智能化低壓配電系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用

2020-04-21 10:35:22郝蘭英青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院山東青島266404

通信電源技術(shù) 2020年5期

郝蘭英（青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東青島 266404）

0 引言

人們的生活水平不斷提高，對(duì)電力系統(tǒng)提出了更高的要求。隨著我國(guó)電網(wǎng)覆蓋的范圍越來(lái)越大，傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)措施已經(jīng)無(wú)法滿足國(guó)家電網(wǎng)發(fā)展的要求。供配電設(shè)備作為用電的基礎(chǔ)設(shè)施，僅僅依靠傳統(tǒng)的安全檢測(cè)手段，事后檢修和預(yù)先設(shè)定周期性定期檢修都已不能滿足現(xiàn)代化用電安全和用電質(zhì)量的保證。因此，應(yīng)大力促進(jìn)電網(wǎng)智能化建設(shè)，以提高電力的可靠性、城鄉(xiāng)供電能力及供電安全水平。配電設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)及狀態(tài)檢修是配電網(wǎng)智能化的重要組成部分。在線監(jiān)測(cè)即是通過(guò)在配電設(shè)備上裝設(shè)各種檢測(cè)儀表對(duì)配電設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)的自動(dòng)檢測(cè)，通過(guò)軟件對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理診斷，最終做出檢修意見[1]。

1 智能化配電系統(tǒng)的發(fā)展

配電設(shè)備中包括3 大板塊：6～10 kV 高壓開關(guān)設(shè)備、變壓器和0.4 kV 低壓開關(guān)設(shè)備。除了檢修時(shí)的必要停電，設(shè)備必須24 h 不間斷運(yùn)行。為此，監(jiān)測(cè)設(shè)備必須能在線、實(shí)時(shí)對(duì)運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)反映設(shè)備的狀況。一旦配電設(shè)備出現(xiàn)異常，必須立刻進(jìn)行報(bào)警，通知管理人員進(jìn)行預(yù)處理，消除故障隱患，防患于未然。針對(duì)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)及設(shè)備故障或缺陷，減少停電時(shí)間、次數(shù)和面積，實(shí)現(xiàn)不間斷供電，提高工作效率。目前，在國(guó)內(nèi)外普遍采取以下解決方法。（1）采用大量智能檢測(cè)設(shè)備。帶485 通信功能的多功能儀表，配合斷路器脫扣線圈進(jìn)行控制。此類控制方式需要在配電柜內(nèi)增加大量?jī)x表及互感器，利用上位機(jī)進(jìn)行遙測(cè)、遙傳、遙控，構(gòu)成復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)功能簡(jiǎn)單，但不能長(zhǎng)期存儲(chǔ)相關(guān)運(yùn)行記錄。（2）增加基于GPRS 的信號(hào)發(fā)射模塊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)電量參數(shù)的遠(yuǎn)傳，再通過(guò)巡查人員或電工進(jìn)行參數(shù)讀取和分析，最終通過(guò)人工控制斷路器通斷。此種方式存在GPRS 信號(hào)不穩(wěn)定、檢測(cè)電參量不全面的問題，目前只在小部分的供電局系統(tǒng)使用[2]。（3）采用斷路器智能脫扣器本身加裝。藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳和控制，此類控制方式適用于小型、專用配電系統(tǒng)，如風(fēng)電、農(nóng)網(wǎng)等，需要配合各個(gè)廠家專用控制軟件和手持PDA 實(shí)現(xiàn)，不能用在大型配電系統(tǒng)中。

