配電網透明化技術探索與應用

配電網透明化技術與應用國網山東電科院孫勇2023年8月電網智囊團電網智囊團配電網透明化設備透明運行狀態(tài)實時感知健康狀態(tài)定時感知模型配置自描述功能動作邏輯組態(tài)環(huán)境透明配電網透明化設備透明運行狀態(tài)實時感知健康狀態(tài)定時感知模型配置自描述功能動作邏輯組態(tài)環(huán)境透明設備微氣象感知空間有毒氣體感知核心：狀態(tài)全面感知與最小化采集與即插即用方向：需求與問題導向，分步實施小型化、易安裝、少配置、免維護主動運檢支撐配電自動化配電信息化主動運檢支撐配電自動化設備狀態(tài)評價配電網透明化網架透明拓撲相序自動識別空間位置坐標可視關鍵設備外觀可視重要線路通道可視低壓透明化現(xiàn)狀及問題：低壓透明化低壓透明化現(xiàn)狀技術路線：臺區(qū)融合終端+各類端設備關+出線開關(不全),配電室/開關柜/分支箱的狀態(tài)及環(huán)境量中間分支箱未監(jiān)測，末端戶表通過營配融合接入問題所監(jiān)測設備覆蓋不全，且監(jiān)測信息少實時性差，通信網速率低且不可靠成本相對偏高，不適合規(guī)模應用推廣架構接口不靈活，接入及擴展困難缺少低成本、小型化、低功耗、無線微功率通信、長壽命的系列傳感器中壓透明化現(xiàn)狀及問題：中壓透明化中壓透明化現(xiàn)狀技術路線：配電自動化終端(集成部分設備狀態(tài)監(jiān)測功能)分支、分界開關電氣量；開關部分非電氣量。中壓物聯(lián)化終端(xTU)前期已進行技術研究和少量試點，行波定位開始應用。問題一二次融合深度仍不足，設備狀態(tài)量監(jiān)測數(shù)量少，有效性驗證不充分終端物聯(lián)網化技術方案尚未統(tǒng)一測控保護邏輯日益復雜，但各廠家的實現(xiàn)不透明、不統(tǒng)一，驗證、升級難一二次接口未全面數(shù)字化，無法支撐數(shù)字化狀態(tài)量采集的靈活擴展。設備狀態(tài)監(jiān)測發(fā)展滯后，技術、產品、方案尚未全面范賽爾電氣現(xiàn)狀及問題：最小化精準采集+數(shù)字化計算推演配電物聯(lián)網平臺(云主站)/用電信息采集平臺研器內涵：只需采集配電網首端和末端研器電氣量，其它節(jié)點狀態(tài)基于拓撲進行計算推演。環(huán)網柜箱變環(huán)網柜箱變柱上變網；有源配電網潮流動態(tài)變化，難以應用。分支箱局限性：不能實時同步獲取首、末分支箱端節(jié)點的電氣量，無法有效支持數(shù)字計算推演。實時采集開關柜出線、分支箱進出線開關等關鍵節(jié)點的運行狀態(tài)。電網智囊團低壓透明化：主要開關設備配電柜：主要有抽屜式低壓柜)、固定式低壓柜(GGD型號JP柜JP柜的問題。低壓電纜分支箱：每個分支箱一般配置4~6回出線，多采用塑殼開關。指一酒指一酒配電房/JP柜配電房/JP柜表箱面##普通斷路器通通(第1級)(第1級)(第3級)(第2級)新路關,關,人電圓智囊團低壓透明化：主從式監(jiān)測模塊特點：主模塊負責集中對上載波通信，對下RS485接入從模塊；主從模塊均監(jiān)測一路電氣量。不足：主模塊功能綜合，通信匯集與數(shù)據(jù)處理功能有限，不方便擴展；對下為半雙工通信，不支持從模塊事件主動上報。4G4GLTE無線/光纖特點：多路合一(6路，最多8路),整體尺寸小，云平臺云平臺配電柜/JP柜/分支箱建設：1個低壓柜/分支箱/表箱加裝1套LTU(含拓撲識別模塊)。