臺區智慧用能建設方案

艾福洲，蔡 超，孟慶智，楊 思

（1.國網湖北省電力有限公司，湖北 武漢 430000；2.山東省煙臺市東方電子股份有限公司，山東 煙臺 264010）

為減少電力系統的大面積停電事故、人身傷亡事故、重特大設備事故及后續新能源接入，提升供電可靠率和綜合供電電能質量，需要建設智能臺區，更好地適應分布式能源、儲能、交互式用能設施等大規模并網接入的需要[1]。

所謂智能臺區，就是使臺區智能化，實現操作自動化、生產管理信息化、用戶管理互動化和信息發布可視化，通過對臺區配網的自動化改造建設，實現對整個低壓配網設備的全面感知和精細化管理[2]。依托臺區就地化決策和云端協同機制，助推被動搶修到主動運維模式變革，提升設備管理效率，提升供電服務能力，加強供電服務保障。

本文根據智能臺區用能建設需求，及臺區智慧用能建設原則，構建兩種臺區智慧用能建設方案，并為其配套設置綜合管理系統，實現配電網全智能化，做好從用好電到用好能的服務轉變，加快配電網數字化轉型步伐。

1 臺區智慧用能系統

1.1 臺區智慧用能建設需求

臺區點多面廣，周邊環境復雜，是配電網管理的難點和重點。隨著用戶對供電可靠性和供電維保要求的提高及電力公司改革政策的逐步推進和落實，用能需求的多樣化，主要包括：

實現對眾多分散的臺區進行遠程監測和集中運維管理，做到運維管理規范化，提升臺區管理水平；

打通從臺區到終端用戶的用電圖譜，支持用戶側綜合能源用能信息監測，實現配用電系統運行情況的深度掌控；

針對停電、短路、過負荷等異常工況，系統能夠迅速分析異常范圍及異常工況原因，制定異常工況恢復輔助決策，實現故障快速恢復，提升用戶用能體驗；

支持停電率、負載率線損等配用電關鍵指標的核算分析，實現臺區側及用戶側用能變化趨勢清晰明了，為臺區運維、改造及用戶側用能行為優化提供依據；

基于Web網站及移動APP等信息化技術，提供報警推送、運維計劃推送及地圖導航等便捷服務，提升運維效率，降低運維成本[3]。

1.2 臺區智慧用能建設原則

1.2.1 先進性

以臺區側及用戶側配用電系統實時運行數據不間斷采集為基礎，結合形象化展示和多種信息化手段，實現臺區智能運維管理，大幅提升運維效率。

1.2.2 開放性

軟硬件平臺具有良好的開放性和廣泛的適應性，應用功能模塊均應基于相關國際、國家、行業及企業標準開發，支持模塊或子系統間的數據和功能交互，系統規模和功能可按需擴展[4]。

1.2.3 可靠性

建設時充分考慮可靠性要求，通過關鍵硬件設備及軟件采用冗余配置、集群、虛擬化、容災備用等技術手段，消除單點故障，確保不因部分軟硬件故障而影響系統功能的正常運行。

1.2.4 安全性

遵循信息系統安全等級保護及電力二次系統安全防護相關標準、規范的要求。系統在運行過程中應不影響電力系統的安全性，不因系統本身的故障或錯誤導致電網安全事故。

1.2.5 易用性

提供方便易用的操作、維護和管理界面，系統功能組織合理、界面美觀易懂、操作方便快捷。使用人員無需經過復雜的培訓即可掌握并使用此系統。

1.2.6 經濟性

立足于實際、因地制宜，根據需求做到一地一方案，合理部署實施，達到投資少、見效快的目的。

2 系統構架建設方案

按照以上臺區智慧用能建設原則，提出2種建設方案。一種為移動平臺接入方式，另一種為物聯網平臺方式。

2.1 方案一：移動平臺接入方式

移動平臺接入方式的智能臺區建設方案如圖1所示。

圖1 方案一系統架構

智能終端通過安全接入區接入1區配網主站，將終端采集的三相電流、三相電壓、有功、無功、功率因數、終端告警、分支回路停復電信號、表計停復電信息等數據同步至臺區配網主站。

智能臺區Web應用部署在安全臺區，業務數據從臺區配網主站獲取。

智能臺區APP應用部署在移動接入區，與部署千臺區Web系統實現各低壓專題信息共享和互聯互通。

2.2 方案二：物聯網平臺方式

物聯網平臺方式的智能臺區建設方案如圖2所示。

圖2 方案二系統架構

智能終端通過云端物聯網平臺接入Ⅰ區配網主站，主站將終端采集的三相電流、三相電壓、有功、無功、功率因數、終端告警、分支回路停復電信號、表計停復電信息等數據同步至臺區主站。

智能臺區Web應用部署在云端，業務數據從臺區配網主站獲取。

智能臺區APP應用部署在云端，與智能臺區Web系統實現各低壓專題信息共享和互聯互通。

2.3 綜合管理系統

本文為上述臺區智慧用能建設方案構建了綜合管理系統，其硬件體系包括智能電網自愈系統、臺區SCADA服務器、無功電壓智能監控系統、電能質量管理系統、能量管理系統EMS等，其中，臺區SCADA系統是本系統的核心，其他系統通過主計算機連接。系統具體構架如圖3所示。智能綜合管理系統由主站層（站控層）、通信層（中間層）、間隔層（現場監控層）三部分組成。

圖3 智能綜合管理系統架構

3 臺區智能化的優點

本文所提出智能臺區打通了傳感器及各系統間的壁壘，實現真正全面的“智能化”；本系統結合智能抄表與負荷控制，可以杜絕竊電行為，提高資產利用率。

通過臺區的智能化系統，能夠實現多種全新的功能，比如安全有效地實現運維平臺的全景監視；故障分析如三相不平衡調節、電壓調節、功率因數控制、超限重過載分析等；對網損的實時分析和處理（防竊電、發現運行效率低的電氣設備或其他運行問題），實現線損管理。臺區中的分散式電容器/電抗器的控制也能更加協調，從而提高供電可靠性，提升電能質量并降低損耗[5]。

人員管控的智能化可以確保人員及操作安全。隨著智能設備的增多及傳感器的普及，技術人員維護自動化系統的難度大大增加。通過智能配電房的建設，不但可以節約巡檢人力，更將以技術手段協助運維人員輕松地管控自動化系統。

通過源、網、荷、儲協同配合，充分利用光伏、充電樁和儲能之間的相互協同[6]，利用儲能裝置有效地抑制配電網波動，包括配電網功率需求調整，功率控制間歇性波動，負荷波動和故障擾動等，在通過響應較慢的功率控制和減載控制來維持本地功率平衡時，可促進分布式能源的就地消納，同時能增強電網的主動和自愈控制能力，并提高電網的故障承受能力。

4 結論

本文在智能電網升級的基礎上，提出了臺區智慧用能的兩個建設方案。站區智能化可以適應和提高電力用戶的運行管理水平。成功實施后，配電網的所有節點與傳輸站之間將進行雙向信息通信。智能監控設備能夠很好地集成監控、測量、分析和控制功能。采用先進的技術、設計方法和高性價比的元件，使臺區集成的智慧用能方案可靠且成本效益高。

智能臺區可實現綜合監控和保護，降低故障發生的可能性，協助日常檢查和維護，減少故障時間；還可以增強抵御外部風險的能力。

面對新的挑戰，臺區智慧用能不僅可以提升電網設備運行的可靠性，同時使得電能輸配環節更加高效、經濟、清潔、互動，適應社會經濟的快速發展。