基于物聯網的新型臺區解決方案研究與探討

周榮樂 楊帥 唐君明

摘要：近年來行業一直關注并持續開展配電臺區智能化建設工作，主要可分為初級建設階段、初步智能化階段和當前以臺區智能融合終端為核心的全面智能化建設階段。率先開展配電臺區的數字化建設，既是提升居民供電可靠性的迫切需求，也與行業數字化轉型路線適應。隨著物聯網技術的不斷發展，將物聯網技術與低壓自動化深度融合構建新型智能臺區，為下一步臺區的建設、運行、維護方式創新賦能，構建具有設備廣泛互聯、狀態全面感知、應用靈活迭代、決策快速智能、能力開放共享和運維高效便捷六大特征的智能臺區。

關鍵詞：新型智能臺區;物聯網技術;低壓自動化;智能融合終端

引言

作為配網的最后一公里，當前的臺區受制于低壓電網的復雜性以及電網建設兩頭薄弱的現狀，存在以下諸多困難[1]，主要包括：

（1）臺區設備類型和數量多，管理與維護工作量大，現有運維人員體系難以支撐數量不斷增長的設備運維工作;

（2）低壓網絡結構復雜，不同區域臺區運行情況具有各自特點，傳統建設模式不適用智能臺區建設的整體規劃與快速建設;

（3）當前配電臺區缺乏實時的全面監測，并且數據相互獨立，營配數據未貫通，發生用電故障后，搶修人員獲取故障時間滯后并且難以快速確定故障區段，直接導致停電時間長;

（4）分布式光伏與電動汽車充電樁接入數量不斷增加，缺乏監測與有序管控，對當前配電臺區正常運行造成帶來較大沖擊[2]。

本文主要是對以上臺區現存問題進行探討，并基于物聯網技術與融合終端對臺區智能化進行研究。

1 基于物聯網的新型臺區解決方案

1.1建設思路

基于“云，管，邊，端”的配電物聯網技術架構，實現配電臺區的數據全采集、設備狀態全感知，實現臺區的全景監控、多業務功能承載[3]。

1.2整體解決方案

以臺區智能融合終端為核心，臺區智能管控模塊為支撐，基于邊端互聯與云邊協同技術，以配電臺區各類典型業務應用場景為單元開展實用化建設應用，實現臺區區域智能自治。

基于物聯網的智能臺區建設以每個臺區為單元開展建設改造，包括配變側、線路側和用戶側。

臺區配置智能融合終端作為數據匯聚與邊緣計算中心，配變側低壓出線、用戶側低壓分支箱和電表箱配置低壓智能斷路器或智能感知終端，實現臺區關鍵節點電氣量采集和監測。分布式光伏控制器和電動汽車充電樁配置物聯網通信單元，實現通信協議轉換與通過HPLC通信方式接入臺區智能融合終端。

1.3 核心設備

（1）臺區智能融合終端

遵循“硬件平臺化、軟件APP化”原則，采用分布式邊緣計算架構，基于通用硬件資源平臺，通過APP以軟件定義方式實現業務功能，以虛擬化容器技術實現應用與驅動、容器與容器之間的安全，支持業務快速部署及便捷擴展，支撐中低壓配電網一體化信息采集，本地分析，本地決斷，快速響應[4]。

（2）臺區智能管控模塊軟件架構

系統應用功能主要包括低壓設備運行狀態監測、低壓圖形/模型管理、低壓數據采集處理、低壓故障研判、低壓拓撲自動識別自動成圖、電能質量監測分析等功能。

1.4 主要功能

（1）拓撲自動成圖

就地生成以低壓開關為節點的臺區拓撲關系，包括臺區歸屬、相別歸屬、層級系并上送云主站，解決低壓線路圖模不清和更新不及時的問題，支撐運檢基礎業務開展、實現拓撲精細化、可視化管理。

（2）營配數據貫通

臺區智能融合終端具備傳統配變終端、I型集中器、臺區總表功能，直采電表信息數據，并向后臺相應業務系統主動上送，解決營配數據之間壁壘、有效提升數據價值。

（3）故障綜合研判與主動式搶修

基于全景感知、拓撲成圖、智能分析管控、大數據分析等技術，實現對臺區故障的快速就地定位、停電快速告知和臺區快速復電。其主要實現方式為停電發生后，臺區內各節點感知設備上送信息，智能融合終端本地研判故障區段，并快速上送臺區智能管控模塊，系統快速推圖告知;同時通過供服系統向客戶主動推送故障及搶修狀況，通過搶修平臺實現快速主動搶修。

（4）分段分相線損分析

基于基于臺區拓撲結構及其監測數據，分析出臺區側任意相、任意區段的小時級線損和總線損占比，線損異常主動上報，解決無法對線損精準定位和分析的難題，支撐線損治理、竊電核查等工作。

（5）智能臺區管控平臺功能

a）設備運行狀態監測：系統通過對配電臺區高低壓設備電壓、電流、電量等信息實時監視，實時監視配電室高低壓設備的運行狀態。并提供設備狀態信息變化及異常信息告警提示。監控范圍覆蓋配電室、分接箱、表箱;

b）設備環境狀態監測：系統支持配電站房、配電電纜、架空線路、配電開關、配電變壓器等設備運行環境狀態實時監視，支持配用電網運行態勢和設備狀態感知，為配電設備的綜合評價及輔助決策提供數據支撐;

c）臺區綜合狀態分析評價。系統采用大數據分析技術，通過對各個配變的歷史負荷信息、故障信息、缺陷信息、重過載信息、電能質量異常信息進行綜合分析，并對配變的健康狀態進行評估，對配變的改造提供輔助決策依據;

d）綜合能源接入監測：系統支持分析分布式電源對低壓臺區供電質量、供電能力的影響并提煉影響規律，同時支持制定臺區內電動汽車充電管理策略，根據用電習慣減少電網與充電負荷沖突，實現電動汽車有序充電管理。

2 經濟效益

臺區拓撲關系自動識別，降低人工排查與圖模維護工作量;設備即插即用，無需調試，顯著節約人力成本與建設時間;臺區可擴容量實時監測分析，保障臺區配變安全穩定運行，相比采用傳統建設模式來開展智能臺區建設，復雜的圖模繪制與維護、大量的低壓設備調試需要大量的人力與時間來支撐，而通過智能化自動化的系統方案可顯著降低建設工時和人力，依照測算，投入工時下降80%，人力縮減60%。

3 結語

以智能融合終端的實用化應用提出了一種基于物聯網的新型臺區解決方案，可有效解決目前臺區遇到的經濟與管理問題，同時也具備分布式能源智能接入管控能力，全面支撐配電網數字化轉型升級。

參考文獻

[1]周世理，農網智能配電臺區建設模式及關鍵技術研究[J].環球市場 2019.

[2]郇政林，淺析電動汽車大規模接入的并網影響及措施[J]. 科學與財富，2018.

[3]孫浩洋，張冀川，王鵬，林佳穎，郭屾，陳蕾，面向配電物聯