徐 華， 翟富昌

(1.清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100084；2.北京德威特電氣科技股份有限公司，北京 101300)

0 引言

隨著移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)和先進(jìn)的通信技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機(jī)交互、打造狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)已成為必然趨勢。

低壓配電物聯(lián)網(wǎng)是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，是傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融合產(chǎn)生的一種新型電力網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，通過低壓配電網(wǎng)設(shè)備間的全面互聯(lián)、互通、互操作，可實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)的全面感知、數(shù)據(jù)融合和智能應(yīng)用，滿足配電網(wǎng)精益化管理需求。

物聯(lián)網(wǎng)斷路器是在配電開關(guān)環(huán)節(jié)，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對低壓配電開關(guān)(斷路器)進(jìn)行集成化、智能化改造、物聯(lián)網(wǎng)化設(shè)計(jì)，賦予低壓斷路器更多的智能功能。

1 簡介

物聯(lián)網(wǎng)斷路器是具有電氣測量及報(bào)警、狀態(tài)感知、診斷維護(hù)及健康狀態(tài)指示、故障及歷史記錄等功能，能進(jìn)行本地和/或遠(yuǎn)程監(jiān)控，并具有物聯(lián)網(wǎng)(IoT)云平臺連接能力可直接或間接接入物聯(lián)網(wǎng)云平臺，且符合網(wǎng)絡(luò)安全要求的低壓斷路器。是能源互聯(lián)網(wǎng)的最終端一環(huán)，通過物聯(lián)網(wǎng)斷路器的所有能量信息、電量信息均通過基于Wi-Fi、5G(NB-IoT)通訊及加密web API 技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入到云端，是徹底創(chuàng)新的一種能源與信息融合的智能斷路器。

云端的云服務(wù)管理系統(tǒng)借助于智能斷路器提供的模擬量、信號量、故障處理信息等數(shù)據(jù)，通過云服務(wù)平臺與能源管控系統(tǒng)構(gòu)成無線互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。 系統(tǒng)通過云技術(shù)，協(xié)同物聯(lián)網(wǎng)上的多系統(tǒng)運(yùn)作，動態(tài)響應(yīng)用戶的需求變化，為用戶提供自主定義的標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)和前瞻性的定制化服務(wù)。

2 物聯(lián)網(wǎng)斷路器的功能及創(chuàng)新

2.1 低壓故障定位隔離與自愈

物聯(lián)網(wǎng)斷路器具有精準(zhǔn)測量和高細(xì)度整定步長，能夠讓設(shè)備上下級保護(hù)根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系自動整定精確級差。 各級智能斷路器保護(hù)參與級差配合，精確定位隔離故障回路，并自動轉(zhuǎn)供恢復(fù)非故障區(qū)用戶供電。 當(dāng)故障回路無法隔離時(shí)，自動閉鎖設(shè)備重合閘功能，全過程除斷路器外無須任何額外設(shè)備與接線。 低壓故障定位隔離與自愈模式見圖1。

圖1 低壓故障定位隔離與自愈模式圖

2.2 低壓負(fù)荷轉(zhuǎn)供

當(dāng)某臺區(qū)停電時(shí)，通過智能開關(guān)將臺區(qū)所有線路內(nèi)所有電量數(shù)據(jù)和開關(guān)位置、告警信息上傳至云平臺，系統(tǒng)自動判斷故障區(qū)段為負(fù)荷側(cè)(低壓母排出現(xiàn)開關(guān))還是電源側(cè)(低壓母排進(jìn)線開關(guān))，并結(jié)合負(fù)荷電流歷史數(shù)據(jù)為轉(zhuǎn)供電依據(jù)，若為電源側(cè)故障且負(fù)荷滿足轉(zhuǎn)供要求，則自動分?jǐn)喙收吓_區(qū)電源側(cè)總進(jìn)線開關(guān)并自動合上低壓聯(lián)絡(luò)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)不同中壓電源臺區(qū)間的低壓聯(lián)絡(luò)自動轉(zhuǎn)供電；若為負(fù)荷側(cè)故障，則自動斷開故障分支回路開關(guān)隔離故障。物聯(lián)網(wǎng)斷路器負(fù)荷轉(zhuǎn)供示意見圖2。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)斷路器負(fù)荷轉(zhuǎn)供示意圖

