利用數(shù)字化、智能化技術(shù)服務(wù)鄉(xiāng)村振興提高農(nóng)村供電和服務(wù)水平

■ 國網(wǎng)浙江杭州供電公司 陳 煒 劉 箭 劉興業(yè)

國網(wǎng)浙江桐廬縣供電公司 皇甫偉鋼 鄭永鏹 范春豐

國網(wǎng)杭州供電公司研究制定了建設(shè)國家電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)省級示范區(qū)縣域樣板的實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)在新能源為主體的新型電力系統(tǒng)下全域保持高供電可靠性，支撐縣委縣政府高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)。

建設(shè)背景

形勢環(huán)境。桐廬作為“中國最美縣”，美麗鄉(xiāng)村建設(shè)一直走在全省前列。江南鎮(zhèn)“美麗鄉(xiāng)村”建設(shè)是杭州市深化“千萬工程”建設(shè)新時(shí)代美麗鄉(xiāng)村、貫徹落實(shí)國家鄉(xiāng)村振興發(fā)展戰(zhàn)略的典型實(shí)踐，建設(shè)秉承“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，成為杭州“三農(nóng)”的“金名片”。

戰(zhàn)略意義。杭州供電公司以“先行示范窗口”的使命擔(dān)當(dāng)，以“智慧化、數(shù)字化、自動(dòng)化”為核心，堅(jiān)持問題導(dǎo)向，全力謀劃“城—鎮(zhèn)—村”全場景高彈性配電低壓物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，打造能源互聯(lián)網(wǎng)“試驗(yàn)田”和多元融合高彈性電網(wǎng)“樣板間”。

在桐廬構(gòu)建低壓物聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)，實(shí)現(xiàn)低壓配電設(shè)備狀態(tài)全管控、業(yè)務(wù)流程全穿透，配電網(wǎng)業(yè)務(wù)和信息處理在線化、透明化、移動(dòng)化、智能化，提高中低壓配網(wǎng)故障綜合研判能力，提升故障搶修效率、供電可靠性和客戶服務(wù)水平。

痛點(diǎn)問題。停電信息粗糙、低壓設(shè)備智能化水平低。停電信息只覆蓋至臺區(qū)低壓進(jìn)線側(cè)，低壓設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測能力不足，無法掌握各類設(shè)備運(yùn)行水平。低壓設(shè)備缺陷發(fā)現(xiàn)僅限于現(xiàn)場巡視或故障報(bào)修，無法快速、準(zhǔn)確地獲取設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)，隨著供電高可靠性要求日益增加，對低壓用戶停電信息的快速、主動(dòng)上送以及對故障的研判需求便越來越迫切。

低壓臺區(qū)拓?fù)錈o法自動(dòng)識別、故障研判能力不足。低壓臺區(qū)電氣拓?fù)潢P(guān)系的生成局限于人工排查，造成低壓臺區(qū)電氣拓?fù)錅?zhǔn)確性較低、更新不及時(shí)的問題，對故障精準(zhǔn)判斷造成較大影響。同時(shí)，低壓故障研判及處理模式依靠于人工的系統(tǒng)查詢及現(xiàn)場查看摸排，所需時(shí)間較長，智能化程度較低。導(dǎo)致后期故障排查效率低及線損管理困難。

充電樁、分布式電源狀態(tài)監(jiān)測亟須解決。區(qū)域內(nèi)低壓臺區(qū)電動(dòng)汽車充電樁負(fù)荷接入逐漸提升，缺乏有效手段來監(jiān)測低壓用戶充電行為、評估充電負(fù)荷接入對臺區(qū)供電質(zhì)量的影響。低壓分布式電源狀態(tài)監(jiān)測手段不足，分布式電源的接入改變了原線路潮流分布，設(shè)備主人無法及時(shí)了解新增分布式電源對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行影響。

低壓供電備用電源轉(zhuǎn)供能力需進(jìn)一步加強(qiáng)。小區(qū)配電房2臺區(qū)間不具備低壓故障后自動(dòng)轉(zhuǎn)供能力，核心區(qū)域公變臺區(qū)供電可靠性仍有提升空間。

