基于營配功能一體化的真型試驗平臺搭建

嚴方彬，楊志淳，王鵬，王宇，胡成奕，鄒念佐，雷 楊

（1.國網湖北省電力有限公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077；2.國網湖北省電力有限公司荊州供電公司，湖北 荊州 434000；3.青島鼎信通信股份有限公司，山東 青島 266100）

0 引言

國家電網有限公司提出“云、管、邊、端”的概念構成了新的配電網架構，強化了對“邊”與“端”的技術探索和技術革新。配電網處于整個電力系統末梢，輸出電網建設的最后一公里，但是也是用戶層面與電網進行交流的第一線。隨著各種各樣的新要求、新技術的發展，例如新能源汽車接入，用戶用電質量要進一步提高等，都對配電網提出了新要求與新挑戰［1］。

為解決以上問題，配電運檢專業與營銷專業在臺區分別加裝集中器與配電終端來加強對配網末梢的感知能力，為城鎮用電可靠性的提升和精益化管控帶來了保障。但是也帶來了以下問題：各專業職責不同，對數據采集要求不同，導致各個專業都需要在電網末端加裝自己的感知設備；不同的感知設備需要的運維手段和操作方式不一樣，給基層人員帶來巨大負擔；因專業原因，數據不共享、不挖掘使得數據價值降低［2］［3］。

1 “營”“配”融合的發展與挑戰

隨著海量低壓智能設備的接入，運檢專業依托于配電終端來進行海量低壓數據的歸納整理。配電終端對變壓器的狀態數據，周邊環境數據采集并進行邊緣計算來判斷低壓網絡的運行狀況。營銷專業則依托集中器采集智能電表監控的用戶側數據來實現對低壓網絡的狀態監測。但是營銷專業根據自己區域內的業務劃分，偏向于關注用戶電費計量方面的數據，運檢專業根據自己的業務劃分，偏向于關注用戶運行方面的數據；同時根據兩個專業業務范圍不同，兩者對數據的數據格式、采集頻率也有不同；營銷專業采集的數據統一上傳到用采主站，運檢專業采集的數據上傳到配電主站，兩個專業采集的數據相互之間無法使用，無法識別，無法進行數據交互［4-8］。為推動配電網向更高水平的方向發展，營配數據融合這種新模式時基于營配一體化的優質服務路線的必然發展趨勢，也是未來物聯網的發展方向［9］。

在國內，主要的研究方向為營配融合管理實踐，營配融合業務流程優化，營配融合信息化平臺建設等。例如，袁學重（2018）認為通過對營配貫通的集成數據應用，依托大數據等技術手段能夠做好分線線損和臺區線損的統計分析，促進線損指標的有效提升［10］。

在國外，因為其管理體制與國內不大相同，國外的營配用電通常是由獨立的經銷商來獨立運營，營銷與配電兩大專業的交互主要是企業之間的相互合作與應用集成來完成。例如：Sotirios I. Nanou（2016）首先對營配一體化的關鍵技術進行探討，就營配兩大專業之間的貫通融合的功能需求進行了分析；然后提出在營配信息一體化的基礎上統一業務系統、統一信息管理的思路，實現信息資源集成、共享、優化等目的；最后為電力營銷、配電運檢信息數據的統一管理和統一決策。

為加快營配融合進程，2019年國家電網有限公司推出了TTU-智能配變終端來推進電網能源、業務、數據的更深層次融合，探索營配一體化的可行性。但是TTU的深度應用必然需要與營銷專業的集中器進行互聯與通訊，這樣是否會影響已經成熟應用的電能采集，計量設備-集中器的正常業務流轉，成為首要關注問題［11-20］。因此，找到一種方法，一個平臺能有效地驗證營配交互過程中的通訊、功能、應用是否正常，對推進營配融合，推進配電網高質量發展至關重要。

面對上文提到的難題，本文基于集中器與融合終端的設備性能，營銷專業和運檢專業的業務需求，搭建了一體化真型試驗平臺，模擬配電網真實運行狀態，設計了一套營配功能一體化的真型試驗平臺，通過模擬TTU 在實現運檢業務時的真實場景，驗證營配交互可行性，找出營配專業交互過程中可能產生的相互影響。

