配电网透明化技术探索与应用

配电网透明化技术与应用国网山东电科院孙勇2023年8月电网智囊团电网智囊团配电网透明化设备透明运行状态实时感知健康状态定时感知模型配置自描述功能动作逻辑组态环境透明配电网透明化设备透明运行状态实时感知健康状态定时感知模型配置自描述功能动作逻辑组态环境透明设备微气象感知空间有毒气体感知核心：状态全面感知与最小化采集与即插即用方向：需求与问题导向，分步实施小型化、易安装、少配置、免维护主动运检支撑配电自动化配电信息化主动运检支撑配电自动化设备状态评价配电网透明化网架透明拓扑相序自动识别空间位置坐标可视关键设备外观可视重要线路通道可视低压透明化现状及问题：低压透明化低压透明化现状技术路线：台区融合终端+各类端设备关+出线开关(不全),配电室/开关柜/分支箱的状态及环境量中间分支箱未监测，末端户表通过营配融合接入问题所监测设备覆盖不全，且监测信息少实时性差，通信网速率低且不可靠成本相对偏高，不适合规模应用推广架构接口不灵活，接入及扩展困难缺少低成本、小型化、低功耗、无线微功率通信、长寿命的系列传感器中压透明化现状及问题：中压透明化中压透明化现状技术路线：配电自动化终端(集成部分设备状态监测功能)分支、分界开关电气量；开关部分非电气量。中压物联化终端(xTU)前期已进行技术研究和少量试点，行波定位开始应用。问题一二次融合深度仍不足，设备状态量监测数量少，有效性验证不充分终端物联网化技术方案尚未统一测控保护逻辑日益复杂，但各厂家的实现不透明、不统一，验证、升级难一二次接口未全面数字化，无法支撑数字化状态量采集的灵活扩展。设备状态监测发展滞后，技术、产品、方案尚未全面范赛尔电气现状及问题：最小化精准采集+数字化计算推演配电物联网平台(云主站)/用电信息采集平台研器内涵：只需采集配电网首端和末端研器电气量，其它节点状态基于拓扑进行计算推演。环网柜箱变环网柜箱变柱上变网；有源配电网潮流动态变化，难以应用。分支箱局限性：不能实时同步获取首、末分支箱端节点的电气量，无法有效支持数字计算推演。实时采集开关柜出线、分支箱进出线开关等关键节点的运行状态。电网智囊团低压透明化：主要开关设备配电柜：主要有抽屉式低压柜)、固定式低压柜(GGD型号JP柜JP柜的问题。低压电缆分支箱：每个分支箱一般配置4~6回出线，多采用塑壳开关。指一酒指一酒配电房/JP柜配电房/JP柜表箱面##普通断路器通通(第1级)(第1级)(第3级)(第2级)新路关,关,人电圆智囊团低压透明化：主从式监测模块特点：主模块负责集中对上载波通信，对下RS485接入从模块；主从模块均监测一路电气量。不足：主模块功能综合，通信汇集与数据处理功能有限，不方便扩展；对下为半双工通信，不支持从模块事件主动上报。4G4GLTE无线/光纤特点：多路合一(6路，最多8路),整体尺寸小，云平台云平台配电柜/JP柜/分支箱建设：1个低压柜/分支箱/表箱加装1套LTU(含拓扑识别模块)。电圆智囊团指监是重元监藏事元监是争元大情R名感元指监是重元监藏事元监是争元大情R名感元低压透明化：山东新方案--低压馈线监测装置(三合一)低压馈线监测装置由通信单元、电源模块、监测单元3部分组成。以配电柜为整体监测对象，综合考虑柜内成组开关就地集中监测的需求，采用最小化采集、最小化接线、最小化配置和最大化复用(三小一大)的设计原则。翻:重翻翻CAN经块(2牌)单元支监单册2相册2相4C电圆智囊团低压透明化：低压馈线监测装置(三合一)2.级联的公共母线，复用信号采集、通信总线和电源等；3.独立的通信单元，分层通信提升灵活性、适应性和扩展性；4.全双工高速现场总线(CAN);5.选用新型高精度且安全CT(毫安级，固定变比5000/1),取代普通6.融合终端配套拓扑自动识别、相序与相位识别、高精度对时等APP。盘低压透明化：低压馈线监测装置(三合一)1.