新一代智能配变终端在低压配电物联网中的应用分析

贾化萍 桑学宁

北京煜邦电力技术股份有限公司 北京 100029

引言

能源互联网的快速发展，要求未来的配变终端必须具备多元、快速的数据处理能力和海量数据存储能力，而现有的低压配电网终端如配电监控装置(DTU)、馈线监控装置(FTU)、用电信息采集终端邮寄智能电表等分类繁多、功能单一、资源配置偏低、扩展性差，已难以适应能源互联网“云大物移”的发展方向。本文将对满足未来多种业务需求的智能化程度更高的新型终端进行详细描述，具体阐述其组成结构、关键技术及其应用场景等。

1 低压配电物联网概述

配电网是电力系统的重要组成部分，低压配电网是电力供应的末端，物联网是物联网技术在低压配电领域中的应用实践，它是一种新型电力网络，通过设备之间的完全互操作性、互联性、可靠性综合感知、数据集成和智能应用，满足电力系统可靠性精益化和智能化强电网快速建设的需要，是电力系统可靠性的基础。

低压配电物联网的体系架构分为“云、管、边、端”四层，“云”即搭建在云平台之上的主站系统，通过统一的云平台来管理、调配系统资源，并为业务应用提供支撑；“管”即是数据传输通道；“边”是靠近数据端的边缘计算设备；“端”是各种传感、采集设备。

基于物联网技术架构的低压配电物联网本质上是智能信息技术与产业化的深度融合，是解决目前低压配电领域面临的诸多问题的完美解决方案，实现了分布式网络的感知，通过信息的力量进一步释放原有配电网的生产力，适应未来能源互联网的快速发展[4]。

2 智能配电终端

2.1 智能配电终端概述

智能配电终端是对传统配用电终端的智能化改造而形成的新一代智能终端，属于低压配电物联网的边侧设备，具备边缘计算功能，不仅用于配电变压器，还用于整个配电区域、用电侧设备和综合信息通信管理，集成边缘计算功能，可实现状态感知、边缘物联和数据采集等功能。

2.2 应用原则

传统的配电终端只起到监测配电变压器的运行工况的作用，帮助运维人员实现对智能设备的控制。新一代智能配电终端以国网公司“云、管道、边、端”的顶层体系结构为基础，提高对侧负荷控制，优化分布式能源访问管理，旨在提高配电网设备水平，加强配电网运营维护，提高配电网服务效率，推动配电网从被动管理走向主动管理。通过电力物联，以配电主站为平台，实现低压端、用户端的全面联系，统一集中管理。优先访问配电变压器、低压开关、无功补偿装置等电源端设备信息。根据台区设备条件，可以逐步实现与电动汽车充电桩、分布式电源、智能电能表、三相不平衡管理装置等设备的信息交互及现场智能控制。根据业务管理要求，实施智能变压器终端应用软件(APP)开发和应用，实现配电网无处不在，可以优化人员配置，制定综合计划，方便管理。

2.3 智能配电终端相关技术

2.3.1 通信技术。针对低压配电的物联网解决方案，将系统传输的数据类型分为操作数据和管理数据。配电终端的通信包括远程接入和本地通信接入，可使用LTE/LOT-G专用网络和GPRS/4G/5G公共网络等技术进行远程通信接入，而HPLC、Zig Bee、LORA等技术可用于本地通信接入。230M电力无线专用网技术采用7m频段的功率授权和ofdm离散频谱聚合技术，具有速度快、时延小、覆盖范围广等技术特点，且安全性高，成本低，可以有效解决现有电力无线通信系统频谱效率低、组网能力弱、实时性差等问题，是构建智能电网信息通信体系的重要技术[3]；5G网络将为配电网的无线远程接入提供更为可靠、实时、灵活的解决方案；HPLC技术是以电力线为载体的数据传输解决方案，具有数据传输速度快、数据容量大、双向传输等技术特点，采用HPLC通信技术的低压配电终端可以实现对端侧智能传感设备数据的高速、并发采集。

2.3.2 安全防护技术。智能配电终端采用多个层级的安全措施来保证终端全维度的操作可控性、风险可防性。硬件通过两个安全加密芯片实现对云接入平台、配电及用电主站的多个通道的安全认证；系统层面采用安全加固的操作系统，并采用数字签名等机制，对系统引导程序、操作系统、内核、应用程序等进行合法校验；终端接入主站时采用双向身份认证机制，任何数据交互前须先进行身份认证；业务数据交互根据数据的重要性采用不同的加密等级；运维方面基于唯一标识和数字证书结合保证数据的可靠性。

