城市配电台区自治管控优化供电系统及其监控系统

摘要

本发明涉及城市配电台区自治管控优化供电系统及其监控系统，监控系统包括高端用户智能终端、台区智能基站装置和公变台区管控主站装置，高端用户智能终端安装于配电台区低压出线的高端用户配电柜内，高端用户智能终端具备EPON通信接口，通过光网络单元和分光器接入EPON光纤网络；高端用户智能终端与台区智能基站装置通过EPON光纤网络通讯连接，台区智能基站装置通过无线网络与公变台区管控主站通讯连接；本发明高端用户智能终端实时采集高端用户的可靠用电及保护信息，并通过EPON光纤网络上传给台区智能基站，该台区智能基站通过无线通讯网络将台区信息汇集到公变台区管控主站，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。

说明书

技术领域

本发明属于电力工程的配电自动化技术领域，涉及一种城市配电 台区自治管控优化供电系统及其监控系统。

背景技术

由于电力电子技术在城市供电系统的广泛应用和各类新型电力 负荷的接入，配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。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，对配电的可定制优化和互动提出了更高的要求。

现有的供电系统的供电线路主要实现供电要求，但是对于用户的 安全可靠用电及保护信息的实时管控还无法实现，尤其是对于一些重 要的高端用户的供电信息的监控，这些监控的无法实现就无法及时避 免重要用户供电过程中出现的故障，将损失降低到最小。现有的智能 终端设备可以实现电气量采集、负荷实时计算、负荷调控及电压失稳 和电压不平衡保护，防止供电电压和电流的一场变化而烧毁用电设备 等功能，但是若是在供电系统中直接增加智能终端，将大大增加整个 供电线路的布线、通讯线路负担，影响整个线路的信号传输，或可导 致供电线路受影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种城市配电台区自治管控优化供电系统 及其监控系统，以实现用户的安全可靠用电及保护信息的实时管控。

为实现上述目的，本发明的城市配电台区自治管控优化供电系 统，包括供电线路及用于高端用户供电的监控系统，所述监控系统包 括高端用户智能终端、台区智能基站装置和公变台区管控主站装置， 所述高端用户智能终端安装于配电台区低压出线的高端用户配电柜 内，高端用户智能终端具备EPON通信接口，通过光网络单元和分光 器接入EPON光纤网络；高端用户智能终端与所述台区智能基站装置 通过EPON光纤网络通讯连接，台区智能基站装置通过无线网络与公 变台区管控主站通讯连接。

所述台区智能基站采用IEC60870-5-104协议与高端用户智能终 端通讯连接。

所述高端用户智能终端为IEC60870-5-104服务器端，公变台区 智能基站为客户端。

所述无线通讯网络为3G网络。

所述公变台区管控主站装置包括用于与外围系统通讯的接口。

本发明的城市配电台区自治管控优化供电系统的监控系统包括 高端用户智能终端、台区智能基站装置和公变台区管控主站装置，所 述高端用户智能终端安装于配电台区低压出线的高端用户配电柜内， 高端用户智能终端具备EPON通信接口，通过光网络单元和分光器接 入EPON光纤网络；高端用户智能终端与所述台区智能基站装置通过 EPON光纤网络通讯连接，台区智能基站装置通过无线网络与公变台 区管控主站通讯连接。

所述台区智能基站采用IEC60870-5-104协议与高端用户智能终 端通讯连接。

所述高端用户智能终端为IEC60870-5-104服务器端，公变台区 智能基站为客户端。

所述无线通讯网络为3G网络。

所述公变台区管控主站装置包括用于与外围系统通讯的接口。

本发明的城市配电台区自治管控优化供电系统及其监控系统，高 端用户智能终端实时采集高端用户的可靠用电及保护信息，并通过 EPON光纤网络将信息上传给台区智能基站，该台区智能基站用于各 智能终端的信息汇集及控制，并通过无线通讯网络将台区信息汇集到 公变台区管控主站，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，建立一体化配电用户信息模型，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。

