智能配電網(wǎng)與電力物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合就是配電物聯(lián)網(wǎng)，以優(yōu)質(zhì)的供電質(zhì)量、高效的運(yùn)營效率和優(yōu)良的用戶體驗為目標(biāo)，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)智能配電示范臺區(qū)，采用基于智能配變終端、物聯(lián)網(wǎng)站所終端、云平臺等多種先進(jìn)的信息化、智能化技術(shù)、設(shè)備及運(yùn)維管理手段，充分融合不同系統(tǒng)、不同設(shè)備數(shù)據(jù)，支撐配網(wǎng)主動運(yùn)維、全壽命周期管理、多元負(fù)荷消納等應(yīng)用功能，通過中低壓故障預(yù)判、停電事件感知和低壓故障定位，提高主動檢修、故障搶修工作效率，實現(xiàn)供電質(zhì)量、運(yùn)營效率和用戶體驗的全面提升。

1 總體方案

1.1 技術(shù)方案

基于“云、管、邊、端”的配電物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)來開展配電室中低壓物聯(lián)網(wǎng)化智能改造。項目融入“云大物移智”等先進(jìn)技術(shù)，部署一二次融合智能斷路器、感知終端、智能電容、環(huán)境監(jiān)測等物聯(lián)網(wǎng)端設(shè)備實現(xiàn)臺區(qū)運(yùn)行狀態(tài)全感知，部署物聯(lián)網(wǎng)站所終端與智能配變終端作為邊緣計算節(jié)點(diǎn)，實現(xiàn)站端信息匯聚與本地智能決策，并經(jīng)無線通信接入云主站系統(tǒng)，實現(xiàn)中低壓全景感知、故障就地快速研判、電能質(zhì)量優(yōu)化提升、臺區(qū)營配融合貫通、臺區(qū)線損精益管控、低壓精準(zhǔn)運(yùn)維支撐等功能，并結(jié)合供電服務(wù)指揮平臺與搶修站，實現(xiàn)故障快速搶修與供電快速恢復(fù)。

1.2 云平臺方案

物聯(lián)網(wǎng)配電室數(shù)據(jù)直接接入配電物聯(lián)網(wǎng)云平臺，通過遠(yuǎn)程工作站方式進(jìn)行管理和應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)云主站主要包括智能臺區(qū)運(yùn)維管控應(yīng)用功能。

1）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測

通過采集配電室高低壓設(shè)備信息，實現(xiàn)對配電室高低壓設(shè)備電壓、電流、電量、開關(guān)位置、變壓器負(fù)荷、功率因數(shù)等信息的實時監(jiān)視，從而實時監(jiān)視配電室高低壓設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并提供設(shè)備狀態(tài)信息變化及異常信息告警提示。監(jiān)控范圍覆蓋配電室、表箱。

系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)提供拓?fù)渲δ埽孩儆貌煌伾硎倦娋W(wǎng)元件運(yùn)行狀態(tài)（帶電、停電等）；②用不同顏色表示低壓配電線路運(yùn)行狀態(tài)（帶電、停電等）。

系統(tǒng)結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，支持對配電變壓器等設(shè)備的一定歷史時間區(qū)段的重載分析、過載分析、空載分析及輕載分析等；支持基于短期負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，預(yù)測當(dāng)天臺區(qū)負(fù)荷重載、過載情況。

2）智能告警分析

（1）用電負(fù)荷異常告警。某個時間段內(nèi)，當(dāng)發(fā)生用戶用電負(fù)荷異常（越限）時，系統(tǒng)通過畫面或語音進(jìn)行告警提示。

（2）停電影響用戶自動分析。選擇故障發(fā)生區(qū)域，支持通過列表的形式對停電影響配變及配變所帶用戶情況進(jìn)行顯示，內(nèi)容包括影響用戶名稱、所屬配變名稱、配變停電時間、配變所屬配電線路、所屬變電站等。

（3）實現(xiàn)對低壓臺區(qū)停電事件、電壓越限、配電變壓器過載等遙信告警事件的監(jiān)視與管理，支持告警信息主動推送及歷史數(shù)據(jù)查詢。

3）低壓故障研判

通過在表箱側(cè)增加智能監(jiān)測單元，實時對用電線路的電壓周期信號（即有無有效交流周期過零）和電壓幅值進(jìn)行監(jiān)測，并上傳停電事件信息至智能配變終端。智能配變終端依據(jù)低壓配電網(wǎng)運(yùn)行信息，研判配變停電、多戶停電、單戶停電等停電類型并上送。

