也就是說在一定程度上，該系統(tǒng)所得出的綜合分析結(jié)果，除了依賴于本系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)的真實性、及時性、可開放性外，還需要依賴于其他系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)的及時性、準確性和可信度的。而最終分析結(jié)果是可以通過生產(chǎn)調(diào)度網(wǎng)提供給多部門共享的。

5 用電主動服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)需對低壓配電設(shè)施更新改造

圖3 用電主動服務(wù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

根據(jù)上面對用電主動服務(wù)系統(tǒng)功能及構(gòu)成的描述，所涉及到的其它系統(tǒng)目前在電力系統(tǒng)中基本已經(jīng)有所建設(shè)，而且有些系統(tǒng)建設(shè)也很完備，然而現(xiàn)在比較薄弱的環(huán)節(jié)正在于低壓配電環(huán)節(jié)，要建立起用電主動服務(wù)系統(tǒng)，在很大程度上要依賴于低壓配網(wǎng)的更新改造。改造的目的是實現(xiàn)低壓配網(wǎng)中的各個節(jié)點的用電數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動采集和上傳。因此對低壓配網(wǎng)的改造應(yīng)從以下幾方面著手。

（1）按照國家電網(wǎng)有關(guān)智能配電終端的建設(shè)規(guī)范，擴展其應(yīng)用功能，主要擴展采集低壓出線的運行狀態(tài)，同時配置后備電源供電，保證臺區(qū)停電時，即將停電信息有效上報到主站，也能接收主站的控制命令，遠方恢復(fù)送電。針對二種應(yīng)用場景進行設(shè)計，一是針對臺架變，采用緊湊箱體的方式，考慮最多采集4條低壓線路狀態(tài)；另一種是針對配電房的設(shè)計，具備對較多低壓線路的集中采集，采用小型屏柜設(shè)計；現(xiàn)場條件許可時，亦可采用單線路的采集控制方式設(shè)計。

（2）目前大部分低壓線路采用的空開，只有過流和欠壓保護的功能，基本不具備自動化的功能，因此需要對其進行智能改造，使其具備智能低壓空開的性能。

（3）對于故障后的重合功能，由改造后的智能配電終端集中自動控制。是否自動重合還是人工遙控重合，需要根據(jù)線路跳閘前的狀態(tài)進行判斷，然后決定是否重合及重合的間隔時間。

（4）建立智能配電終端的監(jiān)控主站，滿足對改造后的智能臺區(qū)的監(jiān)控要求，通過智能配電終端采集的運行監(jiān)控數(shù)據(jù)和故障停電信息，構(gòu)建面向臺區(qū)和低壓線路停電故障的分析，控制和搶修指揮系統(tǒng)。

（5）開發(fā)一套基于智能配電終端狀態(tài)實時采集為基礎(chǔ)的故障搶修指揮系統(tǒng)主站軟件，滿足供電所／營業(yè)所和供電公司的二級監(jiān)控應(yīng)用，重點面向故障定位、搶修方案制定、搶修調(diào)度及互動，同時構(gòu)建與用戶或小區(qū)用電信息顯示屏的信息互動，及時有效地確定故障原因和故障范圍，系統(tǒng)根據(jù)輕重緩急，自動形成搶修順序和有效的搶修方案，合理調(diào)度搶修人員實施故障搶修，并能及時通知到用戶停電原因及故障搶修進度安排。充分體現(xiàn)主動服務(wù)的理念。

（6）建立智能配電終端的監(jiān)控主站與臺區(qū)和配電終端之間的通信通道。由于智能配電終端主站一般會建在局端機房內(nèi)，而臺區(qū)或配電終端并無可用的光纖或網(wǎng)絡(luò)通道，因此目前只能通過無線通信的方式建立雙向通信鏈路。

6 主站與子站的建設(shè)

6.1 主站建設(shè)

用電主動服務(wù)系統(tǒng)主站的構(gòu)成如圖4所示。

圖4 用電主動服務(wù)系統(tǒng)主站的構(gòu)成圖

系統(tǒng)采用單服務(wù)器構(gòu)成，包含數(shù)據(jù)通信、采集和監(jiān)控應(yīng)用功能。

本系統(tǒng)作為配網(wǎng)自動化系統(tǒng)和配網(wǎng)故障搶修系統(tǒng)的前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，本系統(tǒng)將采集的臺區(qū)監(jiān)控信息和故障信息與同時通過網(wǎng)絡(luò)隔離系統(tǒng)接受配網(wǎng)自動化系統(tǒng)采集的中壓實時數(shù)據(jù)，作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。并對經(jīng)過處理后的最終數(shù)據(jù)實現(xiàn)信息共享。

主站系統(tǒng)擬實現(xiàn)以下功能：

（1）實時數(shù)據(jù)采集和控制。實時采集臺區(qū)的變壓器及各低壓出線開關(guān)的狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)。

（2）實時監(jiān)視：基于監(jiān)控畫面的方式對臺區(qū)的運行進行監(jiān)視，對開關(guān)跳閘、主變過載、三相嚴重不平衡等臺區(qū)運行異常情況進行告警，并提供對臺區(qū)低壓開關(guān)的遠方遙控功能。

主站系統(tǒng)應(yīng)具備以下接口功能：

（3）與配網(wǎng)自動化系統(tǒng)接口。接收配網(wǎng)自動化系統(tǒng)采集的線路重要數(shù)據(jù)，作為本系統(tǒng)中壓監(jiān)控數(shù)據(jù)來源和故障分析的參考依據(jù)；向配網(wǎng)自動化發(fā)送本系統(tǒng)采集的臺區(qū)運行數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)，作為配網(wǎng)自動化的補充。

（4）與配網(wǎng)故障搶修指揮系統(tǒng)的接口。向配網(wǎng)故障搶修指揮系統(tǒng)發(fā)送臺區(qū)及低壓線路的故障信息，作為故障搶修系統(tǒng)重要的電網(wǎng)故障來源。

主站系統(tǒng)應(yīng)具有以下分析統(tǒng)計功能：（1）對臺區(qū)及低壓線路負荷率、供電可靠性、低壓合格率的統(tǒng)計；（2）對臺區(qū)故障信息的統(tǒng)計分析等等。

6.2 子站建設(shè)

子站的建設(shè)以建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為主，規(guī)模較大的子站也可以設(shè)立前置機，將采集的數(shù)據(jù)就地分析處理后把最終結(jié)果上傳給主站服務(wù)器，這樣可以減輕主站服務(wù)器的負擔。在通信條件具備的情況下，子站前置機處理分析采集數(shù)據(jù)的同時也可以利用其它相關(guān)系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)參與綜合分析運算，以增強最終數(shù)據(jù)的準確度和可靠性。

子站（臺區(qū)、開關(guān)站、配電房低壓配電運行）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成如圖5所示。

圖5 （臺區(qū)、開關(guān)站、配電房低壓配電運行）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成圖