基于营配功能一体化的真型试验平台搭建

严方彬，杨志淳，王鹏，王宇，胡成奕，邹念佐，雷 杨

（1.国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力有限公司荆州供电公司，湖北 荆州 434000；3.青岛鼎信通信股份有限公司，山东 青岛 266100）

0 引言

国家电网有限公司提出“云、管、边、端”的概念构成了新的配电网架构，强化了对“边”与“端”的技术探索和技术革新。配电网处于整个电力系统末梢，输出电网建设的最后一公里，但是也是用户层面与电网进行交流的第一线。随着各种各样的新要求、新技术的发展，例如新能源汽车接入，用户用电质量要进一步提高等，都对配电网提出了新要求与新挑战［1］。

为解决以上问题，配电运检专业与营销专业在台区分别加装集中器与配电终端来加强对配网末梢的感知能力，为城镇用电可靠性的提升和精益化管控带来了保障。但是也带来了以下问题：各专业职责不同，对数据采集要求不同，导致各个专业都需要在电网末端加装自己的感知设备；不同的感知设备需要的运维手段和操作方式不一样，给基层人员带来巨大负担；因专业原因，数据不共享、不挖掘使得数据价值降低［2］［3］。

1 “营”“配”融合的发展与挑战

随着海量低压智能设备的接入，运检专业依托于配电终端来进行海量低压数据的归纳整理。配电终端对变压器的状态数据，周边环境数据采集并进行边缘计算来判断低压网络的运行状况。营销专业则依托集中器采集智能电表监控的用户侧数据来实现对低压网络的状态监测。但是营销专业根据自己区域内的业务划分，偏向于关注用户电费计量方面的数据，运检专业根据自己的业务划分，偏向于关注用户运行方面的数据；同时根据两个专业业务范围不同，两者对数据的数据格式、采集频率也有不同；营销专业采集的数据统一上传到用采主站，运检专业采集的数据上传到配电主站，两个专业采集的数据相互之间无法使用，无法识别，无法进行数据交互［4-8］。为推动配电网向更高水平的方向发展，营配数据融合这种新模式时基于营配一体化的优质服务路线的必然发展趋势，也是未来物联网的发展方向［9］。

在国内，主要的研究方向为营配融合管理实践，营配融合业务流程优化，营配融合信息化平台建设等。例如，袁学重（2018）认为通过对营配贯通的集成数据应用，依托大数据等技术手段能够做好分线线损和台区线损的统计分析，促进线损指标的有效提升［10］。

在国外，因为其管理体制与国内不大相同，国外的营配用电通常是由独立的经销商来独立运营，营销与配电两大专业的交互主要是企业之间的相互合作与应用集成来完成。例如：Sotirios I. Nanou（2016）首先对营配一体化的关键技术进行探讨，就营配两大专业之间的贯通融合的功能需求进行了分析；然后提出在营配信息一体化的基础上统一业务系统、统一信息管理的思路，实现信息资源集成、共享、优化等目的；最后为电力营销、配电运检信息数据的统一管理和统一决策。

为加快营配融合进程，2019年国家电网有限公司推出了TTU-智能配变终端来推进电网能源、业务、数据的更深层次融合，探索营配一体化的可行性。但是TTU的深度应用必然需要与营销专业的集中器进行互联与通讯，这样是否会影响已经成熟应用的电能采集，计量设备-集中器的正常业务流转，成为首要关注问题［11-20］。因此，找到一种方法，一个平台能有效地验证营配交互过程中的通讯、功能、应用是否正常，对推进营配融合，推进配电网高质量发展至关重要。

面对上文提到的难题，本文基于集中器与融合终端的设备性能，营销专业和运检专业的业务需求，搭建了一体化真型试验平台，模拟配电网真实运行状态，设计了一套营配功能一体化的真型试验平台，通过模拟TTU 在实现运检业务时的真实场景，验证营配交互可行性，找出营配专业交互过程中可能产生的相互影响。

