基于营配融合的智能配电网解决方案

新型电网环境下

基于营配融合的智能配电网解决方案

目录

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建设背景 .......................................................................................................................................................2 方案概述 .......................................................................................................................................................3 2.1 建设内容 ..........................................................................................................................................3 2.2 建设思路 ..........................................................................................................................................4 3 设备介绍 .......................................................................................................................................................5

3.1 智能配变终端 ................................................................................................................................5

3.1.1配变监测..................................................................................................................................5 3.1.2状态量采集 .............................................................................................................................5 3.1.3实现对充电设施有序接入控制 ........................................................................................5 3.1.4台区设备监测 ........................................................................................................................6 3.1.5数据处理及传送 ....................................................................................................................6 3.1.6数据统计..................................................................................................................................7 3.1.7就地及外接设备异常指示 .................................................................................................7 3.1.8后备电源..................................................................................................................................7 3.1.9程序升级维护 ........................................................................................................................8 3.1.10自恢复 ....................................................................................................................................8 3.1.11无线管理 ...............................................................................................................................8 3.1.12安全防护 ...............................................................................................................................8 3.2 智能配电箱 .....................................................................................................................................8

3.2.1主要功能..................................................................................................................................8 3.2.2执行标准..................................................................................................................................9 3.3 出线监测终端 ................................................................................................................................9 3.4 超级智能开关 ............................................................................................................................. 10 4 系统功能 .................................................................................................................................................... 12

4.1 数据管理 ....................................................................................................................................... 12

4.1.1基于GIS的设备台账管理 .............................................................................................. 12 4.1.2通讯状态展示 ..................................................................................................................... 12 4.1.3通讯状态查询 ..................................................................................................................... 13 4.2 数据采集与实时监控................................................................................................................ 13 4.3 智能配电网 .................................................................................................................................. 14

4.3.1停电主动上报 ..................................................................................................................... 14 4.3.2故障报警............................................................................................................................... 14 4.3.3台区识别............................................................................................................................... 14 4.3.4有序用电............................................................................................................................... 14 4.3.5环境监测............................................................................................................................... 15 4.4 大数据分析 .................................................................................................................................. 15

4.4.1台账分析............................................................................................................................... 15 4.4.2窃电分析............................................................................................................................... 15 4.4.3负荷预测............................................................................................................................... 15 4.4.4重过载分析 .......................................................................................................................... 16

5.应用场景 ......................................................................................................................................................... 16

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1 建设背景

国家电网公司建立了生产管理系统、营销管理系统，还存在GIS系统、配电自动化系统、同期线损系统、用电信息采集系统等，特别是生产类系统众多，缺少总体设计和统一规划，各个系统间通信接口复杂，数据交换与共享困难，使用维护个性化，各系统数据存储形式各异，物理空间分散，数据重复，缺乏有效整合，数据一致性难以保证，缺乏统一的应用平台，每个独立的系统都不能展现电网运行全景，查看不同数据需要登陆不同的系统。一方面员工对多个系统熟悉程度不一，造成操作维护上的困难；另一方面，基础数据维护的一致性和准确性很难保证，无法为相关业务提供坚强支持。

不仅如此，二者之间还未实现集成。生产营销系统还是按照生产、营销两大专业条线需求开展建设的，其使用范围仅局限于生产、营销部门内部，系统间基本没有联系，处于独立运行状态，在跨部门业务流程流转上造成了信息传递的不畅，不利于营配业务的开展。

此外，虽然已有海量的数字化电网数据，如电能量、负荷数据、图形数据、客户数据等，但没有将数字化电网数据集成，进行有效利用；管理线损方面，虽然通过一些监测系统实现了对一部分公变、专变和用户表电能量的监测，但是整体来说，基本上线损的计算还需要人工到各个系统中查看数据，进行线损分析；对于线路变更的情况，缺乏信息系统方面技术手段的支持，不能很好的处理线路变更情况的线损分析。

