电网末端智能系统技术研究与应用

四川中电启明星信息技术有限公司 唐冬来 付世峻 尚忠玉 游传强 倪平波

1 引言

配电台区是城市和农村供电的载体，配电台区的稳定性和安全性，直接关系到企业和千家万户的供电安全，具有重要的经济价值和社会意义。在早期电网建设时，更加重视的环节是发电和输电，配电台区往往被轻视。

（1）低压线路处于监管盲区，无法及时掌握低压配网运行状态。目前运检部监测低压配电网数据来源于用电信息采集系统，监测设备只有配电变压器，且数据延迟2天。占低压配网停电数量绝大部分的低压用户停电缺乏主动感知手段，只能通过用户故障报修被动获取，制约着客户服务水平进一步提升；低压配网线路设备缺陷异常只能通过人工现场巡视查找，现有人员力量难以满足巡视要求，存在不坏不修的问题。

（2）低压配电网故障处理及时率低、客户投诉较多。配电运维人员在故障抢修时，经常出现低压配电网故障发现不及时，故障定位不准确等问题，造成用户报修后，低压配电网故障处理及时率低和用户投诉。

（3）三相负荷不平衡影响电网安全运行。因低压用户用电性质不同，负荷特性差异大，低压配网三相负荷存在较大波动性，负载调整缺乏支撑手段，三相不平衡调整工作效率低、工作量大。

（4）低压配网异动频繁，信息维护不及时。低压设备及拓扑关系经异动频繁，低压设备异动变更缺乏管控手段和措施，低压配网图模台账信息准确性难以得到保障。

基于这些需求，迫切需要研发一个集成化、一体化的电网末端智能系统，实现电网末端的全面监控、状态监测、预研预判、故障定位、主动抢修和精益管理，为低压配电网运维检修、投资规划提供决策支撑，从而提升电网企业低压配电网的管理水平。

2 系统概述

电网末端智能系统，实现了从变电站10kV配电变压器到380V/220V用户表计，配网低压信息的全面采集、实现低压配网运行状态的综合、全面监测和全面管控。

系统总体采用平台化结构，利用统一开发平台，基于CIM模型构建研发，应用功能采用模块化方式开发，在统一接口标准的基础上，实现应用功能在支撑平台上的“即插即用”，同时能把应用包装成服务功能，为其他应用提供功能服务。系统架构分为智能感知层、数据融合层和智能决策三层（如图1），其中智能感知层数据采集部分部署在管理区，通过智能配变终端采集配电变压器运行状态、JP柜环境状态、剩余电流动作保护器状态、三相不平衡调节装置状态、用户侧电表状态信息，完成低压配电网设备的数据收集；数据融合层对采集的低压配电网监测设备信息进行统一处理、分析，建立配电网状态监测、故障处理闭环流程；智能决策层，通过低压配电网设备监控水平分析、户变关系分析等高级应用，实现配电运营精益化管控。

图1 电网末端智能系统架构图

2.1 电网末端智能监测设备

电网末端是指从配电变压器高压桩头到用户的供电区域，由配电变压器、智能配电单元、低压线路及用户侧设备组成，实现电能分配、电能计量、无功补偿以及供用电信息的自动测量、采集、保护、监控等功能，并具有“标准化、信息化、自动化、互动化”的智能化特征。电网末端监控设备包括用于对配电变压器监测且具有集中器作业的智能配变终端、剩余电流动作保护器、三相负荷不平衡调节装置、无功补偿装置、用户侧智能电表等低压配电网监测装置（如图2），具体如下：

智能配变终端。安装在电网末端， 集配电变压器信息采集、设备运行状态监测、当地智能控制与通信等功能于一体的二次设备。

剩余电流动作保护器。又叫漏电断路器，主要是用来在设备发生漏电故障时以及对有致命危险的人身触电保护，具有过载和短路保护功能，也可用来保护线路或电动机的过载和短路。

三相负荷不平衡调节装置。三相负荷不平衡调节装置通过快速检测出接入处无功、负序、谐波电流，根据空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制方法产生触发脉冲信号驱动控制晶闸管输出与检测到的无功、负序、谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，综合解决配电台区无功、谐波、电压波动以及三相负荷不平衡等问题。

无功补偿装置。全称无功功率补偿，是一种在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境的设备。

用户侧智能电表。安装在用电户侧的表计装置，除具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，还具有用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能。

图2 电网末端智能监测设备拓扑图

2.2 电网末端智能监控平台

针对台区线损高、故障定位难、台区三相不平衡严重、被动抢修等问题，建立一个集成化、一体化的电网末端智能系统，实现低压配网运行状态的综合、全面监测，实现了设备状态的全面管控。

系统的功能架构包括数据采集、运行管理及分析、报表及高级应用，系统及接口管理四大部分（如图3），采集智能配变终端、剩余电流动作保护器、三相负荷不平衡调节装置、用户侧电表内的电压、电流、功率、温度、漏电流等相关状态数据，实现台区设备状态的整体监控。最终达到“全面监控、状态监测、预研预判、故障定位、主动抢修、精益管理和明确责任”的目的，具体功能描述如下：

