電網末端智能系統技術研究與應用

四川中電啟明星信息技術有限公司 唐冬來 付世峻 尚忠玉 游傳強 倪平波

1 引言

配電臺區是城市和農村供電的載體，配電臺區的穩定性和安全性，直接關系到企業和千家萬戶的供電安全，具有重要的經濟價值和社會意義。在早期電網建設時，更加重視的環節是發電和輸電，配電臺區往往被輕視。

（1）低壓線路處于監管盲區，無法及時掌握低壓配網運行狀態。目前運檢部監測低壓配電網數據來源于用電信息采集系統，監測設備只有配電變壓器，且數據延遲2天。占低壓配網停電數量絕大部分的低壓用戶停電缺乏主動感知手段，只能通過用戶故障報修被動獲取，制約著客戶服務水平進一步提升；低壓配網線路設備缺陷異常只能通過人工現場巡視查找，現有人員力量難以滿足巡視要求，存在不壞不修的問題。

（2）低壓配電網故障處理及時率低、客戶投訴較多。配電運維人員在故障搶修時，經常出現低壓配電網故障發現不及時，故障定位不準確等問題，造成用戶報修后，低壓配電網故障處理及時率低和用戶投訴。

（3）三相負荷不平衡影響電網安全運行。因低壓用戶用電性質不同，負荷特性差異大，低壓配網三相負荷存在較大波動性，負載調整缺乏支撐手段，三相不平衡調整工作效率低、工作量大。

（4）低壓配網異動頻繁，信息維護不及時。低壓設備及拓撲關系經異動頻繁，低壓設備異動變更缺乏管控手段和措施，低壓配網圖模臺賬信息準確性難以得到保障。

基于這些需求，迫切需要研發一個集成化、一體化的電網末端智能系統，實現電網末端的全面監控、狀態監測、預研預判、故障定位、主動搶修和精益管理，為低壓配電網運維檢修、投資規劃提供決策支撐，從而提升電網企業低壓配電網的管理水平。

2 系統概述

電網末端智能系統，實現了從變電站10kV配電變壓器到380V/220V用戶表計，配網低壓信息的全面采集、實現低壓配網運行狀態的綜合、全面監測和全面管控。

系統總體采用平臺化結構，利用統一開發平臺，基于CIM模型構建研發，應用功能采用模塊化方式開發，在統一接口標準的基礎上，實現應用功能在支撐平臺上的“即插即用”，同時能把應用包裝成服務功能，為其他應用提供功能服務。系統架構分為智能感知層、數據融合層和智能決策三層（如圖1），其中智能感知層數據采集部分部署在管理區，通過智能配變終端采集配電變壓器運行狀態、JP柜環境狀態、剩余電流動作保護器狀態、三相不平衡調節裝置狀態、用戶側電表狀態信息，完成低壓配電網設備的數據收集；數據融合層對采集的低壓配電網監測設備信息進行統一處理、分析，建立配電網狀態監測、故障處理閉環流程；智能決策層，通過低壓配電網設備監控水平分析、戶變關系分析等高級應用，實現配電運營精益化管控。

圖1 電網末端智能系統架構圖

2.1 電網末端智能監測設備

電網末端是指從配電變壓器高壓樁頭到用戶的供電區域，由配電變壓器、智能配電單元、低壓線路及用戶側設備組成，實現電能分配、電能計量、無功補償以及供用電信息的自動測量、采集、保護、監控等功能，并具有“標準化、信息化、自動化、互動化”的智能化特征。電網末端監控設備包括用于對配電變壓器監測且具有集中器作業的智能配變終端、剩余電流動作保護器、三相負荷不平衡調節裝置、無功補償裝置、用戶側智能電表等低壓配電網監測裝置（如圖2），具體如下：

智能配變終端。安裝在電網末端， 集配電變壓器信息采集、設備運行狀態監測、當地智能控制與通信等功能于一體的二次設備。

剩余電流動作保護器。又叫漏電斷路器，主要是用來在設備發生漏電故障時以及對有致命危險的人身觸電保護，具有過載和短路保護功能，也可用來保護線路或電動機的過載和短路。

三相負荷不平衡調節裝置。三相負荷不平衡調節裝置通過快速檢測出接入處無功、負序、諧波電流，根據空間矢量脈寬調制（SVPWM）控制方法產生觸發脈沖信號驅動控制晶閘管輸出與檢測到的無功、負序、諧波電流大小相等、方向相反的補償電流，綜合解決配電臺區無功、諧波、電壓波動以及三相負荷不平衡等問題。

無功補償裝置。全稱無功功率補償，是一種在電力供電系統中起提高電網的功率因數的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境的設備。

用戶側智能電表。安裝在用電戶側的表計裝置，除具備傳統電能表基本用電量的計量功能以外，還具有用戶端控制功能、多種數據傳輸模式的雙向數據通信功能、防竊電功能等智能化的功能。

圖2 電網末端智能監測設備拓撲圖

2.2 電網末端智能監控平臺

針對臺區線損高、故障定位難、臺區三相不平衡嚴重、被動搶修等問題，建立一個集成化、一體化的電網末端智能系統，實現低壓配網運行狀態的綜合、全面監測，實現了設備狀態的全面管控。