通过融合将配网自动化系统、营销系统和用电信息采集系统等采集系统进行集成，建立统一数据采集与集中监控平台，对不同自动化系统的实时数据进行采集、存储和应用，并按信息化管理的要求，建立电网设备和用户间的拓扑关系，实现业务间的信息交互，向电网管理层各应用子系统提供生产现场的各种基础数据，为配网规划提供了强有力的技术支撑。

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2 方案概述

2.1 建设内容

智能配电云平台由主站系统软件、DTU、智能配变终端等组成，并进行信息收集、数据共享、集中管理。通过对不同系统调取的数据和平台智能配变终端采集的数据，为生产设备及运行环境提供完备的基础数据。对配电台区的所有运行数据和环境数据（包括视频、现场温湿度数据、火灾报警等）信息进行统一分类存储、自动处理及一体化综合展示，弥补了现有系统非电量数据缺失的不足。

实现配网“数据集成、业务协同、管理集中、资源共享”的管理要求，实现信息的集中采集、集中传输、集中分析、集中应用，实现与其他系统的交互应用，从根本上消除“信息孤岛”。

通过各种监测子系统的高度集成，实现远方人员对站内状况的全盘掌控，可以加强对配网的运行管理，提高监管质量和工作效率，降低维护成本。

通过对配网数据进行大数据分析，实现自动分析台区重过载、三相不平衡、台区故障、线路故障、10千伏线损、低电压等关键运行指标，应用分析成果发布配电网运行数据及预警信息。

支持多种网络接口，可以通过光纤、双绞线、4G网络等链路进行数据传输；

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支持TCP/IP、IEC60850、IEC60870、IEC101/104等主流协议，做到了网络结构规范化，通信规约标准化，为实现统一化管理奠定必要基础。

2.2 建设思路

智能配电云平台的建设主要对试点智能配电台区、用户用电信息以及已有实时系统的实时数据进行统一采集与管理，保证数据模型的标准化、数据唯一性和准确性，实现信息资源共享，消除应用系统间的信息孤岛问题。

智能配电云平台能够消除不同业务系统间的信息壁垒，提高各种信息的内在关联性，从而实现对综合性业务的统一、完整描述，为更深入的决策分析和数据挖掘奠定技术和信息基础，为智能电网的全面建设打下坚实的平台基础。

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3 设备介绍 3.1 智能配变终端

3.1.1配变监测

对台区实时采集配变低压侧的总三相电压、电流,实现基本配变监测功能： 1）三相电压、电流有效值及2～13次谐波分量； 2）电压偏差、频率偏差； 3）三相电压/电流不平衡率； 4）电压合格率统计；

5）分相及三相有功、无功功率、四象限累积电量； 6）台区变负载率。 3.1.2状态量采集

终端能采集8组开关量状态信号，支持单点无源遥信；软件防抖动时间可设，事件记录分辨率达到2ms及以上。 3.1.3实现对充电设施有序接入控制

需配套安装充电设施控制箱，可有效解决充电设施电源建设问题，降低投资成本。通过两重测量，两重控制技术，确保配电变压器不过载，不烧毁，不影响居民生活用电，不引起严重的三相不平衡问题。

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3.1.4台区设备监测

电缆分支箱、分支线路、电表箱的监测：在加装线路监测终端、线路监测模块、表箱监测模块后，配变终端通过双模通讯方式与其通讯，实现台区分支的故障判断与预警，为精细化线损管理提供依据。

用电信息监测功能：配变终端可通过RS-485、LAN以太网等通信方式与集中器通信实现配电台区的用电信息采集，包括失电信息、用户侧电压数据信息。可通过宽带载波等通信方式与低压用户终端等设备通信实现配电台区的用电信息采集，包括供电电压、用电负荷、低压开关监测等。

