基于民用建筑的集控型供配電系統的設計應用與分析

中圖分類號：TU852 文獻標識碼：A

文章編號：2096-6903（2025）08-0123-03

0 引言

供配電系統的設計作為電力系統生產、傳輸、分配及使用的關鍵環節，在實際的生產、生活應用中具有舉足輕重的作用。而傳統的供配電系統設計已不能很好的滿足當前復雜多變的使用環境及各式各樣用電設備，尤其是復雜多變的負荷需求。隨著現代控制技術、通信技術及物聯網技術的發展，為新型供配電系統設計與應用提供了新的可能及解決方案[1]。作為智能電網的重要組成部分，集控型供配電系統的設計應用近年來受到越來越多的關注。集控型供配電系統有機融合了現代信息技術和現代控制技術，對供配電系統的應用水平和管控水平進行了極大的提升，具有良好的發展潛力[，鑒于此，對集控型供配電系統的設計應用與分析具有重要的理論和實踐價值。

1優勢及特點

集控型供配電系統是指針對系統、設備及信息三個層面相對獨立的子系統、設備及軟件，通過標準化接口及通信協議的互連，實現供配電系統的協同工作，信息共享及功能優化。從而提高供配電系統的安全性、可靠性、經濟性及高效性[2-3]。

集控型供配電系統與傳統供配電系統相比具有明顯的優勢和特點，具體體現在如下5個方面：第一，供配電系統的自動化程度高，由于集控型供配電系統采用了現代自動化控制技術，能夠實現對系統的實時自動監測、控制，甚至根據系統運行需要調整設備的運行狀態，使得整個供配電系統的運行更加安全、穩定、高效。第二，供配電系統運行成本低，集控型供配電系統能夠實現設備的無人自動巡檢、調節和節能，從而減少認為干預及能源浪費，進而降低整個供配電系統的運行成本[4。第三，系統的數據采集和分析能力強，集控型供配電系統能夠根據系統需要及配置，實時采集供配電系統中各個設備的實時數據，并與集控平臺數據庫及云平臺進行對比，實現對數據的分析和處理，以便及時發現并解決供配電系統中存在的故障和問題，實現對系統故障的預警、判斷和定位解決[5]。第四，系統安全性高，集控型供配電系統能夠通過系統平臺的預警和自動保護功能來確保供配電系統的安全運行，能夠有效降低系統中潛在的事故風險。第五，信息化程度高。與傳統供配電系統相比，集控型供配電系統是明顯優勢之一則是能夠實現系統信息的共享、云服務及遠程控制功能，從而提高了供配電系統的管理效率和運行水平。

2 工程概述

本文以某高校科研樓集控型供配電系統為研究對象。項目所在科研樓為地上四層單體建筑，使用功能為學校科研、辦公、實驗及數據機房，用電負荷等級為一級，用電負荷為 15600kVA_c ，采用兩路 10kV 市政電源供電，市政電源采用全主全備，兩路同供的系統供電模式，兩路 10kV 市政電源分別引自區域內不同 110kV 變電站 10kV 出線間隔。部分用電負荷為特級負荷，特級負荷設UPS及低壓柴油發電機組做第三路電源，變電所內設低壓切換柜。科研樓內一層設置 10kV 開閉所一座，接入兩路 10kV 市政電源，系統采用單母線分段模式，另一層至四層每層各設 10/0.4kV 變電所一座。上述供配電系統均采用集控型供配電系統，管理中心設置于大樓一層值班室，管理系統采用分層分布式實現，共分為三個層次即控制層、通訊層及間隔層。其中，控制層采用服務器級別電腦主機，配置顯示器、打印機等輔助設備，負責完成對整個供配電系統設備的數據采集、處理、分析、顯示和監視功能，并在滿足權限和邏輯時，對相應的設備進行控制，并為運行人員提供各種控制管理功能，同時提供多種外部系統接入接口。通訊層實現與配電柜內各種集控設備通訊、以及各變電所之間，變電所與監控中心之間通訊設備之間的連接，通訊層配置核心為以太網交換機設備，工業級接口交換機，通訊網關、通訊介質等組成。通訊層通過以太網網絡實現對通訊信息的傳遞，在以太網通訊架構，配置環形或者星型網絡，實現控制層和間隔層之間以太網連接；總線和以太網之間，配置智能網關進行總線和以太網接口協議轉換。同時，支持總線的設備通過智能網關與多功能儀表或者其他總線設備連接，實現通訊接口和協議的轉換。間隔層主要指現場監控層，主要通過對安裝于配電柜內的綜合保護裝置、智能斷路器、多功能表、測溫傳感器、攝像頭、檢測采集配電回路中的各種信息，并完成信號轉換，通過通訊接口上傳到通訊層，同時接收從控制中心下發的現場指，進而實現對電氣設備的控制。

