电力物联网下低压智能台区应用浅析

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摘要：随着电力物联网技术的发展，传统的低压台区应用方案已不能满足智能台区的建设需要。本文提出一种基于电力物联网技术的低压智能台区应用方案，利用电力物联网智能感知设备，精确感知低压台区的线路及关键设备的运行状态。该方案实现了低压台区运行状态感知、精益管理、有序用电、新能源接入管理等核心业务，有力支撑新型电力系统建设方案。

关键词：智能台区；物联网；新能源接入；有序用电

0引言

为有效落实新型电力系统建设方案，推进网格化供电服务在低压台区的落地见效，深挖智能电能表非计量功能应用，以支持基层营业服务工作提质增效、降损反窃、业务模式创新、服务水平提升的目标，构建一批运行稳定、技术先进、管理精益、服务优质的数字化智能台区。充分挖掘智能电能表数据价值，在台区物联智能感知、设备运行在线监测、台区线损精益管理、源网荷储协同服务与客户友好互动等方面体现显著效能，促进低压电力系统安全可靠运行[1]。

1智能台区整体架构

按照“精准感知、边缘智能、统一物联、开放共享”的建设思路，通过在配电台区部署智能物联感知设备，实现电网和客户状态的精准感知[2]。复用现有的营销系统、配网自动化系统主站，配电侧以融合终端为核心，汇集台区物联感知设备，依托边缘计算技术实现数据采集、通信连接、就地计算和分析的功能[3]。线路侧主要由智能断路器组成，可通过微功率无线、HPLC等多种通信方式接入融合终端，实现对配电线路环境变量、地理位置、分支箱状态、负荷数据、开关状态等信息的监测，支撑电气拓扑识别、线路故障告警、线损分析等功能[4]。用户侧主要由智能隔离开关、物联网表等设备组成，可通过HPLC直接采集用户侧感知数据的有效监测实现电价计量、用户负荷感知、用电安全隐患辨识等功能。通过采集光伏逆变器、智能物联电能表、防孤岛装置实时数据，实现对光伏、风力发电、储能等新能源接入管理[5]。智能台区利用大数据技术、云边协同技术、微服务架构，构建台区全量高频数据应用体系，主要包括配网运行状态感知、台区精益管理、充电桩有序用电、新能源接入管理等业务应用，采用大数据技术以及微服务理念，实现业务协同共享，提升电网运行质效，整体架构见图1。

2智能台区业务架构

智能台区业务架构包括营销业务与供电服务业务两大系统，对台区物联感知设备数据采集、精益化管理、数字化主动运维服务等业务。营业业务应用系统具有数据采集、档案管理、数据交互等功能[6]。供电服务业务系统具有配电设备监测、远程控制、有序用电管理、新能源接入主动预判等功能。该架构在满足传统业务的基础上，新增配网运行状态感知、台区精益管理、充电桩有序用电、新能源接入管理业务模块，智能台区业务架构如图2所示。

2.1配网运行状态感知

基于智能台区全量高频数据采集及处理，对低压电网及配用电设备运行状态进行实时监测及控制。在此基础上，对智能台区设备健康状态进行评估与预警，为运维、检修提供预警和决策支撑，合理优化运维计划，提高设备管理水平，减少非必要的事故停电，提高用户满意度[7]。通过部署一、二次融智能隔离开关和具备边缘计算功能的融合终端、物联电能表、防孤岛装置等设备，智能感知和识别配电网运行工况、设备状态、环境情况及其他辅助信息。通过云边相互协同处理数据，结合大数据、人工智能等技术实现对配电台区运行状态精准监控，并对数据进行在线分析与深度挖掘，实现电能质量监测、用电负荷识别、四级线损分析、线路阻抗计算、环境综合监控、有序用电管理、新能源接入管理等广泛的配电网运行状态监测[8]。基于配电台区及设备基础台帐、资产净值、资产折损率、故障历史情况统计等信息，结合配网全景状态感知数据进行智能综合性研判分析，实现低压配电网及设备当前状态的精确评估并智能预测未来趋势；采用大数据、人工智能等技术，结合全景感知数据，针异常开展分级评级，计算判断隐患风险，通过低压配电网及设备的动态风险管理和预警体系建立，生成策略和预案，实现针对性主动检修。

