新型電力系統(tǒng)背景下低壓臺區(qū)建設(shè)的研究

杜 峰，江御龍

（國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 210000）

關(guān)鍵字：低壓臺區(qū)；物聯(lián)感知；新型電力系統(tǒng) 中國分類號：TM774

1 研究背景

能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為時下最先進的電子信息技術(shù)，正以高效率、高技術(shù)水平、高覆蓋率的優(yōu)勢成為電力發(fā)展的主要驅(qū)動力。供電公司致力于打造智能電網(wǎng)，為每一個居民用戶提供定制化服務(wù)，根據(jù)居民用戶的實際需要進行相應(yīng)調(diào)整，以提高用電管理效率和經(jīng)濟效益。在用戶側(cè)泛在能源互聯(lián)網(wǎng)涵蓋的范圍極廣，是從用電企業(yè)用戶安裝的負荷控制管理終端、用能監(jiān)控終端到低壓臺區(qū)側(cè)集中器、居民用戶的智能電能表、智能插座、智能家居等一切與電能關(guān)聯(lián)的節(jié)點。隨著交直流充電樁、分布式能源、智能家居、儲能以及水氣熱等各類新型用能設(shè)備的逐步接入，各網(wǎng)省公司數(shù)據(jù)采集范圍較以前有了極大拓展，同時隨著居民用戶用能情況實時監(jiān)測的要求不斷提高，電能數(shù)據(jù)采集周期由每日到小時到現(xiàn)在要求的分鐘級，采集頻度大幅度增加了幾十倍。

為了加快網(wǎng)省供電公司推進供電側(cè)用戶數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，服務(wù)營銷數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展，聚焦“碳中和、碳達峰”目標，構(gòu)建新型低壓臺區(qū)管理服務(wù)體系，必須全面加強臺區(qū)信息感知能力，推動業(yè)務(wù)體系融合貫通，構(gòu)建源網(wǎng)荷儲互動機制，實現(xiàn)臺區(qū)精益管理、負荷精準調(diào)控，用戶精品服務(wù)，助推可持續(xù)發(fā)展，助力構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。

2 主要技術(shù)研究

物聯(lián)感知技術(shù)在低壓臺區(qū)建設(shè)中重點是在通信組網(wǎng)建設(shè)思路上，以HPLC 為主要通信方式，RS485為輔，結(jié)合藍牙、LoRa等方式作為補充，以智能電能表為居民家庭通信子網(wǎng)中心、以物聯(lián)感知終端為表箱通信子網(wǎng)中心，以能源控制器為臺區(qū)低壓側(cè)通信網(wǎng)絡(luò)中心，構(gòu)建彈性擴展、傳輸高效的分層分布式通信網(wǎng)絡(luò)。

HPLC技術(shù)是在低壓電力線上進行數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)膶拵щ娏€載波技術(shù)，是以低壓電力線作為傳輸介質(zhì)，實現(xiàn)電力用戶的用電數(shù)據(jù)交互傳輸?shù)囊环N通信網(wǎng)絡(luò)。主要采用了正交頻分復用（OFDM）技術(shù)，使用頻段為0.7～3 MHz，與以往低速窄帶電力線載波技術(shù)相對比，HPLC技術(shù)具有帶寬大、傳輸速率高等優(yōu)勢條件，可以滿足電力線載波通信更高的需求。

覆蓋范圍廣泛，尤其是在建筑樓宇內(nèi)或是山區(qū)等特殊地方，無線存在穿透力弱，有信號盲區(qū)的情況，HPLC 技術(shù)可以很好的與無線技術(shù)行程互補，可以更好地實現(xiàn)通信連接。隨著國家電網(wǎng)公司對HPLC大力推廣，HPLC技術(shù)將來會帶動起更多的市場應(yīng)用前景。

3 建設(shè)內(nèi)容研究

低壓臺區(qū)現(xiàn)場建設(shè)，一般從臺區(qū)側(cè)低壓計量箱、分支箱、表箱、用戶4個方面進行?；贖PLC推廣與深化應(yīng)用，主要包括數(shù)據(jù)高頻采集、臺區(qū)自動識別、相位拓撲識別、停電事件主動上報、臺區(qū)分相停電分析、時鐘精準治理、通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測與優(yōu)化、ID統(tǒng)一標識管理等功能。通過深化應(yīng)用臺區(qū)主要節(jié)點監(jiān)測設(shè)備，強化低壓臺區(qū)分支和用電點的邊緣感知、邊緣計算能力，實現(xiàn)計量箱數(shù)字化監(jiān)控。采用對臺區(qū)內(nèi)分支箱、計量箱、終端等設(shè)備進行數(shù)字化改造方式，建立臺區(qū)各型設(shè)備信息模型，對實時運行工況、設(shè)備運行狀態(tài)、電氣拓撲結(jié)構(gòu)、溫濕度等信息的實時采集監(jiān)控，實現(xiàn)可視化的數(shù)字、圖形等展示，來提高臺區(qū)運行的可觀測性。通過對臺區(qū)用電行為數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，進而加強臺區(qū)拓撲自動識別能力以及提升配網(wǎng)故障精準定位能力，實現(xiàn)臺區(qū)拓撲和相位的高效率自動識別，這樣相比于原有的人工營銷建檔、核查的方式，明顯降低工作人員的工作量以及現(xiàn)場實際運維所產(chǎn)生的成本。

