智能配電網與電力物聯網結合就是配電物聯網，以優質的供電質量、高效的運營效率和優良的用戶體驗為目標，建設物聯網智能配電示范臺區，采用基于智能配變終端、物聯網站所終端、云平臺等多種先進的信息化、智能化技術、設備及運維管理手段，充分融合不同系統、不同設備數據，支撐配網主動運維、全壽命周期管理、多元負荷消納等應用功能，通過中低壓故障預判、停電事件感知和低壓故障定位，提高主動檢修、故障搶修工作效率，實現供電質量、運營效率和用戶體驗的全面提升。

1 總體方案

1.1 技術方案

基于“云、管、邊、端”的配電物聯網技術架構來開展配電室中低壓物聯網化智能改造。項目融入“云大物移智”等先進技術，部署一二次融合智能斷路器、感知終端、智能電容、環境監測等物聯網端設備實現臺區運行狀態全感知，部署物聯網站所終端與智能配變終端作為邊緣計算節點，實現站端信息匯聚與本地智能決策，并經無線通信接入云主站系統，實現中低壓全景感知、故障就地快速研判、電能質量優化提升、臺區營配融合貫通、臺區線損精益管控、低壓精準運維支撐等功能，并結合供電服務指揮平臺與搶修站，實現故障快速搶修與供電快速恢復。

1.2 云平臺方案

物聯網配電室數據直接接入配電物聯網云平臺，通過遠程工作站方式進行管理和應用。物聯網云主站主要包括智能臺區運維管控應用功能。

1）設備運行狀態監測

通過采集配電室高低壓設備信息，實現對配電室高低壓設備電壓、電流、電量、開關位置、變壓器負荷、功率因數等信息的實時監視，從而實時監視配電室高低壓設備的運行狀態，并提供設備狀態信息變化及異常信息告警提示。監控范圍覆蓋配電室、表箱。

系統根據現場設備運行狀態提供拓撲著色功能：①用不同顏色表示電網元件運行狀態（帶電、停電等）；②用不同顏色表示低壓配電線路運行狀態（帶電、停電等）。

系統結合歷史數據，支持對配電變壓器等設備的一定歷史時間區段的重載分析、過載分析、空載分析及輕載分析等；支持基于短期負荷預測結果，預測當天臺區負荷重載、過載情況。

2）智能告警分析

（1）用電負荷異常告警。某個時間段內，當發生用戶用電負荷異常（越限）時，系統通過畫面或語音進行告警提示。

（2）停電影響用戶自動分析。選擇故障發生區域，支持通過列表的形式對停電影響配變及配變所帶用戶情況進行顯示，內容包括影響用戶名稱、所屬配變名稱、配變停電時間、配變所屬配電線路、所屬變電站等。

（3）實現對低壓臺區停電事件、電壓越限、配電變壓器過載等遙信告警事件的監視與管理，支持告警信息主動推送及歷史數據查詢。

3）低壓故障研判

通過在表箱側增加智能監測單元，實時對用電線路的電壓周期信號（即有無有效交流周期過零）和電壓幅值進行監測，并上傳停電事件信息至智能配變終端。智能配變終端依據低壓配電網運行信息，研判配變停電、多戶停電、單戶停電等停電類型并上送。

系統依據智能配變終端上送的研判結果信息進行故障定位、低壓配電網拓撲著色并自動推圖告警，生成停電事件記錄。系統結合低壓拓撲關系，實現停電后快速定位用戶范圍，支撐低壓故障的快速搶修和低壓供電可靠性分析。

4）電能質量監測與分析

（1）配變出口低電壓分析。根據智能配變終端上送的配變遙測數據，主站定周期（15min）計算配變的出口低電壓情況并進行告警，同時進行配變出口低電壓原因分析。

（2）末端低/過電壓分析。根據智能配變終端收集的表箱或戶表遙測數據，末端低/過電壓分析應用程序（application, APP）通過計算判斷是否存在末端低/過電壓情況并及時上送主站，由主站進行告警，并進行末端低/過電壓原因分析。

