配电物联网技术在配电网中的应用

配电物联网技术在配电网中的应用

黄少宗1魏建功2曾祥斌3宋彦军4黄少钢5

(1身份证号码：44152219880204XXXX;2身份证号码：14232119720326XXXX;3身份证号码：62232219780905XXXX;4身份证号码：61052419820928XXXX;5身份证号码：44158119950120XXXX广东省珠海市)

摘要：近十年，我国智能配电网取得了快速发展，但配电网末端发展不平衡不充分、可变负荷冲击大的特点。然而如何更好、更有效地加强配电网末端监控系统信息管理，用最少量但是条理最清晰的信息全面反馈配变台区当今的运行状态并对运行状态进行全面监控，是新一代电力系统深度融合的重要方面。本文以新型智能配变终端为核心的配电物联网，对于低压台区、低压电缆分支箱开关、用户智能电表、充电桩等各类低压端设备便捷接入,在全面采集电气量、状态量、环境量等信息基础上,进一步实现配电网本地自治,助推低压配电网管理模式由“生产主导型”向“服务主导型”转变,提升以客户为中心的“本质服务”水平。

关键字：电力物联网技术；低压配电网；应用

0引言

传统的配网自动化、生产管理系统、供电服务指挥系统、用电信息采集系统等系统多为面向部门的独立建设，缺少总统设计和统一规划，各个系统间通信接口复杂，数据交换与共享困难，使用维护个性化，低压配电网设备缺乏有效管理，采集量缺乏统一的应用平台，每个独立的系统都不能展现电网运行全景。针对低压配电网线路和设备管理困难，只能被动知晓故障并进行应急抢险，无法实时监测检修信息和配网运行状态的局面，应用先进的物联网技术，建立新一代信息通信技术的配电物联网就显得尤为必要。它可实现实时监测，一是可减轻检修人员和设备管理人员的工作量；二是可保障电网运行安全；三是可提升用电可靠性和用户信赖度。

1配电物联网的总体方案

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其特征是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息，从而提升对物理世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。配电物联网（D-loT）是传统工业技术与物联网技术深度融合产生的一种新型电力网络形态，通过配电网设备间的全面互联、互通、互操作，实现配电网的全面感知、数据融合和智能应用，满足配电网精益化管理需求，支撑能源互联网快速发展，配电物联网总体结构如图1所示。

图1

1.1感知层

感知层一般由数据采集和数据短距离传输两部分，将部署在配变、分支箱、户表、充电桩等末端若干智能传感器组成，通过自组织方式组建感知网络，实现对电网对象及运行环境的智能协同感知、智能识别、信息进行采集和上送等。

1.2网络层

通过将电力无线宽带、无线公共通信网络、无线传感网、电力光传输网络等不同种类的通信网络进行融合、扩展，实现感知层和应用层之间的信息传递、路由和控制等功能，为感知的信息提供高可靠、高安全、大规模数据传输服务。

（1）无线公网通信

无线公网具有信号覆盖广、接入便捷、通信速率较高等特点，电网用电信息采集等业务已通过2G/3G/4G公网接入。未来5G公网能够为用户提供多样化、差异化的服务，在速率、流量密度、时延、能效和连接数等方面进一步提升服务质量。

（2）230MHz无线专网

230MHz电力无线专网基于专用频段进行定制化设计，能够承载电网末端控制、信息采集、移动应用等不同类型物业，满足各类业务在宽带、容量、延时、可靠性、安全性等方面的通信需求。

（3）光纤通信

光纤通信具有通信容量大、传输距离远、安全可靠性高、业务扩展灵活等优点。因此，光纤通信同样是配电网最主流的通信方式。目前，智能配电网主要以工业以太网交换机和EPON方式为主。

1.3平台型

以需求为导向，构建灵活的数据中台和业务中台，满足各类场景应用。建设统一的企业后台，通过云平台聚集各方资源，实现统一管理、协同计算、资源共享、服务开放。

（1）一体化“国网云”平台由云基础设施、云平台组件、云服务中心和云安全套件组成，能够实现设施、数据、服务、应用等IT资源的一体化管理，进一步提升信息存储、传输、集成、共享等服务水平，有力促进业务集成融合，缩短应用上线周期，快速响应业务变化，显著提升用户体验，增强系统运行可靠性。

（2）全业务统一数据中心主要包括数据处理域、数据分析域和数据管理域三部分。处理域是保障数据质量的关键，提升数据应用水平的基础；分析域是挖掘数据资源价值，提升数据应用水平的核心；管理域是是实现数据规范、统一、安全的关键和保障。

