臺(tái)區(qū)智慧用能建設(shè)方案

艾福洲，蔡 超，孟慶智，楊 思

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司，湖北 武漢 430000；2.山東省煙臺(tái)市東方電子股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264010）

為減少電力系統(tǒng)的大面積停電事故、人身傷亡事故、重特大設(shè)備事故及后續(xù)新能源接入，提升供電可靠率和綜合供電電能質(zhì)量，需要建設(shè)智能臺(tái)區(qū)，更好地適應(yīng)分布式能源、儲(chǔ)能、交互式用能設(shè)施等大規(guī)模并網(wǎng)接入的需要[1]。

所謂智能臺(tái)區(qū)，就是使臺(tái)區(qū)智能化，實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化、生產(chǎn)管理信息化、用戶管理互動(dòng)化和信息發(fā)布可視化，通過對(duì)臺(tái)區(qū)配網(wǎng)的自動(dòng)化改造建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)低壓配網(wǎng)設(shè)備的全面感知和精細(xì)化管理[2]。依托臺(tái)區(qū)就地化決策和云端協(xié)同機(jī)制，助推被動(dòng)搶修到主動(dòng)運(yùn)維模式變革，提升設(shè)備管理效率，提升供電服務(wù)能力，加強(qiáng)供電服務(wù)保障。

本文根據(jù)智能臺(tái)區(qū)用能建設(shè)需求，及臺(tái)區(qū)智慧用能建設(shè)原則，構(gòu)建兩種臺(tái)區(qū)智慧用能建設(shè)方案，并為其配套設(shè)置綜合管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)全智能化，做好從用好電到用好能的服務(wù)轉(zhuǎn)變，加快配電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐。

1 臺(tái)區(qū)智慧用能系統(tǒng)

1.1 臺(tái)區(qū)智慧用能建設(shè)需求

臺(tái)區(qū)點(diǎn)多面廣，周邊環(huán)境復(fù)雜，是配電網(wǎng)管理的難點(diǎn)和重點(diǎn)。隨著用戶對(duì)供電可靠性和供電維保要求的提高及電力公司改革政策的逐步推進(jìn)和落實(shí)，用能需求的多樣化，主要包括：

實(shí)現(xiàn)對(duì)眾多分散的臺(tái)區(qū)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和集中運(yùn)維管理，做到運(yùn)維管理規(guī)范化，提升臺(tái)區(qū)管理水平；

打通從臺(tái)區(qū)到終端用戶的用電圖譜，支持用戶側(cè)綜合能源用能信息監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)配用電系統(tǒng)運(yùn)行情況的深度掌控；

針對(duì)停電、短路、過負(fù)荷等異常工況，系統(tǒng)能夠迅速分析異常范圍及異常工況原因，制定異常工況恢復(fù)輔助決策，實(shí)現(xiàn)故障快速恢復(fù)，提升用戶用能體驗(yàn)；

支持停電率、負(fù)載率線損等配用電關(guān)鍵指標(biāo)的核算分析，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)側(cè)及用戶側(cè)用能變化趨勢(shì)清晰明了，為臺(tái)區(qū)運(yùn)維、改造及用戶側(cè)用能行為優(yōu)化提供依據(jù)；

基于Web網(wǎng)站及移動(dòng)APP等信息化技術(shù)，提供報(bào)警推送、運(yùn)維計(jì)劃推送及地圖導(dǎo)航等便捷服務(wù)，提升運(yùn)維效率，降低運(yùn)維成本[3]。

1.2 臺(tái)區(qū)智慧用能建設(shè)原則

1.2.1 先進(jìn)性

以臺(tái)區(qū)側(cè)及用戶側(cè)配用電系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)不間斷采集為基礎(chǔ)，結(jié)合形象化展示和多種信息化手段，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)智能運(yùn)維管理，大幅提升運(yùn)維效率。

1.2.2 開放性

軟硬件平臺(tái)具有良好的開放性和廣泛的適應(yīng)性，應(yīng)用功能模塊均應(yīng)基于相關(guān)國(guó)際、國(guó)家、行業(yè)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，支持模塊或子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)和功能交互，系統(tǒng)規(guī)模和功能可按需擴(kuò)展[4]。

1.2.3 可靠性

建設(shè)時(shí)充分考慮可靠性要求，通過關(guān)鍵硬件設(shè)備及軟件采用冗余配置、集群、虛擬化、容災(zāi)備用等技術(shù)手段，消除單點(diǎn)故障，確保不因部分軟硬件故障而影響系統(tǒng)功能的正常運(yùn)行。

1.2.4 安全性

遵循信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)及電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中應(yīng)不影響電力系統(tǒng)的安全性，不因系統(tǒng)本身的故障或錯(cuò)誤導(dǎo)致電網(wǎng)安全事故。

1.2.5 易用性

提供方便易用的操作、維護(hù)和管理界面，系統(tǒng)功能組織合理、界面美觀易懂、操作方便快捷。使用人員無需經(jīng)過復(fù)雜的培訓(xùn)即可掌握并使用此系統(tǒng)。

1.2.6 經(jīng)濟(jì)性

立足于實(shí)際、因地制宜，根據(jù)需求做到一地一方案，合理部署實(shí)施，達(dá)到投資少、見效快的目的。

2 系統(tǒng)構(gòu)架建設(shè)方案

按照以上臺(tái)區(qū)智慧用能建設(shè)原則，提出2種建設(shè)方案。一種為移動(dòng)平臺(tái)接入方式，另一種為物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)方式。

2.1 方案一：移動(dòng)平臺(tái)接入方式

移動(dòng)平臺(tái)接入方式的智能臺(tái)區(qū)建設(shè)方案如圖1所示。

圖1 方案一系統(tǒng)架構(gòu)