系統(tǒng)依據(jù)智能配變終端上送的研判結(jié)果信息進(jìn)行故障定位、低壓配電網(wǎng)拓?fù)渲⒆詣油茍D告警，生成停電事件記錄。系統(tǒng)結(jié)合低壓拓?fù)潢P(guān)系，實現(xiàn)停電后快速定位用戶范圍，支撐低壓故障的快速搶修和低壓供電可靠性分析。

4）電能質(zhì)量監(jiān)測與分析

（1）配變出口低電壓分析。根據(jù)智能配變終端上送的配變遙測數(shù)據(jù)，主站定周期（15min）計算配變的出口低電壓情況并進(jìn)行告警，同時進(jìn)行配變出口低電壓原因分析。

（2）末端低/過電壓分析。根據(jù)智能配變終端收集的表箱或戶表遙測數(shù)據(jù)，末端低/過電壓分析應(yīng)用程序（application, APP）通過計算判斷是否存在末端低/過電壓情況并及時上送主站，由主站進(jìn)行告警，并進(jìn)行末端低/過電壓原因分析。

（3）末端電壓合格率。根據(jù)智能配變終端上送的表箱或戶表遙測數(shù)據(jù)，主站定周期（1天）計算前一天的末端電壓合格率，并對于電壓合格率不達(dá)標(biāo)的表箱或戶表進(jìn)行原因分析。

（4）低壓諧波污染定位分析。諧波污染定位分析APP把采集并分析出來的諧波異常數(shù)據(jù)發(fā)送給系統(tǒng)，系統(tǒng)通過列表和曲線的方式進(jìn)行展示，并能夠在臺區(qū)接線圖上可視化展示諧波異常的設(shè)備定位。

（5）供電可靠率分析。根據(jù)智能配變終端上送的停送電信息，主站定周期（1天）計算前一天的供電可靠率，并對影響供電可靠率的原因進(jìn)行分析。

（6）配變?nèi)嗖黄胶夥治?。根?jù)智能配變終端上送的配變遙測數(shù)據(jù)，主站定周期（15min）進(jìn)行三相不平衡率計算，展示配變每相所帶表箱或戶表明細(xì)及電流值；基于配變負(fù)載監(jiān)測結(jié)果，對三相不平衡度進(jìn)行分類統(tǒng)計。

5）運(yùn)行預(yù)測分析

（1）配變重載、過載預(yù)測。根據(jù)智能配變終端收集的配變遙測數(shù)據(jù)，臺區(qū)負(fù)荷預(yù)測手機(jī)客戶端結(jié)合歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，判斷該配變是否存在未來24h內(nèi)重載或過載的可能，并及時上送主站，由主站進(jìn)行告警。

（2）臺區(qū)圖模異常管理。智能配變終端臺區(qū)識別APP通過與臺區(qū)識別儀通信，控制臺區(qū)識別儀進(jìn)行臺區(qū)智能設(shè)備的相序識別和拓?fù)渥R別，并將識別結(jié)果送給主站，由主站進(jìn)行臺區(qū)拓?fù)渥詣訉Ρ群托ｒ灒ε_區(qū)圖模不一致的配變進(jìn)行告警提示。

6）線損分析

基于臺區(qū)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析出臺區(qū)側(cè)任意相、任意區(qū)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(zhǔn)定位和分析的難題，支撐線損治理、竊電核查等工作。

7）可接入容量分析

基于臺區(qū)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析出各節(jié)點(diǎn)可擴(kuò)負(fù)荷容量，按配變、開關(guān)節(jié)點(diǎn)和相別輸出安全可擴(kuò)容量，解決新增負(fù)荷報裝接入選點(diǎn)選相難的問題，提高配變新增布點(diǎn)和擴(kuò)容項目儲備及立項的合理性、經(jīng)濟(jì)性。

8）無功補(bǔ)償

綜合電源側(cè)總補(bǔ)電容器、末端終端分補(bǔ)電容器信息，基于臺區(qū)拓?fù)潢P(guān)系，自動決策，實現(xiàn)就近、最優(yōu)補(bǔ)償，實現(xiàn)無功和電壓協(xié)調(diào)控制及輔助降低線損，提升供電質(zhì)量，減少無功傳送線損，支撐低電壓治理。

