電力物聯網下低壓智能臺區應用淺析

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摘要：隨著電力物聯網技術的發展，傳統的低壓臺區應用方案已不能滿足智能臺區的建設需要。本文提出一種基于電力物聯網技術的低壓智能臺區應用方案，利用電力物聯網智能感知設備，精確感知低壓臺區的線路及關鍵設備的運行狀態。該方案實現了低壓臺區運行狀態感知、精益管理、有序用電、新能源接入管理等核心業務，有力支撐新型電力系統建設方案。

關鍵詞：智能臺區；物聯網；新能源接入；有序用電

0引言

為有效落實新型電力系統建設方案，推進網格化供電服務在低壓臺區的落地見效，深挖智能電能表非計量功能應用，以支持基層營業服務工作提質增效、降損反竊、業務模式創新、服務水平提升的目標，構建一批運行穩定、技術先進、管理精益、服務優質的數字化智能臺區。充分挖掘智能電能表數據價值，在臺區物聯智能感知、設備運行在線監測、臺區線損精益管理、源網荷儲協同服務與客戶友好互動等方面體現顯著效能，促進低壓電力系統安全可靠運行[1]。

1智能臺區整體架構

按照“精準感知、邊緣智能、統一物聯、開放共享”的建設思路，通過在配電臺區部署智能物聯感知設備，實現電網和客戶狀態的精準感知[2]。復用現有的營銷系統、配網自動化系統主站，配電側以融合終端為核心，匯集臺區物聯感知設備，依托邊緣計算技術實現數據采集、通信連接、就地計算和分析的功能[3]。線路側主要由智能斷路器組成，可通過微功率無線、HPLC等多種通信方式接入融合終端，實現對配電線路環境變量、地理位置、分支箱狀態、負荷數據、開關狀態等信息的監測，支撐電氣拓撲識別、線路故障告警、線損分析等功能[4]。用戶側主要由智能隔離開關、物聯網表等設備組成，可通過HPLC直接采集用戶側感知數據的有效監測實現電價計量、用戶負荷感知、用電安全隱患辨識等功能。通過采集光伏逆變器、智能物聯電能表、防孤島裝置實時數據，實現對光伏、風力發電、儲能等新能源接入管理[5]。智能臺區利用大數據技術、云邊協同技術、微服務架構，構建臺區全量高頻數據應用體系，主要包括配網運行狀態感知、臺區精益管理、充電樁有序用電、新能源接入管理等業務應用，采用大數據技術以及微服務理念，實現業務協同共享，提升電網運行質效，整體架構見圖1。

2智能臺區業務架構

智能臺區業務架構包括營銷業務與供電服務業務兩大系統，對臺區物聯感知設備數據采集、精益化管理、數字化主動運維服務等業務。營業業務應用系統具有數據采集、檔案管理、數據交互等功能[6]。供電服務業務系統具有配電設備監測、遠程控制、有序用電管理、新能源接入主動預判等功能。該架構在滿足傳統業務的基礎上，新增配網運行狀態感知、臺區精益管理、充電樁有序用電、新能源接入管理業務模塊，智能臺區業務架構如圖2所示。

2.1配網運行狀態感知

基于智能臺區全量高頻數據采集及處理，對低壓電網及配用電設備運行狀態進行實時監測及控制。在此基礎上，對智能臺區設備健康狀態進行評估與預警，為運維、檢修提供預警和決策支撐，合理優化運維計劃，提高設備管理水平，減少非必要的事故停電，提高用戶滿意度[7]。通過部署一、二次融智能隔離開關和具備邊緣計算功能的融合終端、物聯電能表、防孤島裝置等設備，智能感知和識別配電網運行工況、設備狀態、環境情況及其他輔助信息。通過云邊相互協同處理數據，結合大數據、人工智能等技術實現對配電臺區運行狀態精準監控，并對數據進行在線分析與深度挖掘，實現電能質量監測、用電負荷識別、四級線損分析、線路阻抗計算、環境綜合監控、有序用電管理、新能源接入管理等廣泛的配電網運行狀態監測[8]。基于配電臺區及設備基礎臺帳、資產凈值、資產折損率、故障歷史情況統計等信息，結合配網全景狀態感知數據進行智能綜合性研判分析，實現低壓配電網及設備當前狀態的精確評估并智能預測未來趨勢；采用大數據、人工智能等技術，結合全景感知數據，針異常開展分級評級，計算判斷隱患風險，通過低壓配電網及設備的動態風險管理和預警體系建立，生成策略和預案，實現針對性主動檢修。

