方案背景以及建設(shè)目標(biāo)

國網(wǎng)2020年計量工作要點中就提升采集系統(tǒng)支撐能力中，首先要求提升設(shè)備智能感知水平，要充分挖掘臺區(qū)集中器以及智能電能表價值，拓展臺區(qū)設(shè)備感知接入能力，每個省公司打造5-10個低壓物聯(lián)感知精品示范臺區(qū)。開展智能模組化終端小規(guī)模應(yīng)用，支撐各版本智能電能表、各級開關(guān)、智能物聯(lián)鎖具、隨器計量、分布式電源、有序充電樁、水氣熱表等臺區(qū)及客戶側(cè)設(shè)備泛在接入和邊緣管理。

推動公司建設(shè)中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)戰(zhàn)略實施。提升主動配電網(wǎng)的運行安全性，具有廣闊的經(jīng)濟和市場應(yīng)用前景。

方案概況

本項目擬在中心城區(qū)馨逸公寓，涉及兩個臺區(qū)527戶居民用戶。通過安裝非侵入式邊緣感知器、LTU、溫濕度傳感器、煙霧傳感器、水侵傳感器等多種智能量測裝置及傳感器。通過物聯(lián)設(shè)備采集電流、電壓、漏電電流、異常溫度、狀態(tài)行為信息等為上層應(yīng)用提供支持。

圖1 智能感知臺區(qū)總體架構(gòu)

項目研究內(nèi)容的原理簡述

1、據(jù)深化基礎(chǔ)數(shù)應(yīng)用

HPLC技術(shù)是一種高速電力線通信技術(shù)，電力線通信技術(shù)是指利用電力線作為通信介質(zhì)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信技術(shù)。由于電力線是最普及、覆蓋范圍最為廣闊的一種物理媒體，利用電力線傳輸數(shù)據(jù)信息，具有極大的便捷性，無需重新布線，即可將所有與電力線相連接的電器組成一個通信網(wǎng)絡(luò)，進行信息交互和通信。

基于HPLC技術(shù)，可實現(xiàn)高頻數(shù)據(jù)采集、停電主動上報、時鐘精準(zhǔn)管理、相位拓?fù)渥R別、臺區(qū)自動識別、ID統(tǒng)一標(biāo)識管理、檔案自動同步、通信性能監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等功能。

截至目前，HPLC深化應(yīng)用項目試點已經(jīng)實現(xiàn)高頻數(shù)據(jù)、ID統(tǒng)一標(biāo)識管理、采集相位拓?fù)渥R別、臺區(qū)檔案自動同步等功能應(yīng)用。

●高頻采集

利用HPLC高速率特點，可以有效提升電能表自動抄表成功率；并可實現(xiàn)電能表電壓、電流數(shù)據(jù)的高頻采集，可以開展供電線路老化趨勢分析，監(jiān)測電網(wǎng)電壓質(zhì)量和負(fù)荷波動情況。

其具體目前可以針對項目臺區(qū)527塊采集96點實時用電數(shù)據(jù)，包括電壓、電流等信息；根據(jù)用電特點及通信性能，采集的點數(shù)也可以進行調(diào)整，建議采集間隔為15分鐘到1小時，1小時間可以分割為整數(shù)個采集間隔，采集間隔起始從0分開始。

●ID統(tǒng)一標(biāo)識管理

依托全球統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)ID標(biāo)識管理系統(tǒng)，為HPLC芯片建立統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備身份標(biāo)簽，在芯片出廠、檢驗、運行等環(huán)節(jié)實現(xiàn)全壽命周期管理，并通過身份鑒權(quán)機制，可以避免非法設(shè)備的接入，保障了電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的安全。