建設(shè)內(nèi)容

選擇具有典型意義的城農(nóng)網(wǎng)供電所進(jìn)行低壓物聯(lián)改造，探索美麗鄉(xiāng)村高彈性配電低壓物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)模式。該試點(diǎn)建設(shè)位于浙江省杭州市桐廬縣江南供電所。

技術(shù)方案

低壓臺區(qū)故障就地化綜合研判

目前發(fā)生低壓故障，搶修人員無法通過后臺監(jiān)測及時(shí)獲取停電情況，造成用戶停電時(shí)間長，搶修效率低。

基于融合終端邊緣計(jì)算能力，對低壓各類設(shè)備電氣量、運(yùn)行狀態(tài)量、電表停復(fù)電狀態(tài)等信息的實(shí)時(shí)感知和匯總，在融合終端進(jìn)行低壓故障就地研判，通過各節(jié)點(diǎn)（LTU和智能斷路器）逐級信息比對分析，確定臺區(qū)停電事件和故障位置，并上傳主站。

Ⅳ區(qū)主站接收融合終端的研判事件后，結(jié)合主站側(cè)中壓各設(shè)備告警信息進(jìn)行綜合研判，自動(dòng)生成故障停電范圍及原因預(yù)解析。

供服系統(tǒng)搶修模塊基于主站故障研判結(jié)果，主動(dòng)派發(fā)搶修功能，快速解決配網(wǎng)故障，提升配電網(wǎng)智能處置和自愈能力，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段、停電客戶綜合自動(dòng)研判和快速、準(zhǔn)確定位，將被動(dòng)搶修轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)搶修。

根據(jù)臺區(qū)的電氣拓?fù)鋱D、設(shè)備停電告警和電流故障點(diǎn)，快速定位故障點(diǎn)的位置，防止設(shè)備故障誤報(bào)。

低壓臺區(qū)電氣拓?fù)渥詣?dòng)辨識

目前低壓臺區(qū)拓?fù)湫畔⒅饕蕾囉谙到y(tǒng)檔案維護(hù)和現(xiàn)場人工核查，造成低壓臺區(qū)拓?fù)淙粘＞S護(hù)工作量大，準(zhǔn)確性不高。

融合終端的低壓拓?fù)鋭?dòng)態(tài)識別應(yīng)用基于即插即用與自動(dòng)注冊維護(hù)技術(shù)，動(dòng)態(tài)獲取配電臺區(qū)線路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)LTU的采集數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息，結(jié)合營配就地交互功能，獲取末端用戶智能電能表的地址信息，實(shí)現(xiàn)變—線—箱—戶的4級完整拓?fù)洌⒅С直碛?jì)新增/輪換后的拓?fù)渥詣?dòng)更新功能。

拓?fù)湫畔⒒虮碛?jì)檔案信息變化后，臺區(qū)“變—戶”關(guān)系，可以在主站與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備模型、PMS、主站側(cè)拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行自動(dòng)校核，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)變壓器用戶關(guān)系、拓?fù)渥兏刃畔⒌闹鲃?dòng)發(fā)現(xiàn)與自動(dòng)維護(hù)，提高低壓配網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ蜏?zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)低壓網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢暬芾怼?/p>

圖1 故障精準(zhǔn)研判原理圖

圖2 融合終端低壓故障研判流程

通過改造智能斷路器、安裝LTU獲取出線開關(guān)、表箱等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)拓?fù)湫盘柺瞻l(fā)結(jié)果，利用本地通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)匯聚至融合終端運(yùn)算，生成“變—線—箱”拓?fù)鋱D文件。更進(jìn)一步通過LTU與同表箱Ⅱ型集中器的通信連接，融合終端獲?、蛐图衅鞯谋碛?jì)檔案信息，實(shí)現(xiàn)“變—線—箱—戶”4級拓?fù)鋭?dòng)態(tài)辨識。

充電樁有序充放電

通過“網(wǎng)上國網(wǎng)”客戶端、客戶端業(yè)務(wù)層、系統(tǒng)間信息通信層、電網(wǎng)支撐平臺層、現(xiàn)場設(shè)備層改造，實(shí)現(xiàn)充電樁有序充放電。