2 營配功能一體化的真型試驗平臺搭建

2.1 基本思路

集中器與TTU 均可實現的連接方式為：RS485 通訊，4G網絡通訊。兩種通訊方式均可保證數據快速地本地交互。當戶表采集到用電數據以后，通過HPLC載波模塊上傳用電數據到集中器，集中器通過4G 公網/專網將電量等數據直接上傳至用采主站，同時通過以太網口或RS-485 與智能配變終端進行本地數據交互。智能融合終端通過4G公網/專網將數據上傳至配電自動化系統或物聯管理平臺。

圖1 現場測試環境搭建模擬圖Fig.1 Mimic diagram of field test environment construction

圖2 環境搭建現場圖Fig.2 On-site photo of environment set-up

本平臺采用智能斷路器（400 A）模擬低壓線路總開關，采用智能斷路器（250 A）模擬支路線路開關。針對復雜的用戶端情況，采用1塊三相表和3塊單相表模擬低壓臺區用戶側用電實況。目前臺區多半采用《DL/T 698-2021 電能信息采集與管理系統》與《Q/GDW 376.1-2009 電力用戶用電信息采集系統通信協議第一部分：主站與采集終端通信協議》（集中器）協議與主站進行通訊，電能表與集中器之間交互遵循《DL/T 698.45-2017電能信息采集與管理系統第4-5部分：通信協議—面向對象的數據交換協議》或《DL/T 645-2007多功能電能表通信協議》規約。為保障試驗模擬的全面性，特搭建了2套1個三相電表與3個單相電表的低壓用戶模擬單元，分別采用698.45或DL/T645-07協議進行通訊。融合終端與集中器通過485與網線進行連接，通過485 與網線兩種聯系方式分別進行數據的交互。本試驗平臺部署智能融合終端1套，集中器2套（采用不同的協議），智能斷路器3臺，電能表8臺（1個集中器下接入4臺）。

表1 各類設備采用協議Table 1 Communication protocols adopted by all kinds of equipment

2.2 功能驗證

為進一步驗證實驗平臺的實用性可行性，本文分別對平臺的通訊功能和實際業務流轉中可能存在的問題進行梳理，最終確立了一套真實可靠的試驗平臺搭建方案。

2.2.1 通訊通道建立

在本試驗平臺，集中器與戶表采用了376.1 協議、698 協議，融合終端通過RS485 端口分別連接376.1 協議、698協議集中器，均能夠實現正常通訊。

經試驗，通過融合終端網口分別連接376.1 協議、698 協議集中器，其中376.1 協議集中器無法登陸雙主站，不支持網口連接；采用698 協議，集中器需要在集中器內設置對應參數。同時，集中器因為內部程序原因，數據上行過程中只開通了網口與4G 的通訊通道，故針對停電數據等實時性數據而言，集中器與融合終端通過網線通訊時，集中器上傳實時數據可立即通過網線將實時數據交互給融合終端，通過485 連接則只能通過融合終端以輪詢方式主動發送命令獲取相關數據，對于一些實時數據來說，無法立即獲取。

依據不設置集中器參數的原則，結合現場運行1376.1 協議通訊規約集中器占比較大，為了降低項目推進過程中的施工、調試的管理及協調難度，建議采用1376.1協議，同時綜合考慮現場實際情況與施工難度，融合終端采用485與集中器進行通訊。

2.2.2 營配融合下運檢功能的實現

為驗證營配交互前提下配電網供電可靠性與實現運行狀態的實時監測，特選取幾項重要功能、應用實現營配交互。

1）通過對每戶戶表停電記錄的讀取、計算，細化計劃停電管控方案，做到“預算式”停電；

2）利用自動生成的低壓臺區拓撲，當電能表、智能斷路器或LTU 停電事件主動上報時，通過計算精準定位停電故障范圍及位置，減少停電故障處缺時間；

3）實現對用戶側電壓、電流的實時監測（每15 min），解決用戶側用電質量的監控，主動運維，降低投訴；

4）結合LTU 數據，具體到分支三相不平衡的判斷，明確每一相的用戶及負荷，為從根本上解決三相不平衡調整提供數據支撐。

在不考慮影響營銷業務的情況下，驗證通過集中器是否能夠按照要求采集所需的數據項，所需數據項及采集頻率如表2所示。

表2 營配交互所需數據項與采集方式Table 2 Data items and collection methods required for operation-distribution interactions