（3）末端電壓合格率。根據智能配變終端上送的表箱或戶表遙測數據，主站定周期（1天）計算前一天的末端電壓合格率，并對于電壓合格率不達標的表箱或戶表進行原因分析。

（4）低壓諧波污染定位分析。諧波污染定位分析APP把采集并分析出來的諧波異常數據發送給系統，系統通過列表和曲線的方式進行展示，并能夠在臺區接線圖上可視化展示諧波異常的設備定位。

（5）供電可靠率分析。根據智能配變終端上送的停送電信息，主站定周期（1天）計算前一天的供電可靠率，并對影響供電可靠率的原因進行分析。

（6）配變三相不平衡分析。根據智能配變終端上送的配變遙測數據，主站定周期（15min）進行三相不平衡率計算，展示配變每相所帶表箱或戶表明細及電流值；基于配變負載監測結果，對三相不平衡度進行分類統計。

5）運行預測分析

（1）配變重載、過載預測。根據智能配變終端收集的配變遙測數據，臺區負荷預測手機客戶端結合歷史數據進行計算，判斷該配變是否存在未來24h內重載或過載的可能，并及時上送主站，由主站進行告警。

（2）臺區圖模異常管理。智能配變終端臺區識別APP通過與臺區識別儀通信，控制臺區識別儀進行臺區智能設備的相序識別和拓撲識別，并將識別結果送給主站，由主站進行臺區拓撲自動對比和校驗，并對臺區圖模不一致的配變進行告警提示。

6）線損分析

基于臺區拓撲結構及其監測數據，分析出臺區側任意相、任意區段的小時級線損和總線損占比，線損異常主動上報，解決無法對線損精準定位和分析的難題，支撐線損治理、竊電核查等工作。

7）可接入容量分析

基于臺區拓撲結構及其監測數據，分析出各節點可擴負荷容量，按配變、開關節點和相別輸出安全可擴容量，解決新增負荷報裝接入選點選相難的問題，提高配變新增布點和擴容項目儲備及立項的合理性、經濟性。

8）無功補償

綜合電源側總補電容器、末端終端分補電容器信息，基于臺區拓撲關系，自動決策，實現就近、最優補償，實現無功和電壓協調控制及輔助降低線損，提升供電質量，減少無功傳送線損，支撐低電壓治理。

9）供電可靠性分析

系統通過大數據分析技術，對臺區內發生的故障停電、計劃停電、重大缺陷、重過載等數據進行供電可靠性綜合分析評價。

10）臺區綜合狀態評價

系統采用大數據分析技術，通過對各個配變的歷史負荷信息、故障信息和電能質量異常信息進行綜合分析，并對配變的健康狀態進行評估，為配變的改造提供輔助決策依據。

11）配變經濟運行分析

智能配變終端通過實時采集配變的負荷數據并上送到系統，系統結合配變的歷史負荷信息進行未來24h的負荷預測，并根據每個配變的負荷預測情況，給出配變合并運行或轉帶負荷的經濟運行方式調整建議。

12）綜合能源接入監測

（1）光伏電源接入監測

在光伏并網近端加裝通信采集單元，光伏并網處加裝電壓感知設備，通過可編程邏輯控制器（programmable logic controller, PLC）與智能配變終端接入，分析運行工況、諧波、電壓、頻率等，實現光伏并網控制。

（2）分布式電源管理

本地化監控分布式電源接入，初期實現分布式電源運行數據實時本地化監測，繼而分析分布式電源對低壓臺區供電質量、供電能力的影響并提煉影響規律，最終實現配變終端對分布式電源接入的本地化管控，降低分布式電源的人力管理成本。

