基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的低壓智能臺(tái)區(qū)應(yīng)用方案

王冬陽(yáng)WANG Dong-yang；張彤ZHANG Tong；李昭LI Zhao；董天文DONG Tian-wen；王斌WANG Bin

（國(guó)網(wǎng)天津市電力公司城南供電分公司，天津 300201）

0 引言

為有效落實(shí)新型電力系統(tǒng)建設(shè)方案，推進(jìn)網(wǎng)格化供電服務(wù)在低壓臺(tái)區(qū)的落地見(jiàn)效，深挖智能電能表非計(jì)量功能應(yīng)用，以支持基層營(yíng)業(yè)服務(wù)工作提質(zhì)增效、降損反竊、業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新、服務(wù)水平提升的目標(biāo)，構(gòu)建一批運(yùn)行穩(wěn)定、技術(shù)先進(jìn)、管理精益、服務(wù)優(yōu)質(zhì)的數(shù)字化智能臺(tái)區(qū)。充分挖掘智能電能表數(shù)據(jù)價(jià)值，在臺(tái)區(qū)物聯(lián)智能感知、設(shè)備運(yùn)行在線監(jiān)測(cè)、臺(tái)區(qū)線損精益管理、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同服務(wù)與客戶友好互動(dòng)等方面體現(xiàn)顯著效能，促進(jìn)低壓電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行[1]。

1 智能臺(tái)區(qū)整體架構(gòu)

按照“精準(zhǔn)感知、邊緣智能、統(tǒng)一物聯(lián)、開(kāi)放共享”的建設(shè)思路，通過(guò)在配電臺(tái)區(qū)部署智能物聯(lián)感知設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和客戶狀態(tài)的精準(zhǔn)感知[2]。 復(fù)用現(xiàn)有的營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)、配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)主站，配電側(cè)以融合終端為核心，匯集臺(tái)區(qū)物聯(lián)感知設(shè)備，依托邊緣計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、通信連接、就地計(jì)算和分析的功能[3]。

線路側(cè)主要由智能斷路器組成，可通過(guò)微功率無(wú)線、HPLC 等多種通信方式接入融合終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路環(huán)境變量、地理位置、分支箱狀態(tài)、負(fù)荷數(shù)據(jù)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信息的監(jiān)測(cè)，支撐電氣拓?fù)渥R(shí)別、線路故障告警、線損分析等功能[4]。用戶側(cè)主要由智能隔離開(kāi)關(guān)、物聯(lián)網(wǎng)表等設(shè)備組成，可通過(guò)HPLC 直接采集用戶側(cè)感知數(shù)據(jù)的有效監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)電價(jià)計(jì)量、用戶負(fù)荷感知、用電安全隱患辨識(shí)等功能。通過(guò)采集光伏逆變器、智能物聯(lián)電能表、防孤島裝置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏、風(fēng)力發(fā)電、儲(chǔ)能等新能源接入管理[5]。

智能臺(tái)區(qū)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、云邊協(xié)同技術(shù)、微服務(wù)架構(gòu)，構(gòu)建臺(tái)區(qū)全量高頻數(shù)據(jù)應(yīng)用體系，主要包括配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)感知、臺(tái)區(qū)精益管理、充電樁有序用電、新能源接入管理等業(yè)務(wù)應(yīng)用，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)以及微服務(wù)理念，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)同共享，提升電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)效，整體架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 智能臺(tái)區(qū)整體架構(gòu)圖

2 智能臺(tái)區(qū)業(yè)務(wù)架構(gòu)

智能臺(tái)區(qū)業(yè)務(wù)架構(gòu)包括營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)與供電服務(wù)業(yè)務(wù)兩大系統(tǒng)，對(duì)臺(tái)區(qū)物聯(lián)感知設(shè)備數(shù)據(jù)采集、精益化管理、數(shù)字化主動(dòng)運(yùn)維服務(wù)等業(yè)務(wù)。營(yíng)業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、檔案管理、數(shù)據(jù)交互等功能[6]。供電服務(wù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)具有配電設(shè)備監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制、有序用電管理、新能源接入主動(dòng)預(yù)判等功能。該架構(gòu)在滿足傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，新增配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)感知、臺(tái)區(qū)精益管理、充電樁有序用電、新能源接入管理業(yè)務(wù)模塊，智能臺(tái)區(qū)業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 智能臺(tái)區(qū)業(yè)務(wù)架構(gòu)