電圓智囊團指監(jiān)是重元監(jiān)藏事元監(jiān)是爭元大情R名感元指監(jiān)是重元監(jiān)藏事元監(jiān)是爭元大情R名感元低壓透明化：山東新方案--低壓饋線監(jiān)測裝置(三合一)低壓饋線監(jiān)測裝置由通信單元、電源模塊、監(jiān)測單元3部分組成。以配電柜為整體監(jiān)測對象，綜合考慮柜內成組開關就地集中監(jiān)測的需求，采用最小化采集、最小化接線、最小化配置和最大化復用(三小一大)的設計原則。翻:重翻翻CAN經塊(2牌)單元支監(jiān)單冊2相冊2相4C電圓智囊團低壓透明化：低壓饋線監(jiān)測裝置(三合一)2.級聯(lián)的公共母線，復用信號采集、通信總線和電源等；3.獨立的通信單元，分層通信提升靈活性、適應性和擴展性；4.全雙工高速現(xiàn)場總線(CAN);5.選用新型高精度且安全CT(毫安級，固定變比5000/1),取代普通6.融合終端配套拓撲自動識別、相序與相位識別、高精度對時等APP。盤低壓透明化：低壓饋線監(jiān)測裝置(三合一)1.通信功能靈活擴展，如擴展Wifi、微功率無2.作為小型通信網關，屏蔽各類終設備/傳感器接入融合終端的接口、規(guī)約等差異。3.虛擬回路采集，成組用于一個配電柜監(jiān)測時，進線回路實時狀態(tài)可計算生成。4.集成端側加密芯片(監(jiān)測單元不需要),與融合終端安全交互。通信單元應用模式1)存量開關組合使用：接入多組電源模塊和監(jiān)測單元，用于監(jiān)測一個或多個配電柜；2)增量開關單獨使用：直接接入低壓智能斷路器；3)其它獨立使用：接入其它智能傳感裝置、傳感器，可提供直流電源，如用于配電室環(huán)境或設備狀態(tài)量監(jiān)測。電圓智囊團低壓透明化：低壓饋線監(jiān)測裝置(三合一)電源模塊1.級聯(lián)總線首端：為監(jiān)測單元提供直電源模塊流電源、CAN通信、電壓小信號；AC220V/AC2.2V,電壓信號接自配電柜進線。3.CAN總線級聯(lián)：兩個CAN總線插口。4.外部斷電警示：后備電源供電時輸出電壓下降至DC10V。5.典型配置方式：一個配電柜一個電源模塊，最多接入10個監(jiān)測單元。電網智囊團低壓透明化：低壓饋線監(jiān)測裝置(三合一)1.級聯(lián)總線：級聯(lián)直流電源、CAN通信、電壓小信號；內部直通。2.采用高固定變比CT(5000/1):6針插口接入，開路風險小，接線快捷，變比免配置。3.拓撲識別：接入開關出線B相電壓及中性線，用于特征電流信號注入。4.相序識別：就地相序就別，供融合終端結合拓撲生成三相接線圖。5.開關狀態(tài)判別：B相電壓信號輔助判別開關狀態(tài)；2個遙信點可接入開關輔助接點。6.雙向選中功能：方便通過現(xiàn)場配置工具進行監(jiān)測單元與開關的綁定。監(jiān)測單元電網智囊團低壓透明化：低壓饋線監(jiān)測裝置(三合一)1.級聯(lián)總線：總線插口，左公右母，內部直通；級聯(lián)直流電源、CAN通信、電壓小信號。2.載波模塊透傳模式：載波模塊不核對645的通信地址是否與376.2通信地址相一致。3.高速全雙工現(xiàn)場總線(CAN總線):高速雙向通信(500kbps/s),沖突避讓機制、通異常退出保護，監(jiān)測單元事件主動上報。