齊瑞誠

（北京市城市照明管理中心，北京 100078）

現(xiàn)代社會迅速發(fā)展，電力供應(yīng)的可靠性和效率變得愈發(fā)重要。智能技術(shù)的崛起為低壓配電系統(tǒng)帶來了前所未有的機(jī)遇，通過將現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù)和自動化技術(shù)應(yīng)用于配電領(lǐng)域，智能低壓配電系統(tǒng)成為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全、可靠、高效運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文將深入探討智能低壓配電系統(tǒng)的基本組成、技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用案例以及系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以期為推動智能化電力配電領(lǐng)域的發(fā)展提供有益的參考。

1 智能低壓配電系統(tǒng)的技術(shù)概述

智能低壓配電系統(tǒng)作為現(xiàn)代電力分配領(lǐng)域的創(chuàng)新，借助現(xiàn)代信息技術(shù)和通信技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)的監(jiān)測、控制、保護(hù)和優(yōu)化。隨著科技的迅猛發(fā)展，這種系統(tǒng)在能源管理、電力分配以及供電可靠性方面的重要作用逐漸凸顯出來。

1.1 特點(diǎn)和優(yōu)勢

智能低壓配電系統(tǒng)在傳統(tǒng)的低壓配電網(wǎng)基礎(chǔ)上引入了現(xiàn)代化的信息通信技術(shù)，具備以下特點(diǎn)和優(yōu)勢：

1.遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制：通過通信網(wǎng)絡(luò)，智能低壓配電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對配電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制。這意味著運(yùn)維人員可以實(shí)時(shí)了解電網(wǎng)狀態(tài)，隨時(shí)進(jìn)行操作和調(diào)整，從而提高了運(yùn)維的靈活性和效率[1]。

2.智能保護(hù)機(jī)制：采用智能元器件和傳感技術(shù)，智能低壓配電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)精確的故障檢測和定位，快速切除故障分區(qū)，從而最大程度地減少停電時(shí)間和損失。

3.數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化：智能低壓配電系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集電網(wǎng)中的電量、電壓、電流等數(shù)據(jù)，并通過云計(jì)算和人工智能技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為電網(wǎng)優(yōu)化提供決策支持，提高電能利用率。

4.可靠性提升：通過智能化管理和自動化控制，智能低壓配電系統(tǒng)可以降低人為操作引起的錯(cuò)誤，從而提高配電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

1.2 技術(shù)組成要素

智能低壓配電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)依賴于多種現(xiàn)代信息技術(shù)和通信技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，包括但不限于：

1.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IoT）：通過傳感器、通信模塊等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)的連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和共享，為系統(tǒng)的智能化提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[2]。

2.云計(jì)算技術(shù)：利用云服務(wù)器、云存儲等資源，將智能低壓配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳至云端進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的存儲和計(jì)算能力。

3.人工智能技術(shù)（AI）：借助機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，智能低壓配電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)和優(yōu)化，從數(shù)據(jù)中挖掘出有價(jià)值的信息，進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能。

4.現(xiàn)場總線技術(shù)：通過現(xiàn)場總線，實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備之間的通信與數(shù)據(jù)交換，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。

1.3 應(yīng)用案例：西門子的優(yōu)選協(xié)同低壓配電系統(tǒng)

作為智能低壓配電系統(tǒng)的一個(gè)成功應(yīng)用案例，西門子的優(yōu)選協(xié)同低壓配電系統(tǒng)充分體現(xiàn)了上述技術(shù)的應(yīng)用。

該系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)將低壓配電和控制設(shè)備連接到自動化和能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從電力供應(yīng)到用電設(shè)備的全面配電監(jiān)控和控制。該系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將配電數(shù)據(jù)集成到云平臺，通過云計(jì)算和人工智能實(shí)現(xiàn)對電能的優(yōu)化利用和電力分配的智能決策。

2 智能低壓配電系統(tǒng)的基本組成

智能低壓配電系統(tǒng)是一個(gè)多層次、多元件的復(fù)雜系統(tǒng)，其基本組成結(jié)構(gòu)由多個(gè)層次的功能模塊和元件組成，以實(shí)現(xiàn)對低壓配電網(wǎng)絡(luò)的全面監(jiān)測、控制、保護(hù)和優(yōu)化。以下將詳細(xì)介紹智能低壓配電系統(tǒng)的基本組成。