2.3 三相不平衡治理

云平臺、邊緣計(jì)算多功能網(wǎng)關(guān)和若干換相斷路器(換相開關(guān))可共同組成智能負(fù)荷調(diào)度系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)動態(tài)的對三相負(fù)荷進(jìn)行有載調(diào)整，盡量做到主變及各回路三相電流的平衡。 云平臺計(jì)算同一時(shí)刻所有支線設(shè)備的電流量，根據(jù)公式計(jì)算出不平衡度，按照設(shè)置的不平衡度閾值。 先按最優(yōu)算法，計(jì)算出不平衡度最小的調(diào)整方式，然后根據(jù)開關(guān)動作數(shù)量最少的原則下發(fā)調(diào)節(jié)指令，開關(guān)根據(jù)云端下發(fā)的換相指令進(jìn)行相應(yīng)換相操作，進(jìn)行換相調(diào)節(jié)，從而使三相負(fù)荷趨于平衡，以有效解決低壓配電系統(tǒng)的三相不平衡問題。 換相開關(guān)實(shí)時(shí)計(jì)算開關(guān)固有動作時(shí)間，確保過零投切，對元器件沖擊達(dá)到最小，對終端用戶影響最小，換相時(shí)間小于10ms。 物聯(lián)網(wǎng)斷路器實(shí)現(xiàn)三相不平衡治理示意見圖3。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)斷路器實(shí)現(xiàn)三相不平衡治理示意圖

2.4 就地化瞬態(tài)補(bǔ)償

負(fù)荷類電機(jī)變化越快節(jié)能越好，利用云端自動化通過設(shè)置規(guī)則進(jìn)行自動控制，針對不同設(shè)備制定節(jié)能策略，達(dá)到最佳的節(jié)能效果，借助能效曲線的偏移量分析設(shè)備的能耗波動，用物聯(lián)網(wǎng)斷路器對具體負(fù)荷實(shí)現(xiàn)毫秒級一對一瞬態(tài)補(bǔ)償，電容器過零投切、諧波消除、柔性接入，達(dá)到節(jié)能目的，沖擊類負(fù)荷節(jié)能率更高。 就地化瞬態(tài)補(bǔ)償能效曲線見圖4。

圖4 就地化瞬態(tài)補(bǔ)償能效曲線圖

2.5 智能開關(guān)集中精細(xì)補(bǔ)償

集中補(bǔ)償接線簡單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，智能開關(guān)使用無線或485 有線連接多功能網(wǎng)關(guān)或云平臺，無需專門的無功補(bǔ)償控制器。 傳統(tǒng)的集中補(bǔ)償電容器的投切是整組進(jìn)行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。 物聯(lián)網(wǎng)斷路器與云端自動化協(xié)同運(yùn)算，云端下發(fā)命令，不同容量的電容器組內(nèi)每一相都過零點(diǎn)投切，沒有沖擊，可以做到電容器組精細(xì)補(bǔ)償，任意調(diào)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)斷路器實(shí)現(xiàn)集中精細(xì)補(bǔ)償模式見圖5。

圖5 物聯(lián)網(wǎng)斷路器實(shí)現(xiàn)集中精細(xì)補(bǔ)償模式圖

3 結(jié)束語

本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)斷路器在低壓配電領(lǐng)域的應(yīng)用，該智能斷路器采用徹底的一二次融合技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，通過云技術(shù)與云平臺的搭建，協(xié)同云端的大數(shù)據(jù)運(yùn)算、協(xié)調(diào)管理等，可以實(shí)現(xiàn)低壓故障定位隔離與自愈、低壓負(fù)荷轉(zhuǎn)供、三相不平衡治理、就地化瞬態(tài)補(bǔ)償、集中精細(xì)補(bǔ)償?shù)裙δ埽瑥母淖儸F(xiàn)有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)營模式入手，提高能源利用效率，強(qiáng)化電能能效管理，提升整體能效水平，有助于加快電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)。