通信功能灵活扩展，如扩展Wifi、微功率无2.作为小型通信网关，屏蔽各类终设备/传感器接入融合终端的接口、规约等差异。3.虚拟回路采集，成组用于一个配电柜监测时，进线回路实时状态可计算生成。4.集成端侧加密芯片(监测单元不需要),与融合终端安全交互。通信单元应用模式1)存量开关组合使用：接入多组电源模块和监测单元，用于监测一个或多个配电柜；2)增量开关单独使用：直接接入低压智能断路器；3)其它独立使用：接入其它智能传感装置、传感器，可提供直流电源，如用于配电室环境或设备状态量监测。电圆智囊团低压透明化：低压馈线监测装置(三合一)电源模块1.级联总线首端：为监测单元提供直电源模块流电源、CAN通信、电压小信号；AC220V/AC2.2V,电压信号接自配电柜进线。3.CAN总线级联：两个CAN总线插口。4.外部断电警示：后备电源供电时输出电压下降至DC10V。5.典型配置方式：一个配电柜一个电源模块，最多接入10个监测单元。电网智囊团低压透明化：低压馈线监测装置(三合一)1.级联总线：级联直流电源、CAN通信、电压小信号；内部直通。2.采用高固定变比CT(5000/1):6针插口接入，开路风险小，接线快捷，变比免配置。3.拓扑识别：接入开关出线B相电压及中性线，用于特征电流信号注入。4.相序识别：就地相序就别，供融合终端结合拓扑生成三相接线图。5.开关状态判别：B相电压信号辅助判别开关状态；2个遥信点可接入开关辅助接点。6.双向选中功能：方便通过现场配置工具进行监测单元与开关的绑定。监测单元电网智囊团低压透明化：低压馈线监测装置(三合一)1.级联总线：总线插口，左公右母，内部直通；级联直流电源、CAN通信、电压小信号。2.载波模块透传模式：载波模块不核对645的通信地址是否与376.2通信地址相一致。3.高速全双工现场总线(CAN总线):高速双向通信(500kbps/s),冲突避让机制、通异常退出保护，监测单元事件主动上报。4.通信配置简单：融合终端仅需配置通信单元通信地址，监测单元通信地址由通信单元就地组网后上报。5.通信及监测单元远程升级：监测单元需通过监测单元实现批量升级。 电圆智鬣团低压透明化：低压馈线监测装置(三合一)网络安全防护：1.防护必要性：大量低压分布式资源接入，源网荷储互动和远程遥控，需具备网络安全防护能力。2.防护目标：融合终端在对上接入认证和通信加密的基础上，强化对下端设备的网络安全防护能力，不需人工现场额外配置。3.防护方式：通信单元集成网络安全芯片，负责与融合终端间接入认证与交互信息加解密。4.透明加密：与现有协议(645)兼容；采用载波传模式，不改变载波通信协议(376.2)。低压透明化：配电室环境及设备状态监控设计配电室监控装置：1.应用需求：1路摄像头、环境温湿度，水浸、烟感，设备及接头温度(若于至30个)等；灯控、风机、排水等联动控制等。2.设计约束：成本经济、质量可靠，安装与配置简3.通信方式：集成加密芯片，对上接入融合终端；对下以微功率无线、RS485为主。4.计划方案：内部集成摄像头、环境温湿度、烟感、多路I/0;无线接入温度、水浸传感器、遥控开关等。电网智囊团零排温度烟露水漫低压透明化：应用场景及成效探索8项应用场景探索，低压配网实现“两升两降”(电压合格率提升、供电可靠性提升；万户投诉率下降、万户报修率下降)。1.电压质量精准治理实时监测变压器出口、分支开关电压，通过营配贯通监测用户侧电压数据，精准研判过国网”移动应用派发主动运检工单，提高电压质量精准治理主动监视配变台区供电能力、电压质量、经济运行、设备运行环境和停电信息等，电压质量取得明显提升，低电压用户降低91%,过电压用户降低87%。电圆智囊团低压透明化：应用场景及成效2.三相不平衡治理1)配变三相负荷不平衡实时监测统计分析。