（3）電動汽車有序充電管理

智能配變終端實時采集電動車充電樁運行狀態數據、電量數據、告警事件等信息，同時結合臺區獲取的區域用電負荷、充電負荷和用戶充電行為，應用大數據分析算法研究電動汽車充電負荷動態特性，建立電動汽車充電負荷模型，建立充電負荷數據庫，根據時間、空間、使用率、充電量、用戶等多維度的數據統計，形成用電、充電負荷規律和用戶行為規律，為用戶需求側響應，制定臺區內電動汽車充電管理策略，根據用電習慣減少電網與充電負荷沖突，也為充電選址規劃等提供依據和解決方案。

1.3 通信建設方案

按照“云、管、邊、端”的整體架構，配電通信網絡建設整體上分成兩個主要部分：①遠程通信網，即邊緣計算終端與新一代配電自動化主站系統之間的通信網；②感知設備與邊緣計算終端之間的本地通信網。

遠程通信網主要為邊緣計算節點與云平臺的通信組網，智能配變終端單元（distribution transformer supervisory terminal unit, TTU）與物聯網配電終端單元（distribution terminal unit, DTU）采用4G通信方式（具備條件可試點5G通信）接入省公司云主站系統，通信協議采用消息隊列遙測傳輸（message queuing telemetry transport, MQTT）；本地通信網主要為配電室內中低壓端側設備與邊緣計算節點的通信組網，主要包括寬帶電力線載波（high-speed power line carrier, HPLC）、RS485、微功率無線等通信方式。

2 配電物聯網關鍵技術

2.1 臺區拓撲自動成圖

分布式臺區智能終端具備拓撲特征信號注入與識別功能、多路高精度采集能力。以公共信息模型（common information model, CIM）的語法結構為基礎，構建模型映射規則，實現主動識別產生的中間文件模型結構到CIM。

通過識別智能配變終端的起動命令，各個接點逐層進行電壓、電流信息量檢測，根據無功變化，提取并注入無功量信號，通過無功量信號注入與識別，將結果上送TTU，TTU基于就地邊緣計算與識別，完成拓撲模型構建并上送云主站系統，自動生成電氣接線圖。該模式避免了傳統模式因觸發短路方式注入信號對低壓帶來的干擾和風險。整個過程無需人工參與，當臺區發生負荷切換等變更后，能實現自動更新拓撲關系。

云主站側對文件格式的規范性、字符編碼、語法語義、拓撲關系、屬性值正確性等方面進行拓撲模型校驗。通過校驗后主站主動獲取邊端電氣數據并集合電氣建模和數據建模完成低壓拓撲生成，根據低壓拓撲連接關系，自動生成臺區接線圖，實現低壓拓撲可視化展示。基于感知終端的臺區拓撲自動識別與云主站系統成圖如圖1所示。

圖1 臺區拓撲自動識別與云主站系統成圖

2.2 基于HPLC智能電表的停電快速告警

結合HPLC智能電表的停電信息主動上送功能、臺區拓撲自動成圖功能和智能配變終端邊緣計算功能，可實現臺區故障秒級快速精準研判，云平臺快速推送告警定位等信息。臺區拓撲就地自動識別原理如圖2所示。

2.3 中低壓分段分相線損計算

基于物聯網DTU、智能配變終端、分布式臺區智能終端的實時監測、邊緣計算與云邊協同功能，可實現臺區的中低壓各區段線損精準化分析計算。

圖2 臺區拓撲識別原理

分段線損=拓撲父節點電量◆此父節點下所有子節點的電量和。

3 配電物聯網智慧臺區建設實踐

現場臺區建設范圍主要包括配電室中壓側、配變側、低壓線路側和用戶側，按照上述方案開展建設，逐步實現了局部智慧配電網的目標。

各模塊實施以下建設：

1）中壓側部分

配電室為雙電源供電，配置中壓開關柜，采用全斷路器方式，采用真空滅弧、六氟化硫氣體絕緣的全絕緣、全密封開關柜，可切斷相間短路電流、負荷電流和零序電流。配置電壓互感器、電流互感器、零序電流互感器、電動操動機構等自動化組件。