2.4 智能配电终端架构设计

新一代的智能配电终端多采用硬件平台化、软件APP（Application应用程序）化的设计思路。在安全加固操作系统及其通用基本接口和基础业务功能接口的基础上，基于容器技术的APP设计，每种业务由一个或多个App来实现，从协议到架构采用面向对象的设计思想，降低各个模块之间的耦合性。使用消息总线框架，APP之间的交互全部通过消息总线采用统一的接口进行，可灵活采用MQTT、IPC、UDP、TCP等多种消息驱动方式，提高了终端软件的可维护性、可读性、可扩展性及灵活性。实现了由应用软件定义终端功能，业务应用快速开发、快速部署，适应未来多种业务需求。

图1 智能配电终端架构图

3 智能配电终端在低压配电物联网中的应用场景

3.1 故障研判

与高压电网相比，低压电网的故障检测手段十分匮乏。由于低压侧用户众多，低压支线结构复杂，大型故障指示器安装投资大，成本高效益低。然而，低压配电网作为网络结构中的终端环节，直接面向用电者，如果不提供有效的管理手段，用户的用电体验将大大降低。

智能配电终端能够与DTU、FTU、中压侧故障指示器良好配合，形成配电网的防线。智能配电终端可通过采集低压侧监控设备，获取配电变压器状态容量数据，通过对智能电能表的数据采集，准确地确定电表的分配信息以及电表和变压器之间的关系，实现对低压侧拓扑模型的动态管理。并根据采集到的数据进行故障识别，准确定位故障区段，将结果上报主站，进行故障研判和故障预警，从而变“被动抢修”为“主动检修”。例如，电力公司在某小农场进行试点时，利用智能终端将故障数据发送到中央主站，主站通过分析，精确定位故障的原因，推送服务系统进行抢修，并向用户发送断电时间及信息，减少了60%的故障时间，大大提高了维修效率，有效地提高了客户的需求水平和配电要求[1,5]。

3.2 智慧用能

在低压连接和配电网用户端，智能终端通过与台区各种低压电器设备的通信，实现对台区各种电力运行数据的实时控制以及对电能等的管理功能。基于大量运行数据，建立智慧用电的数据模型，感知分析用户的用电信息，了解不同用户群体的用电行为特征。对家庭和企业进行了识别和描述，并为用户提供节能及用电安全隐患诊断。针对用能效率低的高耗能工商业用户，提供智能化的节能解决方案；针对家庭用户，提供合理的用电建议。从而引导用户采用科学的用能方式，提高能源的利用率，改善长期以来居民家庭及企业用电信息缺失、需求侧响应不及时、用户体验感不高的问题。

3.3 线损管理

配电网线损是电力系统中普遍存在的问题。随着电力市场化信息化的发展，用电量逐年增加，用电量呈现逐年增加的趋势，线损问题处理得越成功，越能有效控制用电量。

智能配电终端的应用有效地解决了配电线路的线损计算问题。在不改变原有电力采集系统通信结构的前提下，建立了低压信息采集网络。通过采集各分支计量装置的数据，基于台区总表、各分支箱及表箱和用户智能电表的计量数据，计算各个分支、各分级的线损数据，并可统计日、小时、分钟的线损率，对线损异常进行预警，从而实现线损的精细化管理。

3.4 设备管理

配电设备规模大，维护设备管理更具有一定的难度，基于电力物联网应用的智能终端，可通过采集并分析配电台区内各种设备的数据，实时监控设备的运行信息并结合各种感知数据智能评估预测低压配电网及设备未来的运行趋势。从而建立起了对台区设备的分析与管控机制，完善预防措施，为低压故障维修提供技术指导，为故障的定位提供技术支撑。这有助于减少检验员的工作量，实现配电网的设备、人力和物力资源的有效管理[2]。

4 结束语

智能配电终端作为一种新型的智能化终端，设计中采用了通信技术、物联网技术、智能芯片等先进技术手段，具有丰富的物联网性质，目的在于消除不同业务系统之间的障碍，实现了低压配电物联网的运营管理。但还需在更多的应用场景中推广使用，从而使功能更加完善，满足更精细化的业务需求，为能源互联网提供更好的技术支撑。