2.1 配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)感知

基于智能臺(tái)區(qū)全量高頻數(shù)據(jù)采集及處理，對(duì)低壓電網(wǎng)及配用電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制。在此基礎(chǔ)上，對(duì)智能臺(tái)區(qū)設(shè)備健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估與預(yù)警，為運(yùn)維、檢修提供預(yù)警和決策支撐，合理優(yōu)化運(yùn)維計(jì)劃，提高設(shè)備管理水平，減少非必要的事故停電，提高用戶滿意度[7]。

通過(guò)部署一、二次融智能隔離開(kāi)關(guān)和具備邊緣計(jì)算功能的融合終端、物聯(lián)電能表、防孤島裝置等設(shè)備，智能感知和識(shí)別配電網(wǎng)運(yùn)行工況、設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境情況及其他輔助信息。通過(guò)云邊相互協(xié)同處理數(shù)據(jù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電臺(tái)區(qū)運(yùn)行狀態(tài)精準(zhǔn)監(jiān)控，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分析與深度挖掘，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、用電負(fù)荷識(shí)別、四級(jí)線損分析、線路阻抗計(jì)算、環(huán)境綜合監(jiān)控、有序用電管理、新能源接入管理等廣泛的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)[8]。

基于配電臺(tái)區(qū)及設(shè)備基礎(chǔ)臺(tái)帳、資產(chǎn)凈值、資產(chǎn)折損率、故障歷史情況統(tǒng)計(jì)等信息，結(jié)合配網(wǎng)全景狀態(tài)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行智能綜合性研判分析，實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)及設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)的精確評(píng)估并智能預(yù)測(cè)未來(lái)趨勢(shì)；采用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，結(jié)合全景感知數(shù)據(jù)，針異常開(kāi)展分級(jí)評(píng)級(jí)，計(jì)算判斷隱患風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)低壓配電網(wǎng)及設(shè)備的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理和預(yù)警體系建立，生成策略和預(yù)案，實(shí)現(xiàn)針對(duì)性主動(dòng)檢修。

2.2 臺(tái)區(qū)精益管理

基于智能臺(tái)區(qū)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)與歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，開(kāi)展智能臺(tái)區(qū)線損精益化管理，為電價(jià)異常治理、線損分析和治理等業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)智能化精益管理。通過(guò)非侵入式負(fù)荷識(shí)別技術(shù)和基于用戶負(fù)荷精準(zhǔn)識(shí)別的監(jiān)控分析，根據(jù)臺(tái)區(qū)用戶負(fù)荷辨識(shí)分析數(shù)據(jù)，關(guān)聯(lián)用戶行業(yè)分類(lèi)特征，結(jié)合用戶歷史用電情況，構(gòu)建用戶行為特征監(jiān)控分析模型。通過(guò)開(kāi)展用戶負(fù)荷類(lèi)型辨識(shí)，形成客戶用電特征，應(yīng)用大數(shù)據(jù)匹配負(fù)荷特性模型，精準(zhǔn)識(shí)別用戶用電類(lèi)型。利用非侵入式負(fù)荷識(shí)別模塊，精準(zhǔn)辨識(shí)客戶的用電負(fù)載，通過(guò)比對(duì)匹配用戶用電類(lèi)型，有效治理臺(tái)區(qū)用戶電價(jià)異常。

基于配電臺(tái)區(qū)內(nèi)分時(shí)、分段精益化線損管理功能實(shí)現(xiàn)，利用融合終端邊緣計(jì)算就地分析，精準(zhǔn)定位低壓配電網(wǎng)上的竊電行為上報(bào)云主站。破解臺(tái)區(qū)內(nèi)線路密集、用戶類(lèi)型繁多的復(fù)雜供電條件以及日趨專(zhuān)業(yè)性、隱蔽性強(qiáng)、隨機(jī)性高的竊電手段，減少人工分析、定位和取證的工作量，提高反竊電管理實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

2.3 數(shù)字化主動(dòng)服務(wù)

依托智能臺(tái)區(qū)各類(lèi)智能感知單元和融合終端的有效覆蓋，充分發(fā)揮融合終端與云主站的數(shù)據(jù)協(xié)同能力，助力配電服務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升主動(dòng)配電服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)提前排故、主動(dòng)搶修?；诘蛪号潆娋W(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、臺(tái)區(qū)設(shè)備位置信息，結(jié)合融合終端采集各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行量信息,通過(guò)建立低壓配電網(wǎng)阻抗在線動(dòng)態(tài)辨識(shí)模型實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)回路阻抗計(jì)算，以及通過(guò)節(jié)點(diǎn)歷史剩余電流故障特征值，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，實(shí)現(xiàn)潛在的故障預(yù)判，并提前運(yùn)維排除故障。