開關柜一體化集成物聯網DTU，具備進線柜、出線柜及聯絡柜的實時監測和控制等三遙功能，并滿足云平臺接入要求，采用物聯網MQTT協議。

開關柜配置局放監測模塊及電纜接頭測溫模塊，并接入物聯網DTU，經本地匯聚后將數據上送云主站系統。

2）配變側部分

配變側建設范圍為配電室1#和2#變壓器、低壓開關柜及站室監測。

（1）配電室配置低壓進/出線開關柜、聯絡柜和智能電容柜；進線柜、聯絡柜配置電子控制的框架式斷路器，配置電動操作機構。進/出線斷路器應具備通信功能。

（2）配電室配置2臺智能配變終端，分別監測1#、2#配變低壓電氣量，并作為1#和2#臺區的數據匯聚與邊緣計算中心。

（3）低壓出線柜配置分布式臺區智能終端及開啟式電流互感器，安裝于下側電纜出線室內，分布式臺區終端與智能配變終端采用HPLC通信方式。

（4）配電室墻上配置溫濕度傳感器，天花板上配置煙霧傳感器，電纜溝內配置水位傳感器，具備站室內環境及安防監測功能，經匯聚單元接入智能配變終端。

（5）配電室內智能電容通過控制裝置接入智能配變終端。

（6）進/出線柜配置電纜接頭無線測溫裝置，并接入智能配變終端。

（7）配電室配置門禁系統，開門告警信息可通過智能配變終端上送云平臺。

3）線路側部分

低壓分支箱配置分布式臺區智能終端和配套三相電流互感器，實現進出線電壓、電流監測，具備拓撲信號注入與識別功能，并經HPLC模塊上送給智能配變終端。

4）用戶側部分

用戶總進線配置物聯網型智能斷路器，表后開關配置智能型微斷，實現表箱進/出線電壓、電流監測和開關位置監測功能，智能斷路器通過無線或RS485通信方式將信息上送給物聯網通信單元，并經HPLC通信模塊接入智能配變終端。

電動汽車充電樁配置物聯網通信單元，實現充電樁電壓電流及運行工況監測，配置HPLC通信模塊接入智能配變終端。

5）營配數據貫通部分

智能配變終端通過與I型集中器做數據交互，實現電表信息的讀取，原有用采系統架構不變。建議電表加裝HPLC模塊或更換為智能電表，具備停電信息主動上送功能。

6）高級APP應用部署

為進一步推進物聯網臺區的深化應用，開展高級APP的部署與應用，主要包括臺區拓撲就地自動識別APP、集中器抄表APP、臺區分段分相線損和擴容分析APP、臺區諧波污染定位分析APP、臺區無功綜合補償調節APP、電氣設備健康狀態評估APP和臺區資產檔案重建管理APP。

通過上述建設，實現了中低壓數據的實時采集、三相不平衡調節裝置、各類非電氣量（溫度、濕度、門禁、安防）等智能設備的接入，為實時監控、運行優化和大數據應用提供了基礎，提升了配電網營配調貫通及精益管理水平。

4 結論

2019年可以說是電力物聯網和數字透明電網的建設元年，一方面是電網公司“兩網融合”“數字電網”升級轉型的迫切內在需求，另一方面有“云大物移智”創新技術的快速發展，“萬物互聯”將是趨勢。

總而言之，配電物聯網智慧臺區建設作為電力物聯網非常有益的探索，研發及選型了云主站平臺、物聯網化配電終端、智能感知設備等先進裝備，進一步實實在在落地和豐富了電力物聯網的內涵，未來的電力物聯網將依托越來越扁平化的架構，信息傳輸一步上云端，進一步發掘數據價值和應用效率，達到配電網狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活和運維主動精準，為提高供電質量和服務水平打下堅實基礎。