2024配電網(wǎng)全景信息感知架構設計方案

配電網(wǎng)全景信息感知架構設計2024引言補[2]、信息物理深度融合[3]的全新發(fā)展階段。電力信息的爆發(fā)式增長需要更加輕量級的數(shù)據(jù)管理框架[4]，新興業(yè)務的快速擴展需要更加開放的應用結構[5]，時空能源的實時互補需要去中心化的協(xié)調手段國外電力機構開展了大量基于配電信息感知AppEnergy1000座市政建筑能耗進行全面的數(shù)字化監(jiān)國內配電信息感知系統(tǒng)建設雖然滯后，但是“十一五”到“十三五”期間在配電領域大面積推廣了多種類智能配電設備[13-14]，大范圍試點建設了由多個獨立業(yè)務系統(tǒng)組成的綜合信息系統(tǒng)[15-16]。但是各業(yè)務系統(tǒng)在擴展升級的過程中遇到了難以解決的發(fā)展瓶頸：建設運維方面，傳統(tǒng)的以新增主站和終端適應新需求的方式帶來了巨大的建設運維成本[17]；數(shù)據(jù)采集方面，配電感知的“最后一公里”問題尚未完全解決，量測配置既局部重復冗余又總體可觀測性不足在模型定義、數(shù)據(jù)類型、采集頻度等方面缺乏協(xié)同希望以技術、應用方面的嘗試和修正，推動配電感知系統(tǒng)走向成熟和完善。配電感知系統(tǒng)架構架構設計為解決傳統(tǒng)配電感知系統(tǒng)架構存在的主要問

按照分層分域的機制調整系統(tǒng)架構。3個信息域。其中，線路域以單條饋線為單10/0.4kV配電變壓器的10/0.4kV配電31所示。區(qū)域自治為從數(shù)據(jù)源頭打破多個量測系統(tǒng)之間割裂封閉狀態(tài)，需要對原有數(shù)據(jù)架構進行重構，實現(xiàn)面向云邊協(xié)同邊緣計算不是單一的部件，也不是單一的層次，而是以多體協(xié)同的方式解決低時延、大帶寬、大連接、本地化等需求的計算組合形態(tài)。各信息域2295圖1信息感知系統(tǒng)架構演進路線圖Fig.1Roadmapofmeasurementsystemarchitecture形成統(tǒng)一有序的新數(shù)據(jù)源。主站層主要與邊緣計算而不同信息域之間原則上不進行本地直接通信，以降低信息交互的復雜度。與此同時，主站層也向統(tǒng)一的開放式平臺化載體演進，并通過平臺微服務功能的集成和調用，實現(xiàn)對業(yè)務創(chuàng)新模式和生產組織方式的重構。差異配置綜合分析各信息域的網(wǎng)架結構和業(yè)務特點，其對應的交互架構和功能配置也存在技術差異。交互架構緣計算終端，將數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯聚并接入主站層。并上傳主站層的組網(wǎng)方式。功能配置

APP的方式實現(xiàn)不同信息域的業(yè)務應用，并組合形成基于差異化性能參數(shù)、數(shù)據(jù)計算、功能形態(tài)的不同等級的區(qū)域自治能力。除邊緣計算終端外，末端量測終端的具體設備選型也采取差異化、個性化配置思路，根據(jù)一次設備、供電質量和現(xiàn)場條件，選取不配置模式、簡潔模式、標準模式、擴展模式等多種設備系列配置模式，有選數(shù)據(jù)交互2所示，各域主要數(shù)據(jù)交互AA1。3類，包括優(yōu)先級最高的即時上傳信息，圖2信息感知系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構Fig.2Dataflowofmeasurementsystem測信息，如電能計量與歷史數(shù)據(jù)。程信息上傳主站層。本地計算結果將上傳至主站層。電分析等工作。技術演進重點為實現(xiàn)從現(xiàn)有感知系統(tǒng)向分層分域的新型感知系統(tǒng)架構演進，需要在主站建設、終端研制、通

信選擇、模型完善等方面重點演進升級。業(yè)務主站云化感知系統(tǒng)從現(xiàn)有業(yè)務主站向統(tǒng)一采集平臺演進，考慮到對已有資產的保護和現(xiàn)有電網(wǎng)業(yè)務的穩(wěn)定，建議充分利用原有系統(tǒng)基礎，采用各業(yè)務主站云化的方式實現(xiàn)量測系統(tǒng)的統(tǒng)一采集。現(xiàn)有業(yè)務主站由于早期建設背景不同，向云主站演進的路線必然不同，可以分別采用基礎架構上云、容器改造上云和應用改造上云等多種策略等，對于涉及共享數(shù)據(jù)及與其他應用服務調用的部分應進行微服務化，系統(tǒng)界面通過平臺統(tǒng)一集成。量測終端智能化各信息域的邊緣計算終端在硬件方面采用平對于信息域內的其他量測設備，則需盡快提升標準化和免維護方面的能力，具體內容包括：完善配電感知設備技術標準體系。優(yōu)化設備序列，簡化設備類型，提高配電網(wǎng)感知設備通用性和互換性。

