利用數字化、智能化技術服務鄉村振興提高農村供電和服務水平

■ 國網浙江杭州供電公司 陳 煒 劉 箭 劉興業

國網浙江桐廬縣供電公司 皇甫偉鋼 鄭永鏹 范春豐

國網杭州供電公司研究制定了建設國家電網新型電力系統省級示范區縣域樣板的實施方案，實現在新能源為主體的新型電力系統下全域保持高供電可靠性，支撐縣委縣政府高質量實現“碳達峰、碳中和”目標。

建設背景

形勢環境。桐廬作為“中國最美縣”，美麗鄉村建設一直走在全省前列。江南鎮“美麗鄉村”建設是杭州市深化“千萬工程”建設新時代美麗鄉村、貫徹落實國家鄉村振興發展戰略的典型實踐，建設秉承“綠水青山就是金山銀山”的發展理念，成為杭州“三農”的“金名片”。

戰略意義。杭州供電公司以“先行示范窗口”的使命擔當，以“智慧化、數字化、自動化”為核心，堅持問題導向，全力謀劃“城—鎮—村”全場景高彈性配電低壓物聯網建設，打造能源互聯網“試驗田”和多元融合高彈性電網“樣板間”。

在桐廬構建低壓物聯網示范區，實現低壓配電設備狀態全管控、業務流程全穿透，配電網業務和信息處理在線化、透明化、移動化、智能化，提高中低壓配網故障綜合研判能力，提升故障搶修效率、供電可靠性和客戶服務水平。

痛點問題。停電信息粗糙、低壓設備智能化水平低。停電信息只覆蓋至臺區低壓進線側，低壓設備狀態實時監測能力不足，無法掌握各類設備運行水平。低壓設備缺陷發現僅限于現場巡視或故障報修，無法快速、準確地獲取設備監測數據，隨著供電高可靠性要求日益增加，對低壓用戶停電信息的快速、主動上送以及對故障的研判需求便越來越迫切。

低壓臺區拓撲無法自動識別、故障研判能力不足。低壓臺區電氣拓撲關系的生成局限于人工排查，造成低壓臺區電氣拓撲準確性較低、更新不及時的問題，對故障精準判斷造成較大影響。同時，低壓故障研判及處理模式依靠于人工的系統查詢及現場查看摸排，所需時間較長，智能化程度較低。導致后期故障排查效率低及線損管理困難。

充電樁、分布式電源狀態監測亟須解決。區域內低壓臺區電動汽車充電樁負荷接入逐漸提升，缺乏有效手段來監測低壓用戶充電行為、評估充電負荷接入對臺區供電質量的影響。低壓分布式電源狀態監測手段不足，分布式電源的接入改變了原線路潮流分布，設備主人無法及時了解新增分布式電源對電網安全穩定運行影響。

低壓供電備用電源轉供能力需進一步加強。小區配電房2臺區間不具備低壓故障后自動轉供能力，核心區域公變臺區供電可靠性仍有提升空間。

建設內容

選擇具有典型意義的城農網供電所進行低壓物聯改造，探索美麗鄉村高彈性配電低壓物聯網建設模式。該試點建設位于浙江省杭州市桐廬縣江南供電所。

技術方案

低壓臺區故障就地化綜合研判

目前發生低壓故障，搶修人員無法通過后臺監測及時獲取停電情況，造成用戶停電時間長，搶修效率低。

基于融合終端邊緣計算能力，對低壓各類設備電氣量、運行狀態量、電表停復電狀態等信息的實時感知和匯總，在融合終端進行低壓故障就地研判，通過各節點（LTU和智能斷路器）逐級信息比對分析，確定臺區停電事件和故障位置，并上傳主站。

Ⅳ區主站接收融合終端的研判事件后，結合主站側中壓各設備告警信息進行綜合研判，自動生成故障停電范圍及原因預解析。

供服系統搶修模塊基于主站故障研判結果，主動派發搶修功能，快速解決配網故障，提升配電網智能處置和自愈能力，實現故障區段、停電客戶綜合自動研判和快速、準確定位，將被動搶修轉變為主動搶修。

根據臺區的電氣拓撲圖、設備停電告警和電流故障點，快速定位故障點的位置，防止設備故障誤報。

低壓臺區電氣拓撲自動辨識

目前低壓臺區拓撲信息主要依賴于系統檔案維護和現場人工核查，造成低壓臺區拓撲日常維護工作量大，準確性不高。

融合終端的低壓拓撲動態識別應用基于即插即用與自動注冊維護技術，動態獲取配電臺區線路關鍵節點LTU的采集數據及狀態信息，結合營配就地交互功能，獲取末端用戶智能電能表的地址信息，實現變—線—箱—戶的4級完整拓撲，并支持表計新增/輪換后的拓撲自動更新功能。

拓撲信息或表計檔案信息變化后，臺區“變—戶”關系，可以在主站與物聯網設備模型、PMS、主站側拓撲信息進行自動校核，實現臺區變壓器用戶關系、拓撲變更等信息的主動發現與自動維護，提高低壓配網拓撲模型準確性，實現低壓網絡拓撲可視化管理。

圖1 故障精準研判原理圖

圖2 融合終端低壓故障研判流程

通過改造智能斷路器、安裝LTU獲取出線開關、表箱等關鍵節點拓撲信號收發結果，利用本地通信網絡將數據匯聚至融合終端運算，生成“變—線—箱”拓撲圖文件。更進一步通過LTU與同表箱Ⅱ型集中器的通信連接，融合終端獲取Ⅱ型集中器的表計檔案信息，實現“變—線—箱—戶”4級拓撲動態辨識。

