河南省智能台区一体化系统可行性研究报告.doc

河南省智能台区一体化系统可行性研究报告.doc

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XX省电力有限公司科技项目

可行性研究报告

项目名称：

能效管理与智能台区一体化系统

申请单位：

XX供电公司

起止时间：

2013年1月至2013年12月

一、目的和意义

国家电网公司提出建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制等技术，构建以信息化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网的战略发展目标。

智能电网建设从结构来讲，分为智能高压输电建设、智能变电建设、智能配网建设、智能台区建设、高质量的用户服务建设六部分。

“十二五”规划明确将节能减排确定为七大战略性新兴产业，并将此作为新的经济增长点。

建设智能电网，推动节能减排，已成为国家电网公司的重要发展战略。

台区作为供电系统的基本元素，对电力系统的安全、高效有着至关重要的影响。

本项目研究台区智能化建设与改造融入需求侧管理的理念，建立能效管理与智能台区一化的体系：

通过对台区设备的智能化建设与改造，实现台区运行状态的实时监测与控制、运行数据的综合分析、提升台区设备科技水平；降低台区损耗、提高电压合格率；及时定位变压器和低压线路的故障点，提高供电可靠性；为电力客户提供以互动为基础的节能服务，实现低压台区自动化、智能化推动降损节能。

通过互动终端，将用户和电网公司之间形成即时连接的网络互动，实现数据读取的实时、双向效果，整体性地提高电网的综合效率。

通过建造互动的电网为消费者提供更好的减少能源消耗的途径。

针对国家即将推出的居民阶梯电价，本系统设计了针对阶梯式电价的提醒功能，帮助客户分析用电成本，优化用电方式，及时掌握电价，做好家庭节电计划。

本系统对家庭用户的家用电器和照明设备进行智能分析，然后把相应结果返回到用户家中的互动终端，用户可方便的随时查看到相应耗电数据。

同样对小型工商户的用电性质进行分类，分别采用相应的节电措施和建议，小型工商户也可方便的随时查看到相应耗电数据和分类数据。

不同用户可以根据这些详细的信息，制定适当的节电措施。

本系统也能给出节约用电的建议。

二、国内外研究水平综述

“推动电网智能化建设促进节能减排”已成为世界各国的共识和发展方向，智能电网能够促进节能减排，主要原因在于电网能够融入IT技术，实现生产端和消费端的双向互动。

欧盟理事会的能源绿皮书《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》明确强调欧洲已经进入一个新能源时代，智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向。

