（广东电网有限责任公司江门台山供电局529200）
摘要：本文介绍了配电网公变台区的技术应用现状，针对低压高端用户对供电可靠性及电能质量的高品质需求，围绕供电可靠性、线损率、三相电流不平衡度、电能质量、负荷控制等关键指标，设计了一种基于负荷集群优化的智能公变台区系统，对支撑该系统的关键技术进行了研究，研发了低压高端用户智能终端设备、台区通信基站设备、台区智能监控系统，该系统在实际的配网工程中得到了应用验证，达到了设计目标，为智能配电网技术的发展做了技术储备。
关键词：配网公变台区；智能终端；配网智能监控系统
引言
在智能电网快速发展的大背景下，全国200多个地级城市建设了配电自动化系统，杆变负荷监测系统、用电信息采集系统和负荷控制系统以及PMS系统等，已经采集了大量的负荷计量和电压等运行信息，归纳起来，目前国内外在配网自动化还是主要集中的两个方面：10kV及以上配网，终端用户电表集中计量，10kV专变已经纳入到负控系统，10kV公变及终端负荷纳入电量集抄系统。然而，对分布最广和最为复杂的0.4kV配电线路及高端用户群及对于低压配电线路的全面保护、全面自动化及集群优化管理方面，国内外都还没有相关研究和报道，也都没有好的手段进行全面自动化管理，这部分配电线路往往是最容易发生故障、且线损发生的最主要环节。传统的两头自动化模式非常容易忽略配网运行的潜在故障，且一旦发生故障不易快速恢复。通过台区负荷群的全面集群管理作为低压负荷一体化管控及标准化台区达标的有效手段，有文献从公变台区的运行管理方面进行了探讨，除此之外，国内外目前在这方面还没有研究机构或厂商进行深入实用化的研究和开发。
本文研究了基于负荷智能集群优化的配网台区自治管理系统，采用先进的一体化低压继电保护控制技术和三相平衡技术实现用电的高安全可靠，采用基于知识推理和人工智能的群体优化技术，实现最优路径和最优节能的台区自治管理，系统具备独特的高冗余的多路径自主选择通讯策略来达到信息的全系统共享。本文对支撑该系统的部分关键技术进行了研究，给出了整体实现方案，研发了相关设备和监控系统。
一、技术背景
由于电力电子技术在电力的广泛应用和各类新型电力负荷的接入，供电系统中增加了大量的非线性、冲击性、波动性负荷，引起电网电流、电压波形发生畸变和谐波污染，三相不平衡日趋严重，导致电能损耗加重，供电用电设备的安全性降低，削弱了电网运行的可靠性和经济性。具不完全统计，目前电力用户遭受的停电时间除去发电不足的因素外，95%以上是由于配电系统原因造成的；电力系统的损耗有近一半产生在配电网；配电网也是造成电能质量恶化的主要因素，实际供电系统中，电能质量危害主要体现在与用户密切相关的配电系统以及低压网络（400V）中，如电压跌落问题引起的设备误跳闸；短时断电现象造成计算机服务器数据丢失；谐波问题引起用户设备不正常发热等。随着智能电网的进一步发展，在用电安全可靠和经济性的基础上，对配网用电的可定制优化和互动提出了更高的要求。
当前配网用电侧遇到的问题：（1）可靠性：过负荷导致过流过热停电，各种短路故障、断线故障导致停电范围扩大；（2）安全性：三相不平衡、断零等导致电压幅值异常，损害负荷电气设备，电压畸变和谐波污染，使设备处于非常态工况；（3）经济性：负荷超额定运行线损增加，计量误差大，三相不平衡导致零序、负序功率消耗，偷漏电无法识别；（4）互动性：过负荷缺乏有效的预警通知机制，限电措施仅仅是拉闸，无法选择性的有保有限，无法利用经济手段错峰平谷；（5）自愈性：无法从超负荷、故障及非正常工况，恢复到正常安全高效供电状态，无法在一定供电区域内自治优化和管理。
因此，在低压配网面临线路过载、线路故障率高、配网电能质量下降以及线损过大等难题时，需要开发一套面向配网低压高端用户的一体化保护、调控和优化的公变用户群的负荷自治管控平台，平台实现从10kV公变到台区出线以及终端负荷的全过程自动化的用电管控，系统利用高端用户智能检测装置采集实时运行数据，同时接入用电信息采集系统和供电电压在线监测系统的电量数据、电压监测数据，实现公变台区的全局线损管理和电压电流质量管理。平台能够针对低压配电负荷实现高用电可靠性及故障预警和恢复管理，以公变台区负荷群为对象的电能损耗诊断和降损，并按照分配容量实现负荷分配控制和优化策略，最终通过技术手段实现台区的配用电的安全、节能、用电需求、电能质量需求，实现公变台区的实时安全控制、合理降损优化以及高供电质量调节的一体化自治管控。
