農網智能配電臺區一體化解決方案

孫建華 朱 峰 檀姍姍

（南京磐能電力科技股份有限公司，南京 210061）

中國農村電網經過大規模農網改造，已具備了一定的基礎，但由于歷史發展原因以及受服務對象為廣大農村用戶這一客觀因素影響，目前我國農村電網的發展還普遍存在著基礎設施投入不足、網架結構不甚合理，科技手段相對落后的特點，整體農村低壓電網的發展存在瓶頸，遠遠無法滿足其需求增長速度。在此背景下，國家電網提出了建設堅強智能電網的目標，而農村電網是中國國家電網的重要組成部分，縣城及農村用電量已占全社會用電量的52%以上，且發展速度迅猛，農村電網智能化建設是智能國家電網建設不可缺少的重要環節，農網智能化項目作為跨環節試點工程，主要是開展農村智能配電臺區、農網配電自動化、農村用電信息采集系統和農網營配調管理模式優化綜合試點建設。為了全面貫徹建設智能電網“統籌規劃、統一標準、試點先行、整體推進”的工作方針，提升農網智能配電臺區工程建設規范化和標準化水平，滿足農網智能化發展需要和客戶對供電能力、供電質量和供電服務的新要求，提高供電能力和供電可靠性，提升運行管理水平和服務能力，農網智能低壓配電臺區建設已是必然趨勢。

1 現有配電臺區存在的問題

農村低壓配電網是電網的終端，與電力低壓用戶直接相連。在現有農網配電臺區的智能化建設過程中存在諸多問題，主要表現在如下兩個方面：

1）配電臺區雖然安裝了包括配電變壓器監測終端、電能表、負荷控制終端、集中抄表器等在內的一種或多種終端設備，但這些臺區配置多樣、設備分散、功能單一、重復裝設，沒有一個統一的配電監測裝置，就造成設備重復投資、管理混亂等現象。

2）隨著社會經濟的高速發展，廣大電力用戶對電能的要求也越來越高，電能質量監測以及治理開始得到重視，但是目前對于電能質量各項指標的測量還處在專門測量階段，現有監測設備功能單一，實時性差，沒有形成對電能質量的長期連續監測，缺乏對配電臺區電能質量問題（包括無功、電壓、諧波和三相不平衡等）的有效監控與治理。

3）在需求側信息管理領域，存在著電能量采集與計費系統、配變監測系統、負荷管理系統等多個系統并存的格局，造成資源浪費、功能重疊、應用效率低下。

要使農網配電臺區達到信息化、自動化、互動化（“三化”）的要求，實現臺區智能化自管理、經濟可靠運行，就亟需建立一套完整的多功能于一體的農網低壓配電智能臺區一體化解決方案來解決當前農網智能化建設中面臨的問題，提升農網智能配電臺區工程建設規范化和標準化水平，滿足農網智能化發展需要和客戶對供電能力、供電質量和供電服務的新要求，提高供電能力和供電可靠性，提升運行管理水平和服務能力。

2 解決方案整體概述

農網智能配電臺區一體化解決方案，它是一種適合于農村電網運行環境的可實現農網低壓配電臺區變壓器和用電設備在線監測等重要信息的實時采集，實現配電臺區管理、線損在線分析、電能質量監控、供用電情況分析、用電安全實時監測和預警等綜合分析管理功能的數字化、智能化臺區。

農網智能配電臺區一體化解決方案提升了農村電網智能低壓配電臺區工程建設規范化和標準化水平，滿足了農網智能化發展需要和客戶對供電能力、供電質量和供電服務的新要求，提高了農村電網的供電能力和供電可靠性，提升了農村電網運行管理水平和服務能力。

3 設計原則

農網智能配電臺區一體化解決方案的總體設計原則是以農網配電、用電需求為引導，實現一體化解決方案對農網配電、用電等設備的全面覆蓋和用戶側用電信息的全面采集，尤其針對低壓臺區變壓器的運行管理和臺區用電數據采集的應用，堅持標準統一，注重實用，力求方案切實可行。

1）節約化和標準化原則

根據國家電網公司農電部提出的“集團化運作、集約化發展、精益化管理和標準化建設”的經營管理要求，統一規范平臺設計，提高標準化建設水平，降低平臺建設成本，促進平臺建設進度。