系統的功能架構包括數據采集、運行管理及分析、報表及高級應用，系統及接口管理四大部分（如圖3），采集智能配變終端、剩余電流動作保護器、三相負荷不平衡調節裝置、用戶側電表內的電壓、電流、功率、溫度、漏電流等相關狀態數據，實現臺區設備狀態的整體監控。最終達到“全面監控、狀態監測、預研預判、故障定位、主動搶修、精益管理和明確責任”的目的，具體功能描述如下：

數據采集。對智能配變終端、剩余電流動作保護器、三相負荷不平衡調節裝置、用戶側電表不同設備通信規約解析，實現數據采集。

設備管理。通過對配電臺區一次和二次設備的參數錄入，實現對臺區設備的精益管理和運維。

運行管理及分析。通過智能監測裝置對電流、電壓、功率、功率因數、溫度、漏電流、諧波數據等數據進行全面展示和實時監測控制，整體掌握臺區設備運行工況，提升配電臺區自動化水平。

報表及高級應用。根據臺區實時監測數據，準確定位故障，及故障發生原因。運用人工智能技術開展故障研判工作，同時結合信息推送，形成配網搶修人員的智能調度體系。根據臺區監測數據和分析模型，開展臺區線損分析、停電研判等相關的大數據應用分析，提高設備使用壽命及綜合效益。

圖3 電網末端智能監控平臺功能架構圖

3 系統建設應用關鍵點

3.1 全面監控低壓配電網運行狀態，實現配電網健康狀況精準化評估

通過智能配變終端與寬帶載波采集終端的部署實施，研發對低壓臺區配變重載、三相不平衡、低壓用戶電壓越限等異常事件的監控分析與輔助決策功能。實現低壓線路、表箱過載監測、負荷優化方案輔助決策等高級管控功能，進一步提高低壓配網運維管控能力。開展低壓配網運行狀態監測分析成效與數據密度相關性的研究，制定低壓配網運行數據采集頻率的合理標準。

3.2 戶變連接關系自動識別與精準校驗，提升營配貫通管理水平

應用智能電表數據、低壓電網寬帶載波采集終端數據與營配貫通工作成果，應用數據聚類算法，實現營配貫通數據的準確性核查與智能化修正。通過加裝智能配變終端和寬帶載波終端，利用電力線載波通訊供電通道與通訊通道一致的特點，實現配變與表箱連接關系、表箱接線相位關系的自動識別，從根本上解決低壓配網異動管控的難題。

3.3 低壓配網停電事件實時研判與主動服務

通過低壓電網運行監測數據研發配變停電監測功能，利用智能配變終端采集的低壓用戶停電事件主動上報功能，綜合分析停電計劃、0.4kV故障、低壓電網拓撲與帶電情況，實現停電主動感知、停電范圍分析功能。支撐搶修工作效率提升與主動搶修工程支撐，進一步提升優質服務水平。

3.4 低壓配網健康水平分析，輔助運維檢修決策

通過對計量表計與寬帶載波終端采集的配變、低壓用戶電壓、電流準實時數據，分析建立數據挖掘算法模型，實現變壓器電壓突變故障預警，實現低壓供電回路故障預警，實現對以阻抗變化為表征的供電線路故障預判與竊電行為分析功能。

變壓器電壓突變故障預警，針對配變出口電壓突變事件，排除配變分接頭與上級電源電壓變化影響，實現對配變二次繞組的缺陷感知，研究建立配變“健康模型”，實現配變故障預警。

4 系統應用展望

電網末端智能監測設備及配套的智能監測平臺為低壓配電網生產提供有效的監督和指導手段，依托該系統實現低壓配電網故障可預警、故障處理可指導、故障可回顧分析；可有效的處理臺區線損高、臺區三相不平衡嚴重、被動搶修等棘手問題，為電網末端的科學管理、指揮決策提供豐富的手段和科學的依據。

在低壓配網停電主動感知方面，通過接收到智能配變終端停電事件上報后，電網末端智能系統自動進行運行數據召測，并生成停電告警信息，推送給臺區經理及配電網運維檢修人員；在停電范圍分析方面，通過對停電事件發生后召測的實時運行數據分析，基于低壓拓撲連接關系，實現停電影響范圍的圖形展示、影響用戶的統計分析；在多源數據的故障研判方面，根據智能配變終端主動發現的故障信息，召測配電自動化故障信息、調度系統停電計劃信息、用電信息采集系統臺區失電信息，結合寬帶載波采集終端、智能電表召測信息，綜合進行故障點及故障類型研判分析。結合PMS系統的設備拓撲關聯關系，進行設備拓撲分析，確定故障真實性與影響停電用戶，實現低壓配網停電事件的綜合研判。

通過電網末端智能系統實施，為低壓配電網狀態監控、運維作業提供技術支持，降低配電網故障發生率及處理時間，確保電網的可靠、經濟、穩定運行得到有力的支撐。

5 結論

電網末端智能系統是國家發展改革委《關于加快配電網建設改造的指導意見》配電自動化管理目標的具體落實，也是電網企業低壓配電網智能化管理目標的體系，電網公司經歷“電網自動化”、“中壓配電自動化”后，迫切需要解決供電最后一公里自動化和智能管理的問題。電網末端智能系統，需要結合規章制度循序漸進，結合GPRS、LORA通信、遠程測量、遠程控制、人工智能等技術的應用，轉變工作方式，優化管理流程，達到提高工作效率的目的，進一步加強信息化對電網運營的支撐力度。

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