二、技术方案
2.1系统构成
标准配置的公变一般具有三到四组低压出线，每组低压出线通过电缆和架空线向用户延伸，通过低压配电柜或分支箱接入高端大用户，对于居民用户则进一步通过小型分支箱接到楼层负荷。基于公变台区高端用户群的低压配用电一体化自治管控系统主要以配电公变、低压出线以及低压高端用户为研究对象实现配用电的全过程自动化管理。
2.2关键技术
本文研究的配网智能公变台区系统以公变台区为管理对象，在用电端配置一体化智能终端实现实时负荷调控，在控制中心设置主站系统，主站系统通过异构的通讯网络实现一体化智能终端的数据采集，以及和用电信息采集系统和供电电压在线监测系统实现无缝接口，建立具有实时控制和远程电能质量分析和线损管理的分布式高端负荷管控平台，在公变台区内形成具有一定自治性、互动性和可定制电力的用电精细化管理体系。配网智能公变台区系统的关键技术包括：
（1）面向高端用户的集成化保护控制技术。以公变低压高端大用户作为一个独立低压供电单元，通过公变高端负荷的全面集成化的用电保护方法，实现各种配电网异常和故障状态下的安全可靠用电，全面集成化用电保护包括短路、过载保护，以及断零、缺相和单相高阻对地等导致的电压失稳和电压不平衡保护，防止供电电压和电流的异常变化而烧毁用电设备，通过保护和控制手段保证供用电的连续性、可靠性和供电质量，避免冲击负荷损耗、谐波负荷损耗和不平衡负荷损耗，充分体现安全也是节能的理念。
（2）面向高端用户的可定制电力负荷控制技术研究。负荷定制功率调控技术指可定制电力智能终端可以按照用户申报的额定容量，设定超出用电比例进行单相和三相的负荷调节，可以独立设定定值浮动系数、告警次数以及重合闸次数和间隔时间等指令进行相应的控制方式和控制参数的修改，并可通过通讯方式上传到负荷控制中心，以及通过音响告警通知客户。
三相功率平衡调控技术指根据每相馈线回路的负荷用电情况，结合用电平衡的参数要求，可定制允许分路上的三相用电不平衡负荷的剩余电流，进行相应的单相负荷告警和控制。
闭环控制技术指可接收来自上级主站的跳闸控制命令，将按设定的告警延迟时间和限电时间来控制被控负荷开关，同时终端通过音响告警通知客户，并记录跳闸时间、跳闸轮次等，在显示屏应显示执行结果，并主动上报到上级主站。
（3）面向公变台区的智能通讯基站技术。依托具有丰富自适应接口的通讯技术，研制面向公变台区的智能通讯基站，实现高端用户实时运行信息的纵向采集和控制优化指令下达，为低压配用电自治管控平台提供数据采集组网，同时能够和配变检测仪实现横向数据接口和信息共享。
（4）基于负荷智能集群优化的配网台区自治管理技术。以供电区域内的所有公变台区为管理对象，实现所有公变台区的高端负荷群的实时运行情况集中监控和管理，建立基于IEC61968的一体化配电用户信息模型，接入用电信息采集系统、供电电压在线监测系统、配网自动化系统等现已有的系统数据，进行高端负荷的全局统计分析（供电可靠性统计、综合线损统计等）及供电优化。对电能质量进行实时监控采集，实现全局高端负荷的调节控制、电能质量和线损后台分析，最终实现低压配用电的一体化自治管控。
通过基于IEC61968的配电高端用户的全景信息模型，实现配电低压侧高端用户台帐资料信息、实时信息采集和历史数据存储，包括高端负荷的三相电压、电流、有功、无功、功率因数、零序电压、电流、有功电量、无功电量、电压不平衡率等实时数据；最大负载率，最高最低电压值及出现时间、最高最低电流值出现及时间，最高最低负荷值及出现时间，电压合格率，最大不平衡率及时间等历史数据。
通过配电低压线路线损计算模型、反窃电技术以及线损精细化管理技术。一般总线损为总供电量与总销售电量之差，窃电量混在线损之中无法正确反映出来，到底窃电程度多大，占多少比例，充分利用自治管理平台综合数据，通过采集到总供电量，与用户侧采集的电量对比，利用线路损耗计算模型和方法，逐级进行台区全供电过程的线损精细化分析；根据台区线损历史变化曲线和实时线损分析，找出线损率升降因素，按台区进行针对性分解统计分析，给出优化降损解决方案，实现全局线损分析和优化管控。