2 系統功能設置及應用

2.1 供配電系統的監測與控制

相較于傳統的供配電系統，集控型供配電系統不僅能夠實現對系統實時在線檢測，而且能夠實現對系統設備遠程控制，實現了變電所的無人或少人化管理。其實現了對整個供配電系統的運行狀態、電氣參數、設備狀態的全方位監管，并在滿足邏輯和權限的情況下實現對設備的遠程操控，提高了對供配電系統的運行管理水平和自動化水平。

2.2 數據采集與分析

本系統所采集數據信息主要包括：電氣設備的開關位置狀態，故障信息與報警信息，電氣回路運行的電壓、電流、有功功率、無功功率等電參量；電氣設備的運行溫度、設備運行時長、微機綜合保護等關鍵設備的設定參數，以及設備故障原因和電路器件的磨損老化信息、電動機的狀態信息、手車位置信息等；供配電系統運行環境信息，如溫度、濕度及安防信息等。系統可實現對所采集數據信息的存儲，并與數據庫或特定算法進行比對分析。

2.3 故障預警及判斷

系統利用已采集的數據信息，利用大數據分析技術和特定的分析算法，對實時數據與歷史數據進行綜合分析判斷，識別供配電系統及設備的故障模式和發展趨勢，實現對供配電系統故障的快速判斷和定位，并對潛在的故障進行有效預測。通過建立大數據庫和專家系統模型，將供配電系統專業知識和以往成功案例的處理措施等經驗數據轉化為故障診斷的規則和策略，從而指導本系統進行自動化診斷和處理。

系統除具有故障判斷、預警功能外，還應具備故障應急響應機制。當系統檢測到異常情況時，能夠及時發出預警信號，并自動啟動系統內置應急預案，快速隔離或切除故障區域，防止故障區域和范圍進一步擴大，從而減少系統的非計劃停電時間及維修成本，確保供電的可靠性及安全性[3]。

2.4 能源及資產管理

系統對采集數據具有針對性分析管理功能，首先，具備將采集的能耗數據，通過數字化的儀表盤進行分項對比，自動執行同比、環比、變化確實及不同能耗介質的對比功能，其次，對所有的需要進行保存的歷史數據，能夠通過趨勢工具進行趨勢分析和顯示，支持曲線的縮放、截取，按照不同的時間長度定義，支持不同數據組在同一圖表上顯示。最后，系統根據需要生成不同格式的報表，且報表數據支持自動生成和自動打印，具備靈活設置功能。系統對用戶能源情況進行深入和直觀展示，對于能源管理模塊，具備總能耗詳情、能源結構、電能分項、負載監測、能源KPI、能源流向等分析統計；對于電費分析，具備當前電能費用、電費分析、電能成本及綜合能源收益等；對于碳排管理具有碳排放詳情、碳排放KPI、碳排放分析及報表管理功能。

基于設備健康狀態的分析診斷評估基礎上，當設備健康狀態出現異常時，通過健康評分直觀了解設備狀態信息；提供運維建議，清楚查看設備詳細異常信息描述，運維則可根據具體維護建議制定運維計劃，開展狀態監測，降低故障風險。

2.5 光儲直柔調控

本系統基于實時與預報的氣象資料、太陽能輻射強度、環境數據、光伏板衰減老化情況等多維度參數，采用深度學習算法，預測未來1h至7d的光伏發電量。基于用戶的用能習慣及各類負載的能耗特性、對未來1h至7d的負載能耗功率做出預測，結合大數據，采用深入學習算法，提高負荷預測的準確性。綜合考慮光伏發電情況及用能特性，以及當地的峰谷電價，生成對可控負載的調節策略。綜合考慮光伏發電情況及用能特性，以及需求側相應下發的功率限制，生成對可控負載的調節策略，實現了對光伏系統應用中發電效率及質量的有效提高。