4.通信配置簡單：融合終端僅需配置通信單元通信地址，監(jiān)測單元通信地址由通信單元就地組網后上報。5.通信及監(jiān)測單元遠程升級：監(jiān)測單元需通過監(jiān)測單元實現(xiàn)批量升級。 電圓智鬣團低壓透明化：低壓饋線監(jiān)測裝置(三合一)網絡安全防護：1.防護必要性：大量低壓分布式資源接入，源網荷儲互動和遠程遙控，需具備網絡安全防護能力。2.防護目標：融合終端在對上接入認證和通信加密的基礎上，強化對下端設備的網絡安全防護能力，不需人工現(xiàn)場額外配置。3.防護方式：通信單元集成網絡安全芯片，負責與融合終端間接入認證與交互信息加解密。4.透明加密：與現(xiàn)有協(xié)議(645)兼容；采用載波傳模式，不改變載波通信協(xié)議(376.2)。低壓透明化：配電室環(huán)境及設備狀態(tài)監(jiān)控設計配電室監(jiān)控裝置：1.應用需求：1路攝像頭、環(huán)境溫濕度，水浸、煙感，設備及接頭溫度(若于至30個)等；燈控、風機、排水等聯(lián)動控制等。2.設計約束：成本經濟、質量可靠，安裝與配置簡3.通信方式：集成加密芯片，對上接入融合終端；對下以微功率無線、RS485為主。4.計劃方案：內部集成攝像頭、環(huán)境溫濕度、煙感、多路I/0;無線接入溫度、水浸傳感器、遙控開關等。電網智囊團零排溫度煙露水漫低壓透明化：應用場景及成效探索8項應用場景探索，低壓配網實現(xiàn)“兩升兩降”(電壓合格率提升、供電可靠性提升；萬戶投訴率下降、萬戶報修率下降)。1.電壓質量精準治理實時監(jiān)測變壓器出口、分支開關電壓，通過營配貫通監(jiān)測用戶側電壓數(shù)據(jù)，精準研判過國網”移動應用派發(fā)主動運檢工單，提高電壓質量精準治理主動監(jiān)視配變臺區(qū)供電能力、電壓質量、經濟運行、設備運行環(huán)境和停電信息等，電壓質量取得明顯提升，低電壓用戶降低91%,過電壓用戶降低87%。電圓智囊團低壓透明化：應用場景及成效2.三相不平衡治理1)配變三相負荷不平衡實時監(jiān)測統(tǒng)計分析。2)基于拓撲、相位關系及三相電流，通過歷史數(shù)據(jù)分析，給出臺區(qū)三相不平衡合理分配方案，指導現(xiàn)場人員調整負荷。相不平衡快速響應及本地治理。成效：實現(xiàn)對臺區(qū)狀態(tài)從配電設備到客戶設備的健康智能感知和分析診斷，客觀、全面的反映配電臺區(qū)綜合能效情況；綜合研判臺區(qū)健康運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)亞健康狀態(tài)的配變臺區(qū)，應用推廣后三相不平衡率20%以上臺區(qū)數(shù)量下降81%。低壓透明化：應用場景及成效3.臺區(qū)無功精益管理1)及時定位臺區(qū)、出線、低壓線路功率因數(shù)監(jiān)測及無功異常問題。2)監(jiān)測分析無功裝置投切及成效，解決無功裝置配置是否合適，運行是否正常等無法感知的問題。3)探索應用融合終端開展臺區(qū)集中補償與低壓分布式無功協(xié)同自動控制策略，解決臺區(qū)無功異常大，集中補償難以補償成效：有效減小電網無功潮流，提高無功補償精確程度，減少網損和改善電壓質量，提高設備利用效率，提高功率因數(shù)。