附图说明

图1是单个城市供电公变台区配置示意图；

图2是公变台区二次设备配置示意图；

图3是城市配电台区自治管控系统示意图。

具体实施方式

如图1所示，单个城市供电公变台区包括有柱上公变和集成化箱 变等配置模式，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。

如图2的公变台区二次设备配置图所示，在单个城市公变台区中， 通过在需要关注的重要低压出线的高端用户配电柜内，安装高端用户 智能终端，多个智能终端通过ONU和分光器接入EPON光纤网络，在 公变房/JP柜内安装公变台区智能基站装置及OLT设备，采用 IEC60870-5-104协议与系列高端用户智能终端信息交互，智能基站 同时可以接入公变电量采集单元。

如图3所示，城市配电台区自治管控优化供电系统以供电区域内 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，系统采用终端层、接入层、系统层的分层 分布架构，终端层主要包括安装于每个高端用户出线配电柜/分电箱 的智能终端设备；接入层主要包括安装于每个台区配变附近的智能通 信基站设备，对下完成所有智能终端设备的接入，对上完成台区为单 元的信息上传到自治管控主站系统。

下面结合附图本发明的实施方案进行描述。

如图3所示，城市配电台区自治管控优化供电系统包括供电线路 及监控系统，该监控系统包括高端用户智能终端、台区智能基站、公 变台区管控主站。若干安装于配电台区低压出线端的高端用户（大用 户）智能终端，通过EPON光纤网络将供电信息传输到台区智能基站， 智能基站完成各智能终端的信息汇集及控制的同时，同配电台区其它 系统接口通信，每个台区的智能基站再通过3G网络将台区信息汇集 到城市配电台区管控主站系统，实现区域内多个公变台区的自治集中 决策及调控，提高供电可靠性及电压合格率、电能质量等，并有效降 低线损。

在配网公变台区低压出线端安装高端（大用户）智能终端，该终 端主要完成功能包括电气量采集、负荷实时计算、负荷调控、继电保 护、出线级的三相不平衡调控、电能质量检测、遥控断路器等，具备 EPON通信接口。高端用户（大用户）终端提供EPON通信接口，以光 纤方式通过分光器后，接入OLT，再汇集到公变台区的智能基站装置。

公变台区智能基站装置主要完成台区各低压出线智能终端的信 息收集、防窃电控制、各低压出线分支线路的精细化线损计算、无功 补偿、台区级的三相不平衡调控，具备3G通信接口，接入区域公变 台区管控主站系统。高端用户（大用户）终端和公变台区的智能基站 装置之间的通信采用IEC60870-5-104通信协议，高端用户终端为 IEC60870-5-104服务器端，公变台区智能基站装置为客户端。

公变台区管控主站具有与外围系统通信的接口，用于根据上传的 区域内各公变台区信息及通过接口接收到的外围系统信息集中进行 调控；外围系统信息包括电信息采集系统、供电电压在线监测系统、 配网自动化系统和配网GIS系统。

区域公变台区管控主站系统纵向接收供电区域内所有公变台区 智能基站的数据，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，并横向汇集接入用电信息采 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，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，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 实现低压配电的一体化自治管控。

本城市配电台区自治管控优化供电系统其相对传统的粗放式供 配电管理具有不可比拟的优势，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系统。

城市配电台区自治管控优化供电系统通过在每一个城市配电公 变高端负荷/大负荷安装可定制配电智能终端，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，大大减轻城市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。

高端用户智能终端采用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，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方法包括短 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。

高端用户智能终端采用面向高端用户的可定制电力负荷控制方 法，主要技术手段包括：

A.负荷定制功率调控：本发明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。

B.三相功率平衡调控：本发明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。

C.闭环控制：本发明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。

配电台区自治管控主站如图3所示，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。

配电公布台区自治管控主站部分主要的技术手段包括：

A.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。

B.防窃电及线损精细化管理：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，本发明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。

C.电能质量计算方法和电能质量控制：本发明围绕与用户密切 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。

D.智能停电停役管理：本发明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。

E.高端负荷群的集群优化：本发明通过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，提高用电经济性。