發(fā)揮融合終端就地化邊緣計(jì)算能力和處置優(yōu)勢(shì)，結(jié)合配電臺(tái)區(qū)電氣拓?fù)洹糇冴P(guān)系自動(dòng)識(shí)別功能和地理信息，支撐故障停電精準(zhǔn)分析，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)和停電地理分布的即時(shí)展示。綜合考慮人員技能約束、物料可用約束，采用智能優(yōu)化算法，制定搶修計(jì)劃，提高故障搶修效率與優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)故障快速處理，整體提升配電網(wǎng)智能處置和自愈能力。

2.4 新能源接入管理

結(jié)合“碳中和、碳達(dá)峰”業(yè)務(wù)需求，將光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、儲(chǔ)能裝置、抽水蓄能等分布式能源的接入低壓智能臺(tái)區(qū)，為低壓臺(tái)區(qū)搭建分布式微電網(wǎng)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)電力的需求越來(lái)越大，低壓側(cè)用電負(fù)荷不斷增加，電力設(shè)施擴(kuò)容需求日趨強(qiáng)烈。特別是季節(jié)性、分時(shí)段集中用電場(chǎng)景，經(jīng)常出現(xiàn)臺(tái)區(qū)過(guò)負(fù)荷、電壓偏低、異常停電等現(xiàn)象。為避免不確定性用電負(fù)荷的劇烈變化對(duì)配電網(wǎng)造成沖擊，提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行效率。通過(guò)在低壓臺(tái)區(qū)側(cè)搭建微電網(wǎng)管理系統(tǒng)，使光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能等不同電源之間能夠協(xié)調(diào)有序運(yùn)行，降低季節(jié)性集中用電對(duì)配電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來(lái)的挑戰(zhàn)，確保配電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。利用新能源有序接入策略，避免出現(xiàn)低電壓、異常停電、線路故障等異常斷電的發(fā)生，有力提升低壓智能臺(tái)區(qū)的電能質(zhì)量。

新能源接入管理是在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建下，充分發(fā)揮分布式能源效益的微電網(wǎng)系統(tǒng)。將不穩(wěn)定的分布式光伏、風(fēng)力發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)備等新能源轉(zhuǎn)變成高質(zhì)量的電能，智能臺(tái)區(qū)是新能源的接入的有效途徑。低壓智能臺(tái)區(qū)可以在并網(wǎng)模式下向主電網(wǎng)輸出或者吸收功率，也可以工作在離網(wǎng)模式下單獨(dú)為本地負(fù)載供電。保證新能源逆變器穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)多種模式之間的平滑切換。在離網(wǎng)向并網(wǎng)切換時(shí)，由于微電網(wǎng)電壓的相位和幅值與主電網(wǎng)電壓存在偏離，利用逆變器頻譜分析功能，柔性控制并網(wǎng)與離網(wǎng)的切換，避免產(chǎn)生瞬時(shí)過(guò)電壓或過(guò)電流，危害電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

一種基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的低壓智能臺(tái)區(qū)應(yīng)用方案符合新型電力系統(tǒng)建設(shè)要求，該方案能夠有力支撐配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)感知、臺(tái)區(qū)精益管理、充電樁有序用電、新能源接入管理新業(yè)務(wù)發(fā)展。實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)精益化管理，確保新能源有序接入管理。通過(guò)試點(diǎn)建設(shè)，該方案適用于多種臺(tái)區(qū)架構(gòu)模式，滿足新型電力系統(tǒng)建設(shè)的要求，提升低壓電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

該方案依據(jù)國(guó)家、行業(yè)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，通過(guò)搭建小型應(yīng)用環(huán)境，開(kāi)展方案功能、性能驗(yàn)證，滿足國(guó)家、行業(yè)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)等級(jí)要求。通過(guò)周期性壓力測(cè)試，該方案的配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)感知、臺(tái)區(qū)精益管理、充電樁有序用電、新能源接入管理等業(yè)務(wù)符合預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的一種基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的低壓智能臺(tái)區(qū)應(yīng)用方案，包括方案物理架構(gòu)、業(yè)務(wù)架構(gòu)、主要功能分析等內(nèi)容。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，開(kāi)展方案試點(diǎn)建設(shè)，驗(yàn)證方案性能和功能指標(biāo)要求，符合新型電力系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)要求。結(jié)合“碳中和、碳達(dá)峰”目標(biāo)要求，開(kāi)展智能臺(tái)區(qū)場(chǎng)景應(yīng)用試點(diǎn)建設(shè)，該方案滿足傳統(tǒng)多種臺(tái)區(qū)架構(gòu)模式，有效提升低壓臺(tái)區(qū)的運(yùn)營(yíng)效率，為新能源接入提供穩(wěn)定可靠的技術(shù)條件。