充電樁有序充放電

通過“網上國網”客戶端、客戶端業務層、系統間信息通信層、電網支撐平臺層、現場設備層改造，實現充電樁有序充放電。

以“網上國網”客戶端為窗口，以“業務鏈接平臺”通訊鏈路為依托，完善網上國網“充電樁”業務，擴展“配電自動化四區主站”支撐平臺的充電樁管理功能，現場加充電樁安裝智能斷路器，實現第一階段充電樁狀態感知及監測管理。

客戶端業務層，在網上國網新增“居民充電樁有序充電管理”業務，通過充電樁二維碼掃描功能，向客戶直觀展示充電樁是否可即刻充電和自助預約，支持在線預約，支持客戶側智慧充電策略，引導客戶在負荷低谷時段進行自主充電，提高配電網穩定高效運行水平。

系統間信息通信層，以業務鏈路交互平臺為媒介，將客戶端業務需求數據（包括充電需求時間、用戶充電等信息）、現場電網側感知運行數據（包括變壓器運行、斷路器運行等數據）進行業務信息交互，為有序管理實施提供參考數據。

電網支撐平臺層，在配電自動化Ⅳ區主站內，實現現場融合設備、智能斷路器等設備數據采集、遠程設備運行狀態監測及管理，支持遠程業務數據交互。

現場設備層，包括邊緣計算融合終端以及智能斷路器末端設備，實現本地側策略執行控制、實時監測運行狀態、實時數據采集監測等功能。

分布式電源并網狀態監測

在融合終端中配置分布式能源管理微應用，實時監測戶用光伏等分布式電源的運行情況與電能質量，結合臺區運行工況，實現分布式電源無功出力的實時監視、削減諧波影響。同時，通過分布式電源“孤島”狀態的實時感知、預警，解決分布式電源非計劃孤島運行帶來的安全隱患，消除“雙高”形態下配電網日常運行、檢修和故障處理的安全風險。最后，融合終端將實時監控數據上報配電自動化主站，實現過電壓、反孤島等狀態監視預警，滿足新能源在低壓配電網的大量、快速、安全接入。

低壓聯絡自動電源轉換

采用歐變低壓兩進線一聯絡自動電源轉換方案，設備由控制器、適配器和執行斷路器構成。執行斷路器加裝適配器后通過控制連接線與控制器連接，實現對供電電源的檢測；控制器通過設定的程序自動完成電源間的轉換。

自投不自復模式，假設S1故障，系統自投，分閘QS1后，合閘QTIE，QS1段母線通過母聯開關由QS2段母線供電。當S1恢復供電，系統不自復。

自投自復模式，假設S1故障，系統自投：分閘QS1后，合閘QTIE，QS1段母線通過母聯開關由QS2段母線供電。當S1恢復供電，系統自復：QTIE分閘，合閘QS1，恢復到單母分斷供電模式。

邏輯鎖：控制器中有邏輯判斷電路保證不會發出錯誤的控制命令，確保避免發出3個“1”，發生合環。

電氣鎖：控制器和適配器通過斷路器中的O F觸點組成硬連接閉鎖回路，避免3個塑殼同時合閘。

誤合瞬跳：此為以防萬一的后備保護，當發生誤操作或其他原因的誤合閘，控制器會立刻發命令跳開母聯開關（手動本體操作引起的誤合閘，跳開最后誤合的斷路器），同時退出自動控制并報警。

實現成效

低壓臺區電氣拓撲自動辨識

通過全覆蓋的智能斷路器、LTU設備，利用臺區融合終端及線路監測單元的快速高精度采樣技術同步對母線上特征信號檢測，進行邏輯關系的判斷，確定拓撲網絡節點前后關系和并行關系，實現臺區“配變—分支—表箱”的電氣物理拓撲自動辨識。

低壓臺區故障就地化綜合研判

圖3 融合終端監控智能并網開關

圖4 電氣聯鎖

通過融合終端采集低壓斷路器套件、低壓監測單元的數據，利用安裝在終端內的臺區故障研判App，結合臺區拓撲數據，就地實現臺區內故障的分析，并將結果實時推送給主站，再由主站自動生成搶修工單推送運維責任人。實現低壓網絡下關鍵節點實時告警。

線損分析和管理

通過低壓配電關鍵節點的智能斷路器和LTU裝置，對低壓配電網的進饋線關鍵節點電氣量和狀態量進行監測。數據上送智能融合終端，結合電氣拓撲“配變—分支—表箱”結構，對低壓總進和表箱能流進行分析比對，結合“分支”節點的數據信息，可自動實現臺區線損分析和異常節點告警，便于快速處理異常線損故障。

充電樁有序充放電

通過以配電變壓器運行角度為入口，以降低配變負載擾動、緩減負荷高峰期重過載為抓手，借助智能臺區融合終端以及配電物聯網新技術新應用，通過充電樁狀態感知及監測、充電有序管理、充電有序智能服務3個階段全面實現低壓居民充電有序管理，保障電網安全，提升用戶體驗。

分布式電源并網狀態監測

通過在光伏逆變器和發電電表之間加裝智能并網開關或對并網逆變器進行智能化接入，實現光伏信息接入主站，光伏并網功率、電量等數據的就地化集成，實現智能配變終端對分布式電源的本地數據交互及運行狀態進行監測，以此評估分布式電源接入對電網的影響，優化分布式能源布局，提高運營效率，防止電網停電時分布式電源孤島運行、反送潮流等危及電網事件的發生。

低壓聯絡自動電源轉換

通過在配電房臺區間改造低壓兩進線一聯絡的低壓備自投裝置，形成低壓故障負荷轉供模式，解決因低壓放射結構造成的停電問題。