2)基于拓扑、相位关系及三相电流，通过历史数据分析，给出台区三相不平衡合理分配方案，指导现场人员调整负荷。相不平衡快速响应及本地治理。成效：实现对台区状态从配电设备到客户设备的健康智能感知和分析诊断，客观、全面的反映配电台区综合能效情况；综合研判台区健康运行状态，及时发现亚健康状态的配变台区，应用推广后三相不平衡率20%以上台区数量下降81%。低压透明化：应用场景及成效3.台区无功精益管理1)及时定位台区、出线、低压线路功率因数监测及无功异常问题。2)监测分析无功装置投切及成效，解决无功装置配置是否合适，运行是否正常等无法感知的问题。3)探索应用融合终端开展台区集中补偿与低压分布式无功协同自动控制策略，解决台区无功异常大，集中补偿难以补偿成效：有效减小电网无功潮流，提高无功补偿精确程度，减少网损和改善电压质量，提高设备利用效率，提高功率因数。实现功率因数0.85以下台区清零，低于0.9的台区下降82%。2003条公变26773台无功补偿装置17880台线路教置线路教置0台第14台电厕智囊团低压透明化：应用场景及成效4.重过载治理1)感知并分析定位台区及分支线重过载等异常。2)台区出线总开关和联络开关，根据季节负荷特点调整同一配电室多台配变运行方式。成效：为配变增容、负重过载台区数量，提高重过低压透明化：应用场景及成效5.谐波监测分析异浆监测采集配变、低压分支线、光伏用户2-21次谐波，就地计算各节点谐波含量并告警。根据谐波强度探索谐波源定位分析。成效：有效的提高电网运行监控水平，减少配电网运行异常与问题定位时间，提高设备正常供电恢复速度，提高供电质量。SE电室下电期智囊团低压透明化：应用场景及成效6.低压拓扑自动校验1)硬件电流注入法实现拓扑自动识别；2)软件检测突变电流实现拓扑自动识别。成效：自动生成变压器及各级分支之间的拓扑关系，低压网架调整后系统图模可自适应调整。累计在2192个台区部署，拓扑识别效率提升95%,图模准确率达100%。低压透明化：应用场景及成效7.低压故障研判和主动抢修供电服务指挥系纸供电服务指挥系纸成效：为配网运行与供电服务提供快速响应、处理的手段，缩短配网异常情况的响应处理时间，减少用户停电时间，进一步提升供电可靠性。m-低压故障停电平均复电时m-m电厕智囊团类投诉同比下降95%。电厕智囊团低压透明化：应用场景及成效8.可开放容量动态管控与低压业扩辅助分析1)以变压器和低压分支三相平衡度的精准监测为基础，依托低压配网拓扑关系，计算变压器和分支的可开2)通过分析接入用户容量及接入台区运行情况，为业扩接入提供接入相别、接入位置建议，减少用户造成成效：通过对台区内各分支线路历史数据的分析计算，可以根据不同的用电需求给出科学、合理的接带方20min,为优化营商环境提供助力。电网智囊团主站数字式终端开关局放信号刀主站数字式终端开关局放信号刀闸状态开关绝缘对侧三相电压状态国家电网有限公司中压透明化：物联网化终端(国家电网有限公司一二次融合柱上开关一二次融合柱上开关电圆智囊团电圆智囊团>装置电源故障误判问题电能质量问题故障误判问题电能质量问题1.全面监测网侧与源侧三相电压；运行安全问题2.强化反孤岛保护，网侧失电开关分闸；运行安全问题3.源侧有压开关闭锁合闸；4.停电作业时，开关分位并闭锁合闸。1.1.潮流正方向为网侧流向源侧，线路转供后自动调整；2.开关电流保护及过流告警判别电流方向，主站故障定位综合电流方向；3.小电流接地系统中，分布式电源潮流对接地故障判别无影响，但开关潮流方向应配置正确。1.1.监测分布式电源接入点电能质量水平；2.分析分布式电源运行对电能质量影响。断路断路器式世截器次融世截器双侧三相全电压采集内置或集成隔离刀闸位置终端硬压板状态开关位置机械闭锁状态接入点保护功能电能质量监测测控与电能质量双点表数字式次融期面向新型配电系统，柱上所有开关应具备网源分界功能圆团开关状态监测