黄永福
广东电网有限责任公司东莞东北区供电局 广东东莞 523560
摘要：目前，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，人们生活质量在不断提高，对于电力的需求在不断加大，低压配电网仍采用传统的计划检修模式，存在运行信息获取困难、故障点定位难等问题。提出了一种基于全波傅里叶分析和有效值故障录波技术的低压配电网故障监测方法，研制了适用于低压配电网设备量大、位置分散特点的现场采集终端，终端采用组合式、模块化、可带电安装设计，即插即用，安装和扩展方便，减少直接停电带给用户的影响；设计了由现场采集终端、ＮＢ－ＩｏＴ网络、云平台以及监测终端软件构成的低压配电网感知系统。应用结果表明，该感知系统能够实现故障点定位、缩短故障查找及停电时间。
关键词：低压配电网；状态感知；现场采集终端；故障诊断
引言
电力物联网是物联网技术在智能电网中的应用，建设广泛互联的电力物联网，并将其与坚强智能电网进行深度融合，是实现未来能源互联网融合的重要举措。电力网覆盖了海量的电力设备、家用电器等与电力相关的实体，电力物联网可以实现各种电力设备及电力用户的状态信息全面感知、信息与数据互联共享，进而有效地提高电网运营效率以及用户体验水平。电力物联网赋予了传统电网数字化、智能化、网络化的特征，通过开放互联的网络平台，不断引领其他领域的先进技术与设备融合其中，这必然会产生一系列广泛而深刻的经济效益和社会效益。电力物联网建设的基本保障因素是信息的全面感知与互联，为了传输大量传感器与电力设施的数据信息，电力物联网应该具备广阔的覆盖范围、高效的传输效率、可靠的通信质量保障等特点，单靠某一种通信方式很难完成广泛互联的网络建设。因此，面向电力物联网信息感知层面的多种通信方式融合技术的研究，对保障电力物联网的稳定可持续发展具有重要意义。
1应用前低压台区管理存在问题
（1）台区线损管理不到位。目前的低压台区线损管理中，低压台区线损计算数据源为台区总表与台区下各用户表的数据，线损精益化平台负责统计低压台区下计量异常、营配异常、采集异常等因素，该线损管理模式是基于台区整体运行情况统计，但在实际线损管理过程中不能正确反映台区总表与用户表间主干线、支线、分支线、分线箱、表箱内的故障、窃电、“卡脖子”等各类异常原因的层级及故障位置，也就无法预估各类异常对台区线损造成的影响，当台区线损持续异常、突发高损和负损时，分析较为困难，往往需对台区进行全方位排查，费时费力且效率低下。（2）台区运行状态不明晰。低压台区是目前电网结构中较为薄弱的一环，台区内故障停电、表计烧毁、支线跌落等发生时，台区运行状态无法实现实时监控，当接到报修或投诉工单后，工作人员对部分台区内故障点判断较为困难，需要逐步排查故障原因，通常容易造成长时间停电，引发优质服务投诉风险。
2低压配电网多维状态感知方法与系统研究
2.1电压分布评估精度验证
应用本文方法对配电网电压分布评估精度进行计算，考虑到现有研究方法应用情景的局限性，选用典型日法作为对照组。典型日法，即是根据规划人员经验，等间隔选取4季中代表日的24h节点功率数据作为典型场景的研究方法。
验证中实测场景选用基础监测数据一年8760个场景依次进行潮流计算得到的各节点电压数据，并将其看作真实数据。显然，应用本文方法得到的典型场景，计算出的电压分布情况更接近于实际。
2.2现场采集终端