由于目前智能組網(wǎng)方式存在諸多缺點(diǎn)，所以配電智能化始終停留在原始階段，未能形成大范圍的使用和推廣。（1）數(shù)據(jù)采集問題。數(shù)據(jù)采集是智能配電室的基礎(chǔ)。斷路器的數(shù)據(jù)采集一般采用智能儀表、遙測(cè)模塊以及帶通信功能的智能脫扣器這幾種方式。相對(duì)于其他兩種，集成到斷路器本體上的智能脫扣器是最方便、最節(jié)省空間的方式[3]，所以智能脫扣器的信號(hào)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算和通信功能是關(guān)鍵。（2）網(wǎng)絡(luò)組成問題。配電室的主要設(shè)備可以分為進(jìn)線斷路器、出線斷路器、無(wú)功補(bǔ)償和電動(dòng)機(jī)控制幾大部分，這幾部分有可能會(huì)使用幾個(gè)品牌的產(chǎn)品，對(duì)于不同品牌的產(chǎn)品有可能會(huì)牽扯到幾個(gè)不同的工業(yè)協(xié)議，如何將不同協(xié)議的通信打通，組成需要的網(wǎng)絡(luò)，也是需要考慮的問題。（3）管理軟件和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問題。要想實(shí)現(xiàn)整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)的配合，達(dá)到預(yù)期的故障預(yù)判、故障記錄、故障分析，必須要有管理軟件進(jìn)行計(jì)算和指令發(fā)布。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理，必須要有相應(yīng)的客戶端程序進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問控制，必須要有高速的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

自愈控制技術(shù)為智能化配電網(wǎng)提供事前預(yù)防、事中處理和事后恢復(fù)的功能。它是在傳統(tǒng)繼電保護(hù)基礎(chǔ)上，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展起來(lái)的高級(jí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)，主要由自愈控制主站層、通信網(wǎng)絡(luò)層和自愈控制層構(gòu)成，如圖1 所示。分布式終端自愈控制層負(fù)責(zé)智能配電系統(tǒng)和配電設(shè)備的信息采集和控制。主站層根據(jù)采集數(shù)據(jù)和共享信息對(duì)智能配電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控、分析決策，并提供人機(jī)交互界面。通信網(wǎng)絡(luò)為主站和終端之間提供良好的通信支持。以主站為核心、終端為底層、通信網(wǎng)絡(luò)為神經(jīng)的自愈控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)故障的快速處理，風(fēng)險(xiǎn)和隱患的識(shí)別及消除。自愈控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)智能化的重要手段。

圖1 自愈控制系統(tǒng)框圖

2 智能化低壓配電系統(tǒng)的應(yīng)用

近年來(lái)，以ABB 為首的多家配電巨頭開始研究全新智能斷路器和智能配網(wǎng)技術(shù)。通過(guò)各方面了解，以后的智能配電系統(tǒng)勢(shì)必要向物聯(lián)網(wǎng)、智能化、云存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)和預(yù)診斷等信息技術(shù)的方向發(fā)展。ABB 的Emax 2 斷路器裝配全新的Ekip Com Hub 通信模塊后，可以將整個(gè)配電柜連接至云端。只需將Ekip Com Hub 通信模塊插入到Emax 2 斷路器本體上，并連接至互聯(lián)網(wǎng)。如圖2 所示，Ekip Com Hub 模塊嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)。

圖2 Ekip Com Hub 模塊嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)

ABB Ability 系統(tǒng)可以采集安裝在低壓配電系統(tǒng)的ABB 產(chǎn)品的相關(guān)信息。這些產(chǎn)品可以便捷連接到云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)與Emax 2 斷路器（必須裝配Ekip Com Hub 通信模塊）的共享數(shù)據(jù)，或通過(guò)Modbus RS-485、Modbus TCP、Ekip Link 通信協(xié)議與Ekip E-Hub 共享數(shù)據(jù)。整套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理和存儲(chǔ)都是基于先進(jìn)的云平臺(tái)架構(gòu)。此外，可采用Ekip E-Hub 通信模塊的外掛式方案，如圖3 所示。Ekip E-Hub 模塊安裝在DIN 導(dǎo)軌上，用于采集整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。這個(gè)系統(tǒng)不局限于單一品牌的電器產(chǎn)品，還可以最大限度地采集所需電參數(shù)。此外，還可以通過(guò)傳感器采集氣溫、濕度、PM2.5 等[4]，進(jìn)一步豐富檢測(cè)內(nèi)容，進(jìn)一步保護(hù)后期，消除更多隱患。除了上述的有線連接，也可選擇WiFi 或GPRS 模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接。