9）供電可靠性分析

系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對臺區(qū)內(nèi)發(fā)生的故障停電、計劃停電、重大缺陷、重過載等數(shù)據(jù)進(jìn)行供電可靠性綜合分析評價。

10）臺區(qū)綜合狀態(tài)評價

系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過對各個配變的歷史負(fù)荷信息、故障信息和電能質(zhì)量異常信息進(jìn)行綜合分析，并對配變的健康狀態(tài)進(jìn)行評估，為配變的改造提供輔助決策依據(jù)。

11）配變經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

智能配變終端通過實時采集配變的負(fù)荷數(shù)據(jù)并上送到系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)合配變的歷史負(fù)荷信息進(jìn)行未來24h的負(fù)荷預(yù)測，并根據(jù)每個配變的負(fù)荷預(yù)測情況，給出配變合并運(yùn)行或轉(zhuǎn)帶負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式調(diào)整建議。

12）綜合能源接入監(jiān)測

（1）光伏電源接入監(jiān)測

在光伏并網(wǎng)近端加裝通信采集單元，光伏并網(wǎng)處加裝電壓感知設(shè)備，通過可編程邏輯控制器（programmable logic controller, PLC）與智能配變終端接入，分析運(yùn)行工況、諧波、電壓、頻率等，實現(xiàn)光伏并網(wǎng)控制。

（2）分布式電源管理

本地化監(jiān)控分布式電源接入，初期實現(xiàn)分布式電源運(yùn)行數(shù)據(jù)實時本地化監(jiān)測，繼而分析分布式電源對低壓臺區(qū)供電質(zhì)量、供電能力的影響并提煉影響規(guī)律，最終實現(xiàn)配變終端對分布式電源接入的本地化管控，降低分布式電源的人力管理成本。

（3）電動汽車有序充電管理

智能配變終端實時采集電動車充電樁運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、電量數(shù)據(jù)、告警事件等信息，同時結(jié)合臺區(qū)獲取的區(qū)域用電負(fù)荷、充電負(fù)荷和用戶充電行為，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析算法研究電動汽車充電負(fù)荷動態(tài)特性，建立電動汽車充電負(fù)荷模型，建立充電負(fù)荷數(shù)據(jù)庫，根據(jù)時間、空間、使用率、充電量、用戶等多維度的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，形成用電、充電負(fù)荷規(guī)律和用戶行為規(guī)律，為用戶需求側(cè)響應(yīng)，制定臺區(qū)內(nèi)電動汽車充電管理策略，根據(jù)用電習(xí)慣減少電網(wǎng)與充電負(fù)荷沖突，也為充電選址規(guī)劃等提供依據(jù)和解決方案。

1.3 通信建設(shè)方案

按照“云、管、邊、端”的整體架構(gòu)，配電通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)整體上分成兩個主要部分：①遠(yuǎn)程通信網(wǎng)，即邊緣計算終端與新一代配電自動化主站系統(tǒng)之間的通信網(wǎng)；②感知設(shè)備與邊緣計算終端之間的本地通信網(wǎng)。

遠(yuǎn)程通信網(wǎng)主要為邊緣計算節(jié)點(diǎn)與云平臺的通信組網(wǎng)，智能配變終端單元（distribution transformer supervisory terminal unit, TTU）與物聯(lián)網(wǎng)配電終端單元（distribution terminal unit, DTU）采用4G通信方式（具備條件可試點(diǎn)5G通信）接入省公司云主站系統(tǒng)，通信協(xié)議采用消息隊列遙測傳輸（message queuing telemetry transport, MQTT）；本地通信網(wǎng)主要為配電室內(nèi)中低壓端側(cè)設(shè)備與邊緣計算節(jié)點(diǎn)的通信組網(wǎng)，主要包括寬帶電力線載波（high-speed power line carrier, HPLC）、RS485、微功率無線等通信方式。

2 配電物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 臺區(qū)拓?fù)渥詣映蓤D

分布式臺區(qū)智能終端具備拓?fù)涮卣餍盘栕⑷肱c識別功能、多路高精度采集能力。以公共信息模型（common information model, CIM）的語法結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，構(gòu)建模型映射規(guī)則，實現(xiàn)主動識別產(chǎn)生的中間文件模型結(jié)構(gòu)到CIM。