主要由交流信号采集模块、滤波模块、供电模块、温度采集模块、调试接口、输出驱动、通信转换模块、控制器组成。电压、电流传感器采集的电量信息经过滤波后送至处理器数字化处理，调试接口是采集终端支持现场Ｗｉ－Ｆｉ调试，输出驱动则是根据终端的工作状态驱动相应的显示装置。现场采集终端能够采集单相和三相的电压和电流信号，根据电压和电流信号，可以计算出如功率因数等相关电气量指标。现场采集终端基于全波傅里叶变换滤波实现有效值故障录波功能，并提供电压暂升、暂降、谐波、异常波动等电能质量信息。由于低压配电设备运行空间限制，在结构上一方面采用模块化设计，可通过插拔式内部总线进行扩展和连接，缩小采集单元尺寸，采用2Ｐ空开尺寸设计，并采用磁铁吸合的方式固定在箱变或者低压柜内侧，配合开口电流互感器和导电磁铁，极大地简化了安装方式。供电模块可以由多个采集终端供电，终端之间采用模块化组合连接；考虑到电压可通过导电磁铁直接采集，设计为经过变压器隔离后的整流稳压电路，输入２２０Ｖ（交流），输出为±１２Ｖ（直流）的直流电源。所设计的每条低压线路上的负荷不超过２０ｋＷ，本系统采用的开口式电流互感器变比为６００／５，电流互感器二次侧输出在－０．６２～０．６２Ｖ之间，而控制器ＡＤ接口电压范围为０～３．３Ｖ，不能直接将该信号送到ＡＲＭ的ＡＤ接口，需要使用调理电路将其转化为０～３．３Ｖ。其中前级为同相加法电路，将输入电流信号抬升１．５Ｖ，后级为二阶滤波器，用以滤除由系统寄生参数产生的高频干扰。因此，电流采样调理电路输出范围为０．８８～２．１２Ｖ，在ＡＤ接口电压的０～３．３Ｖ范围内。电压采样调理电路类似于电流采样调理电路。系统基于ＡＲＭ控制器串口中断和定时器中断实现数据高速采集、继电保护、谐波分析等主要功能计算。通信转换模块完成控制器与通信芯片的接口转换，变配电站现场采集终端通过窄带物联网（ＮＢ－ＩｏＴ）网络与部署在云端的接口服务器通信。本系统采用华为Ｂｏｕｄｉｃａ１５０芯片，该芯片支持６９８－９６０／１ ８００／２ １００ＭＨｚ频段。窄带物联网是发展比较快速的低功耗设备联网技术，可以实现设备的高效性、低延时性连接。ＮＢ－ＩｏＴ网络作为物联网感知连接通信网络具有４个优势：一是覆盖面广，在相同的频段下，窄带物联网的网络增益为２０ｄＢ，也就是可以扩大１００倍的网络覆盖能力，在室内或者站内通信表现更好；二是连接数量以及网络延时方面有更好地表现，一个扇区能够支持１０万个连接；三是更低功耗，这也意味着监测设备用于通信的功耗大为降低，稳定性提升；四是更低的模块成本。正是因为窄带物联网技术在功耗、覆盖面、成本和容量等方面相比传统的短距离通信技术的优势，使其更适合用于在线监测系统。
2.3低压电力线与微功率无线通信在业务层的融合原理
CPW具有丰富的网络资源，合理分配业务流有利于保障网络的高效性与可靠性。在CPW中，低压电力线与微功率无线通信具有相同的MAC层协议，所以可以将2种通信信道看作融合网络的子信道，源节点可以将要传输的业务数据分配为2个子业务流，分别在2种通信网络中传输，目的节点将收到的子业务流合并，即完成了源节点与目的节点通过融合网络的数据传输。
结语
针对低压配电网多维状态感知系统进行了研究，提出了基于全波傅里叶分析和有效值故障录波的低压配电网多维状态感知方案，有效提升了低压配电网信息采集、故障判断的准确性；研制的现场采集终端有效解决了传统感知装置需停电安装的问题，其组装式、模块化设计适合在低压配电网领域广泛推广应用。结合配电网故障类型与特点，搭建了多层架构的云平台处理软件，实现了低压配电网实时监测、故障告警、故障定位、电能质量分析等功能，使低压配电网抢修由被动处理向主动预警转变，更好地保障了电网安全稳定运行。
参考文献
［1］王毅，陈启鑫，张宁，等.5G通信与泛在电力物联网的融合：应用分析与研究展望［J］.电网技术，2019，43（5）：1575-1585．
［2］谢小瑜，周俊煌，张勇军.深度学习在泛在电力物联网中的应用与挑战［J］.电力自动化设备，2020，40（4）：77-87．