通过低压配电线路电能质量计算方法和电能质量控制技术，改善与用户密切相关的电能质量指标，主要为电压指标，如：电压波动，闪变，电压跌落，骤升，短时断电等。电流质量问题主要为谐波问题，它在一定程度上也可以在电压谐波中得到反映。通过低压高端用户电压质量的持续监测，结合电压跌落、电压骤升的特点，实时计算电压幅值偏移、持续时间和可能相伴出现的相位跳变，快速反映电压质量的危害程度并进行预警。通过对电压采样信号经快速傅立叶变换，得到各次谐波分量的谐波电压幅值、相角以及总谐波畸变率，利用数学方法及人工智能等技术，完成扰动的智能辨识分类，谐波源的检测与定位，给用户电能质量指标恶化提供合理的解释和指导。
通过智能停电停役管理技术，根据停电计划的停电时间和停电范围，结合一体化管控平台数据，由系统自动识别该供电范围的各用户数量和分布，实现智能自动通知预警管理。
通过低压高端负荷群的集群优化技术，对三相负荷的平衡调度和引导，实现三相线路负荷均衡以及供电路径的载荷均衡，保证供用电能量流的均衡高效，降低电能损耗，同时通过智能优化算法和经济手段调节优化负荷用电安排，实现错峰平谷，提供用电经济性。
（5）异构集成化通讯和交互接口技术。基于负荷智能集群优化的配网台区自治管理系统除了内部设备之间需要高效的信息交换外，还必须能够和上级控制中心以及直接客户之间形成信息共享和互动，这一方面是全局自动化的需求，也是智能电网提高供电效率和服务质量内在要求。本项目研究公变负荷群智能控制设备之间的全局异构通讯模型，实现智能设备对外提供快捷的集成化通讯，并提供友好的交互和访问接口，异构集成化通讯支持在各种物理通讯设备环境的多种类数据传输，包括光纤、IP网络、载波以及Zigbee等无线网技术。
2.3实施方案
基于负荷智能集群优化的配网台区自治管理系统是一个先进的面向公变台区的整体自动化解决方案。
包括以下几个方面：
（1）在公变台区自动化方面，采用终端负荷-公变出线-台区公变的三级分层分布式测量、监控和保护技术，建立基于公变配电的全过程高度自动化模型，提出基于台区的配网区域自治理念方法，实现公变台区的安全高效经济的一体化自动化平台。
（2）在自动化向低压侧延展方面，制定公变出线分路的集成化保护模型，提出面向单相负荷和三相负荷的负荷控制协同和保护策略，支持智能自动化技术进一步向终端负荷延伸。
（3）在负荷集群优化方面，提出基于人工智能的多目标优化控制策略，以安全性和全局线损为目标，实现分布式负荷群的调控。
（4）在智能监测设备方面，研制集成测量、保护、预警的一体化可定制电力智能终端装置，研制面向公变台区全局的公变智能基站装置，建立分层分布式的公变台区区域自治优化管理平台。
基于负荷智能集群优化的配网台区自治管理系统作为新一代公变负荷可定制管理思想和手段，其相对传统的粗放式供配电管理具有不可比拟的优势，其是融合了传感器技术、自动化控制技术、集群优化技术及网络通讯技术等于一体的先进实时运行管理平台。
基于负荷智能集群优化的配网台区自治管理系统通过在每一个公变大负荷安装可定制电力智能终端，每个公变台区安装公变智能基站，实现公变负荷群的自治优化、调节和控制管理，在负荷群区域自治管理的基础上实现一定程度的用电负荷与控制中心的互动，大大减轻配网自动化的系统的复杂性，同时提高可靠性。随着无线通信、宽带光纤及电力载波等通讯技术和通信成本减低，公变智能基站将负荷运行实时信息、重要状态信息以及告警信息等及时传送到负荷管理中心和配网自动化系统。
基于负荷智能集群优化的配网台区自治管理系统根据配网公变的管理现状和管理要求，结合智能配网关键技术的发展和应用，针对配网公变对象研究大规模低压配电用户的用电自动化、群控和优化等关键技术，并利用先进计量、通讯、控制和信息技术，设计构建面向配网公变的集群、智能和自治管理平台，通过与配网控制中心的即时通信，实现配网公变的全面自动化，高度精细化以及高效节能的运行管理。
结束语
本项目的研究成果是对智能配网建设的实用化研究，围绕公变台区进行精细化的保护和控制，实现了高端大用户配用电信息的可观、可测，供电可靠性增加，损耗降低，电能质量提升。本文系统在一些关键指标上达到国际领先水平，同时完全符合我国配网的特点和智能化需求，在我国公变台区的全供电过程自动化方面将获得广泛应用。
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