智能終端通過安全接入?yún)^(qū)接入1區(qū)配網(wǎng)主站，將終端采集的三相電流、三相電壓、有功、無功、功率因數(shù)、終端告警、分支回路停復(fù)電信號(hào)、表計(jì)停復(fù)電信息等數(shù)據(jù)同步至臺(tái)區(qū)配網(wǎng)主站。

智能臺(tái)區(qū)Web應(yīng)用部署在安全臺(tái)區(qū)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從臺(tái)區(qū)配網(wǎng)主站獲取。

智能臺(tái)區(qū)APP應(yīng)用部署在移動(dòng)接入?yún)^(qū)，與部署千臺(tái)區(qū)Web系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各低壓專題信息共享和互聯(lián)互通。

2.2 方案二：物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)方式

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)方式的智能臺(tái)區(qū)建設(shè)方案如圖2所示。

圖2 方案二系統(tǒng)架構(gòu)

智能終端通過云端物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)接入Ⅰ區(qū)配網(wǎng)主站，主站將終端采集的三相電流、三相電壓、有功、無功、功率因數(shù)、終端告警、分支回路停復(fù)電信號(hào)、表計(jì)停復(fù)電信息等數(shù)據(jù)同步至臺(tái)區(qū)主站。

智能臺(tái)區(qū)Web應(yīng)用部署在云端，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從臺(tái)區(qū)配網(wǎng)主站獲取。

智能臺(tái)區(qū)APP應(yīng)用部署在云端，與智能臺(tái)區(qū)Web系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各低壓專題信息共享和互聯(lián)互通。

2.3 綜合管理系統(tǒng)

本文為上述臺(tái)區(qū)智慧用能建設(shè)方案構(gòu)建了綜合管理系統(tǒng)，其硬件體系包括智能電網(wǎng)自愈系統(tǒng)、臺(tái)區(qū)SCADA服務(wù)器、無功電壓智能監(jiān)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)EMS等，其中，臺(tái)區(qū)SCADA系統(tǒng)是本系統(tǒng)的核心，其他系統(tǒng)通過主計(jì)算機(jī)連接。系統(tǒng)具體構(gòu)架如圖3所示。智能綜合管理系統(tǒng)由主站層（站控層）、通信層（中間層）、間隔層（現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層）三部分組成。

圖3 智能綜合管理系統(tǒng)架構(gòu)

3 臺(tái)區(qū)智能化的優(yōu)點(diǎn)

本文所提出智能臺(tái)區(qū)打通了傳感器及各系統(tǒng)間的壁壘，實(shí)現(xiàn)真正全面的“智能化”；本系統(tǒng)結(jié)合智能抄表與負(fù)荷控制，可以杜絕竊電行為，提高資產(chǎn)利用率。

通過臺(tái)區(qū)的智能化系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多種全新的功能，比如安全有效地實(shí)現(xiàn)運(yùn)維平臺(tái)的全景監(jiān)視；故障分析如三相不平衡調(diào)節(jié)、電壓調(diào)節(jié)、功率因數(shù)控制、超限重過載分析等；對(duì)網(wǎng)損的實(shí)時(shí)分析和處理（防竊電、發(fā)現(xiàn)運(yùn)行效率低的電氣設(shè)備或其他運(yùn)行問題），實(shí)現(xiàn)線損管理。臺(tái)區(qū)中的分散式電容器/電抗器的控制也能更加協(xié)調(diào)，從而提高供電可靠性，提升電能質(zhì)量并降低損耗[5]。

人員管控的智能化可以確保人員及操作安全。隨著智能設(shè)備的增多及傳感器的普及，技術(shù)人員維護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的難度大大增加。通過智能配電房的建設(shè)，不但可以節(jié)約巡檢人力，更將以技術(shù)手段協(xié)助運(yùn)維人員輕松地管控自動(dòng)化系統(tǒng)。

通過源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)協(xié)同配合，充分利用光伏、充電樁和儲(chǔ)能之間的相互協(xié)同[6]，利用儲(chǔ)能裝置有效地抑制配電網(wǎng)波動(dòng)，包括配電網(wǎng)功率需求調(diào)整，功率控制間歇性波動(dòng)，負(fù)荷波動(dòng)和故障擾動(dòng)等，在通過響應(yīng)較慢的功率控制和減載控制來維持本地功率平衡時(shí)，可促進(jìn)分布式能源的就地消納，同時(shí)能增強(qiáng)電網(wǎng)的主動(dòng)和自愈控制能力，并提高電網(wǎng)的故障承受能力。

4 結(jié)論

本文在智能電網(wǎng)升級(jí)的基礎(chǔ)上，提出了臺(tái)區(qū)智慧用能的兩個(gè)建設(shè)方案。站區(qū)智能化可以適應(yīng)和提高電力用戶的運(yùn)行管理水平。成功實(shí)施后，配電網(wǎng)的所有節(jié)點(diǎn)與傳輸站之間將進(jìn)行雙向信息通信。智能監(jiān)控設(shè)備能夠很好地集成監(jiān)控、測(cè)量、分析和控制功能。采用先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)計(jì)方法和高性價(jià)比的元件，使臺(tái)區(qū)集成的智慧用能方案可靠且成本效益高。

智能臺(tái)區(qū)可實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控和保護(hù)，降低故障發(fā)生的可能性，協(xié)助日常檢查和維護(hù)，減少故障時(shí)間；還可以增強(qiáng)抵御外部風(fēng)險(xiǎn)的能力。

面對(duì)新的挑戰(zhàn)，臺(tái)區(qū)智慧用能不僅可以提升電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行的可靠性，同時(shí)使得電能輸配環(huán)節(jié)更加高效、經(jīng)濟(jì)、清潔、互動(dòng)，適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。