将推动欧盟能源革命的深度扩散，为整个社会节约成本、降低温室气体排放，并促进绿色经济占统治地位。

可以说不推进智能电网技术就不可能全面推广可再生能源发展。

美国已经开始对其价值3万亿美元的电网系统实施智能电网技术和超导材料集成的升级改造，这将导致全球能源领域的重大变革。

2009年美国白宫发布的经济复苏计划宣布，为4000万美国家庭安装智能电表。

这意味着奥巴马政府能源计划的下一步战略将发展智慧电网产业。

位于科罗拉多州首府丹佛西北40公里的小城波尔得，已经成为全美第一个智慧电网城市。

谷歌正在开发一项公益性研究“电表”软件（PowerMeter），用来实时显示你家中电器的耗电情况。

PowerMeter软件的工作原理是：

该软件将对用户家中电器和照明设备进行智能分析，然后把相应结果返回到用户家用电脑当中，用户便可随时查看到相应耗电数据。

电力公司的账单只能告诉你一个月的总耗电量，但谷歌“电表”软件却可以告诉你任意时间段各种电器的耗电量。

用户只有知道这些详细的信息，才能因地制宜，制定相应的节电措施。

谷歌希望通过使用这个软件，达到节电5～15%的目的。

在美国推出智能网研究标准的同时，中国“智能能源网”规划研究，也已列入国家“十二五”战略规划。

日前，国家电网公司公布了三个阶段的“坚强智能电网”建设规划，意味着中国已正式确立了建设智能电网的路线图，中国智能电网有望升格为智能能源网。

未来中国新能源网络不仅要实现不同能源之间的互动，而且要实现生产端与消费端之间的互动。

一方面，智能能源网能够将新型可替代能源接入电网，比如太阳能、风能、地热能等，实现不同能源之间的互动。

另一方面，智能能源网能够实现双向互动的智能传输数据，生产端与消费端之间的互动，实行动态的浮动电价制度。

以往只有生产端主动向消费端提供能源，而消费端却无法主动向生产端发出需求，正是由于缺乏互动电网系统，以致经常出现区域性、季节性的“气荒”“电荒”等短缺现象。

如果生产端与消费端之间能发生双向互动，就不会发生这样的情况。

互动能源网将使有插座的地方就有能源，它将使互联网极大地普及，颠覆和重构我们的生活方式，建立21世纪的公共服务等现代化体系，使我国农村更快地整体进入网络世界，此举也将成为世界上最大规模的智能体系的扩张。

据专家测算，建设智能能源网将会把我国能源效率提高至少15%，以2009年中国能源消费总量而论，全国每年大约可节省至少近4亿吨的标准煤。

当前，中国智能能源网不仅在理论框架上日趋成熟，在实际应用中也取得了一些进展。

为此提出以下两个建议：

一是中国领先制定智能能源网络国际标准。

鉴于中国在国际上率先提出智能能源网概念，并得到了国际上的高度认可。

然而由于历史发展原因，以及受服务对象为广大农村用户这一客观因素影响，目前农网还存在着发展投入不足、网架基础较薄弱、装备水平不高、供电损耗偏大、地区间差异较大等问题，网架建设和供电能力有待进一步增强、农村低压电网发展存在瓶颈，农网自动化建设及实用化水平有待提高，农电管理信息化建设需要进一步规范统一，农网用电互动化进程处于起步阶段。

实现农村电网智能、高效、优质运行，能够使农网更好的服务于低碳经济发展，为全面建设小康社会提供安全、可靠、清洁、优质的电力保障。

三、项目的理论和实践依据

1.项目研究内容

1）智能台区建设与改造，以及供电公司与用户之间双向互动网络的建立；

2）利用互动网络数据读取的实时、高速、双向性，对家庭和工商用户的家用电器和照明设备、生产用电气设备进行智能用电分析，整体性地提高电网的综合效率；

3）利用互动网络获得实时电压无功数据，采用农村电网专用型的D-STATCOM，进行低压系统无功-电压调节，降低低压电网的损耗，同时D-STATCOM的滤波和三相不平衡调节使得供电质量得到进一步提高；

4）每户安装的互动终端、表箱安装的多功能表、无线传感器、安装在智能台区控制箱的集中器、多台区共用的综合管理系统；

5）建立智能台区信息管理平台。

2.采用标准

《农村电网节能技术规程》

GB/T13729-2002远动终端设备

GB/T2423.1-2001电工电子产品基本环境试验规程试验A：

低温实验方法

GB/T2423.2-2001电工电子产品基本环境试验规程试验B：

高温实验方法

GB/T17626.4—2008电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

GB/T17626.5—2008电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验

GB/T17626.11-2008电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断

和电压变化的抗扰度试验

GB/T17626.2-2006电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验

GB/T17626.3-2006电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验

GB/T17626.8-2006电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验

GB/T17626.12-2006电磁兼容试验和测量技术振荡波抗扰度试验

DL/T814-2002配电自动化系统功能规范

《配电系统自动化规划设计导则》

IEC870-5-101远动设备及系统第5部分传输规约第101篇基本远动任务配套标准

IEC870-5-104远动设备及系统第5-104部分：

传输规约采用标准传输协议子集的

Q／GDW_514-2010配电自动化终端子站功能规范

Q／GDW614-2011农网智能型低压配电箱功能规范和技术条件

Q／GDW615-2011农网智能配变终端功能规范和技术条件

GB/Tl2325电能质量供电电压偏差

GB/T15543电能质量三相电压不平衡

GB/T24337电能质量公用电网间谐波

DL/T499农村低压电力技术规程

DL/T736剩余电流动作保护器农村安装运行规程

Q/GDW126农村电网自动化及通信系统技术导则

Q/GDW127农村电网电压质量和无功电力管理办法

Q/GDW374.1电力用户用电信息采集系统技术规范：

专变采集终端技术规范

Q/GDW374.2电力用户用电信息采集系统技术规范：

集中抄表终端技术规范

Q/GDW377电力用户用电信息采集系统安全防护技术规范

Q/GDW376.1电力用户用电信息采集系统通信协议：

主站与采集终端通信协议

Q/GDW435农村电网无功优化补偿技术导则

Q/GDW462农网建设与改造技术导则

2.项目研究的关键和难点

l关键技术：

1）智能台区建设

智能台区利用电力电子技术、自动控制技术、数字信号处理技术，将配变监测、计量、集中抄表、电能质量监视、无功优化控制补偿、电能质量调节/谐波治理等功能有机地融合在一起，形成资源共享、数据共享，实现电能质量实时监测，综合治理，降低损耗等功能应用的一体化平台设备。

