台区智慧物联应用研究

2022-01-14艾福洲余福振王之伟

科技创新与应用 2022年2期

蔡超，艾福洲，余福振，王之伟

（1.国网湖北省电力有限公司，湖北武汉430000；2.山东省烟台市东方电子股份有限公司，山东烟台264010）

随着社会的发展，用户的用电需求已经从“有电用”转向“用好电”，这就要求台区具备故障快速处理、线损精益化管理、电能质量优化、自主综合监控等功能，在具备上述功能后，供电质量和供电可靠性可以进一步得到保障。

近年来，电力系统正在稳步推进老旧台区信息化、自动化改造，探索台区线损分析、拓扑识别、故障定位保护等应用，提出了智慧物联台区成套化、标准化的建设理念。然而，随着电网规模的持续扩大和大量新能源的不断接入，现有台区在供电安全、经济运行以及电能质量方面出现了或多或少的问题，比如，台区的电气设备智能监测范围仅包含配电变压器附近的设备，没有覆盖到靠近用户侧的低压配电网，低压侧的服务、通信以及设备缺乏统一的标准，各生产厂家的服务架构以及设备接口难以做到兼容，这使得台区难以进行灵活的升级。配电台区需要进行大量的实时数据传输，但本地的通信又没有足够的带宽和传输速率，导致配电台区不能做到实时交互。

在此背景下，智慧物联台区的概念应运而生。台区智慧物联以配电物联网为基础，其目的是提升供电质量、运营效率并改善用户体验。智慧物联台区采用的技术很多，比如通信技术、能源储输技术、互联网技术，在采用了这些技术之后，台区将会更加清洁化和智能化。

配电物联网是新时代电力工业发展的主要趋势。在新的发展环境下，世界范围内正在发生新一轮的能源革命，其特征是大规模开发和使用新能源。对于电气化，重点是用电替代煤炭和石油，对于再电气化，重点是建设低碳排放，清洁，高效和智能化的现代绿色能源系统。在此过程中，存在着许多新挑战，例如客户的多级服务需求以及消纳清洁能源时的巨大压力，这使得管理配电网的传统方式难以满足电力系统的发展需求。新时代的配电网需要使用云计算、大数据、物联网等先进的信息技术来改善配电网的运营管理和维护，以满足能源转换的需求。

1 智慧物联台区关键技术

1.1 台区拓扑识别

分布式智能终端可以向配电网中注入拓扑特征信号，并具备高精度的多路采集能力。基于公共信息模型的语法结构，确定模型的映射规则，将识别到的中间文件传输至公共信息模型。在智能终端发出启动命令后，各个节点开始检测电流和电压，并注入无功信号，收集注入信号后的信息，将收集到的信息传输至智能配变终端单元，智能配变终端单元进行边缘计算和识别，构建了台区拓扑模型之后智能配变终端单元会将该模型传输至主站，电气接线图会根据上传的信息自动生成。台区拓扑识别系统硬件原理如图1 所示，识别信号如图2 所示。

图1 硬件原理

图2 识别信号

主站侧会对上传信息的拓扑关系、语法语义、字符编码进行验证，验证通过后主站结合数据建模和电气建模便会生成低压拓扑，基于低压拓扑主站会自动完成台区接线图的绘制，其具体过程如图3 和图4 所示。

图3 特征注入与识别的数学模型

图4 拓扑转化

1.2 边缘计算终端

在配电变压器出现侧部署有智能配电变压器终端，对用户智能电表和配电变压器之间的运行数据进行监测，这使得进行边缘计算成为可能，这也是智慧物联台区的架构核心。内置边缘计算平台，消除了硬件之间的差异，使得软件的接口得以统一，由于采用了信息交互总线，信息的交互速率得以保证，软件结构如图5 所示。为实现终端内营销、运检等业务的独立进行，终端内部署有多个容器，运用chroot 创建虚拟文件系统，使各个容器中的文件系统相互隔离，但各个容器中的文件系统可以共享位于底层的文件系统。采用此架构的边缘计算软件可以更高效地进行边缘计算。

图5 边缘计算软件结构

1.3 主动抢修低压故障

智慧物联台区以相应的配电物联网为基础，实时对线路故障信息和用户停复电信息进行收集，也可以自动化研究和判断台区存在的低压故障。完成判断结果的整理后，生成主动抢修工单，故障抢修人员在接到工单后快速进行故障抢修工作。智慧物联台区可准确识别低压故障的类型，还可以准确地进行故障定位，从而使得故障停电时间得以缩短，故障抢修效率得到提高。

2 智慧物联台区应用实践

目前，在北京、上海、浙江、江苏、山东、宁夏、福建等国家电网公司开展了基于物联网的配电台区管理试点应用，已经完成了五千多个台区的智能化改造，已有二十万台低压智能设备接入到配电台区。除此之外，还开发和审核评价了多款智能管理软件，故障的研判时间由分钟级缩短至秒级，台区实现了低压设备的快捷互通。在进行了台区的智慧互联之后，主站可全面掌控配电变压器及其周围设备的信息，物联网技术与台区做到了有机结合。智慧物联台区的建设范围主要有用户侧、低压线路侧、配变侧。