結合集中器相關業務功能情況，所需數據項及采集頻率如表3所示，通過臺區智能融合終端分別以《Q/GDW 1376.1-2012 電力用戶用電信息采集系統通信協議第1部分：主站與采集終端通信協議》、DL/T 698.45協議抄錄營銷相關數據信息，結合不同應用場景，分別以直接穿透采集，即通過臺區智能融合終端接收智能電表相關信息；抄讀集中器數據兩種方式進行試驗驗證。

2.3 現場實測驗證

通過上位機軟件，網線連接融合終端，對融合終端發送穿透命令，命令直接通過485 口同集中器數據交互，分別讀取電能表電壓、電流、掉電記錄，HPLC模塊停上電事件、相位信息。

如圖3-圖4所示，上位機軟件在后臺進行監控，當平臺執行電能表掉電記錄讀取，HPLC 相位信息讀取，融合終端正確執行命令且數據讀取成功。

圖3 電能表掉電記錄Fig.3 Power meter dropout records

由圖3-圖4 可知，集中器與融合終端通過485 通訊，集中器與融合終端均能實時反映數據。

圖4 HPLC相位信息Fig.4 HPLC phase information

穿透命令試驗：在實驗環境中，研究人員開啟融合終端抄讀掉電記錄功能，持續穿透抄讀表計掉電記錄，發送費控命令，因為融合終端讀取集中器內存儲數據速度較快（1 s），不影響費控命令（8 s 表計回復），費控命令執行延時均能滿足營銷要求，實驗結果見圖5-圖6。

圖5 穿透命令執行記錄Fig.5 Penetration command execution records

圖6 費控命令執行記錄Fig.6 Execution records of cost control commands

極端情況影響測試：人為設置只有費控表計帶模塊，其他7塊表計均不帶模塊，測試持續穿透電能表掉電記錄，測試費控，實驗結果如圖7-圖8。

圖7 電能表掉電記錄Fig.7 Power meter dropout records

圖8 費控命令執行記錄Fig.8 Execution records of cost control commands

測試發現：拔掉模塊后，一塊表掉電記錄抄讀等待70 s 超時，在此過程中，發送費控命令；費控命令執行耗時66 s，雖然成功，在測試環境下，延時仍比較嚴重。

下一步，基于本文所搭建的平臺，考慮到表2運檢專業所需全部業務需求，與集中器進行交互，交互結果如表4。

表4 營配交互對營銷原有業務的影響Table 4 Influence of operation-distribution interaction on marketing original business

3 結語

通過現場多次模擬和試驗，證明本次搭建的試驗模型可以很好地模擬現場運行情況，并滿足融合終端與集中器之間的相互通訊要求。

1）集中器與TTU之間進行電能表日凍結示值、電能表停上電事件、電能表電壓、電流等高級應用交互時，集中器自動保存上述數據，TTU 每隔一段時間對TTU存儲數據進行讀取，兩者之間數據能正常交互，且兩者功能不影響。

2）集中器與TTU 之間進行電能表停上電事件記錄、電能表電壓、電流、HPLC 模塊拓撲信息等高級應用交互時，TTU需要實時采集相關數據，需要發出穿透采集命令來告訴集中器優先執行此條命令。極端情況下，當集中器正常執行費控命令時，TTU持續發出的穿透命令會對集中器功能的正常執行造成影響，影響費控命令。

3）本文在通訊方式選擇與實驗設備的選型，主要基于湖北省電網的現有狀況區進行考慮，在電網建設比較先進的例如江蘇，山東等省市，在設備的選型和通訊方式的選擇上可以擁有更多的選擇，更換通訊方式后，也可基于本平臺進行營配交互方案驗證。

本文主要驗證了試驗平臺的可行性，融合終端與集中器之間的相互通訊要求，任務配合均能在本平臺進行驗證。

上文說到TTU 需要實時采集相關數據，需要發出穿透命令時，因為穿透命令在協議里規定屬于優先級最高的命令，自有的抄表任務會延后執行；費控命令同屬穿透命令，協議定義排隊機制，正常情況下不影響，極端情況下可能超時。如何避免此類情況發生，作者下一步將基于營配功能一體化的真型試驗平臺就此類方向進行研究。