台区智慧用能建设方案

艾福洲，蔡 超，孟庆智，杨 思

（1.国网湖北省电力有限公司，湖北 武汉 430000；2.山东省烟台市东方电子股份有限公司，山东 烟台 264010）

为减少电力系统的大面积停电事故、人身伤亡事故、重特大设备事故及后续新能源接入，提升供电可靠率和综合供电电能质量，需要建设智能台区，更好地适应分布式能源、储能、交互式用能设施等大规模并网接入的需要[1]。

所谓智能台区，就是使台区智能化，实现操作自动化、生产管理信息化、用户管理互动化和信息发布可视化，通过对台区配网的自动化改造建设，实现对整个低压配网设备的全面感知和精细化管理[2]。依托台区就地化决策和云端协同机制，助推被动抢修到主动运维模式变革，提升设备管理效率，提升供电服务能力，加强供电服务保障。

本文根据智能台区用能建设需求，及台区智慧用能建设原则，构建两种台区智慧用能建设方案，并为其配套设置综合管理系统，实现配电网全智能化，做好从用好电到用好能的服务转变，加快配电网数字化转型步伐。

1 台区智慧用能系统

1.1 台区智慧用能建设需求

台区点多面广，周边环境复杂，是配电网管理的难点和重点。随着用户对供电可靠性和供电维保要求的提高及电力公司改革政策的逐步推进和落实，用能需求的多样化，主要包括：

实现对众多分散的台区进行远程监测和集中运维管理，做到运维管理规范化，提升台区管理水平；

打通从台区到终端用户的用电图谱，支持用户侧综合能源用能信息监测，实现配用电系统运行情况的深度掌控；

针对停电、短路、过负荷等异常工况，系统能够迅速分析异常范围及异常工况原因，制定异常工况恢复辅助决策，实现故障快速恢复，提升用户用能体验；

支持停电率、负载率线损等配用电关键指标的核算分析，实现台区侧及用户侧用能变化趋势清晰明了，为台区运维、改造及用户侧用能行为优化提供依据；

基于Web网站及移动APP等信息化技术，提供报警推送、运维计划推送及地图导航等便捷服务，提升运维效率，降低运维成本[3]。

1.2 台区智慧用能建设原则

1.2.1 先进性

以台区侧及用户侧配用电系统实时运行数据不间断采集为基础，结合形象化展示和多种信息化手段，实现台区智能运维管理，大幅提升运维效率。

1.2.2 开放性

软硬件平台具有良好的开放性和广泛的适应性，应用功能模块均应基于相关国际、国家、行业及企业标准开发，支持模块或子系统间的数据和功能交互，系统规模和功能可按需扩展[4]。

1.2.3 可靠性

建设时充分考虑可靠性要求，通过关键硬件设备及软件采用冗余配置、集群、虚拟化、容灾备用等技术手段，消除单点故障，确保不因部分软硬件故障而影响系统功能的正常运行。

1.2.4 安全性

遵循信息系统安全等级保护及电力二次系统安全防护相关标准、规范的要求。系统在运行过程中应不影响电力系统的安全性，不因系统本身的故障或错误导致电网安全事故。

1.2.5 易用性

提供方便易用的操作、维护和管理界面，系统功能组织合理、界面美观易懂、操作方便快捷。使用人员无需经过复杂的培训即可掌握并使用此系统。

1.2.6 经济性

立足于实际、因地制宜，根据需求做到一地一方案，合理部署实施，达到投资少、见效快的目的。

2 系统构架建设方案

按照以上台区智慧用能建设原则，提出2种建设方案。一种为移动平台接入方式，另一种为物联网平台方式。

2.1 方案一：移动平台接入方式

移动平台接入方式的智能台区建设方案如图1所示。

图1 方案一系统架构

智能终端通过安全接入区接入1区配网主站，将终端采集的三相电流、三相电压、有功、无功、功率因数、终端告警、分支回路停复电信号、表计停复电信息等数据同步至台区配网主站。

智能台区Web应用部署在安全台区，业务数据从台区配网主站获取。

智能台区APP应用部署在移动接入区，与部署千台区Web系统实现各低压专题信息共享和互联互通。

2.2 方案二：物联网平台方式

物联网平台方式的智能台区建设方案如图2所示。

图2 方案二系统架构

智能终端通过云端物联网平台接入Ⅰ区配网主站，主站将终端采集的三相电流、三相电压、有功、无功、功率因数、终端告警、分支回路停复电信号、表计停复电信息等数据同步至台区主站。

智能台区Web应用部署在云端，业务数据从台区配网主站获取。

智能台区APP应用部署在云端，与智能台区Web系统实现各低压专题信息共享和互联互通。

2.3 综合管理系统

本文为上述台区智慧用能建设方案构建了综合管理系统，其硬件体系包括智能电网自愈系统、台区SCADA服务器、无功电压智能监控系统、电能质量管理系统、能量管理系统EMS等，其中，台区SCADA系统是本系统的核心，其他系统通过主计算机连接。系统具体构架如图3所示。智能综合管理系统由主站层（站控层）、通信层（中间层）、间隔层（现场监控层）三部分组成。

图3 智能综合管理系统架构

3 台区智能化的优点

本文所提出智能台区打通了传感器及各系统间的壁垒，实现真正全面的“智能化”；本系统结合智能抄表与负荷控制，可以杜绝窃电行为，提高资产利用率。

通过台区的智能化系统，能够实现多种全新的功能，比如安全有效地实现运维平台的全景监视；故障分析如三相不平衡调节、电压调节、功率因数控制、超限重过载分析等；对网损的实时分析和处理（防窃电、发现运行效率低的电气设备或其他运行问题），实现线损管理。台区中的分散式电容器/电抗器的控制也能更加协调，从而提高供电可靠性，提升电能质量并降低损耗[5]。

人员管控的智能化可以确保人员及操作安全。随着智能设备的增多及传感器的普及，技术人员维护自动化系统的难度大大增加。通过智能配电房的建设，不但可以节约巡检人力，更将以技术手段协助运维人员轻松地管控自动化系统。

通过源、网、荷、储协同配合，充分利用光伏、充电桩和储能之间的相互协同[6]，利用储能装置有效地抑制配电网波动，包括配电网功率需求调整，功率控制间歇性波动，负荷波动和故障扰动等，在通过响应较慢的功率控制和减载控制来维持本地功率平衡时，可促进分布式能源的就地消纳，同时能增强电网的主动和自愈控制能力，并提高电网的故障承受能力。

4 结论

本文在智能电网升级的基础上，提出了台区智慧用能的两个建设方案。站区智能化可以适应和提高电力用户的运行管理水平。成功实施后，配电网的所有节点与传输站之间将进行双向信息通信。智能监控设备能够很好地集成监控、测量、分析和控制功能。采用先进的技术、设计方法和高性价比的元件，使台区集成的智慧用能方案可靠且成本效益高。

智能台区可实现综合监控和保护，降低故障发生的可能性，协助日常检查和维护，减少故障时间；还可以增强抵御外部风险的能力。

面对新的挑战，台区智慧用能不仅可以提升电网设备运行的可靠性，同时使得电能输配环节更加高效、经济、清洁、互动，适应社会经济的快速发展。