Smart Grid 智能电网, 2020, 10(4), 137-147 Published Online August 2020 in Hans. /journal/sg
/10.12677/sg.2020.104015
A Design Method of Intelligent Power
Distribution Room
Xuefeng Zhang1, Hongzhou Chen2, Xiaofu Xiong2, Zheng Ma2
1Shenzhen New Energy Power Development and Design Institute Co. Ltd.,
Shenzhen Guangdong
2State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology
(Chongqing University), Chongqing
Received: Jun. 30th, 2020; accepted: Jul. 24th, 2020; published: Jul. 31st, 2020
Abstract
The power distribution system is becoming intelligent supported by using the ubiquitous Internet of Things and a power distribution room. As the terminal of the power grid, the power distribution room is gradually improving its observability, environmental safety, equipment operation safety and operation and maintenance efficiency. In order to improve the primary and secondary com-patibility, the degree of data fusion, and the degree of information fusion between the “stations”
and “stations” of the intelligent distribution room, this paper proposes a new intelligent distribu-tion room connected by a cloud platform. The improvement of monitoring, operation and main-tenance management, fault detection, energy efficiency management and equipment management has realized the overall planning and management of electrical equipment, providing a reference value for the development of intelligent distribution rooms.
Keywords
Distribution Room, Intelligent, Monitoring
张雪峰1，陈红州2，熊小伏2，马政2
1深圳新能电力开发设计院有限公司，广东深圳
2输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学)，重庆
智能电表芯片收稿日期：2020年6月30日；录用日期：2020年7月24日；发布日期：2020年7月31日
张雪峰 等
摘
要
未来配电系统是以配电房为支撑，以泛在物联网为手段的智能配电系统。配电房作为电网的终端，正逐步提升可观程度、环境安全性、设备运行安全性和运维效率。为提高智能配电房一二次兼容性、数据融合度以及配电房“站”与“站”之间信息融合度，本文提出了一种通过云平台连接的新型智能配电房，通过运行监测、运维管理、故障检测、能效管理以及设备管理等功能的完善，实现了用电设备的统筹规划管理，为智能配电房的发展提供了参考价值。 关键词
配电房，智能化，监测
Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). /licenses/by/4.0/
1. 引言
小电网需要为用户稳定持续供电，而不断升级电网设备也是保证安全供电的重要举措。如图1所示，配电房位于电网的终端，具有电压转换、电力分配、用电控制的功能，是最重要的电力设备之一[1] [2]。而较低水平的环境设施导致配电房的设备处于非正常工作状态，如环境温湿度异常、外来人员入侵等会导致局部放电和短路现象的发生，严重威胁到用户正常的用电。传统配电房主要由工作人员逐个测量配电装置和巡检，由于人工巡查和定时检查等方式无法及时处理问题，配电房成为电力设备中的薄弱环节
[3] [4] [5]。
Figure 1. Distribution room location in the power grid
图1. 电网中的配电房位置示意图
变电站监控系统需要通过系统集成优化和信息共享，实现电网和设备运行信息、状态监测信息、辅助设备监测信息、计量信息等变电站信息的统一接入、统一存储和统一管理[6]。自此，国内对于智能配电房开展了许多研究。文献[7]提出了视频环境监控系统、防误操作系统、设备状态监测系统和电能质量监测系统为一体的智能配电房；文献[8]融入了SCADA 系统、门禁系统以及环境监测系统，提高了配电房的智能化运行水平；文献[9]通过配电自动化系统和自学习算法能够对配电房环境和电力设备运行状态进行有效的实时监测，能有效实现从监测预警到管理取证的安全管理模式；文献[10]提出了智能配电房系
张雪峰等
统构架，以及系统平台和硬件设施的设计方案，主要从环境、安防、设备状态、电气运行参量等方面，完成了对配电房的全面监控。以上文献都针对配电房智能化提出了不同的方案，但涉及到的技术门类和设备种类较多，导致智能配电房所需要的传感器融合度低，具有较大的潜藏价值待挖掘。