同时，系统具备的用电安全监测管理功能，实现台区的漏电、窃电监测，故障监测与定位，提高用电安全管理水平。

为了实现迅速定位故障点，在分支上安装若干带有通信功能的故障指示器。

2）建立双向互动网络

用户的智能电表在通过表箱内RS-485通信线连接到无线传感器（无线采集终端），各用户的用电数据传输到采集器，采集器通过本身无线微功率网络，将各电表数据、用户停电信息上传到智能台区集中器、后台系统，此为双向互动的上行通道；台区集中器含无线接受与发射功能，将各用户的相关数据传输到用户家中的互动终端；供电公司可通过后台系统向用户发布信息，例如停电通知等内容，也由台区集中器转发，此为双向互动的下行通道。

台区通讯终端通过GPRS无线、光纤、3G或光载无线（ROF）通信等网络将数据统一上传至后台主站。

后台系统主要任务是故障报警分析计算、管理、下达通告台区线损实时理论计算、三相不平衡度计算与分析、低压业扩报装经济性分析均依据电力系统现有成熟理论并结合台区实际情况进行计算。

3）无线网络设计

本项目设计两种无线传输方案。

一种针对环境简单，距离较短的场合，使用ZIGBEE组网；对于距离超过300米、通信环境差的地域，推荐使用光载无线网络方式。

光载无线技术Radio-over-Fiber（ROF）是一种光和无线结合的通信技术，它的产生与发展都来源于用户对无线接入网的带宽的需求。

光纤接入和无线接入分别有着各自的优势，光纤具有低损耗、高带宽、防电磁干扰等特点，而无线接入则可以给用户带来无处不在的方便快捷服务，且免去了铺设光纤的昂贵费用，于是，人们就想能不能用一种技术将有线与无线接入融合起来。

Radio-over-Fiber（ROF）技术就是应这种需求而出现，并且成为越来越多人研究的热点。

目前光载无线技术应用在移动通信中，丰富的传输带宽、无缝的覆盖范围、大容量、低功耗等优点均使得ROF系统光无线网络融合中有较大的发展空间。

另外，它对信号的调制格式具有透明性，它只提供一个物理传输的媒介，可以把它看成天线到中心控制局之间点到点的透明链路。

自90年代后经过快速的发展，ROF得到了广泛的应用,在80年代美国首次将ROF技术用于军事用途。

ROF技术充分结合光纤和高频无线电波传输的特点，能实现大容量、低成本的射频信号有线传输和超过1Gbit／s的超宽带无线接入，并具有覆盖面广、易于动态管理和维护等特点。

目前在超宽带蜂窝网络、室内无线局域网络、卫星通信、视频分布式系统、智能交通、电动汽车充电系统、智能电网通信和控制等领域均有应用。

4）农网专用D-STATCOM的研制与应用。

努力降低成本，研制一种免维护、全自动的电压-无功-滤波-修正三相不平衡的综合功能设备，适应农村低压电网的需求。

l难点：

无线网络设计和农网专用D-STATCOM是本项目的技术难点。

1）无线网络通信技术不仅是本项目的难点，也是智能配电网系统的难点。

目前电力主干网通信无一例外的采用光纤传输通道，安全、可靠。

然而，对于中低压变电站以下的配电网络很少采用光纤通信。

主要原因是配电网络量大，铺设光纤所需资金巨大；另外，配电网络分布在居民区，有些城市电缆已下地，架设光缆困难重重，无法实施。

在此种情况下，担当通信任务的只有无线通信。

近年来供电部门尝试过多种无线通信模式：

扩频、载波、公网、专用无线网，积累了一些经验，也感到在有些情况下还难以尽如人意。

本项目对GPRS、ZIGBEE、ROF进行了技术经济比较：

GPRS每个点所需要的费用较高，同时与公网隔离的安全防护措施复杂；WSN与ZIGBEE同属于射频技术，前者速率低、穿透能力稍强，后者技术支撑较强、应用成熟、速率高，穿透能力稍差，价格便宜。

