基于HPLC深化应用的现场测试及前景展望

　　方案背景以及建设目标
　　国网2020年计量工作要点中就提升采集系统支撑能力中，首先要求提升设备智能感知水平，要充分挖掘台区集中器以及智能电能表价值，拓展台区设备感知接入能力，每个省公司打造5-10个低压物联感知精品示范台区。开展智能模组化终端小规模应用，支撑各版本智能电能表、各级开关、智能物联锁具、随器计量、分布式电源、有序充电桩、水气热表等台区及客户侧设备泛在接入和边缘管理。
　　推动公司建设中国特色国际领先的能源互联网企业战略实施。提升主动配电网的运行安全性，具有广阔的经济和市场应用前景。
　　方案概况
　　本项目拟在中心城区馨逸公寓，涉及两个台区527户居民用户。通过安装非侵入式边缘感知器、LTU、温湿度传感器、烟雾传感器、水侵传感器等多种智能量测装置及传感器。通过物联设备采集电流、电压、漏电电流、异常温度、状态行为信息等为上层应用提供支持。
　　图1 智能感知台区总体架构
　　项目研究内容的原理简述
　　1、据深化基础数应用
　　HPLC技术是一种高速电力线通信技术，电力线通信技术是指利用电力线作为通信介质进行数据传输的一种通信技术。由于电力线是最普及、覆盖范围最为广阔的一种物理媒体，利用电力线传输数据信息，具有极大的便捷性，无需重新布线，即可将所有与电力线相连接的电器组成一个通信网络，进行信息交互和通信。
　　基于HPLC技术，可实现高频数据采集、停电主动上报、时钟精准管理、相位拓扑识别、台区自动识别、ID统一标识管理、档案自动同步、通信性能监测和网络优化等功能。
　　截至目前，HPLC深化应用项目试点已经实现高频数据、ID统一标识管理、采集相位拓扑识别、台区档案自动同步等功能应用。
　　●高频采集
　　利用HPLC高速率特点，可以有效提升电能表自动抄表成功率；并可实现电能表电压、电流数据的高频采集，可以开展供电线路老化趋势分析，监测电网电压质量和负荷波动情况。
　　其具体目前可以针对项目台区527块采集96点实时用电数据，包括电压、电流等信息；根据用电特点及通信性能，采集的点数也可以进行调整，建议采集间隔为15分钟到1小时，1小时间可以分割为整数个采集间隔，采集间隔起始从0分开始。
　　●ID统一标识管理
　　依托全球统一物联网ID标识管理系统，为HPLC芯片建立统一的物联网设备身份标签，在芯片出厂、检验、运行等环节实现全寿命周期管理，并通过身份鉴权机制，可以避免非法设备的接入，保障了电网网络的安全。
　　●档案自动同步
　　利用HPLC高速率的特点，以及台区自动识别的功能，通过基于面向对象通信协议，可以实现电能表档案信息、设备参数自上而下、自下而上的双向同步，确保了设备档案信息的准确。其主要原理在于能源控制器每天定时启动从节点主动注册，能源控制器载波模块主动注册新增电能表信息并上报给能源控制器，能源控制器根据路由上报的内容跟能源控制器自身档案比对，将档案外的新增电表信息进行存储，并产生新增电表事件通知主站，主站拓展对比分析基于采集系统、营销系统的台区档案、已同步档案、黑名单档案等分析功能，生成待核查台区档案信息。目前利用该项技术，同步核对项目台区档案无误。
　　●相位拓扑识别
　　若供电线路三相负荷不平衡，轻则降低线路和配电变压器的供电效率，重则会因重负荷相超载过多，会造成某相导线烧断、开关烧坏甚至配电变压器单相烧毁等严重后果。通过HPLC技术结合LTU设备，可以判断出A、B、C三相相位及线路拓扑关系，有助于提升配网三相不平衡及线损分相治理水平，对提高供电可靠性具有重要意义。
　　图2 台区拓扑图
　　2、居民非入侵式监测
