基于智能配变终端的数字化台区技术应用

基于智能融合配变终端的数字化台区技术应用近年来，物联网的边缘计算理念逐渐在配电网融合并开展应用，为解决配电台区问题提供了思路：构建智能配电台区，将其中的智能融合配变终端作为就地数据处理中心，承载高级业务应用，实现对台区运行状态的在线监测、智能分析与决策控制，通过构建数字化台区，研究各项技术应用，为建设新型电力系统起到积极的促进作用。1、数字化配电台区架构数字化配电台区在配变侧、低压侧、用户侧分别部署各类低压感知设备，以智能融合配变终端为核心采集配电变压器、低压分支箱、低压电气数据、电能数据等信息的采集监测，再通过智能融合配变终端将台区数据按需分析、计算、整理后上送至配电自动化主站，如图1所示。图1：数字化配电台区系统结构示意图（1）智能融合配变终端作为配电台区数据监测及处理的中心，智能融合配变终端采用安全自主可控的国产工业级双核芯片，主控CPU为国产工业级芯片，4核处理器，1.2GHz主频，2GB内存，4GB存储；配置包括RS485总线、电力线载波、微功率无线、LTE、FE电口/光口等通信接口，同时具备交采采集能力，满足配电台区的各种信息接入需求。部署基于轻量化的Linux容器技术，支持各类App灵活配置，满足边缘计算的平台需求。智能配变融合终端采用硬件平台化、功能软件化、软硬件解耦、通信协议自适配设计，满足高性能并发、大容量存储、多采集对象需求，是集配电台区供用电信息采集、各采集终端或电能表数据收集、设备状态监测及通讯组网、就地化分析决策、协同计算等功能于一体的智能化融合终端设备。具备信息采集、物联代理及边缘计算功能，支持配电、营销及新兴业务。外形如图2所示。图2：智能配变融合终端外形图（2）设备配置1）配变及低压侧设备主要包括配变低压侧互感器、本体智能感知元件、低压智能开关、智能监测装置等，监测配电台区电气量、开关量、非电气量等数据，并对低压智能开关进行分合闸控制。2）低压线路侧设备主要包括低压故障传感器等，监测低压线路电气量、开关量、非电气量，主动上报低压故障事件及位置，实现对低压配电网络的拓扑动态识别、线损阻抗分析等功能。3）末端用户侧设备主要包括低压智能换相开关、低压故障传感器、智能监测装置、智能电能表等，实现对低压用户的运行数据实时采集、停电事件主动上报、低压拓扑信息采集、自动换相负荷调节等功能。（2）通信系统远程通信网：远程通信网主要满足物联管理平台与边缘物联代理之间高可靠、低时延、差异化的通信需求。通信方式主要包括光纤、电力无线专网、无线公网等，支持101/104、698.45、376.1、MQTT等协议。本地通信网：本地通信网主要满足边缘物联代理与采集终端之间的通信需求。通信方式主要包括电力线载波、微功率无线、RS485通信等，支持Modbus、DL/T698.45、DL/T645、Q/GDW1376.2等协议。通信接口功能：a)具备1路无线公网/无线专网远程通信接口，具备双APN通道，支持2/3/4G，并可向5G演进；b)具备2路以太网口，1路用于主站通信或远程升级，1路用于本地升级维护，接口速率10M/100Mbit/s自适应；c)具备1路本地通信接口，支持UART、ETH和USB，支持速率115200bps以上，可连接HPLC模块、微功率模块或双模模块；d)具备4路RS-485，2路RS-232串口，串口速率可选用1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、115200bps；e)具备1路蓝牙，用于本地运维设备；f)具备北斗/GPS双模，用于本地地理位置信息采集和对时；g)具备4路开关量输入接口，可采集变压器档位、断路器位置状态、柜门开合状态、水位、烟感等信号；h)配备1路电能量脉冲输出接口。2、数字化配电台区典型应用（1）台区拓扑识别台区拓扑识别业务是配电台区的业务基础。配电台区一般为树形结构，大多分为四级，即：低压出线柜、分支箱、配电柜和电能表箱，其中的监测装置和电能表通过有线或无线的方式，将通信地址及自身采集的电压、电流信息发送至智能融合配变终端，以此进行台区拓扑识别如图3所示。图3：台区拓扑识别示意图（2）台区变-相-户关系识别智能融合终端内置线变关系识别模块，在变压器低压出线侧发送低频中压载波信号，在变电站线路首端线变关系分析机（CT/GC）检测载波信号，进行综合比对分析，得出“线-变”对应关系。如图4所示：图4：台区变-相-户关系识别示意图（3）线路阻抗分析结合智能电能表及用电信息采集技术的应用，台区智能终端可以获得用电数据信息，在台区进行低压配电线路阻抗分析，研判低压配电线路老化，减少系统故障，并可识别窃电嫌疑。智能融合配变终端通过采集末端监测单元、分支节点监测单元等设备的实时与历史运行数据，计算和分析台区低压各节点的回路阻抗，如图3所示。（4）三相不平衡治理在台区单相用户的前端部署智能换相开关设备。智能融合配变终端通过4G等通信方式采集各智能换相开关安装处的电流、电压信息。结合配变出线端的三相总负荷电流及电压，进行不平衡度的识别及换相开关的投切。为保证智能换相开关的使用寿命，一般以最小换相次数作为控制策略进行开关的投切。如图5所示：图5：三相不平衡治理示意图低压故障研判智能配变台区的分支箱、用户表箱等位置部署带有后备电源的低压智能监测装置，该装置具备停电检测功能，当智能监测装置监测到用户表、低压漏保等设备停电时，主动将设备停电信息，通过无线（LoRa/载波）的方式实时上传至智能融合配变终端。根据各级监测装置的停电信息，智能融合配变终端对台区故障进行研判、定位故障点，并主动上报停电事件。如图6所示：K3K3用户配变DL3DL2 F2K2F1配变终端DL1K1图6：低压故障研判上送示意图通过建设以智能融合配变终端为核心的数字化配电台区，实现台区的运行状态诊断及管控。对设备轻重