2.1 站控管理層

站控管理層是智能低壓配電系統(tǒng)的最上層，提供人機(jī)交互的界面，負(fù)責(zé)與系統(tǒng)管理人員進(jìn)行信息交流和操作。主要包括以下組成部分：

1.人機(jī)界面設(shè)備：通常由工業(yè)級計(jì)算機(jī)、觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等組成，為管理人員提供直觀的操作界面。

2.系統(tǒng)軟件：包括配電管理軟件、監(jiān)測軟件等，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)狀態(tài)、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和決策，同時(shí)顯示電網(wǎng)拓?fù)鋱D、電力參數(shù)等信息。

3.數(shù)據(jù)存儲和處理：系統(tǒng)可以對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，用于分析和報(bào)表生成，支持用戶進(jìn)行故障診斷和系統(tǒng)性能分析。

2.2 通訊控制層

通訊控制層是智能低壓配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與處理層，實(shí)現(xiàn)各元件之間的數(shù)據(jù)交換和通信，確保信息的及時(shí)準(zhǔn)確傳遞。主要包括以下組成部分：

1.通信服務(wù)器：負(fù)責(zé)管理通信數(shù)據(jù)的傳輸、處理和分發(fā)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。

2.通信前置機(jī)：實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、傳輸和協(xié)議轉(zhuǎn)換，將不同設(shè)備的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行統(tǒng)一。

3.總線網(wǎng)絡(luò)：通常采用現(xiàn)場總線技術(shù)，如Modbus、Profibus、Profinet 等，連接各個(gè)智能元器件和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。

2.3 現(xiàn)場設(shè)備層

現(xiàn)場設(shè)備層是智能低壓配電系統(tǒng)的底層，由各種智能元器件、傳感器、斷路器、電力儀表等組成，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、保護(hù)和控制。主要包括以下組成：

1.智能斷路器：配備通信接口，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制、保護(hù)和故障定位，支持自動開關(guān)操作。

樹立人的尊嚴(yán)。并且,習(xí)總書記還強(qiáng)調(diào):“偉大斗爭,偉大工程,偉大事業(yè),偉大夢想,緊密聯(lián)系、相互貫通、相互作用,其中起決定性作用的是黨的建設(shè)新的偉大工程。確保黨……在堅(jiān)持和發(fā)展中國特色社會主義的歷史進(jìn)程中始終成為堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)核心?！盵6]這就更加說明在發(fā)展中國特色社會主義事業(yè)中黨的領(lǐng)導(dǎo)的重要性,因?yàn)橹挥写碇嗣窭娴臒o產(chǎn)階級政黨才能在物化的社會中“不忘初心,牢記使命”,才能堅(jiān)定自己的“階級意識”,堅(jiān)持馬克思主義理論在意識形態(tài)上的指導(dǎo)地位,堅(jiān)定社會主義方向,堅(jiān)持共產(chǎn)主義信仰,才能帶領(lǐng)人民走出一條以人為本、和諧發(fā)展的康莊大道。

2.智能電力儀表：能夠測量并記錄電量、電流、電壓、功率因數(shù)等參數(shù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和上傳。

3.傳感器：用于監(jiān)測電網(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù)，如溫度、濕度、電流、電壓等，為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

4.保護(hù)裝置：通過智能化算法實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的故障檢測和定位，能夠在故障發(fā)生時(shí)迅速切除故障分區(qū)。