开关监测：通过RS-485接口接入剩余电流动作保护器及塑壳断路器，实现对剩余电流动作保护器的分/合状态、剩余电流值、电压/电流和事件报警等信息的监测；采集低压进出线开关的位置等信息。

环境温度或变压器状态监测：配置温度、湿度传感器实现对户外配电箱、配电站和箱式变电站的温度、湿度信息的监测，可配合风机等设备自动调节；可对油浸式变压器的油温、油浸式变压器的瓦斯保护状态、有载调压/调容变压器的档位状态、干式变压器的绕组温度、干式变压器的风机状态等变压器状态信息进行监测。

智能电容器监测：通过RS-485通讯实现智能电容器容量、投切状态、共补/分补电压等信息监测及状态并上传。

三相不平衡治理功能：智能配变终端可通过对台区三相不平衡情况的监测，控制接入的智能换相开关或其他三相不平衡调节设备进行三相不平衡的调节。 3.1.5数据处理及传送

1）配电台区失电、故障等事件发生时，智能配变终端应实时自动记录、上传和追忆；

2）智能配变终端实时记录采集的模拟量数据，并每15min主动上送配电自动化主站。主动上送的模拟量数据可设置。当地记录数据包括了变压器低压侧三相电压、三相电流；三相有功功率，三相正、反向无功功率，有功电量，正、反向无功电量；三相电压、电流总畸变率，三相电压、电流不平衡度；变压器有功功率损耗，无功功率损耗；

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3）智能配变终端循环存储不少于1024条事件顺序记录，采用文件传输方式上送最新的1024条记录模拟量数据曲线记录至少保存30天。 3.1.6数据统计

智能配变终端统计按日统计并记录，统计时间1年，统计数据支持配电自动化远方调用，终端统计数据包括：

1）常规统计数据：总、尖、峰、平、谷的有功电量和正、反向无功电量；配电台区线损、变损；平均负荷率；日重过载次数及时段；日运行时间；

2）极值统计：三相电压最大、最小值，三相电流最大、最小值及出现时间；功率因数最大、最小值及出现时间；三相电压、电流畸变率最大值，电压、电流不平衡度最大值及出现时间；

3）电压监测统计：电压监测统计以1min作为一个统计单元，取1min内电压预处理值的平均值，记录保存按月、按日累计各相别电压合格率；记录保存按月、按日累计各相别电压偏差超上限和超下限累计时间；计量15分钟平均电压。 3.1.7就地及外接设备异常指示

智能配变终端具有本地指示灯终端运行、通信、遥信等状态，检测到通讯异常或者终端自身故障情况（如各功能板卡及重要芯片发生故障）时，可本地显示并表示出具体异常事件类型。

智能配置终端能监测所采集设备的各通信接口状态，记录通信接口的通信开始时间，通信中断时间，并记录在终端系统日志文件中，当通信出现异常时，能将其以遥信的方式上报远方主站。 3.1.8后备电源

1) 采用超级电容（尺寸不大于45*60*34，符合RoHS要求）作为终端后备电源，置于终端内部。当终端主电源故障时，超级电容能自动投入，并维持终端工作不少于2分钟，并具有与主站通讯3次完成定时上报数据的能力。

2) 失去工作电源，终端可保存各项设置值和记录数据不少于1年。 3) 超级电容免维护时间不少于8年。

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3.1.9程序升级维护

（1）具有自测试、自诊断功能，发现异常工况应有记录；

（2）具有本地维护接口，通过维护接口设置终端参数，进行软件升级等； （3）支持通过远程通信信道实现设置终端参数和在线软件升级，进行远程软件过程中，应具有断点续传能力。 3.1.10自恢复