从在对电力设备的不断升级改造中，配电房也在不断走向智能化。基于此，本文提出了一种以物联网等技术支持，通过云平台所连接的新型智能配电房，旨在对配电房的设备进行智能化统筹管理，实现配电房自身信息化、自动化、无人化，最终提升配电房的经济价值。
2. 智能配电房现有结构
智能配电房是通过智能化管理的方式，应用通信技术实现供电信息的交换，其本质是信息网络与配电房技术的结合。其主要目的包括减少解决故障的技术难题、保证电能质量和供电稳定性、改善管理方式和提高用户满意度等[11][12]。其主要包括以下结构：
2.1. 配电设备电气监控
为实时检测并显示配电系统的运行状况，需要完善电气监控功能，为配电网数据采集与监视控制(SCADA)系统提供技术支持。目前，配电自动化监控终端(DTU)已安装在10 kV开关柜里，部分400 V 低压开关柜也纳入了监控范围。电气监控功能有利于配电网监控和调度，实现了“遥信、遥测和遥控”三遥功能。除此之外，SCADA系统也实现了保护功能，能够在线路发生故障时及时跳闸，缩小停电范围[13]。
2.2. 通信设备
配电设备电气监控的实现离不开通信设备的技术支撑。目前通信系统采用电力载波通信方式、无线通信方式和光纤通信方式等技术实现变电站之间的通信功能。通讯组网主要选择光纤通讯模式，将配电房充当光纤通讯主干，适合各种通讯模式与线路的连接。通讯终端适合图像、数据等的传递，终端也适合RS485总线，为智能传感器的连接创造便利条件[14]。通信系统接入层结构如图2所示：
Figure 2.Communication system access layer structure吊炕
图2. 通信系统接入层结构
张雪峰等
2.3. 配电房巡检
在配电房巡检过程中，要在配电房中安装门禁系统，从而对配电房巡检功能进行优化。智能门禁系统实现对整个配电房门禁系统的远程管理、红外安防入侵的实时监测、环境数据等状态信息实时监控及集中统一管理，使管理人员能够方便、安全、可靠且准确地对无人值守的配电房实现远程智能实时监控管理[15]。
2.4. 变压器优化运行
居民小区往往会配置多台变压器，由于房屋空置率，变压器常年处于低负荷率运行的状态，导致其损耗增大，折损使用寿命。此时将优化设备配设于配电房，以此来达到变压器的高效、安全运行，优化设备则应结合具体需要来动态进入与退出。优化设备需要监控变压器电气参数的基础上使用优化算法决定是否投切变压器，并配合开关柜同步运行[16]。
以上四点已经通过相应技术解决，但发展智能配电房依旧存在以下问题：电气监测功能、通信设备和智能巡检都需要大量的传感器，而一二次融合技术的限制导致传感器兼容度低，不仅会增加现场调试人员的协调工作量，也会导致配电房长期运行可靠性不够；配电房中监测设备电气参数外，缺乏对设备多运行参量的监测，以致于提供不充分的评估数据，无法支持智能运维决策的生成；各个配电房之间的设备监测、运维数据采用分散存储的方式，没有共享、整合，缺乏大数据支撑下的状态评估与运维决策。
3. 智能配电房关键技术
本文以实用性、先进性、前瞻性为原则，介绍一种通过云平台连接的新型智能配电房。智能化管理配电房，即通过远程控制的方式对数据进行查询、监测、预警和显示，进一步提高电网运行的安全性。
方案主要解决了以下三个问题：
3.1. 一二次融合
塑料件的设计由于接口技术要求不统一、不标准，智能化设备在不同工程的应用中会直接导致一二次设备接口不兼容，也在一定程度上增加故障分析的困难性。配电网一二次融合设备主要分为一二次融合环网柜和一二次融合柱上开关。本方案拟采用分布式一二次融合环网柜，其利用电阻分压式电压传感器和低功耗电流传感器来进行电压电流采样，每个终端采集电压电流信号来计算对应环网柜间隔的遥测值和电量数据。
通讯管理机通过交换机汇集每个终端的数据，再通过以太网把数据上传给主站[17][18]。
本方案采用的一二次融合技术主要采用远程控制的方式，在完成各个传感器的参数了解后，通过软件编程与接口实现，完成对各个传感器输入输出信息接入操作。结合一二次融合技术，配电柜可新增弧光监测、故障监测功能，完善漏电监测、温度监测等功能，通过监测功能集约化、组合传感方式，提
高监测设备的兼容性、扩展性、互换性，为配电房智能化提供坚强内核。具体措施如图3所示：
3.2. 数据融合
数据融合的基础是数据采集管理，而数据采集管理主要模块主要是完成配电房中的环境监控，只有完成房中各类数据的采集后，才能为系统后台的综合查询与数据分析提供相应的数据基础。
如图4所示，所述智能配电房中的参量数据主要来自设备运行中的电气监测、环境监测和放电监测，此外还包括设备在线监测和离线实验等多源数据。由于处理的信息种类繁多，信息源之间关系复杂，从而需要建立广义有效的融合模型和算法以及综合评估体系。对融合系统进行性能评估时，需要应用信息融合算法到软件中以得到评估体系中的性能指标，从而智能分析出设备状态。
张雪峰 等
Figure 3. Application measures of primary and secondary fu-sion technology睡眠袜
图3. 一二次融合技术具体应用措施
Figure 4. Source of equipment state parameter data
图4. 设备状态参量数据来源
3.3. 配电房站与站之间信息与决策融合
弹起式地面插座
智能配电房采用了物联网、大数据等技术[10]，建立了安全可靠的数据通道，实现了配电房终端与云端的双向通信，如图5所示。通过“云平台”的搭建，实现了配电房与云端之间数据采集和下发命令的双向通道，从而共享、融合多个配电房所得到的监测数据。云端将数据进行分析处理后，通过优化算法制定“站”与“站”协调的全局化运维决策，从而对设备进行高效、可视化的管理，构建创新的物联网服务。此外，低压配电台区采用直流互联的方式以优化运行方式。
4. 智能配电房结构及功能
如图6所示，本文所示智能配电房主要由运行参数监测、设备状态监测、环境参量监测、故障参量监测、边缘计算服务器、网关和可视化建模构成。运维人员通过操作平台管理客户端，实现对配电房整体运行状况的远程监控。山药开沟机
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