5.通信模塊：實(shí)現(xiàn)設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)的連接，支持?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸和交換。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能低壓配電系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，通過各種傳感器和通信模塊，實(shí)現(xiàn)了配電設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)的連接。這使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸和共享，為系統(tǒng)的智能化提供了重要的數(shù)據(jù)支持。通過建設(shè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，配電系統(tǒng)中的各類參數(shù)如電流、電壓、功率因數(shù)、電能質(zhì)量、溫度和濕度等能夠被實(shí)時(shí)采集[3]。這些傳感器不僅全面感知電網(wǎng)狀態(tài)，還將數(shù)據(jù)傳輸至中央服務(wù)器。與此同時(shí)，通信模塊的應(yīng)用使得傳感器數(shù)據(jù)能夠可靠地傳輸至云端。無論是通過無線通信如Wi-Fi、藍(lán)牙，還是有線通信如以太網(wǎng)、Modbus，通信模塊都連接了設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問和控制。

這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集不僅為運(yùn)維人員提供了準(zhǔn)確信息，助力他們實(shí)時(shí)了解電網(wǎng)狀態(tài)并作出相應(yīng)處理，同時(shí)也通過云平臺共享給相關(guān)利益相關(guān)者。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來的海量數(shù)據(jù)也為系統(tǒng)優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，系統(tǒng)能夠識別問題、趨勢和模式，實(shí)現(xiàn)智能決策。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動了智能低壓配電系統(tǒng)向云平臺遷移，如物聯(lián)網(wǎng)云平臺MindSphere。云平臺提供強(qiáng)大的計(jì)算和存儲能力，幫助系統(tǒng)更好地處理和分析數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時(shí)故障診斷和大數(shù)據(jù)分析等功能，為系統(tǒng)的可靠性、效率和智能化管理提供了全面支持[4]。

3 技術(shù)創(chuàng)新的應(yīng)用案例：智能低壓配電系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

在C 工廠的生產(chǎn)車間，每臺生產(chǎn)設(shè)備都配備了智能型斷路器和多功能電力儀表。例如，以一臺注塑機(jī)為例，通過智能型電力儀表，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的電流、電壓、功率因數(shù)等電能參數(shù)。假設(shè)在生產(chǎn)高峰期，該注塑機(jī)的電流達(dá)到200A，電壓為380V，功率因數(shù)為0.95。這些數(shù)據(jù)被傳輸至云平臺，供運(yùn)維人員隨時(shí)訪問。

技術(shù)創(chuàng)新的另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在于實(shí)時(shí)故障診斷。在某一時(shí)刻，監(jiān)測系統(tǒng)檢測到注塑機(jī)的電流突然增加到230A，電壓下降到370V，功率因數(shù)變?yōu)?.85。智能低壓配電系統(tǒng)會立即發(fā)出警報(bào)。運(yùn)維人員通過遠(yuǎn)程訪問云端監(jiān)控系統(tǒng)，查看歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)曲線圖。經(jīng)過分析，他們發(fā)現(xiàn)這種異?？赡苁亲⑺軝C(jī)內(nèi)部零部件出現(xiàn)問題導(dǎo)致電能損耗增加。為了避免設(shè)備損壞，運(yùn)維人員遠(yuǎn)程切斷了注塑機(jī)的電源，并派遣維修人員進(jìn)行檢修。

此外，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，智能低壓配電系統(tǒng)能夠預(yù)測設(shè)備的維護(hù)周期。根據(jù)歷史記錄，每經(jīng)過300 小時(shí)的運(yùn)行，該注塑機(jī)的電能損耗會逐漸增加。系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和歷史維護(hù)記錄，提前通知運(yùn)維人員何時(shí)需要進(jìn)行保養(yǎng)或更換部件。假設(shè)在生產(chǎn)期間，系統(tǒng)通知運(yùn)維人員，該注塑機(jī)距離下一次維護(hù)還有30 小時(shí)。運(yùn)維人員根據(jù)系統(tǒng)的建議，決定在生產(chǎn)停工時(shí)對該設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，從而避免了計(jì)劃外的停機(jī)損失。

這個(gè)案例中的數(shù)據(jù)表明，智能低壓配電系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新不僅提高了生產(chǎn)效率，還降低了運(yùn)維成本。通過實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障預(yù)測和遠(yuǎn)程控制，工廠能夠更好地管理電力消耗，延長設(shè)備壽命，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的高效生產(chǎn)。

