基于智能融合终端的台区智能化管理

林金伟，张 乐

(国网浙江省电力有限公司德清县供电公司，浙江 德清 313200)

近年来配电网发展取得了长足进步。随着配电网设备规模总量的持续增大以及供电可靠性要求的不断提升[1-2]，配电网固有的“设备点多面广、发展快速变化、发展不均衡不充分、量测覆盖程度不高、设施标准化程度偏低”等问题被持续放大，而现有传统的配电网运营管理模式、有限的配电网运维管理资源(包括人力和物力)在这样的配电网增速下降使得问题变得更加突出和严峻。全球范围内的多元化用能服务需求快速增长和变化，以新能源大规模开发利用为标志，以再电气化为根本路径的新一轮能源革命，正在全球范围内深入发展。在国家相关政策的支持下，分布式电源、分布式储能、微电网、电动汽车以及各类新型交互式用能装备开始大规模接入配电网[3]，使得用户对电力、电能的依赖程度越来越高。与此同时，电力用户开始深度参与电网互动，使得配电网突然面临了巨大的“源-网-荷-储”协同发展压力。电力市场改革的不断深入使得市场竞争日趋激烈，降低工商业电价的政策压力持续存在，电力市场改革的不断深入使得在电力市场开放后[4]，电网企业原有的售电客户将被售电公司部分占有，电网企业售电量的下降将直接导致利润的下滑。

为此，配电网迫切需要引入“大云物移智”等新技术和新理念[5]，全力打造一个以营配深度融合为导向的智能化配电生态系统，从本质上提升配电网建设、运维、管理水平，推动业务模式、服务模式和管理模式不断创新，从而充分应对当前配电网所面临的诸多挑战。

1 智能融合终端

智能融合终端(TTU)将“公变终端、集中器和台区总表”这三类设备集中在一台融合终端内，并通过两种向下延伸组网的方式(MESH组网与HPLC组网)赋予配电网中低压设备全域识别及设备间广泛互联的能力，同时可以在智能融合终端内完成营销抄表数据和运检状态量数据的就地化集成，并实现数据的“一收双发”，可同时将数据通过4G网络分别上传至用户用电信息、采集系统和自动化主站系统。实现配电网的全面感知、数据融合、云边端协同及智能应用，进而推动配电网能源流、业务流、数据流的“三流合一”。

1.1 基于物联网架构的软、硬件设计

智能融合终端采用硬件平台化、软件APP化设计理念[6]，基于开放式的硬件平台，以轻量级、高性能操作系统为支持，实现终端软硬件的解耦，通过APP应用软件的方式，灵活升级扩展终端业务功能。

1.2 强大的核心运算能力

智能融合终端设计标准要求配置工业级的单芯多核主CPU及1 G以上的存储容量，具有强大的本地运算能力，可充分利用云端协同、边缘计算架构优势，提升配电台区信息处理与决策水平，有效支撑配电物联网各类分布式边缘计算业务需求。

1.3 统一的配用电信息模型

智能融合终端基于统一的配电物联网信息模型体系设计，兼顾云、管、边、端各个环节，面向现场需求，为设计、部署、安装、运行、维护相应的软件产品和硬件设施提供可复用、可扩展、即插即用、灵活快速的标准支撑。配电物联网信息模型表征设备对象、数据对象，用于设备管理、数据存储、应用服务。设备对象包括一次设备、二次设备、拓扑关系等，数据对象包括量测、配置参数等。为解决配电网设备种类多、数量大、需求多样的问题，将信息模型抽取组合，形成交互模型。配电物联网信息模型框架，是建立配电物联网智能电子设备(IED)模型的基础。

1.4 标准物联网通信协议体系

智能融合终端采用MQTT标准物联网通信协议体系，可提供订阅/发布两种消息模式，更为简约、轻量，易于使用，特别适合于受限环境(带宽低、网络延迟高、网络通信不稳定)的消息分发，可有效支撑配电物联网设备互联、数据高效共享的通信网络平台构建。

1.5 智能融合终端设计定位更准确

配电台区是智能电网的“最后一公里”，也是直接面对末端用户的关键一环，如何有效提升配电台区的信息化水平是配电物联网的核心问题，因此配电台区非常需要一台基于物联网发展思路、融合物联网先进技术、适配未来电力业务发展的“台区数据网关”；智能融合终端最初设计原则就是基于物联网架构、满足未来配电网业务发展需求，智能融合终端具备物联网的完整理念和特性，是最适合的“台区数据网关”，智能融合终端在配电台区的推广部署，将快速、有效地推进配电物联网的建设发展。

2 基于智能融合终端的台区应用场景分析

通过智能融合终端、无功补偿装置、三相不平衡动态调节装置、低压电气传感终端(LTU)、智能电能表等智能识别和感知设备的全面覆盖，可实现台区内各类设备电气量、运行状态量、环境量等信息在智能融合终端的全面采集汇聚，构建配电网全景感知运行体系，从而实现台区的智能化管理。