通過識別智能配變終端的起動命令，各個接點(diǎn)逐層進(jìn)行電壓、電流信息量檢測，根據(jù)無功變化，提取并注入無功量信號，通過無功量信號注入與識別，將結(jié)果上送TTU，TTU基于就地邊緣計算與識別，完成拓?fù)淠Ｐ蜆?gòu)建并上送云主站系統(tǒng)，自動生成電氣接線圖。該模式避免了傳統(tǒng)模式因觸發(fā)短路方式注入信號對低壓帶來的干擾和風(fēng)險。整個過程無需人工參與，當(dāng)臺區(qū)發(fā)生負(fù)荷切換等變更后，能實現(xiàn)自動更新拓?fù)潢P(guān)系。

云主站側(cè)對文件格式的規(guī)范性、字符編碼、語法語義、拓?fù)潢P(guān)系、屬性值正確性等方面進(jìn)行拓?fù)淠Ｐ托ｒ?。通過校驗后主站主動獲取邊端電氣數(shù)據(jù)并集合電氣建模和數(shù)據(jù)建模完成低壓拓?fù)渖?，根?jù)低壓拓?fù)溥B接關(guān)系，自動生成臺區(qū)接線圖，實現(xiàn)低壓拓?fù)淇梢暬故??；诟兄K端的臺區(qū)拓?fù)渥詣幼R別與云主站系統(tǒng)成圖如圖1所示。

圖1 臺區(qū)拓?fù)渥詣幼R別與云主站系統(tǒng)成圖

2.2 基于HPLC智能電表的停電快速告警

結(jié)合HPLC智能電表的停電信息主動上送功能、臺區(qū)拓?fù)渥詣映蓤D功能和智能配變終端邊緣計算功能，可實現(xiàn)臺區(qū)故障秒級快速精準(zhǔn)研判，云平臺快速推送告警定位等信息。臺區(qū)拓?fù)渚偷刈詣幼R別原理如圖2所示。

2.3 中低壓分段分相線損計算

基于物聯(lián)網(wǎng)DTU、智能配變終端、分布式臺區(qū)智能終端的實時監(jiān)測、邊緣計算與云邊協(xié)同功能，可實現(xiàn)臺區(qū)的中低壓各區(qū)段線損精準(zhǔn)化分析計算。

圖2 臺區(qū)拓?fù)渥R別原理

分段線損=拓?fù)涓腹?jié)點(diǎn)電量◆此父節(jié)點(diǎn)下所有子節(jié)點(diǎn)的電量和。

3 配電物聯(lián)網(wǎng)智慧臺區(qū)建設(shè)實踐

現(xiàn)場臺區(qū)建設(shè)范圍主要包括配電室中壓側(cè)、配變側(cè)、低壓線路側(cè)和用戶側(cè)，按照上述方案開展建設(shè)，逐步實現(xiàn)了局部智慧配電網(wǎng)的目標(biāo)。

各模塊實施以下建設(shè)：

1）中壓側(cè)部分

配電室為雙電源供電，配置中壓開關(guān)柜，采用全斷路器方式，采用真空滅弧、六氟化硫氣體絕緣的全絕緣、全密封開關(guān)柜，可切斷相間短路電流、負(fù)荷電流和零序電流。配置電壓互感器、電流互感器、零序電流互感器、電動操動機(jī)構(gòu)等自動化組件。

開關(guān)柜一體化集成物聯(lián)網(wǎng)DTU，具備進(jìn)線柜、出線柜及聯(lián)絡(luò)柜的實時監(jiān)測和控制等三遙功能，并滿足云平臺接入要求，采用物聯(lián)網(wǎng)MQTT協(xié)議。

開關(guān)柜配置局放監(jiān)測模塊及電纜接頭測溫模塊，并接入物聯(lián)網(wǎng)DTU，經(jīng)本地匯聚后將數(shù)據(jù)上送云主站系統(tǒng)。

2）配變側(cè)部分

配變側(cè)建設(shè)范圍為配電室1#和2#變壓器、低壓開關(guān)柜及站室監(jiān)測。

（1）配電室配置低壓進(jìn)/出線開關(guān)柜、聯(lián)絡(luò)柜和智能電容柜；進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜配置電子控制的框架式斷路器，配置電動操作機(jī)構(gòu)。進(jìn)/出線斷路器應(yīng)具備通信功能。