4 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

智能低壓配電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是確保系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。通過結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能化元器件以及現(xiàn)代信息技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更可靠、安全、經(jīng)濟(jì)和節(jié)能的配電系統(tǒng)。在本章節(jié)中，我們將介紹一些常用的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以便在實(shí)際應(yīng)用中提升智能低壓配電系統(tǒng)的性能[5]。

4.1 負(fù)載預(yù)測和動態(tài)調(diào)度

負(fù)載預(yù)測是智能低壓配電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。通過分析歷史負(fù)載數(shù)據(jù)和生產(chǎn)計(jì)劃，可以預(yù)測未來的負(fù)載變化趨勢。例如，在某工業(yè)區(qū)域，預(yù)測到一家工廠將在次日的生產(chǎn)高峰期消耗更多電力。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析，該工廠在過去幾個(gè)月的類似時(shí)段平均消耗為300kW。因此，智能低壓配電系統(tǒng)可以根據(jù)這一預(yù)測，提前調(diào)整供電策略，確保工廠在高負(fù)載時(shí)仍能獲得穩(wěn)定的電力供應(yīng)，避免用電短缺。

4.2 能量管理和優(yōu)化

能量管理是智能低壓配電系統(tǒng)優(yōu)化的核心。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測不同設(shè)備和回路的能量消耗，系統(tǒng)可以識別出能源浪費(fèi)的癥狀。例如，在商業(yè)樓宇中，通過智能電力儀表，我們可以實(shí)時(shí)監(jiān)測每個(gè)樓層的用電情況。數(shù)據(jù)顯示，大廳燈光在夜間運(yùn)行時(shí)間內(nèi)消耗較多能源，而員工辦公區(qū)域則在白天消耗更多?；谶@些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以制定計(jì)劃，在夜間自動降低大廳燈光亮度，減少不必要的能源浪費(fèi)。

4.3 故障檢測和智能保護(hù)

故障檢測和智能保護(hù)是保障系統(tǒng)可靠性的重要手段。系統(tǒng)可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的電流、電壓、溫度等參數(shù)，判斷是否存在異常情況。例如，通過智能斷路器，系統(tǒng)可以監(jiān)測電流突然升高的情況。如果某個(gè)回路的電流超過了設(shè)定閾值，系統(tǒng)會立即發(fā)出警報(bào)，并自動切斷電源，避免設(shè)備損壞或安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 數(shù)據(jù)分析和智能決策

通過對大量歷史數(shù)據(jù)的分析，智能低壓配電系統(tǒng)可以揭示隱藏的趨勢和模式。例如，在一段時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)分析了工廠的能源消耗數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，該工廠在工作日的白天消耗最多能源，而在周末和夜間消耗較少?；谶@些趨勢，系統(tǒng)可以提出建議，建議工廠在非高負(fù)載時(shí)段進(jìn)行能源消耗較大的工作，以降低成本。

4.5 自適應(yīng)控制和反饋調(diào)整

智能低壓配電系統(tǒng)的自適應(yīng)控制是指系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動調(diào)整參數(shù)以適應(yīng)不同工況。例如，系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)載變化自動調(diào)整變壓器的輸出電壓，以保持穩(wěn)定的供電。此外，系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶的反饋調(diào)整工作模式，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的能源管理。

5 總結(jié)

本文綜合討論了基于智能技術(shù)的低壓配電系統(tǒng)的多個(gè)方面，從系統(tǒng)的基本組成到應(yīng)用案例再到優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入剖析。智能低壓配電系統(tǒng)的發(fā)展為工業(yè)、商業(yè)、住宅和基礎(chǔ)設(shè)施等多個(gè)領(lǐng)域提供了新的機(jī)遇，可以實(shí)現(xiàn)能源的高效利用、設(shè)備的安全運(yùn)行以及能源管理的優(yōu)化。然而，技術(shù)集成、數(shù)據(jù)安全和成本效益仍然是需要解決的挑戰(zhàn)。通過合作推動技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、采用先進(jìn)的安全措施以及制定合理的投資計(jì)劃，可以有效應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，智能低壓配電系統(tǒng)必將在未來發(fā)揮更加重要的作用，為電力供應(yīng)的可靠性和效率提升做出積極貢獻(xiàn)。