2.2台区精益管理

基于智能台区实时运行状态与历史运行数据，开展智能台区线损精益化管理，为电价异常治理、线损分析和治理等业务应用提供数据支撑，挖掘数据价值，实现智能化精益管理。通过非侵入式负荷识别技术和基于用户负荷精准识别的监控分析，根据台区用户负荷辨识分析数据，关联用户行业分类特征，结合用户历史用电情况，构建用户行为特征监控分析模型。通过开展用户负荷类型辨识，形成客户用电特征，应用大数据匹配负荷特性模型，精准识别用户用电类型。利用非侵入式负荷识别模块，精准辨识客户的用电负载，通过比对匹配用户用电类型，有效治理台区用户电价异常。基于配电台区内分时、分段精益化线损管理功能实现，利用融合终端边缘计算就地分析，精准定位低压配电网上的窃电行为上报云主站。破解台区内线路密集、用户类型繁多的复杂供电条件以及日趋专业性、隐蔽性强、随机性高的窃电手段，减少人工分析、定位和取证的工作量，提高反窃电管理实时性和准确性。

2.3数字化主动服务

依托智能台区各类智能感知单元和融合终端的有效覆盖，充分发挥融合终端与云主站的数据协同能力，助力配电服务数字化转型，提升主动配电服务能力，实现提前排故、主动抢修。基于低压配电网络拓扑、台区设备位置信息，结合融合终端采集各节点的运行量信息,通过建立低压配电网阻抗在线动态辨识模型实现低压配电网各节点回路阻抗计算，以及通过节点历史剩余电流故障特征值，提前发现设备异常，实现潜在的故障预判，并提前运维排除故障。发挥融合终端就地化边缘计算能力和处置优势，结合配电台区电气拓扑、户变关系自动识别功能和地理信息，支撑故障停电精准分析，实现故障点和停电地理分布的即时展示。综合考虑人员技能约束、物料可用约束，采用智能优化算法，制定抢修计划，提高故障抢修效率与优质服务水平，实现区域内故障快速处理，整体提升配电网智能处置和自愈能力。

2.4新能源接入管理

结合“碳中和、碳达峰”业务需求，将光伏发电、风力发电、储能装置、抽水蓄能等分布式能源的接入低压智能台区，为低压台区搭建分布式微电网系统提供基础。社会经济的不断发展，人们对电力的需求越来越大，低压侧用电负荷不断增加，电力设施扩容需求日趋强烈。特别是季节性、分时段集中用电场景，经常出现台区过负荷、电压偏低、异常停电等现象。为避免不确定性用电负荷的剧烈变化对配电网造成冲击，提高配电网的稳定运行效率。通过在低压台区侧搭建微电网管理系统，使光伏、风电、储能等不同电源之间能够协调有序运行，降低季节性集中用电对配电网安全运行带来的挑战，确保配电网安全可靠运行。利用新能源有序接入策略，避免出现低电压、异常停电、线路故障等异常断电的发生，有力提升低压智能台区的电能质量。新能源接入管理是在新型电力系统构建下，充分发挥分布式能源效益的微电网系统。将不稳定的分布式光伏、风力发电、储能设备等新能源转变成高质量的电能，智能台区是新能源的接入的有效途径。低压智能台区可以在并网模式下向主电网输出或者吸收功率，也可以工作在离网模式下单独为本地负载供电。保证新能源逆变器稳定运行的同时，实现多种模式之间的平滑切换。在离网向并网切换时，由于微电网电压的相位和幅值与主电网电压存在偏离，利用逆变器频谱分析功能，柔性控制并网与离网的切换，避免产生瞬时过电压或过电流，危害电网的稳定运行。

3实验验证

一种基于电力物联网技术的低压智能台区应用方案符合新型电力系统建设要求，该方案能够有力支撑配网运行状态感知、台区精益管理、充电桩有序用电、新能源接入管理新业务发展。实现台区精益化管理，确保新能源有序接入管理。通过试点建设，该方案适用于多种台区架构模式，满足新型电力系统建设的要求，提升低压电力系统的安全性与稳定性。该方案依据国家、行业、企业标准规范，通过搭建小型应用环境，开展方案功能、性能验证，满足国家、行业、企业标准实验等级要求。通过周期性压力测试，该方案的配网运行状态感知、台区精益管理、充电桩有序用电、新能源接入管理等业务符合预期目标。

4结束语

本文提出的一种基于电力物联网技术的低压智能台区应用方案，包括方案物理架构、业务架构、主要功能分析等内容。根据相关规范要求，开展方案试点建设，验证方案性能和功能指标要求，符合新型电力系统建设相关要求。结合“碳中和、碳达峰”目标要求，开展智能台区场景应用试点建设，该方案满足传统多种台区架构模式，有效提升低压台区的运营效率，为新能源接入提供稳定可靠的技术条件。

作者:王冬阳 张彤 李昭 董天文 王斌 单位:国网天津市电力公司城南供电分公司