表1本地設備接入需求Table1Accessrequirementsofproximitynetworks設備接入需求對傳統(tǒng)感知設備進行智能化改造，以外、便于現(xiàn)場安裝的低壓感知終端，支持設備的自動本地通信網(wǎng)建設配電網(wǎng)應用環(huán)境復雜，業(yè)務承載需求多樣，本

信息域 主要設備

實時性、可靠性線路域較多多可靠性線路域較多多長長高較高高較低開關類少短較高高臺區(qū)域無功補償少短較低較低傳感類少短較低較低采集類多長較低較低用戶域光伏類較少長較高較高充電樁較少長較高較高通信方式都不能完全滿足業(yè)務需求。1所示。線路域宜通過微功率無線通信方式完成本地通信網(wǎng)組網(wǎng)，實現(xiàn)感知設備的接入；臺區(qū)域可采用電力線載波與無線的雙模通信，解決通信盲點的接入問題，用戶域為滿足充電樁/分布式電源量測裝置的接入，NB-IoT、LoRa等無線通信方式或寬帶載波還將持續(xù)優(yōu)化組網(wǎng)方案，提供更加可靠、快捷、靈活的數(shù)據(jù)傳輸能力。信息模型完善配電狀態(tài)感知和建模仿真需要以統(tǒng)一信息模型為基礎?，F(xiàn)有信息模型尚不能完全覆蓋所有量測數(shù)據(jù)，且模型靈活性仍不足。信息模型范圍上需覆表計模型，還需涉及主站層的一二次設備模型、網(wǎng)絡拓撲模型以及業(yè)務應用模型等。模型完善需要從即插即用、設備互聯(lián)、量測上送、指令下發(fā)等業(yè)務為配電云化主站設計、邊緣計算數(shù)據(jù)描述、末端終端設備研發(fā)以及自下而上全流程的數(shù)據(jù)交互提供可快速開發(fā)、即插即用、高效傳輸?shù)臉藴室?guī)范。應用實踐本章以臺區(qū)域為例，介紹配電臺區(qū)側的感知信息系統(tǒng)改造建設改造應用，重點提升數(shù)據(jù)覆蓋廣度

和應用深度，解決臺區(qū)長期存在的低壓供電可靠性和主動精準運維檢修問題。總體建設架構3設備互聯(lián)臺區(qū)智能融合終端通過端口與協(xié)議的對應關系和物理地址約定，實現(xiàn)低壓智能設備與臺區(qū)智能融合終端的接入自動化。臺區(qū)智能融合終端規(guī)定端口和協(xié)議的對應關系，使得各低壓設備按照約定地址段配置通信地址，實現(xiàn)互聯(lián)。終端運行的數(shù)據(jù)采APP平臺接入邊緣設備管理組件是連接臺區(qū)智能融合終端APP管理APP101/104APP與平臺進行數(shù)據(jù)交互。主站應用對原有配電主站系統(tǒng)采用微服務架構改造和應用上云策略，在統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型、技術標準和框架圖3臺區(qū)域總體建設架構Fig.3Constructionarchitectureoftransformerarea電動汽車有序充電等新型業(yè)務，對內實現(xiàn)原有配電業(yè)務，滿足需求快速響應、應用彈性擴展等要求。終端差異化配置臺區(qū)側差異化配置主要由臺區(qū)配套設施的部APPAA2。

變和一般專變用戶。2299電能質量綜合治理、配電站房視頻監(jiān)控等功能，適應用成效提升臺區(qū)運行監(jiān)測能力臺區(qū)智能融合終端極大地拓展了臺區(qū)域狀態(tài)200個，基1~5min內獲取，常態(tài)數(shù)據(jù)的采集周期壓縮15min2020年底，臺區(qū)智能融合終13萬個臺區(qū)實現(xiàn)配電運行工況和設備狀態(tài)270s3047%。擴展數(shù)據(jù)本地處理能力改造后的臺區(qū)域信息感知系統(tǒng)具有更完善的連接配置和管理能力。以擴展型終端配置為例，其數(shù)據(jù)采集周期為15min，單日數(shù)據(jù)采集量約為10.5MB，經(jīng)過本地處理后，單日上傳數(shù)據(jù)縮減至507kB95.2%?；夂椭C波問題，試點地區(qū)配變側電壓合格率提高1.8%46%。提高業(yè)務響應實現(xiàn)能力在云主站層面，相較于傳統(tǒng)主站功能更新帶來的系統(tǒng)停運和大量現(xiàn)場準備工作，云化遷移的微服務系統(tǒng)只需升級對應模塊，不影響其他業(yè)務功能，系統(tǒng)升級頻率從月度或年度縮短至每日或每周；在邊緣節(jié)點層面，臺區(qū)智能融合終端提供現(xiàn)場級的實時計算、存儲和通信機制，應用封裝大量基礎功能的邊緣APP也進一步降低業(yè)務功能開發(fā)部署難度，提高實施應用效率，終端功能升級也從現(xiàn)場的模塊插拔改為遠距離零接觸的APP下載模式，軟件更新時間可縮短至1min。提升源網(wǎng)荷儲協(xié)調能力通過臺區(qū)智能融合終端對光伏并網(wǎng)點狀態(tài)進行監(jiān)測，對分布式電源的特性進行跟蹤研究，分析