数据采集。对智能配变终端、剩余电流动作保护器、三相负荷不平衡调节装置、用户侧电表不同设备通信规约解析，实现数据采集。

设备管理。通过对配电台区一次和二次设备的参数录入，实现对台区设备的精益管理和运维。

运行管理及分析。通过智能监测装置对电流、电压、功率、功率因数、温度、漏电流、谐波数据等数据进行全面展示和实时监测控制，整体掌握台区设备运行工况，提升配电台区自动化水平。

报表及高级应用。根据台区实时监测数据，准确定位故障，及故障发生原因。运用人工智能技术开展故障研判工作，同时结合信息推送，形成配网抢修人员的智能调度体系。根据台区监测数据和分析模型，开展台区线损分析、停电研判等相关的大数据应用分析，提高设备使用寿命及综合效益。

图3 电网末端智能监控平台功能架构图

3 系统建设应用关键点

3.1 全面监控低压配电网运行状态，实现配电网健康状况精准化评估

通过智能配变终端与宽带载波采集终端的部署实施，研发对低压台区配变重载、三相不平衡、低压用户电压越限等异常事件的监控分析与辅助决策功能。实现低压线路、表箱过载监测、负荷优化方案辅助决策等高级管控功能，进一步提高低压配网运维管控能力。开展低压配网运行状态监测分析成效与数据密度相关性的研究，制定低压配网运行数据采集频率的合理标准。

3.2 户变连接关系自动识别与精准校验，提升营配贯通管理水平

应用智能电表数据、低压电网宽带载波采集终端数据与营配贯通工作成果，应用数据聚类算法，实现营配贯通数据的准确性核查与智能化修正。通过加装智能配变终端和宽带载波终端，利用电力线载波通讯供电通道与通讯通道一致的特点，实现配变与表箱连接关系、表箱接线相位关系的自动识别，从根本上解决低压配网异动管控的难题。

3.3 低压配网停电事件实时研判与主动服务

通过低压电网运行监测数据研发配变停电监测功能，利用智能配变终端采集的低压用户停电事件主动上报功能，综合分析停电计划、0.4kV故障、低压电网拓扑与带电情况，实现停电主动感知、停电范围分析功能。支撑抢修工作效率提升与主动抢修工程支撑，进一步提升优质服务水平。

3.4 低压配网健康水平分析，辅助运维检修决策

通过对计量表计与宽带载波终端采集的配变、低压用户电压、电流准实时数据，分析建立数据挖掘算法模型，实现变压器电压突变故障预警，实现低压供电回路故障预警，实现对以阻抗变化为表征的供电线路故障预判与窃电行为分析功能。

变压器电压突变故障预警，针对配变出口电压突变事件，排除配变分接头与上级电源电压变化影响，实现对配变二次绕组的缺陷感知，研究建立配变“健康模型”，实现配变故障预警。

4 系统应用展望

电网末端智能监测设备及配套的智能监测平台为低压配电网生产提供有效的监督和指导手段，依托该系统实现低压配电网故障可预警、故障处理可指导、故障可回顾分析；可有效的处理台区线损高、台区三相不平衡严重、被动抢修等棘手问题，为电网末端的科学管理、指挥决策提供丰富的手段和科学的依据。

在低压配网停电主动感知方面，通过接收到智能配变终端停电事件上报后，电网末端智能系统自动进行运行数据召测，并生成停电告警信息，推送给台区经理及配电网运维检修人员；在停电范围分析方面，通过对停电事件发生后召测的实时运行数据分析，基于低压拓扑连接关系，实现停电影响范围的图形展示、影响用户的统计分析；在多源数据的故障研判方面，根据智能配变终端主动发现的故障信息，召测配电自动化故障信息、调度系统停电计划信息、用电信息采集系统台区失电信息，结合宽带载波采集终端、智能电表召测信息，综合进行故障点及故障类型研判分析。结合PMS系统的设备拓扑关联关系，进行设备拓扑分析，确定故障真实性与影响停电用户，实现低压配网停电事件的综合研判。

通过电网末端智能系统实施，为低压配电网状态监控、运维作业提供技术支持，降低配电网故障发生率及处理时间，确保电网的可靠、经济、稳定运行得到有力的支撑。

5 结论

电网末端智能系统是国家发展改革委《关于加快配电网建设改造的指导意见》配电自动化管理目标的具体落实，也是电网企业低压配电网智能化管理目标的体系，电网公司经历“电网自动化”、“中压配电自动化”后，迫切需要解决供电最后一公里自动化和智能管理的问题。电网末端智能系统，需要结合规章制度循序渐进，结合GPRS、LORA通信、远程测量、远程控制、人工智能等技术的应用，转变工作方式，优化管理流程，达到提高工作效率的目的，进一步加强信息化对电网运营的支撑力度。

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