以“網(wǎng)上國網(wǎng)”客戶端為窗口，以“業(yè)務(wù)鏈接平臺”通訊鏈路為依托，完善網(wǎng)上國網(wǎng)“充電樁”業(yè)務(wù)，擴(kuò)展“配電自動(dòng)化四區(qū)主站”支撐平臺的充電樁管理功能，現(xiàn)場加充電樁安裝智能斷路器，實(shí)現(xiàn)第一階段充電樁狀態(tài)感知及監(jiān)測管理。

客戶端業(yè)務(wù)層，在網(wǎng)上國網(wǎng)新增“居民充電樁有序充電管理”業(yè)務(wù)，通過充電樁二維碼掃描功能，向客戶直觀展示充電樁是否可即刻充電和自助預(yù)約，支持在線預(yù)約，支持客戶側(cè)智慧充電策略，引導(dǎo)客戶在負(fù)荷低谷時(shí)段進(jìn)行自主充電，提高配電網(wǎng)穩(wěn)定高效運(yùn)行水平。

系統(tǒng)間信息通信層，以業(yè)務(wù)鏈路交互平臺為媒介，將客戶端業(yè)務(wù)需求數(shù)據(jù)（包括充電需求時(shí)間、用戶充電等信息）、現(xiàn)場電網(wǎng)側(cè)感知運(yùn)行數(shù)據(jù)（包括變壓器運(yùn)行、斷路器運(yùn)行等數(shù)據(jù)）進(jìn)行業(yè)務(wù)信息交互，為有序管理實(shí)施提供參考數(shù)據(jù)。

電網(wǎng)支撐平臺層，在配電自動(dòng)化Ⅳ區(qū)主站內(nèi)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場融合設(shè)備、智能斷路器等設(shè)備數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及管理，支持遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互。

現(xiàn)場設(shè)備層，包括邊緣計(jì)算融合終端以及智能斷路器末端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)本地側(cè)策略執(zhí)行控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測等功能。

分布式電源并網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測

在融合終端中配置分布式能源管理微應(yīng)用，實(shí)時(shí)監(jiān)測戶用光伏等分布式電源的運(yùn)行情況與電能質(zhì)量，結(jié)合臺區(qū)運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)分布式電源無功出力的實(shí)時(shí)監(jiān)視、削減諧波影響。同時(shí)，通過分布式電源“孤島”狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知、預(yù)警，解決分布式電源非計(jì)劃孤島運(yùn)行帶來的安全隱患，消除“雙高”形態(tài)下配電網(wǎng)日常運(yùn)行、檢修和故障處理的安全風(fēng)險(xiǎn)。最后，融合終端將實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)上報(bào)配電自動(dòng)化主站，實(shí)現(xiàn)過電壓、反孤島等狀態(tài)監(jiān)視預(yù)警，滿足新能源在低壓配電網(wǎng)的大量、快速、安全接入。

低壓聯(lián)絡(luò)自動(dòng)電源轉(zhuǎn)換

采用歐變低壓兩進(jìn)線一聯(lián)絡(luò)自動(dòng)電源轉(zhuǎn)換方案，設(shè)備由控制器、適配器和執(zhí)行斷路器構(gòu)成。執(zhí)行斷路器加裝適配器后通過控制連接線與控制器連接，實(shí)現(xiàn)對供電電源的檢測；控制器通過設(shè)定的程序自動(dòng)完成電源間的轉(zhuǎn)換。

自投不自復(fù)模式，假設(shè)S1故障，系統(tǒng)自投，分閘QS1后，合閘QTIE，QS1段母線通過母聯(lián)開關(guān)由QS2段母線供電。當(dāng)S1恢復(fù)供電，系統(tǒng)不自復(fù)。

自投自復(fù)模式，假設(shè)S1故障，系統(tǒng)自投：分閘QS1后，合閘QTIE，QS1段母線通過母聯(lián)開關(guān)由QS2段母線供電。當(dāng)S1恢復(fù)供電，系統(tǒng)自復(fù)：QTIE分閘，合閘QS1，恢復(fù)到單母分?jǐn)喙╇娔Ｊ健?/p>