采用這兩種方案可以實(shí)現(xiàn)以下幾種功能。

（1）監(jiān)測(cè)。整套系統(tǒng)的設(shè)備管理功能大大簡(jiǎn)化和加強(qiáng)了對(duì)低壓配電系統(tǒng)的管理。可以通過(guò)圖形化處理，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的使用情況和排布情況做到清晰明了，對(duì)不同的人員配置不同的訪問權(quán)限，保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。通過(guò)完備的檢測(cè)功能，整個(gè)配電系統(tǒng)的直觀化有了很大提升。

圖3 Ekip Com Hub 模塊外掛式系統(tǒng)架構(gòu)

（2）控制。運(yùn)維人員可以根據(jù)不同權(quán)限的設(shè)置，分別對(duì)報(bào)警、管理和維保建議進(jìn)行控制，充分做到按己所需，簡(jiǎn)單直觀。此外，還可以通過(guò)各種即時(shí)通信方式或者郵件的形式，隨時(shí)隨地讓運(yùn)維人員掌握系統(tǒng)的情況，大大減少反應(yīng)的時(shí)間，壓縮前期的工作量，保證整個(gè)系統(tǒng)的持續(xù)性供電。這套系統(tǒng)還可以隨時(shí)進(jìn)行電氣系統(tǒng)自檢，辨別異常操作，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)維護(hù)，避免因人員安排造成的誤操作。

（3）優(yōu)化。根據(jù)系統(tǒng)不間斷生成的報(bào)告和記錄，分析系統(tǒng)運(yùn)行趨勢(shì)，進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)的優(yōu)化，向管理者提供基于實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的改進(jìn)措施。可以根據(jù)生成的優(yōu)化方案，便捷地遠(yuǎn)程控制斷路器和用電設(shè)備的投入和切除，大大降低系統(tǒng)能耗[5]。

3 配電智能化帶來(lái)的改變

采用全新的配電智能化系統(tǒng)會(huì)給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)全新的改變，可以通過(guò)不同的崗位看到不同以往的變化。

（1）最終用戶。通過(guò)點(diǎn)擊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的智能利用。首先，能通過(guò)方便獲取能效數(shù)據(jù)提升設(shè)備價(jià)值，以節(jié)省大量的現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估費(fèi)用。其次，通過(guò)控制用電設(shè)備的智能投切，保證能源使用的智能化和能效化。最后，能夠杜絕效率低下且事半功倍，系統(tǒng)可利用采集的信息進(jìn)行分析，從而達(dá)到成本分?jǐn)偤拖到y(tǒng)優(yōu)化。

（2）設(shè)備管理者能夠簡(jiǎn)化管理并減少書面工作，確保設(shè)備的可靠性。隨時(shí)隨地，1 min 采取行動(dòng)。通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)和采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。出現(xiàn)異常狀況時(shí)會(huì)發(fā)送警報(bào)和通知，便于判斷情況并采取相應(yīng)行動(dòng)，從而主動(dòng)及時(shí)地完成修復(fù)。支持多站點(diǎn)持續(xù)監(jiān)測(cè)，一個(gè)維修技術(shù)人員可以同時(shí)管理多個(gè)站點(diǎn)。訪問電氣系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)更簡(jiǎn)單，隨手即可保存所需的技術(shù)文檔。隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的掌控，簡(jiǎn)單點(diǎn)擊即可實(shí)施電能管理策略，節(jié)省大量電費(fèi)開支。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電氣系統(tǒng)并采集數(shù)據(jù)生成報(bào)告，避免因電能質(zhì)量問題帶來(lái)的罰款。

（3）盤柜廠，簡(jiǎn)單的集成式架構(gòu)，提供高度擴(kuò)展性和最先進(jìn)的服務(wù)，避免了調(diào)試安裝升級(jí)由多種元器件組成的電能監(jiān)控管理系統(tǒng)帶來(lái)的昂貴時(shí)間和金錢成本。此外，盤柜廠還可以持續(xù)跟蹤開關(guān)柜性能和使用歷史，并直接訪問設(shè)備技術(shù)文檔。

4 結(jié) 論