物聯網斷路器在低壓配電領域的應用

徐 華， 翟富昌

(1.清華大學建筑設計研究院有限公司，北京 100084；2.北京德威特電氣科技股份有限公司，北京 101300)

0 引言

隨著移動互聯、人工智能等現代信息技術和先進的通信技術在電力行業的應用，實現電力系統各個環節萬物互聯、人機交互、打造狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活的泛在電力物聯網已成為必然趨勢。

低壓配電物聯網是泛在電力物聯網的重要組成部分，是傳統工業技術與物聯網技術深度融合產生的一種新型電力網絡形態，通過低壓配電網設備間的全面互聯、互通、互操作，可實現低壓配電網的全面感知、數據融合和智能應用，滿足配電網精益化管理需求。

物聯網斷路器是在配電開關環節，采用物聯網技術，對低壓配電開關(斷路器)進行集成化、智能化改造、物聯網化設計，賦予低壓斷路器更多的智能功能。

1 簡介

物聯網斷路器是具有電氣測量及報警、狀態感知、診斷維護及健康狀態指示、故障及歷史記錄等功能，能進行本地和/或遠程監控，并具有物聯網(IoT)云平臺連接能力可直接或間接接入物聯網云平臺，且符合網絡安全要求的低壓斷路器。是能源互聯網的最終端一環，通過物聯網斷路器的所有能量信息、電量信息均通過基于Wi-Fi、5G(NB-IoT)通訊及加密web API 技術的物聯網進入到云端，是徹底創新的一種能源與信息融合的智能斷路器。

云端的云服務管理系統借助于智能斷路器提供的模擬量、信號量、故障處理信息等數據，通過云服務平臺與能源管控系統構成無線互聯的物聯網系統。 系統通過云技術，協同物聯網上的多系統運作，動態響應用戶的需求變化，為用戶提供自主定義的標準化服務和前瞻性的定制化服務。

2 物聯網斷路器的功能及創新

2.1 低壓故障定位隔離與自愈

物聯網斷路器具有精準測量和高細度整定步長，能夠讓設備上下級保護根據拓撲關系自動整定精確級差。 各級智能斷路器保護參與級差配合，精確定位隔離故障回路，并自動轉供恢復非故障區用戶供電。 當故障回路無法隔離時，自動閉鎖設備重合閘功能，全過程除斷路器外無須任何額外設備與接線。 低壓故障定位隔離與自愈模式見圖1。

圖1 低壓故障定位隔離與自愈模式圖

2.2 低壓負荷轉供

當某臺區停電時，通過智能開關將臺區所有線路內所有電量數據和開關位置、告警信息上傳至云平臺，系統自動判斷故障區段為負荷側(低壓母排出現開關)還是電源側(低壓母排進線開關)，并結合負荷電流歷史數據為轉供電依據，若為電源側故障且負荷滿足轉供要求，則自動分斷故障臺區電源側總進線開關并自動合上低壓聯絡開關，實現不同中壓電源臺區間的低壓聯絡自動轉供電；若為負荷側故障，則自動斷開故障分支回路開關隔離故障。物聯網斷路器負荷轉供示意見圖2。

圖2 物聯網斷路器負荷轉供示意圖

2.3 三相不平衡治理

云平臺、邊緣計算多功能網關和若干換相斷路器(換相開關)可共同組成智能負荷調度系統，能實時動態的對三相負荷進行有載調整，盡量做到主變及各回路三相電流的平衡。 云平臺計算同一時刻所有支線設備的電流量，根據公式計算出不平衡度，按照設置的不平衡度閾值。 先按最優算法，計算出不平衡度最小的調整方式，然后根據開關動作數量最少的原則下發調節指令，開關根據云端下發的換相指令進行相應換相操作，進行換相調節，從而使三相負荷趨于平衡，以有效解決低壓配電系統的三相不平衡問題。 換相開關實時計算開關固有動作時間，確保過零投切，對元器件沖擊達到最小，對終端用戶影響最小，換相時間小于10ms。 物聯網斷路器實現三相不平衡治理示意見圖3。

圖3 物聯網斷路器實現三相不平衡治理示意圖

2.4 就地化瞬態補償

負荷類電機變化越快節能越好，利用云端自動化通過設置規則進行自動控制，針對不同設備制定節能策略，達到最佳的節能效果，借助能效曲線的偏移量分析設備的能耗波動，用物聯網斷路器對具體負荷實現毫秒級一對一瞬態補償，電容器過零投切、諧波消除、柔性接入，達到節能目的，沖擊類負荷節能率更高。 就地化瞬態補償能效曲線見圖4。

圖4 就地化瞬態補償能效曲線圖

2.5 智能開關集中精細補償

集中補償接線簡單、運行維護工作量小，智能開關使用無線或485 有線連接多功能網關或云平臺，無需專門的無功補償控制器。 傳統的集中補償電容器的投切是整組進行，做不到平滑的調節。 物聯網斷路器與云端自動化協同運算，云端下發命令，不同容量的電容器組內每一相都過零點投切，沒有沖擊，可以做到電容器組精細補償，任意調節。物聯網斷路器實現集中精細補償模式見圖5。

圖5 物聯網斷路器實現集中精細補償模式圖

3 結束語

本文介紹了物聯網斷路器在低壓配電領域的應用，該智能斷路器采用徹底的一二次融合技術、物聯網技術等，通過云技術與云平臺的搭建，協同云端的大數據運算、協調管理等，可以實現低壓故障定位隔離與自愈、低壓負荷轉供、三相不平衡治理、就地化瞬態補償、集中精細補償等功能，從改變現有電網結構和運營模式入手，提高能源利用效率，強化電能能效管理，提升整體能效水平，有助于加快電力物聯網的建設。