基于融合终端的智慧台区治理技术研究

国网江苏省电力有限公司南通供电分公司 刘王春 袁明秋 孙巍 黄冬冬 吴楠 曹越 王孟希

1 引言

随着城市的发展，各地电网公司在智能配电网的建设方面投入了大量的人力、物力、财力，智能配电网的建设取得了重大进展。充分利用智能电网的基础数据，辅助各类智能监测感知单元，进行大数据分析解决电网的安全运行、故障抢修、线损管理等实际问题也初现成效。基于融合终端的智慧台区治理技术通过分析不同方案的台区信息治理方案，为智慧台区建设提供指导，实现电网智能实时运行监测管理、线损精益化管理、低压拓扑动态识别、故障研判、快速定位和辅助主动抢修等功能[1]。

2 外置式智能低压故障传感器

随着电力物联网技术的不断发展，越来越多的高精度、多维度的智能传感技术应用到电网。传统融合终端主要实现配用电台区用电信息采集功能，通过外置式智能低压故障传感器，对低压台区设备状态监测，包括台区设备温度、电流、电压等信息采集，最终将信息传输至融合终端，由融合终端统一上传。

基于融合终端+外置式智能低压故障传感器的低压台区智能化方案，通过传感器模块采集信息，进行实时感知电网的运行状态，将信息传输至融合终端，实现融合终端的智能化[2]。该方案具有模块化、可扩展、低功耗、低投资、免维护的优点。融合终端如图1所示、传感器模块如图2所示。

图1 融合终端

图2 传感器模块

3 智能物联塑壳断路器

随着电网稳定需求的不断提高，小型断路器的应用越来越广泛。而智能物联塑壳断路器具有电路通断功能，能够实现负载过载保护、过压保护、短路保护、打火保护以及过温保护等功能。内置带计量的电子开关，可读取用电设备的电流、电压、用电量及接线端温度等数据。智能物联塑壳断路器具有NB-IoT、4G、5G、电力载波等通信方式，部分智能物联塑壳断路器除具有通信模块，同时具有液晶显示模块，智能物联塑壳断路器如图3所示。

图3 智能物联塑壳断路器

基于融合终端+智能物联塑壳断路器的低压台区智能化方案，具有可远程遥控、保护动作、实时感知等功能，能够根据电流、电压、电能、功率、功率因素及功耗情况，实时监控漏电电流、三相不平衡、缺相、故障电弧等异常情况，对负载进行通断控制。

4 融合终端多维融合感知

配电物联网技术架构如图4所示。

图4 配电物联网技术架构

基于“云、管、边、端”的配电物联网技术架构，进行配电低压台区物联网智能化改造。通过外置式智能低压故障传感器、智能物联塑壳断路器形成多维智能感知。基于智能融合终端形成智能配电网边缘计算，实现配电信息汇聚、远程智能决策，并通过无线通信技术接入云平台，实现配电状态全景感知、台区营配融合、供电质量提升、线损精准管控、故障就地研判等支撑等功能。结合供服指挥平台，实现配电网故障快速抢修、供电快速恢复，从而提高配电网安全性、稳定性。

“云”采用“物联网平台+大数据+业务微服务+智能感知”的技术架构，实现了海量配电终端通信连接、配电网灵活部署、弹性伸缩、应用和采集数据解耦、应用快速上线，满足配电网业务需求的快速响应、动态分配、集约化运维、智能化抢修等要求。“管”采用“远程通信+本地通信”的混合架构，通过配电远程化、物联网协议、物联网模型，实现配电网设备组网、配网资源自描述，支撑边缘设备即插即用，实现配电业务实时性及大带宽。“边”采用“标准化平台+边缘操作系统+App”的技术架构，集合存储、计算、通信，通过边缘侧的计算提高业务处理效率，减少云端通信、计算的压力；通过App定义终端，实现配电网生产业务与客户服务应用的灵活部署。“端”采用“硬件+物联网+App”的架构，采集配电网的自检状态、环境信息、辅助信息等基础数据，执行上级决策命令或就地控制，完成与电力末端互动，满足电网安全生产和客户服务需求[3-4]。