2.6 人機交互功能

集控型供配電系統中的人機交互是指用戶與監控管理系統之間的交流和互動方式。作為一項雜的系統工程，涉及到界面設計、交互技術、移動終端設計等多個方面。本工程中的人機交互內容大致可分為如下幾個方面：

集控型供配電系統的界面設計：界面設計作為人機交互的重要組成部分，它直接影響到用戶的體驗感及工作效率。系統中的界面設計具體表現為簡潔明了且易于操作和理解。本系統采用典型的分層菜單結構，滿足用戶使用過程中快速識別、定位及查詢的日常需求。

基于云計算的交互技術：隨著大數據的開發利用，云計算技術的快速發展，工業和民用領域都越來越多的開始采用基于云計算的新型交互技術。該技術不僅可以很好的實現數據的集中存儲和管理，而且能夠提供強大的計算能力和存儲資源，使得系統能夠擁有快速處理和分析數據的能力，從而為用戶提供更加精確的分析結果和良好的決策支持。

移動終端的人機交互設計：移動設備當前在國民生活中得到了極大的普及，從而使得移動終端的人機交互設計變得舉足輕重。系統設計需要在滿足用戶的移動體驗的同時兼顧到移動設備的特性和限制。采用當前典型的觸摸屏技術，為用戶提供手指滑動、點擊等操作方式。

用戶體驗評估策略：為不斷提升集控型供配電系統中人機交互的水平，系統采用了不同的用戶體驗評估方法，主要包括問卷調查、訪談、可用性測試等。通過這些方法，系統能夠收集到用戶對系統的反饋和意見，從而分析和挖掘系統的潛力，提升系統的整體性能水平和體驗感。

用戶體驗優化策略：基于收集到的用戶反饋意見以及評估結果，系統制定相應的優化策略和方案。具體包括簡化界面、增強交互性、提供及時反饋、個性化定制等。通過上述優化策略及方案，進一步提升系統人機交互水平和系統的易用性。

2.7 云服務管理

云服務作為一種高效、豐富的服務響應模式，是對集控型供配電數據和設備的一種提升式服務，具有可擴展性、安全性、可靠性、成本效益及可維護性等優點。系統需將相關的信息匯總以后，在該設備上進行數據存儲、分析和顯示。關鍵的云網關設備部署在配電室內，通過手機3G/4G信號，將數據發送到云服務平臺，供巡檢工程師通過末端移動設備，對各變電所內的設備進行故障檢修、巡檢使用，實現對整個供配電系統級設備的檢測、管理和控制。

2.8 系統的安全性與開放性

集控型供配電系統作為智能電網的重要組成部分，客觀上要求其具備系統的開放性及安全性。為實現系統的開放性，需要系統在硬件上滿足物理連接的可能性及軟件連接的兼容性。所謂物理連接的可能性是指電氣設備應具有相同的設備接口，或者接口可以轉成相同的接□；軟件連接的兼容性則是指設備應支持相同的通訊協議，如常用RS-485協議及Modbus、TCP/IP協議等。

系統安全性則是指集控型供配電系統在信息傳遞過程中，確保信息的機密性、完整性和可用性等方面的能力。可通過綜合考慮安全認證、風險監測、數據加密、密鑰管理、安全協議、物理安全、定期安全審計和評估等多個層面和技術手段，確保系統的安全性滿足現行國家標注及用戶特定需求。

3結束語

通過前文分析探討可知，本工程所設計的集控型供配電系統，在技術指標和經濟指標都較為合理，通過對比不難發現，在同類或者類似工程中采用此類設計系統是能夠滿足可靠、經濟、合理的基本設計原則。隨著經濟的快速發展及技術水平的突破與提高，在針對此類項目的設計時也需采用新方法、新技術及新材料，尤其對設備及人員提出了新的更高的要求。

參考文獻

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