●檔案自動同步

利用HPLC高速率的特點，以及臺區(qū)自動識別的功能，通過基于面向?qū)ο笸ㄐ艆f(xié)議，可以實現(xiàn)電能表檔案信息、設(shè)備參數(shù)自上而下、自下而上的雙向同步，確保了設(shè)備檔案信息的準(zhǔn)確。其主要原理在于能源控制器每天定時啟動從節(jié)點主動注冊，能源控制器載波模塊主動注冊新增電能表信息并上報給能源控制器，能源控制器根據(jù)路由上報的內(nèi)容跟能源控制器自身檔案比對，將檔案外的新增電表信息進行存儲，并產(chǎn)生新增電表事件通知主站，主站拓展對比分析基于采集系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)的臺區(qū)檔案、已同步檔案、黑名單檔案等分析功能，生成待核查臺區(qū)檔案信息。目前利用該項技術(shù)，同步核對項目臺區(qū)檔案無誤。

●相位拓?fù)渥R別

若供電線路三相負(fù)荷不平衡，輕則降低線路和配電變壓器的供電效率，重則會因重負(fù)荷相超載過多，會造成某相導(dǎo)線燒斷、開關(guān)燒壞甚至配電變壓器單相燒毀等嚴(yán)重后果。通過HPLC技術(shù)結(jié)合LTU設(shè)備，可以判斷出A、B、C三相相位及線路拓?fù)潢P(guān)系，有助于提升配網(wǎng)三相不平衡及線損分相治理水平，對提高供電可靠性具有重要意義。

圖2 臺區(qū)拓?fù)鋱D

2、居民非入侵式監(jiān)測

隨著電力應(yīng)用水平的發(fā)展和進步，人類的生活越來越離不開電力，電能已經(jīng)成為現(xiàn)代經(jīng)濟中最不可或缺的能源之一，電能的穩(wěn)定供應(yīng)直接影響到社會正常的生產(chǎn)活動。在傳統(tǒng)的入侵式監(jiān)測系統(tǒng)中，系統(tǒng)會通過對每一個用電設(shè)備加裝相應(yīng)的監(jiān)測硬件來進行負(fù)荷監(jiān)測，這些監(jiān)測硬件能夠?qū)崟r將電力負(fù)荷數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒爰蓴?shù)據(jù)處理設(shè)備中，但是這種需要加裝硬件才能實現(xiàn)的負(fù)荷監(jiān)測方式會提高電力監(jiān)測的成本。而且傳統(tǒng)的監(jiān)測設(shè)備只負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，不具備主動發(fā)現(xiàn)用電異常情況的功能。非入侵負(fù)荷監(jiān)測與傳統(tǒng)的入侵式負(fù)荷監(jiān)測最大的不同之處就是能夠在用電設(shè)備中不加裝硬件的情況下對用電設(shè)備進行實時的負(fù)荷監(jiān)控，在保證監(jiān)測準(zhǔn)確性的前提下，盡量降低成本。而且，采集終端在一開始就具有一定的異常波形分析能力，它將可能的異常波形數(shù)據(jù)提取出來傳輸?shù)皆贫?，然后在云端使用前沿的機器學(xué)習(xí)方法識別它是否為異常數(shù)據(jù)，然后將異常特征返回給終端的用電特征指紋庫，強化采集終端識別異常的能力，做到對用電異常的實時檢測。

如果把整個電網(wǎng)看成人體的主干神經(jīng)，那么涉及每一戶用電客戶的用電信息采集，就是人體的末梢神經(jīng)，這是人體感知最敏感的地方。從這個角度來說，用戶用電計量數(shù)據(jù)，關(guān)系到整個電網(wǎng)的精益化管理。

圖3 用戶用電行為感知

3、臺區(qū)設(shè)備實時監(jiān)測以及故障精準(zhǔn)定位

能源控制器通過載波的方式與分支數(shù)據(jù)監(jiān)測終端通信，分支數(shù)據(jù)監(jiān)測終端可通過通訊接口與溫濕度傳感器、溫度探頭、其他擴展設(shè)備等通信獲取設(shè)備數(shù)據(jù)；也可通過環(huán)境采集終端采集煙感、水浸、門磁開關(guān)等狀態(tài)量。做到用電環(huán)境安全檢測，預(yù)防火災(zāi)水患等事件發(fā)生。