邏輯鎖：控制器中有邏輯判斷電路保證不會發(fā)出錯(cuò)誤的控制命令，確保避免發(fā)出3個(gè)“1”，發(fā)生合環(huán)。

電氣鎖：控制器和適配器通過斷路器中的O F觸點(diǎn)組成硬連接閉鎖回路，避免3個(gè)塑殼同時(shí)合閘。

誤合瞬跳：此為以防萬一的后備保護(hù)，當(dāng)發(fā)生誤操作或其他原因的誤合閘，控制器會立刻發(fā)命令跳開母聯(lián)開關(guān)（手動(dòng)本體操作引起的誤合閘，跳開最后誤合的斷路器），同時(shí)退出自動(dòng)控制并報(bào)警。

實(shí)現(xiàn)成效

低壓臺區(qū)電氣拓?fù)渥詣?dòng)辨識

通過全覆蓋的智能斷路器、LTU設(shè)備，利用臺區(qū)融合終端及線路監(jiān)測單元的快速高精度采樣技術(shù)同步對母線上特征信號檢測，進(jìn)行邏輯關(guān)系的判斷，確定拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)前后關(guān)系和并行關(guān)系，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)“配變—分支—表箱”的電氣物理拓?fù)渥詣?dòng)辨識。

低壓臺區(qū)故障就地化綜合研判

圖3 融合終端監(jiān)控智能并網(wǎng)開關(guān)

圖4 電氣聯(lián)鎖

通過融合終端采集低壓斷路器套件、低壓監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)，利用安裝在終端內(nèi)的臺區(qū)故障研判App，結(jié)合臺區(qū)拓?fù)鋽?shù)據(jù)，就地實(shí)現(xiàn)臺區(qū)內(nèi)故障的分析，并將結(jié)果實(shí)時(shí)推送給主站，再由主站自動(dòng)生成搶修工單推送運(yùn)維責(zé)任人。實(shí)現(xiàn)低壓網(wǎng)絡(luò)下關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)告警。

線損分析和管理

通過低壓配電關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的智能斷路器和LTU裝置，對低壓配電網(wǎng)的進(jìn)饋線關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電氣量和狀態(tài)量進(jìn)行監(jiān)測。數(shù)據(jù)上送智能融合終端，結(jié)合電氣拓?fù)洹芭渥儭种А硐洹苯Y(jié)構(gòu)，對低壓總進(jìn)和表箱能流進(jìn)行分析比對，結(jié)合“分支”節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)臺區(qū)線損分析和異常節(jié)點(diǎn)告警，便于快速處理異常線損故障。

充電樁有序充放電

通過以配電變壓器運(yùn)行角度為入口，以降低配變負(fù)載擾動(dòng)、緩減負(fù)荷高峰期重過載為抓手，借助智能臺區(qū)融合終端以及配電物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)新應(yīng)用，通過充電樁狀態(tài)感知及監(jiān)測、充電有序管理、充電有序智能服務(wù)3個(gè)階段全面實(shí)現(xiàn)低壓居民充電有序管理，保障電網(wǎng)安全，提升用戶體驗(yàn)。

分布式電源并網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測

通過在光伏逆變器和發(fā)電電表之間加裝智能并網(wǎng)開關(guān)或?qū)Σ⒕W(wǎng)逆變器進(jìn)行智能化接入，實(shí)現(xiàn)光伏信息接入主站，光伏并網(wǎng)功率、電量等數(shù)據(jù)的就地化集成，實(shí)現(xiàn)智能配變終端對分布式電源的本地?cái)?shù)據(jù)交互及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，以此評估分布式電源接入對電網(wǎng)的影響，優(yōu)化分布式能源布局，提高運(yùn)營效率，防止電網(wǎng)停電時(shí)分布式電源孤島運(yùn)行、反送潮流等危及電網(wǎng)事件的發(fā)生。

低壓聯(lián)絡(luò)自動(dòng)電源轉(zhuǎn)換

通過在配電房臺區(qū)間改造低壓兩進(jìn)線一聯(lián)絡(luò)的低壓備自投裝置，形成低壓故障負(fù)荷轉(zhuǎn)供模式，解決因低壓放射結(jié)構(gòu)造成的停電問題。