2 营配功能一体化的真型试验平台搭建

2.1 基本思路

集中器与TTU 均可实现的连接方式为：RS485 通讯，4G网络通讯。两种通讯方式均可保证数据快速地本地交互。当户表采集到用电数据以后，通过HPLC载波模块上传用电数据到集中器，集中器通过4G 公网/专网将电量等数据直接上传至用采主站，同时通过以太网口或RS-485 与智能配变终端进行本地数据交互。智能融合终端通过4G公网/专网将数据上传至配电自动化系统或物联管理平台。

图1 现场测试环境搭建模拟图Fig.1 Mimic diagram of field test environment construction

图2 环境搭建现场图Fig.2 On-site photo of environment set-up

本平台采用智能断路器（400 A）模拟低压线路总开关，采用智能断路器（250 A）模拟支路线路开关。针对复杂的用户端情况，采用1块三相表和3块单相表模拟低压台区用户侧用电实况。目前台区多半采用《DL/T 698-2021 电能信息采集与管理系统》与《Q/GDW 376.1-2009 电力用户用电信息采集系统通信协议第一部分：主站与采集终端通信协议》（集中器）协议与主站进行通讯，电能表与集中器之间交互遵循《DL/T 698.45-2017电能信息采集与管理系统第4-5部分：通信协议—面向对象的数据交换协议》或《DL/T 645-2007多功能电能表通信协议》规约。为保障试验模拟的全面性，特搭建了2套1个三相电表与3个单相电表的低压用户模拟单元，分别采用698.45或DL/T645-07协议进行通讯。融合终端与集中器通过485与网线进行连接，通过485 与网线两种联系方式分别进行数据的交互。本试验平台部署智能融合终端1套，集中器2套（采用不同的协议），智能断路器3台，电能表8台（1个集中器下接入4台）。

表1 各类设备采用协议Table 1 Communication protocols adopted by all kinds of equipment

2.2 功能验证

为进一步验证实验平台的实用性可行性，本文分别对平台的通讯功能和实际业务流转中可能存在的问题进行梳理，最终确立了一套真实可靠的试验平台搭建方案。

2.2.1 通讯通道建立

在本试验平台，集中器与户表采用了376.1 协议、698 协议，融合终端通过RS485 端口分别连接376.1 协议、698协议集中器，均能够实现正常通讯。

经试验，通过融合终端网口分别连接376.1 协议、698 协议集中器，其中376.1 协议集中器无法登陆双主站，不支持网口连接；采用698 协议，集中器需要在集中器内设置对应参数。同时，集中器因为内部程序原因，数据上行过程中只开通了网口与4G 的通讯通道，故针对停电数据等实时性数据而言，集中器与融合终端通过网线通讯时，集中器上传实时数据可立即通过网线将实时数据交互给融合终端，通过485 连接则只能通过融合终端以轮询方式主动发送命令获取相关数据，对于一些实时数据来说，无法立即获取。

依据不设置集中器参数的原则，结合现场运行1376.1 协议通讯规约集中器占比较大，为了降低项目推进过程中的施工、调试的管理及协调难度，建议采用1376.1协议，同时综合考虑现场实际情况与施工难度，融合终端采用485与集中器进行通讯。

2.2.2 营配融合下运检功能的实现

为验证营配交互前提下配电网供电可靠性与实现运行状态的实时监测，特选取几项重要功能、应用实现营配交互。

1）通过对每户户表停电记录的读取、计算，细化计划停电管控方案，做到“预算式”停电；

2）利用自动生成的低压台区拓扑，当电能表、智能断路器或LTU 停电事件主动上报时，通过计算精准定位停电故障范围及位置，减少停电故障处缺时间；

3）实现对用户侧电压、电流的实时监测（每15 min），解决用户侧用电质量的监控，主动运维，降低投诉；

4）结合LTU 数据，具体到分支三相不平衡的判断，明确每一相的用户及负荷，为从根本上解决三相不平衡调整提供数据支撑。

在不考虑影响营销业务的情况下，验证通过集中器是否能够按照要求采集所需的数据项，所需数据项及采集频率如表2所示。

表2 营配交互所需数据项与采集方式Table 2 Data items and collection methods required for operation-distribution interactions