　　随着电力应用水平的发展和进步，人类的生活越来越离不开电力，电能已经成为现代经济中最不可或缺的能源之一，电能的稳定供应直接影响到社会正常的生产活动。在传统的入侵式监测系统中，系统会通过对每一个用电设备加装相应的监测硬件来进行负荷监测，这些监测硬件能够实时将电力负荷数据传输到中央集成数据处理设备中，但是这种需要加装硬件才能实现的负荷监测方式会提高电力监测的成本。而且传统的监测设备只负责采集数据，不具备主动发现用电异常情况的功能。非入侵负荷监测与传统的入侵式负荷监测最大的不同之处就是能够在用电设备中不加装硬件的情况下对用电设备进行实时的负荷监控，在保证监测准确性的前提下，尽量降低成本。而且，采集终端在一开始就具有一定的异常波形分析能力，它将可能的异常波形数据提取出来传输到云端，然后在云端使用前沿的机器学习方法识别它是否为异常数据，然后将异常特征返回给终端的用电特征指纹库，强化采集终端识别异常的能力，做到对用电异常的实时检测。
　　如果把整个电网看成人体的主干神经，那么涉及每一户用电客户的用电信息采集，就是人体的末梢神经，这是人体感知最敏感的地方。从这个角度来说，用户用电计量数据，关系到整个电网的精益化管理。
　　图3 用户用电行为感知
　　3、台区设备实时监测以及故障精准定位
　　能源控制器通过载波的方式与分支数据监测终端通信，分支数据监测终端可通过通讯接口与温湿度传感器、温度探头、其他扩展设备等通信获取设备数据；也可通过环境采集终端采集烟感、水浸、门磁开关等状态量。做到用电环境安全检测，预防火灾水患等事件发生。
　　4、实现线损精益管理分析
　　支持分相线损计算模型，完成台区分相线损计算分析。线损深度分析具备日线损、小时线损、分相线损的实时统计和比对分析能力，支持表计火线、零线电流差异对比，分析线损异常并报警。
　　能源控制器通过与各级分支数据监测设备（LTU）进行通信，获取各级的电压、电流、功率、电量等相关信息，根据主站系统内的线路档案，计算整个台区内各段线路的线损情况，实现对线损的精益化管理。同时，基于低压全电气量数据采集和分段线损分析功能，可综合判断各段线路的用电异常情况，为低压线路防窃电提供有效的判断依据，找出疑似窃电的线路。
　　5、台区物联感知及运行监测
　　支持台区物联感知及运行监测。台区设备可实时监测，分别在台区内变压器侧、表箱侧安装模组化终端、分支数据监测终端等多种设备，对台区下各级设备运行状态进行实时监测，实现台区的物联管理和智能感知。台区配变负载情况监测，用采系统部署配变负载分析及异常监测模块，实现配变重载、过载、轻载、空载等多种运行状态的分析与监测。支持台区可开放容量利用，开展台区中长期可开放容量预测，深度挖掘台区真实可利用容量，指导业扩报装接入智能化适配。
　　模组化终端直接从智能开关中获取相应线路的电压、电流、功率等各类电气量信息即可。能够实时判断断路器的实时状态。同时，模组化终端可根据监测到的断路器异常数据，生成相应的故障事件并上报给主站进行报警。
　　成果转换和推广应用场景
　　本项目的研究和开展将促进供电用户的精细化管理，推动用户群的异常智能诊断，提高用户的用电可靠性。随着本项目的广泛推广应用，为电力物联网建设提供更准确的技术及数据支持。电网末端节点边缘计算，结合云端的智能分析系统，必将极大地改善新型配电网的可靠性诊断水平，提升主动配电网的运行安全性，具有广阔的经济和市场应用前景。
　　项目能够带来较好的经济效益。高频采样的用电数据提取及分析系统能够更加准确地提升电网供电可靠性，同时能够更加准确地发现用电异常，及时预警和反馈，能够进行精细化线损分析和用户漏窃电检查，有助于提高用电服务的综合水平，实现更有效的运维，节约运维成本。
　　项目同时还具备潜在拓展价值。随着人工智能技术的不断发展，将人工智能技术编码进芯片之中以提高芯片的数据处理能力，使电网设备的运行更智能化已成为当前的研究热点。本项目在实际运用之中能够积累大量的准确的电网设备运行在线监测数据，提升了电网供电可靠性；同时能针对用户用电做到精细化，更好的提升用电服务。为今后研究电力智能故障监测提供了样本数据支撑，非常适合作为新一代能源互联网企业标杆的典型应用。
　　作者：国网上海市南供电公司 吴强/赵顺麟