4、實現(xiàn)線損精益管理分析

支持分相線損計算模型，完成臺區(qū)分相線損計算分析。線損深度分析具備日線損、小時線損、分相線損的實時統(tǒng)計和比對分析能力，支持表計火線、零線電流差異對比，分析線損異常并報警。

能源控制器通過與各級分支數(shù)據(jù)監(jiān)測設(shè)備（LTU）進行通信，獲取各級的電壓、電流、功率、電量等相關(guān)信息，根據(jù)主站系統(tǒng)內(nèi)的線路檔案，計算整個臺區(qū)內(nèi)各段線路的線損情況，實現(xiàn)對線損的精益化管理。同時，基于低壓全電氣量數(shù)據(jù)采集和分段線損分析功能，可綜合判斷各段線路的用電異常情況，為低壓線路防竊電提供有效的判斷依據(jù)，找出疑似竊電的線路。

5、臺區(qū)物聯(lián)感知及運行監(jiān)測

支持臺區(qū)物聯(lián)感知及運行監(jiān)測。臺區(qū)設(shè)備可實時監(jiān)測，分別在臺區(qū)內(nèi)變壓器側(cè)、表箱側(cè)安裝模組化終端、分支數(shù)據(jù)監(jiān)測終端等多種設(shè)備，對臺區(qū)下各級設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)臺區(qū)的物聯(lián)管理和智能感知。臺區(qū)配變負(fù)載情況監(jiān)測，用采系統(tǒng)部署配變負(fù)載分析及異常監(jiān)測模塊，實現(xiàn)配變重載、過載、輕載、空載等多種運行狀態(tài)的分析與監(jiān)測。支持臺區(qū)可開放容量利用，開展臺區(qū)中長期可開放容量預(yù)測，深度挖掘臺區(qū)真實可利用容量，指導(dǎo)業(yè)擴報裝接入智能化適配。

模組化終端直接從智能開關(guān)中獲取相應(yīng)線路的電壓、電流、功率等各類電氣量信息即可。能夠?qū)崟r判斷斷路器的實時狀態(tài)。同時，模組化終端可根據(jù)監(jiān)測到的斷路器異常數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)的故障事件并上報給主站進行報警。

成果轉(zhuǎn)換和推廣應(yīng)用場景

本項目的研究和開展將促進供電用戶的精細(xì)化管理，推動用戶群的異常智能診斷，提高用戶的用電可靠性。隨著本項目的廣泛推廣應(yīng)用，為電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供更準(zhǔn)確的技術(shù)及數(shù)據(jù)支持。電網(wǎng)末端節(jié)點邊緣計算，結(jié)合云端的智能分析系統(tǒng)，必將極大地改善新型配電網(wǎng)的可靠性診斷水平，提升主動配電網(wǎng)的運行安全性，具有廣闊的經(jīng)濟和市場應(yīng)用前景。

項目能夠帶來較好的經(jīng)濟效益。高頻采樣的用電數(shù)據(jù)提取及分析系統(tǒng)能夠更加準(zhǔn)確地提升電網(wǎng)供電可靠性，同時能夠更加準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)用電異常，及時預(yù)警和反饋，能夠進行精細(xì)化線損分析和用戶漏竊電檢查，有助于提高用電服務(wù)的綜合水平，實現(xiàn)更有效的運維，節(jié)約運維成本。

項目同時還具備潛在拓展價值。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，將人工智能技術(shù)編碼進芯片之中以提高芯片的數(shù)據(jù)處理能力，使電網(wǎng)設(shè)備的運行更智能化已成為當(dāng)前的研究熱點。本項目在實際運用之中能夠積累大量的準(zhǔn)確的電網(wǎng)設(shè)備運行在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，提升了電網(wǎng)供電可靠性；同時能針對用戶用電做到精細(xì)化，更好的提升用電服務(wù)。為今后研究電力智能故障監(jiān)測提供了樣本數(shù)據(jù)支撐，非常適合作為新一代能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)標(biāo)桿的典型應(yīng)用。

作者：國網(wǎng)上海市南供電公司 吳強/趙順麟