2.2臺區精益管理

基于智能臺區實時運行狀態與歷史運行數據，開展智能臺區線損精益化管理，為電價異常治理、線損分析和治理等業務應用提供數據支撐，挖掘數據價值，實現智能化精益管理。通過非侵入式負荷識別技術和基于用戶負荷精準識別的監控分析，根據臺區用戶負荷辨識分析數據，關聯用戶行業分類特征，結合用戶歷史用電情況，構建用戶行為特征監控分析模型。通過開展用戶負荷類型辨識，形成客戶用電特征，應用大數據匹配負荷特性模型，精準識別用戶用電類型。利用非侵入式負荷識別模塊，精準辨識客戶的用電負載，通過比對匹配用戶用電類型，有效治理臺區用戶電價異常。基于配電臺區內分時、分段精益化線損管理功能實現，利用融合終端邊緣計算就地分析，精準定位低壓配電網上的竊電行為上報云主站。破解臺區內線路密集、用戶類型繁多的復雜供電條件以及日趨專業性、隱蔽性強、隨機性高的竊電手段，減少人工分析、定位和取證的工作量，提高反竊電管理實時性和準確性。

2.3數字化主動服務

依托智能臺區各類智能感知單元和融合終端的有效覆蓋，充分發揮融合終端與云主站的數據協同能力，助力配電服務數字化轉型，提升主動配電服務能力，實現提前排故、主動搶修。基于低壓配電網絡拓撲、臺區設備位置信息，結合融合終端采集各節點的運行量信息,通過建立低壓配電網阻抗在線動態辨識模型實現低壓配電網各節點回路阻抗計算，以及通過節點歷史剩余電流故障特征值，提前發現設備異常，實現潛在的故障預判，并提前運維排除故障。發揮融合終端就地化邊緣計算能力和處置優勢，結合配電臺區電氣拓撲、戶變關系自動識別功能和地理信息，支撐故障停電精準分析，實現故障點和停電地理分布的即時展示。綜合考慮人員技能約束、物料可用約束，采用智能優化算法，制定搶修計劃，提高故障搶修效率與優質服務水平，實現區域內故障快速處理，整體提升配電網智能處置和自愈能力。

2.4新能源接入管理

結合“碳中和、碳達峰”業務需求，將光伏發電、風力發電、儲能裝置、抽水蓄能等分布式能源的接入低壓智能臺區，為低壓臺區搭建分布式微電網系統提供基礎。社會經濟的不斷發展，人們對電力的需求越來越大，低壓側用電負荷不斷增加，電力設施擴容需求日趨強烈。特別是季節性、分時段集中用電場景，經常出現臺區過負荷、電壓偏低、異常停電等現象。為避免不確定性用電負荷的劇烈變化對配電網造成沖擊，提高配電網的穩定運行效率。通過在低壓臺區側搭建微電網管理系統，使光伏、風電、儲能等不同電源之間能夠協調有序運行，降低季節性集中用電對配電網安全運行帶來的挑戰，確保配電網安全可靠運行。利用新能源有序接入策略，避免出現低電壓、異常停電、線路故障等異常斷電的發生，有力提升低壓智能臺區的電能質量。新能源接入管理是在新型電力系統構建下，充分發揮分布式能源效益的微電網系統。將不穩定的分布式光伏、風力發電、儲能設備等新能源轉變成高質量的電能，智能臺區是新能源的接入的有效途徑。低壓智能臺區可以在并網模式下向主電網輸出或者吸收功率，也可以工作在離網模式下單獨為本地負載供電。保證新能源逆變器穩定運行的同時，實現多種模式之間的平滑切換。在離網向并網切換時，由于微電網電壓的相位和幅值與主電網電壓存在偏離，利用逆變器頻譜分析功能，柔性控制并網與離網的切換，避免產生瞬時過電壓或過電流，危害電網的穩定運行。

3實驗驗證

一種基于電力物聯網技術的低壓智能臺區應用方案符合新型電力系統建設要求，該方案能夠有力支撐配網運行狀態感知、臺區精益管理、充電樁有序用電、新能源接入管理新業務發展。實現臺區精益化管理，確保新能源有序接入管理。通過試點建設，該方案適用于多種臺區架構模式，滿足新型電力系統建設的要求，提升低壓電力系統的安全性與穩定性。該方案依據國家、行業、企業標準規范，通過搭建小型應用環境，開展方案功能、性能驗證，滿足國家、行業、企業標準實驗等級要求。通過周期性壓力測試，該方案的配網運行狀態感知、臺區精益管理、充電樁有序用電、新能源接入管理等業務符合預期目標。

4結束語

本文提出的一種基于電力物聯網技術的低壓智能臺區應用方案，包括方案物理架構、業務架構、主要功能分析等內容。根據相關規范要求，開展方案試點建設，驗證方案性能和功能指標要求，符合新型電力系統建設相關要求。結合“碳中和、碳達峰”目標要求，開展智能臺區場景應用試點建設，該方案滿足傳統多種臺區架構模式，有效提升低壓臺區的運營效率，為新能源接入提供穩定可靠的技術條件。

作者:王冬陽 張彤 李昭 董天文 王斌 單位:國網天津市電力公司城南供電分公司