展望配電網(wǎng)感知系統(tǒng)從原來的以專業(yè)系統(tǒng)為基礎IT3個方面，當其中任何一表A1配電網(wǎng)主要數(shù)據(jù)交互情況TableA1Maindataofdistributionnetwork信息域量測對象數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)項電壓、電流、有功、無功、電量電氣量 故障錄波環(huán)網(wǎng)柜/統(tǒng)計/歷史數(shù)據(jù)柱上開關開關位置、故障信號、儲能信號、遠方/就地保護狀態(tài)量接頭溫度、局放信號、接地泄露電流、氣體壓力環(huán)境量溫度、濕度、煙感、門禁傳感器線路域電纜狀態(tài)量接頭溫度、局放信號、絕緣、通道狀態(tài)（溫度、濕度、氣體）架空線狀態(tài)量絕緣狀、通道狀態(tài)（異物、車輛、桿塔狀態(tài)電氣量并網(wǎng)點/公共連接點電壓、電流、功率因數(shù)、有功、無功分布式電源狀態(tài)量并網(wǎng)點/公共連接點開關狀態(tài)、故障保護信息環(huán)境量溫度、濕度、光照、風力電氣量公共連接點電壓、電流、功率因數(shù)、有功、無功充電樁/站狀態(tài)量公共連接點開關狀態(tài)、故障保護信息環(huán)境量溫度、濕度電氣量電壓、電流、有功、無功、電量配電變壓器狀態(tài)量分接頭位置、故障信號、接頭溫度、局放信號、油位、振動、噪聲、接地泄露電流環(huán)境量溫度、濕度、煙感、門禁、視頻

低壓設備戶表低壓分布式電源低壓充電樁/站戶表低壓分布式電源

電氣量 電壓、電流狀態(tài)量 開關狀態(tài)、故障信號、告警信息電氣量 狀態(tài)量 告警信息電氣量 狀態(tài)量 并網(wǎng)點/公共連接點開關狀態(tài)、故障保護信息環(huán)境量 溫度、濕度、光照、風力電氣量 狀態(tài)量 公共連接點開關狀態(tài)、故障保護信息環(huán)境量 溫度、濕度電氣量 狀態(tài)量 告警信息電氣量 狀態(tài)量 并網(wǎng)點/公共連接點開關狀態(tài)、故障保護信息環(huán)境量 溫度、濕度、光照、風力電氣量 狀態(tài)量 公共連接點開關狀態(tài)、故障保護信息環(huán)境量 溫度、濕度電氣量 狀態(tài)量 居民用戶智能家居開關狀態(tài)表A2臺區(qū)智能融合終端差異化配置表TableA2Differentiatedconfigurationofsmartdistributiontransformerterminal類型 配套設施 交互數(shù)據(jù) 功能配置 適用范配變側：1、三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功(2~19次)(頻15min)。2、諧波統(tǒng)計數(shù)據(jù)(頻度1d)。簡潔型 智能電表智能斷路器

3、停電告警、三相不平衡告警、無功過補、欠補告警(實時上報)。分支側：1、電容器容量狀態(tài)(頻度15min)。2、斷路器電壓、電流(頻度15min)。用戶側：1、電壓、電流、有功功率、無功功率(15min)。2、停上電事件(實時推送)。3、正/反向有功電能示值(1d)配變側：1、溫濕度、煙感、柱頭溫度、線纜溫度，變壓器油溫等環(huán)境數(shù)據(jù)。分支側：1SVG(15

開關運行監(jiān)測臺區(qū)環(huán)境運行監(jiān)測

一般專變城市

充電樁分布式能源電能質量治理視頻監(jiān)控裝置AI加速模塊

min)。2、換相開關功率、相位、運行狀態(tài)(頻度15min)。15min)。4、無功補償節(jié)能總電量、電容支路投切次數(shù)(頻度1d)。在標準型基礎上，增加交互數(shù)