（3）物联管理中心提供设备、云、应用之间的解耦连接、安全可信通道、海量信息即时通信、设备、远程监控等能力。采用遵循国网泛在电力物联网“端-边-网-云”的总体结构，基于“云雾协同”计算，支持亿级设备的统一接入，百万级数据的并行计算，向下实现终端接入和标准化，赋能智慧终端，加速全面感知，向上支撑平台共享，实现数据和业务融通，驱动创新能力。

（4）企业中台初步梳理出客户服务中心、企业级电网资源中心、结算账务中心、量测中心4个共享服务中心，通过应用服务层支撑前端业务应用。

1.4应用层

感知层、网络层、平台层的建设对各类型业务起到支撑作用，在提升客户服务水平、提升企业经营绩效、提升电网安全经济运行水平、促进清洁能源消纳、打造智慧能源综合服务平台、培育发展新兴业务、构建能源生态体系，打造数据共享服务、夯实基础支撑能力等方面具有明显的提升效果。

2配电网智能物联网应用

低压配电台区是配电网的最小单元和数据源头，随着低压配电网精益管理要求不断提高，配电台区的功能呈现多样化和智能化的趋势，接入的信息和设备逐渐增多，涉及配变状态监测、无功补偿、漏保开关、电能表等。因此，构建以智能配变终端为核心的低压配电物联网，实现低压配电网变、线、户关系的准确识别，低压线路停电实时上报，表后开关失电原因判别，配变低压配电箱、分支箱、表箱各级开关状态监测和电压、电流等同步采集，计算台区实时线损和分段线损，分析线路分段阻抗，实现电能表异常判断。系统组成总体方案如图2所示。

2.1新型智能配变终端

新型智能配变终端采用海思双核CPU，且集成国网安全芯片，支持配变终端双通道身份认证和数据加解密处理，满足终端与主站交互协议的转换和安全防护要求，多维度保障配变终端的应用和信息安全。

新型智能配变终端采用通用的硬件资源平台,内置华为边缘计算操作系统，通过APP以软件定义方式实现业务功能,基于面向对象的设计方法,提高程序开发效率和可扩展性,降低维护难度及各APP之间的耦合性,便于业务快速部署和扩展,以配电台区为单位，对各类采集数据进行本地化综合分析与智能决策。

新型智能配变终端与新一代配电自动化主站之间，建立了端-云协同机制。在终端侧增加了边缘计算的层级,实现感知数据的本地化处理,促进了“端”层的边缘计算与“云”层的大数据应用高效协同,提升了配电网整体计算能力。

2.2分支箱监测单元

分支箱监测单元采用高速电力线载波、Lora无线双模通信方式，主要功能包括：

（1）分支箱开关状态监测。

（2）分支箱下级台区拓扑识别。

（3）断路器出线电气参数测量以及5分钟同步数据冻结。

（4）分支箱进线端取电，本级断路器跳闸不失电，异常状态能正常上报；如出现失电，监测单元通过无线实时报送给新型智能配变终端。

2.3表箱监测单元

表箱监测单元采用高速电力线载波、Lora无线双模通信方式，主要功能包括：

（1）表箱内电表分相识别。

（2）表箱断路器状态监测、用户表后开关状态监测。

（3）表箱进线电气参数测量以及5分钟同步数据冻结、15分钟同步抄表。

（4）表箱进线端取电，本级断路器跳闸不失电，异常状态能正常上报；如出现失电，通过无线实时报送给新型智能配变终端。

结语

配电物联网是能源革命下传统电网向能源互联网发展所产生的一种新型电力网络运行形态。基于软件定义的新型智能配变终端,实现了对台区内设备的智能化感知、监控和管理;同步开发了包括低压负荷接入自动识别、电能质量综合处理等功能在内的多个终端APP,使配变终端可以根据其需求灵活弹性地扩展业务应用。新型智能配变终端极大程度地降低了上行通信流量、主站工作量和管控时间延迟,真正实现了对配变台区的全面感知、即时研判和主动抢修。

参考文献:

[1]杨正洪，周发武.云计算和物联网[M].北京：清华大学出版社:18-20.

[2]沈力.电力终端通信接入网规划与运维技术[M].北京：清华大学出版社9-10.79-80.286-289.

[3]吕军，栾文鹏，刘日亮，王鹏，林佳颖.基于全面感知和软件定义的配电物联网体系架构[J].电网技术1000-3673（2018）10-3108-08.

[4]吴志,王旭阳.关于“十三五”配电网规划实施的思考[J].中国电力,2017,50(1):25-29.

[5]国家电网公司.国家电网公司“十三五”通信网规划[R].北京:国家电网公司,2016.

[6]舒印彪.以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导为建设世界一流能源互联网企业不懈奋斗[R].北京:国家电网公司,2018.