2）普遍性與典型性相結合原則

根據目前農網低壓臺區配電、用電綜合管理系統建設的調研情況，需求分析情況，提出適用于農村電網運行環境的建設模式。

3）先進與實用相結合原則

系統采用分布式多層架構設計技術，保持技術領先，適合發展需要；以切實服務于配電、用電管理和客戶服務的各項業務需求為基準，有機結合配電臺區、配電線路、用戶需求側和調度自動化等具體業務功能的要求。

4 體系架構

農網智能配電臺區一體化解決方案主要由現場設備和監測終端、通信專用網絡和農網智能化低壓配電管理系統三個部分組成。從體系架構上講，農網智能配電臺區一體化解決方案采用分層分布式系統架構，方便用戶的管理和維護工作，自下而上，系統體系架構共分為三層：臺區設備層、網絡通信層和主站系統層。

1）臺區設備層

圖1 體系構架圖

臺區設備層主要涉及配電臺區監測終端和智能 低壓配電箱。智能低壓配電箱完成對臺區所有設備運行工況、數據信息的實時采集、存儲和傳輸。配電臺區監測終端用于接收多個智能儀表或裝置的數據匯總通過光纖通信網或者無線公網將數據傳輸到主站系統層。

2）網絡通信層

網絡通信層是指完成臺區設備層與主站系統層通信所涉及的通信專用網絡，該網絡或是光纖通信網或是無線公網。

3）主站系統層

主站系統層是農網智能配電臺區一體化解決方案的最高管理層，即農網智能低壓配電管理主站系統，它通過數字配電設備將臺區的配電信息和用戶側用電信息等進行采集、監控和分析，使低壓臺區實現精細化管理。該系統包括硬件平臺和軟件管理終端組成，硬件配置了數據庫服務器、WEB 服務器、數據采集服務器、歷史數據服務器和前置服務器等。數據庫服務器、WEB 服務器等均采用高性能計算機，軟件管理終端采用專業的后臺監控組態軟件。

5 設計方案

5.1 臺區監測終端設計

在農網智能配電臺區一體化解決方案的建設中，配電臺區監測終端作為臺區設備層的主要設備，主要用于實現一體化解決方案的通信功能，對設備層采集的數據在設備層與主站系統層之間進行管理和雙向傳輸，主要有無線GPRS 通信和有線RS-485通信。其中有線通信為低壓開關、計量裝置等與監測終端的RS-485 通信，無線GPRS 通信為主站系統與配電臺區監測終端間的GPRS 通信。

5.2 智能低壓配電箱設計

智能低壓配電箱在設計上按照電氣接線要求將低壓開關設備、計量和測量裝置、智能配變終端、保護電器和輔助設備組裝在封閉箱體中，是集計量、測量、控制、保護、無功補償和濾波等多功能于一體的集成型設備。

5.3 主站系統設計

農網智能低壓配電管理主站系統為整個系統的控制管理中心，通過GPRS 通道或有線網控制設備層的設備，包括安裝在智能臺區的終端裝置，采集和傳輸臺區監測數據，實現各種控制功能。主站后臺組態軟件把臺區分析與管理系統、調度自動化系統集成為一個體系結構優、平臺統一、信息共享、高效靈活的信息管理系統。

1）系統架構

農網智能低壓配電管理主站系統采用分層分布式系統架構，自下而上，系統架構共分為五層：底層硬件層、操作系統層、集成總線層、數據總線層、公共服務層和應用層。其中集成總線層、數據總線層、公共服務層共同構成農網智能低壓配電管理主站系統支撐平臺，該支撐平臺是整個主站系統的核心，為各應用子系統提供統一的系統運行管理、數據訪問、模塊間通信、圖形界面、權限管理、告警處理等公共服務，使各應用只需專注于各自業務邏輯的實現。主站系統的體系架構如圖所示：

圖2 系統構架圖

2）系統功能

（1）配電臺區管理功能

配電臺區管理是對配電變壓器（含公變、專變）信息進行采集、處理和實時監控的系統，實現臺區信息監測、集中抄表、電能質量監控、漏電保護監測管理、低壓線損分析、臺區異常運行報警、配變環境監測、臺區信息互動等功能。

臺區信息監測：對臺區的模擬量（臺區電壓、電流、有功無功功率等）、數字量（臺區總電能示值、總電能量等）、狀態量（開關狀態、配電監測終端工況信息等）和環境信息（溫濕度變壓器油溫等）進行監測，管理并保存上述監測采集的數據，提供時間區間、數據類型等方式的查詢。