（2）配電室配置2臺智能配變終端，分別監(jiān)測1#、2#配變低壓電氣量，并作為1#和2#臺區(qū)的數(shù)據(jù)匯聚與邊緣計算中心。

（3）低壓出線柜配置分布式臺區(qū)智能終端及開啟式電流互感器，安裝于下側(cè)電纜出線室內(nèi)，分布式臺區(qū)終端與智能配變終端采用HPLC通信方式。

（4）配電室墻上配置溫濕度傳感器，天花板上配置煙霧傳感器，電纜溝內(nèi)配置水位傳感器，具備站室內(nèi)環(huán)境及安防監(jiān)測功能，經(jīng)匯聚單元接入智能配變終端。

（5）配電室內(nèi)智能電容通過控制裝置接入智能配變終端。

（6）進(jìn)/出線柜配置電纜接頭無線測溫裝置，并接入智能配變終端。

（7）配電室配置門禁系統(tǒng)，開門告警信息可通過智能配變終端上送云平臺。

3）線路側(cè)部分

低壓分支箱配置分布式臺區(qū)智能終端和配套三相電流互感器，實現(xiàn)進(jìn)出線電壓、電流監(jiān)測，具備拓?fù)湫盘栕⑷肱c識別功能，并經(jīng)HPLC模塊上送給智能配變終端。

4）用戶側(cè)部分

用戶總進(jìn)線配置物聯(lián)網(wǎng)型智能斷路器，表后開關(guān)配置智能型微斷，實現(xiàn)表箱進(jìn)/出線電壓、電流監(jiān)測和開關(guān)位置監(jiān)測功能，智能斷路器通過無線或RS485通信方式將信息上送給物聯(lián)網(wǎng)通信單元，并經(jīng)HPLC通信模塊接入智能配變終端。

電動汽車充電樁配置物聯(lián)網(wǎng)通信單元，實現(xiàn)充電樁電壓電流及運(yùn)行工況監(jiān)測，配置HPLC通信模塊接入智能配變終端。

5）營配數(shù)據(jù)貫通部分

智能配變終端通過與I型集中器做數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)電表信息的讀取，原有用采系統(tǒng)架構(gòu)不變。建議電表加裝HPLC模塊或更換為智能電表，具備停電信息主動上送功能。

6）高級APP應(yīng)用部署

為進(jìn)一步推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)臺區(qū)的深化應(yīng)用，開展高級APP的部署與應(yīng)用，主要包括臺區(qū)拓?fù)渚偷刈詣幼R別APP、集中器抄表APP、臺區(qū)分段分相線損和擴(kuò)容分析APP、臺區(qū)諧波污染定位分析APP、臺區(qū)無功綜合補(bǔ)償調(diào)節(jié)APP、電氣設(shè)備健康狀態(tài)評估APP和臺區(qū)資產(chǎn)檔案重建管理APP。

通過上述建設(shè)，實現(xiàn)了中低壓數(shù)據(jù)的實時采集、三相不平衡調(diào)節(jié)裝置、各類非電氣量（溫度、濕度、門禁、安防）等智能設(shè)備的接入，為實時監(jiān)控、運(yùn)行優(yōu)化和大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)，提升了配電網(wǎng)營配調(diào)貫通及精益管理水平。

4 結(jié)論

2019年可以說是電力物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字透明電網(wǎng)的建設(shè)元年，一方面是電網(wǎng)公司“兩網(wǎng)融合”“數(shù)字電網(wǎng)”升級轉(zhuǎn)型的迫切內(nèi)在需求，另一方面有“云大物移智”創(chuàng)新技術(shù)的快速發(fā)展，“萬物互聯(lián)”將是趨勢。

總而言之，配電物聯(lián)網(wǎng)智慧臺區(qū)建設(shè)作為電力物聯(lián)網(wǎng)非常有益的探索，研發(fā)及選型了云主站平臺、物聯(lián)網(wǎng)化配電終端、智能感知設(shè)備等先進(jìn)裝備，進(jìn)一步實實在在落地和豐富了電力物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵，未來的電力物聯(lián)網(wǎng)將依托越來越扁平化的架構(gòu)，信息傳輸一步上云端，進(jìn)一步發(fā)掘數(shù)據(jù)價值和應(yīng)用效率，達(dá)到配電網(wǎng)狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活和運(yùn)維主動精準(zhǔn)，為提高供電質(zhì)量和服務(wù)水平打下堅實基礎(chǔ)。