2.1 电气拓扑连接关系动态识别

通过在分支、表箱侧等台区关键节点部署LTU设备可主动发生脉冲式工频小功率特征信号，基于台区本地无线网络进行触发命令下发，利用TTU及LTU的快速高精度采样技术同步对母线上的特征信号进行检测，根据每个LTU检测到对应脉冲序列信号的相似度，进行前后逻辑关系的判断，由遍历搜索算法确定拓扑网络节点前后关系和并行关系，实现台区“配变-分支-表箱”的电气物理拓扑自动辨识[7]。通过拓扑自动辨识站端协同机制还可实现云主站侧与PMS2.0低压设备台账的精准校核和低压线路拓扑关系的修正。电气拓扑连接关系动态识别应用部署示意如图1所示。

图1 电气拓扑连接关系动态识别应用部署示意图

2.2 故障快速处置与精准主动抢修

通过智能融合终端就地高频度采集线路侧LTU、用户侧智能电表等节点监测数据，利用安装在终端内的台区故障研判APP，结合台区拓扑数据，就地实现台区内故障的分析，并将分析后的结果实时推送给主站，再由主站自动生成抢修工单推送给运维责任人。实现低压网络下关键节点实时信息、告警信息发送，实现故障区段、停电客户的综合自动研判和快速、准确定位，将“被动抢修”转变为“主动抢修”，减少投诉，提升用户满意度。故障快速处置与精准主动抢修应用部署示意如图2所示。

图2 故障快速处置与精准主动抢修应用部署示意图

2.3 台区线损精益管理

智能融合终端可就地获取低压台区包括配变侧、馈线侧、表箱侧、用户侧的低压台区供电链路层所有电量冻结数据，结合台区供电网络拓扑关系即可准确计算分析出低压台区总线损、总线线损、馈线线损、表箱线损，实现对台区的分级、分层线损分析，进而实现对台区线损的分时、分段精益化管理[8]。台区线损精益管理应用部署示意如图3所示。

图3 台区线损精益管理应用部署示意图

2.4 台区能源自治与电能质量优化

通过在供电质量亟需治理的重点低压台区部署智能电容器、动态无功补偿装置(SVG)、换相开关等电能质量治理设备，并且通过本地RS-485有线、微功率无线等通信方式就地接入智能融合终端进行统一管控；然后通过智能融合终端来综合监测、分析台区变线户配电全链路电能质量的运行情况，基于智能融合终端本地分布式边缘计算能力构建低压供电电能质量就地化分析计算模型，利用配变侧、线路侧、用户侧的全数据采集、全状态感知数据信息就地化实时分析计算得出台区三相不平衡、无功补偿、谐波治理、电压调节等方面的电能质量优化治理策略，并将对应策略自动下发给对应类别的电能质量治理设备，达到台区电能质量自动优化治理的成效。同时智能融合终端存储在本地的原始电能质量数据还可为低压用户时户数计算、低压供电可靠性计算、电压合格率监测预警等方面的应用提供数据支撑。台区能源自治与电能质量优化应用部署示意如图4所示。

图4 台区能源自治与电能质量优化应用部署示意图

2.5 供电回路阻抗智能化分析应用

利用LTU可主动控制发生特征信号的特性，通过电网潮流计算的主、被动综合计算的方法来计算低压供电回路各节点的阻抗[9]。利用智能融合终端侧与低压表箱进线侧分布式LTU的末端采集终端交互，取得低压用户侧电压、电流、电量数据，根据低压网络阻抗测量模型，可本地实时计算出台区内低压供电回路的阻抗测量数据。

通过统计分析，得出用户回路阻抗阈值，根据阻抗测量数据对线路老化及故障情况及时识别，实现主动运维，减轻运维人员的巡视工作量，减少故障定位和维修时间，有效缩短用户停电时长，提高供电服务质量。根据统计结果，线路正常工作时的阻抗不高于0.1 Ω，如回路阻抗高于0.5 Ω，说明线路出现了老化或者故障，比如线路中的下户线、电表连接点或T型分接点的老化与故障等，需要开展相关的运维工作。基于线路阻抗测量数据，还可同步开展线损异常分析、窃电分析等应用。当线路阻抗高于一定值时进行主动预警，通过对供电回路阻抗数据的长期监测还可有效地监测出线路老化速率或故障类型。供电回路阻抗智能化分析应用部署示意如图5所示。

图5 供电回路阻抗智能化分析应用部署示意图

2.6 电动汽车充电桩运行监测

在不影响充电桩原有业务应用的基础上通过改造升级分布式电动汽车充电桩，在其内部集成无线/HPLC物联单元，实现台区智能终端以RF Mesh无线的方式对充电桩的负荷数据、运行状态进行监测。智能融合终端汇总台区下所有分布式电动汽车充电桩运行状态及负荷情况，并与同期配电台区总体负载情况进行综合计算分析后将结果上报给供电服务指挥平台，通过供电服务指挥平台进行大数据挖掘分析后给出台区下充电桩有序充电控制的最优策略，为配电网规划、充电服务运营、用户用电行为优化引导提供数据和策略支持。电动汽车充电桩运行监测应用部署示意如图6所示。

图6 电动汽车充电桩运行监测应用部署示意图

3 结语

基于智能融合终端的台区建设促进配电管理者需求的自由、灵活、快速落地，助推配电管理实现从“生产主导型”到“服务主导型”的颠覆性变革；深化了配电网精细化管理，提高了配电网运维智能化水平；提高了故障抢修的效率，促进了供电可靠性的提升；降低了新能源对配电网的影响，保障了可变负荷的安全接入；打破了传统电力专业数据壁垒，为配电网运维、客户服务的管理创新提供了信息基础平台。