電能質量監控：實時監測配電變壓器臺區變壓器的頻率情況、線路電壓狀況、諧波電流電壓情況、三相不平衡度、監測終端運行狀況、漏電保護器運行狀況、無功補償投切狀況，并以圖形方式實時顯示選擇監測的臺區各項情況。

臺區異常報警：對臺區的電流越限、電壓越限、功率因數越限、臺區失壓防盜、臺區缺相等異常情況進行報警提示，并針對這些報警情況進行相應控制操作，控制參數及控制命令下發、開關動作應有操作記錄。

臺區智能經濟運行管理：根據業務需要提供面向變壓器的控制方式，管理并設置控制策略，并通過向終端下發投入和切除控制命令，實現臺區的智能經濟運行，控制參數及控制命令下發、開關動作應有操作記錄。

配變監測分析：根據智能終端采集系統采集來的配變監測數據，進行電壓合格率統計分析、日負荷曲線統計分析、配變監測信息日統計、配變監測信息月統計和配變功率因數統計，并可用圖形（曲線、棒圖、餅圖等）展現并可輸出報表。

（2）配電線路管理功能

配電線路管理是對配電線路、開關、刀閘等進行信息采集、處理和實時監控，實現對各設備的當前狀態、歷史趨勢分析分析、故障診斷、優化運行、線損分析、供電可靠性統計、模擬調度仿真等功能。

開關信息監測：對配電線路開關進行臺帳管理和監測，管理并保存智能控制終端的模擬量數據，提供時間區間、數據類型等方式的查詢。主要數據包括：柱上開關分/合閘狀態、開關電壓電流、線路有功功率、開關事故/非事故動作次數統計等。

故障隔離與恢復：對配電線路開關狀態進行監視，在線路發生故障時，采用先進算法快速故障定位，向相關測控終端發送開關分/合信息，隔離故障。故障排除后，遙控相關測控終端恢復線路運行。

優化運行：根據業務需要提供面向線路分段開關、負荷開關的控制方式，管理并設置控制策略，并通過向終端下發投入和切除控制命令，實現配電線路的智能經濟運行，控制參數及控制命令下發、開關動作有操作記錄。

供電可靠性統計：記錄各線路、開關發生故障、停電的時刻及時間段，進行線路、開關供電可靠性分析。

網損分析及防竊電：通過對分界開關測控終端采集的線路分支功率進行實時監控，與線路各關口表計數進行比照，可及時發現較大缺口并立刻報警，同時供電管理部門可根據報警信息對相應的分支線路進行巡查，及時制止竊電行為，從而減少損失、降低危害。

（3）用電側需求管理功能

用戶負荷管理：主要包括預付費控制即根據用戶的繳費信息和定時采集的用戶電能表數據進行預付費控制管理、重點用戶的用電情況跟蹤查詢分析、功率定值和電量定值和費率定值三個定值控制以及主站的遠方遙控功能。

有序用電管理：主要包括負荷預測分析功能即分析地區和行業等歷史負荷和電能量數據從而找出負荷變化規律來為負荷預測提供支持，以及負荷有序控制功能即根據有序用電方案管理或安全生產管理要求編制限電控制方案，對電力用戶的用電負荷進行有序控制并可對重要用戶采取保電措施。

用能情況分析：主要包括電能質量數據統計分析、線損和變損分析、供電可靠性分析、異常用電分析和節能分析功能等。

（4）調度自動化功能

系統通過對配電網生產過程的實時監測和分析，實現對全網配電過程的優化控制和全網負荷優化調度，達到整個配電網生產系統運行在最佳工況及最小線損的目的。同時具有全配電網完整的生產過程歷史/實時數據信息，可作為供電公司信息化網絡的可靠生產信息資源；提供運行設備的空間、狀態等管理信息。

主要調度自動化功能包括：智能操作票，變電站監控功能、電網分析功能、饋線自動化功能、調度管理功能、配網管理功能和人機交互功能等。

6 結論

農網智能配電臺區一體化解決方案配備配電臺區設備，從中低壓配電網承接部開始，綜合配電變壓器、低壓配電網、大用戶和低壓居民用電的各種實時運行數據的采集，為供電企業提供了快速、真實、精確地了解各個供電區域和各種電力用戶實際的供電情況、電能質量、負荷情況、電量、無功功率等信息的平臺。農網智能配電臺區一體化解決方案的實施與建設有效地保證了臺區安全穩定運行，降低了臺區低壓線損，同時使配電臺區為農村低壓電網智能化、管理科學化、資源節約化起到至關重要的作用。