终端重新上电或运行复位后，具有自动恢复功能，保持原有的各项设置值。 3.1.11无线管理

无线方便本台区终端与现场设备的实时数据对接，也可以通过微功率无线通讯在局域网内，使用户更加方便的使用台区终端。 3.1.12安全防护

具备基于内嵌安全芯片实现的信息安全防护功能，安全防护功能包括基于国产商用密码算法的统一密钥和数字证书，可与配电主站实现双向身份认证、参数配置等的签名验证、数据的加解密与完整性保护；具备监视安全芯片工作状态功能。

3.2 智能配电箱

3.2.1主要功能

➢ 配变监测、电能分配、电能质量监测、远程抄表、预付费控制等功能，

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满足新能源接入的监测和管理需求。

➢ 具有无功补偿、变压器有载调容控制、分支回路监测等功能，节能降损，

效果显著。

➢ 具有保护、故障录波功能、远程分合闸、自动重合闸、负荷管理、剩余

电流远程监测与设置等功能，方便查找故障，减少停电时间，缩小停电范围，提高供电可靠性。

➢ 进出线电压压降测量功能，用于测量进出线的电压差值，判断接触电阻

值的变化，达到预警和诊断目的。

3.2.2执行标准

➢ 满足Q/GDW614-2011《农网智能型低压配电箱功能规范和技术条件》 ➢ GB7251.8-2005《低压成套开关设备和控制设备智能型成套设备通用技

术要求》

➢ GB7251.12-2013《低压成套开关设备和控制设备第2部分：成套电力开

关设备和控制设备》

➢ GB/T15576-2008《低压成套无功功率补偿装置》

➢ Q/GDW376.1-2009《电力用户用电信息采集系统通信协议：主站与采集

终端通信协议》

➢ Q/GDW11658—2016《智能配电台区技术规范》

3.3 出线监测终端

安装在电缆分支箱出线、配电房低压出线、配电箱出线。

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输入输出：电压 2路、电流 1路、遥信 2路、遥控 1路、漏电流 1路；

通讯接口：485 2路；

在出线回路安装出线监测终端，用于监测出线回路电压电流，数据通过RS485和智能配变终端（TTU）通讯。

3.4 超级智能开关

➢ 采用高性能微控制器（MCU），实时进行信号处理和智能控制； ➢ 剩余电流（漏电）保护，档位可在线整定，并具有报警不跳闸及自动重

合闸功能；

➢ 自动跟踪，根据线路剩余电流自动调节档位，保证产品的投运率和可靠

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性；

➢ 长延时、短延时和瞬时三段保护，电流可设定，采用电子式脱扣； ➢ 具有高分断能力，保证线路短路保护的可靠性； ➢ 过压保护，欠压保护，缺相保护；

➢ 线路剩余电流、三相电源电压、负荷电流实时显示；为三相不平衡调节、

精细化线损管理、支路潮流监测与控制提供数据支持； ➢ 保护功能及参数可在线设置修改；

➢ 故障记录，记录跳闸总次数、查询 最近20次跳闸原因、跳闸时的故障

参数；

➢ 网络型具有通信功能，可实现GPRS或WiFi通讯，实现遥信、遥测、遥

控、遥调；

➢ 可以通过校表台进行计量校验的断路器；

➢ 采用插拔式结构：电路部分故障可快速更换，无需停电。

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4 系统功能

4.1 数据管理

4.1.1基于GIS的设备台账管理

在GIS地图上标识所有设备信息，并录入或导入设备台账信息，并设置通信设备地址等设备参数。 4.1.2通讯状态展示

设备通讯状态展示可以在GIS图形上进行展示，也可以使用台账方式展示。使用不同颜色表示设备通讯中断、通讯正常等状态。设备通讯状态直观显示，一目了然，便于设备通讯故障的排查。