结合集中器相关业务功能情况，所需数据项及采集频率如表3所示，通过台区智能融合终端分别以《Q/GDW 1376.1-2012 电力用户用电信息采集系统通信协议第1部分：主站与采集终端通信协议》、DL/T 698.45协议抄录营销相关数据信息，结合不同应用场景，分别以直接穿透采集，即通过台区智能融合终端接收智能电表相关信息；抄读集中器数据两种方式进行试验验证。

2.3 现场实测验证

通过上位机软件，网线连接融合终端，对融合终端发送穿透命令，命令直接通过485 口同集中器数据交互，分别读取电能表电压、电流、掉电记录，HPLC模块停上电事件、相位信息。

如图3-图4所示，上位机软件在后台进行监控，当平台执行电能表掉电记录读取，HPLC 相位信息读取，融合终端正确执行命令且数据读取成功。

图3 电能表掉电记录Fig.3 Power meter dropout records

由图3-图4 可知，集中器与融合终端通过485 通讯，集中器与融合终端均能实时反映数据。

图4 HPLC相位信息Fig.4 HPLC phase information

穿透命令试验：在实验环境中，研究人员开启融合终端抄读掉电记录功能，持续穿透抄读表计掉电记录，发送费控命令，因为融合终端读取集中器内存储数据速度较快（1 s），不影响费控命令（8 s 表计回复），费控命令执行延时均能满足营销要求，实验结果见图5-图6。

图5 穿透命令执行记录Fig.5 Penetration command execution records

图6 费控命令执行记录Fig.6 Execution records of cost control commands

极端情况影响测试：人为设置只有费控表计带模块，其他7块表计均不带模块，测试持续穿透电能表掉电记录，测试费控，实验结果如图7-图8。

图7 电能表掉电记录Fig.7 Power meter dropout records

图8 费控命令执行记录Fig.8 Execution records of cost control commands

测试发现：拔掉模块后，一块表掉电记录抄读等待70 s 超时，在此过程中，发送费控命令；费控命令执行耗时66 s，虽然成功，在测试环境下，延时仍比较严重。

下一步，基于本文所搭建的平台，考虑到表2运检专业所需全部业务需求，与集中器进行交互，交互结果如表4。

表4 营配交互对营销原有业务的影响Table 4 Influence of operation-distribution interaction on marketing original business

3 结语

通过现场多次模拟和试验，证明本次搭建的试验模型可以很好地模拟现场运行情况，并满足融合终端与集中器之间的相互通讯要求。

1）集中器与TTU之间进行电能表日冻结示值、电能表停上电事件、电能表电压、电流等高级应用交互时，集中器自动保存上述数据，TTU 每隔一段时间对TTU存储数据进行读取，两者之间数据能正常交互，且两者功能不影响。

2）集中器与TTU 之间进行电能表停上电事件记录、电能表电压、电流、HPLC 模块拓扑信息等高级应用交互时，TTU需要实时采集相关数据，需要发出穿透采集命令来告诉集中器优先执行此条命令。极端情况下，当集中器正常执行费控命令时，TTU持续发出的穿透命令会对集中器功能的正常执行造成影响，影响费控命令。

3）本文在通讯方式选择与实验设备的选型，主要基于湖北省电网的现有状况区进行考虑，在电网建设比较先进的例如江苏，山东等省市，在设备的选型和通讯方式的选择上可以拥有更多的选择，更换通讯方式后，也可基于本平台进行营配交互方案验证。

本文主要验证了试验平台的可行性，融合终端与集中器之间的相互通讯要求，任务配合均能在本平台进行验证。

上文说到TTU 需要实时采集相关数据，需要发出穿透命令时，因为穿透命令在协议里规定属于优先级最高的命令，自有的抄表任务会延后执行；费控命令同属穿透命令，协议定义排队机制，正常情况下不影响，极端情况下可能超时。如何避免此类情况发生，作者下一步将基于营配功能一体化的真型试验平台就此类方向进行研究。