5 基于互联网通信的通信协议

融合终端通信目前主要采用电力专用VPN 的4G流量卡，同时在服务器端进行正向加密，保证互联网通信的安全性，而目前IEC014 主要应用于IP比较固定的应用场景，而由于移动端无法固定IP地址，因此基于IEC104进行扩展，形成适用于融合终端通信的104协议[5]。

5.1 连接过程

云平台监控布置在云平台上，具备固定的互联网IP 地址。通信的规约暂时采取网络104 的方式，管理机主动连接云平台。管理机主动连接云平台后，会主动发送ASDU0（配电台区标识），云平台判断是否具备连接的资格。配电台区名称20个字节。

5.2 协议格式

APDU格式如图5所示。

图5 APDU格式

融合终端通信参考IEC60870-5-104 标准，其中APDU 长度域定义了APDU 的长度，APDU 包括APCI 的四个控制域八位位组和IEC104 中定义的ASDU。ASDU 最大长度限制在249 个字节，因为APDU 域字节最大是253，控制域长度是4。APCI格式图6所示。

图6 APCI格式

5.3 数据传输

管理机一旦连接上云平台后，等待云平台召唤上送全数据（全遥信、全遥测、全电度）。云平台总召唤的时间，在云平台端设置（默认为300s）。管理机的变化遥信数据，会立刻上送到云平台。每隔10s（可配置）管理机会主动上送变化遥测。云平台可单独召唤全电度数据，5min 一次（可设置）。管理机的程序里，没有处理遥控、遥调、设置数据等命令，云平台也不允许下发类似命令。

6 基于FP-G的配电网故障挖掘研究

基于融合终端的智慧台区治理技术主要通过FP-Group 算法，对配电网融合终端多维异构数据进行故障挖掘。配电网FP数据结构如图7所示。

图7 配电网FP数据结构

配电网故障挖掘步骤可以分为以下五步。

一是扫描台区数据，得到所有频繁项集的计数。删除支持度低于阈值（可配置的故障特征阈值）的项，选择一项频繁集放入项头表，并按照支持度进行降序排列，形成第一个频繁项序列。

二是扫描频繁项序列，将读到的原始数据排除非频繁项集，并按照支持度降序排列，形成第二个频繁项序列。

三是读入排序后的数据集，按照排序后的频繁项序列插入FP-tree。在频繁项序列排序中靠前的节点为祖先节点，靠后为子孙节点。

四是若频繁项序列祖先节点相同，则该祖先节点累加1。插入频繁项序列后，若有新节点出现，则项头表对应的节点会通过节点链表链接上新节点。循环直到所有数据都插入FP-tree。

五是从项头表的底部项向上依次找到项头表项对应的条件模式基。从条件模式基进行递归计算，得到项头表项的频繁项集。

六是完成故障挖掘下，若不限制频繁项集的项数，则返回所有递归挖掘到的频繁项集，否则只返回满足项数的频繁项集。

基于FP-G 的配电网故障挖掘根据台区环境数据、电能数据、历史数据等海量信息挖掘出关联故障信息，对配电网隐患进行提前预警，同时推进配电台区运检业务智能化，为后期低压配电台区批量智能化改造提供参考方向。

7 结语

低压配电网直接服务于用户，其可靠运行是整个电网运行的重要组成部分。然而，当前低压配电网主要存在状态监测不足、故障率高、故障查找困难等突出问题，制约了配电网供电可靠性、限制了供电服务水平提升。因此，本文提出基于融合终端的智慧台区治理技术研究，以外置式智能低压故障传感器、智能物联塑壳断路器作为融合终端的感知支撑，通过基于互联网通信协议上传至云平台，对配电网融合终端多维异构数据进行故障挖掘，保障供电台区的安全。