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4.1.3通讯状态查询

可以查询实时、历史设备通讯状态，通信中断时间、频次等，分析设备通讯稳定性。

4.2 数据采集与实时监控

智能配变终端可以采集及监控如下数据： ➢ 模拟量：三相电压、电流。

➢ 计算量：三相有功功率、无功功率、功率因数和谐波。

➢ 统计量：正反向无功、一二三四象限无功电量及其发生时间，正反向有

功总、尖、峰、平、谷电量，正反向有功、无功最大需量，每日电压、功率因数运行时间、越上限时间、越下限时间、合格率。

➢ 告警事件记录，包括失压、失流、断相、过压、不平衡、逆相序、功率

超定值、需量清零、无功欠补/过补、表计异常、终端上电/掉电等。 ➢ 状态量：开关状态、电容器投切状态。

➢ 运行工况：终端、微断、计量设备等、环境温度、视频信息、其他相关

信息等、配变特性统计、分析应用模块。

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4.3 智能配电网

4.3.1停电主动上报

在电能表断电后及时将停电信息上报采集终端，系统就能及时接收到电表发来的停电信息，并精准定位停电用户，方便供电部门迅速组织力量进行抢修。 4.3.2故障报警

智能配变终端不仅可以主动传回台区设备故障信息，平台还可以基于前端传来的各类电力指标和数据，协助监测设备状况，实现主动预警，对配电分路的区间阻抗、线损等进行实时运算，提前发现绝缘老化、中性点故障等隐性缺陷，并通知检修人员处理，避免发生故障。 4.3.3台区识别

与传统数据采集集中器不同，智能配变终端可以自动识别台区表计，改变目前台区台账混乱的现象，有效提高数据准确度，提升数据分析效率。 4.3.4有序用电

通过智能配变终端，将用户负荷变为可控负荷，当负荷超过预警值时可以通过预设策略调整用户负荷达到有序用电的目的。例如在煤改电工程中，当冬季供暖期到来当日，所有用户集中开启供暖设备，用电负荷将达到峰值，通过智能配变终端和智能配电云平台可以分批次提前开启用户供暖设备，达到调整负荷的目

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的。

4.3.5环境监测

对配变运行环境数据（包括视频、现场温湿度数据、火灾报警等）信息进行统一分类存储、自动处理及一体化综合展示。

4.4 大数据分析

数据分析模块可以通过平台采集的数据，也可以通过现有配电自动化系统和用电信息采集系统获取基础数据，并对数据进行加工治理，运用大数据技术对数据进行深度挖掘。 4.4.1台账分析

对于未使用智能配变终端的台区，可以通过营销系统和用电采集系统获取数据进行台区台账分析。通过对终端表计和配变数据进行数据相似度和相异度构建户变关系分析模型，判断用户归属台区，提高户变关系基础数据准确度，为其它数据分析提供支撑。 4.4.2窃电分析

通过“大数据”对比分析的方法，根据用户零火线电流以及四时段电量的数据，综合分析客户用电情况是否异常，锁定窃电行为，并在数据系统内固定窃电时间、表计开盖记录等证据。 4.4.3负荷预测

负荷预测模块可以通过历史监测数据、外部数据（如天气预报、假日表等）进行大数据分析，精确预测短期（小时级）或长期（下一年）电力需求。为配网调度和规划做出数据支撑。

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4.4.4重过载分析

首先，对重过载相关数据项进行初步筛选和清洗，量化分析目标和样本规模。从原始数据中抽取或设计特征变量，通过多变量多层关联找到单个变量或变量组合与重过载事件之间的强弱关联。结合相关特征构造机器学习模型，通过历史数据样本对重过载模型参数进行训练及效果评估。对评估为重过载的台区给出治理意见，对用户进行临时线路切改或进行设备升级改造。 5.应用场景

智能配电云平台可用于煤改电工程、新建园区、新能源试点工程等新建台区，进行数据采集与分析；也可以接入现有系统数据（包括国网营销系统、用电信息采集系统、同期线损系统、配电自动化系统等），通过对海量用户用电信息的分析，深入挖掘信息价值，准确找到线损因素，从而提升供电运行效率和管理效率，为企业降低经营成本，使电力企业获得更好发展。

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