物聯(lián)感知技術(shù)在低壓臺區(qū)的建設(shè)主要依托HPLC 建立低壓臺區(qū)骨干通信網(wǎng)絡(luò)，建立能源控制器、低壓監(jiān)測感知終端、智能電能表等主節(jié)點設(shè)備的穩(wěn)定通信連接。

臺區(qū)：能源控制器通過4G VPN 與用電信息采集系統(tǒng)通信，實現(xiàn)平臺與智能終端的數(shù)據(jù)交互。對下采用RS485 總線通信采集臺區(qū)總表、環(huán)境（溫濕度、水浸）傳感器，通過電力線載波HPLC 采集居民戶表、低壓監(jiān)測感知終端、室內(nèi)智能家電等設(shè)備信息并進行協(xié)調(diào)控制。

分支線路：安裝分支箱的低壓監(jiān)測感知終端采用RS485 總線連接環(huán)境傳感器、塑殼斷路器，實現(xiàn)分支電氣拓撲結(jié)構(gòu)辨識、相序識別、故障感知、事件主動上報及分支線路線損精細化分析等功能。低壓監(jiān)測感知終接入用電分支線路的電壓和電流，通過算法實現(xiàn)用電特征值凍結(jié)、負荷分解、故障分析、故障排查等功能，通過HPLC 實現(xiàn)與能源控制器的數(shù)據(jù)傳輸。

表箱：居民表箱可集成低壓監(jiān)測感知終端、量測開關(guān)、漏電保護器、溫濕度、水浸傳感器以及具備無感換表底座、智能鎖具，能源控制器通過HPLC 與低壓監(jiān)測感知終端通信，對智能電能表實時或凍結(jié)數(shù)據(jù)、表箱開閉狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)智能電能表數(shù)據(jù)的高頻采集、表前或表后停電故障監(jiān)測分析、線路過載或短路保護、電氣拓撲物理識別、線損精細化分析計算、非介入式負室內(nèi)荷辨識以及表箱進水或高溫、著火報警等功能。

用戶：將用戶側(cè)的有序充電樁、光伏、儲能裝置數(shù)據(jù)通過HPLC接入能源控制器，通過具備HPLC載波功能的智能插座連接家用電器，實現(xiàn)戶內(nèi)空調(diào)、電熱水器等大功率電器的負荷辨識與柔性調(diào)控?；诖髷?shù)據(jù)處理分析，結(jié)合智能插座、智能家電等設(shè)備的精準感知，實現(xiàn)用戶用能精準分析，臺區(qū)負荷精準預(yù)測，提供家庭電器、臺區(qū)、小區(qū)等多維度的用能分析，引導用戶培養(yǎng)良好的用電習慣。

4 結(jié)束語

近年來，隨著能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，能源互聯(lián)網(wǎng)的概念應(yīng)運而生。能源互聯(lián)網(wǎng)既有電力的互聯(lián)互通，又存在信息的互聯(lián)互通，因此具有泛在、雙向交互和全面感知的特征?？紤]到能源互聯(lián)網(wǎng)的任務(wù)特征，其單向通信方式存在節(jié)點控制困難、難以應(yīng)對高并發(fā)場景和終端設(shè)備故障處理等問題，因此本項目提出了一種能源互聯(lián)網(wǎng)場景下的云端雙向高并發(fā)通信架構(gòu)，以滿足雙向互動、全面感知的泛在能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)要求。

基于物聯(lián)感知技術(shù)打造的低壓臺區(qū)建設(shè)是各網(wǎng)省供電公司推進一流智能電網(wǎng)建設(shè)的重要一步。未來，電力系統(tǒng)的萬物物聯(lián)將是新型電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，進一步充分挖掘用電數(shù)據(jù)價值和數(shù)據(jù)應(yīng)用的效率，為供電質(zhì)量的提高和用電服務(wù)的提升提供更多的技術(shù)支撐。