實現(xiàn)功率因數(shù)0.85以下臺區(qū)清零，低于0.9的臺區(qū)下降82%。2003條公變26773臺無功補償裝置17880臺線路教置線路教置0臺第14臺電廁智囊團低壓透明化：應用場景及成效4.重過載治理1)感知并分析定位臺區(qū)及分支線重過載等異常。2)臺區(qū)出線總開關和聯(lián)絡開關，根據(jù)季節(jié)負荷特點調整同一配電室多臺配變運行方式。成效：為配變增容、負重過載臺區(qū)數(shù)量，提高重過低壓透明化：應用場景及成效5.諧波監(jiān)測分析異漿監(jiān)測采集配變、低壓分支線、光伏用戶2-21次諧波，就地計算各節(jié)點諧波含量并告警。根據(jù)諧波強度探索諧波源定位分析。成效：有效的提高電網運行監(jiān)控水平，減少配電網運行異常與問題定位時間，提高設備正常供電恢復速度，提高供電質量。SE電室下電期智囊團低壓透明化：應用場景及成效6.低壓拓撲自動校驗1)硬件電流注入法實現(xiàn)拓撲自動識別；2)軟件檢測突變電流實現(xiàn)拓撲自動識別。成效：自動生成變壓器及各級分支之間的拓撲關系，低壓網架調整后系統(tǒng)圖?？勺赃m應調整。累計在2192個臺區(qū)部署，拓撲識別效率提升95%,圖模準確率達100%。低壓透明化：應用場景及成效7.低壓故障研判和主動搶修供電服務指揮系紙供電服務指揮系紙成效：為配網運行與供電服務提供快速響應、處理的手段，縮短配網異常情況的響應處理時間，減少用戶停電時間，進一步提升供電可靠性。m-低壓故障停電平均復電時m-m電廁智囊團類投訴同比下降95%。電廁智囊團低壓透明化：應用場景及成效8.可開放容量動態(tài)管控與低壓業(yè)擴輔助分析1)以變壓器和低壓分支三相平衡度的精準監(jiān)測為基礎，依托低壓配網拓撲關系，計算變壓器和分支的可開2)通過分析接入用戶容量及接入臺區(qū)運行情況，為業(yè)擴接入提供接入相別、接入位置建議，減少用戶造成成效：通過對臺區(qū)內各分支線路歷史數(shù)據(jù)的分析計算，可以根據(jù)不同的用電需求給出科學、合理的接帶方20min,為優(yōu)化營商環(huán)境提供助力。電網智囊團主站數(shù)字式終端開關局放信號刀主站數(shù)字式終端開關局放信號刀閘狀態(tài)開關絕緣對側三相電壓狀態(tài)國家電網有限公司中壓透明化：物聯(lián)網化終端(國家電網有限公司一二次融合柱上開關一二次融合柱上開關電圓智囊團電圓智囊團>裝置電源故障誤判問題電能質量問題故障誤判問題電能質量問題1.全面監(jiān)測網側與源側三相電壓；運行安全問題2.強化反孤島保護，網側失電開關分閘；運行安全問題3.源側有壓開關閉鎖合閘；4.停電作業(yè)時，開關分位并閉鎖合閘。1.1.潮流正方向為網側流向源側，線路轉供后自動調整；2.開關電流保護及過流告警判別電流方向，主站故障定位綜合電流方向；3.小電流接地系統(tǒng)中，分布式電源潮流對接地故障判別無影響，但開關潮流方向應配置正確。1.1.監(jiān)測分布式電源接入點電能質量水平；2.分析分布式電源運行對電能質量影響。斷路斷路器式世截器次融世截器雙側三相全電壓采集內置或集成隔離刀閘位置終端硬壓板狀態(tài)開關位置機械閉鎖狀態(tài)接入點保護功能電能質量監(jiān)測測控與電能質量雙點表數(shù)字式次融期面向新型配電系統(tǒng)，柱上所有開關應具備網源分界功能圓團開關狀態(tài)監(jiān)測