最终决定在条件较好的地点采用ZIGBEE网络，个别距离远、房屋密集地段应用光载无线技术ROF组网。

该技术国内外均有应用，技术比较成熟。

特点是穿透能力强、传输距离远。

尤其是可以应用电力电缆或导线作为无线网络的天线，有效增强通信能力，另外可以实现同步时间。

2）配电网静止同步补偿器（D-STATCOM）是一种重要的装置，跟其它类型的装置相比较，具有功能强大、性能优良、性价比高的特点，能综合的解决配电网中无功补偿、电压波动与闪变、电流畸变、三相电压不对称等电能质量问题，因此在配电网中颇受关注，成为了现阶段配电网无功补偿和电能质量控制的发展方向。

D-STATCOM与以往的无功补偿装置如自动投切电容器组装置和SVC相比具有如下特点：

l响应时间快。

自动投切电容器组装置的响应时间需要几秒钟，这是受电容器放电时间所限制。

国标规定电力电容器放电时间为3秒钟，如果放电时间太少，则电容器的剩余电荷不能放电干净，如再次投入可能会导致电容器发生过压击穿现象；

l不会引起谐振短路。

虽然该装置仍然采用并联型结构，但是它与电网之间有连接电抗器，因此不会出现并联谐振现象；

l可以发出连续可调的感性无功和容性无功。

该装置不仅可以应用在感性负荷场合，还可以应用在容性负荷的场合，可以提高补偿效果，降低线路损耗；

l精准电压控制。

该装置除了可以按照功率因数或者无功功率控制之外，还可以按照电压幅值来控制，确保用户获得的电压的平稳性，降低电压纹波；

l具有自适应功能，实现动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应；

l受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振；且可以跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率变化的影响。

D-STATCOM在变电站和工业企业应用较早，在农网应用还很少。

本项目专门针对农网开发了实用性强的产品，重点关注三相电压不平衡、抑制谐波、无功补偿的技术指标，淡化响应速度等高精度指标，努力降低成本、提高装置的性价比，使之适合农网应用。

四、项目研究内容和实施方案

1.项目主要研究内容

系统结构示意图

1）台区智能集中控制处理器的研发：

台区智能集中控制处理器利用电力电子技术、自动控制技术、数字信号处理技术，将配变监测、计量、集中抄表、电能质量监视、无功优化控制补偿、电能质量调节/谐波治理等功能有机地融合在一起，形成资源共享、数据共享，实现电能质量实时监测，综合治理，降低损耗等功能应用的一体化平台设备。

该设备具有如下功能：

l台区通讯终端与后台主站、集抄集中器、无功补偿设备、变压器测控测单元、用户室内互动终端通话，完成采集数据或下发命令任务；

l控制器具有电压无功控制策略、数据采集与存储：

采集并存储集抄设备中的电量、电流、电压及报警等信息，同时能判断是否缺失信息（如某个子表的数据不完整），并发送命令给集抄器继续与子表通讯采集完成所有数据；

l从后台软件系统得到每户的电量信息并存储，以备用户室内交互设备查询用；

l从后台软件系统接收供电公司的公告、提示、通知等信息，并自动发送给用户互动终端；

l时钟召测和对时功能：

有计时单元，计时单元的日计时误差≤±1s/d。

可接收主站或本地手持设备的时钟召测和对时命令，能对台区内采集器进行广播对时或对电能表进行广播校时。

l台区参数设置和查询：

通过主站、本地按键和手持设备均可对台区档案、台区通信参数进行设置和查询：

l抄表参数设备和查询：

可远程、本地设置和查询抄表方案，如采集周期、抄表时间、采集数据项等。

l无功补偿参数定值设置：

可远程、本地设置无功自动补偿判据。

l事件记录：

可根据设置的事件属性，将事件按重要事件和一般事件分类记录。

事件包括故障指示器信息、终端参数变更、抄表失败、台区停/上电，电能表时钟超差等。

可主动向主站发送告警信息，能保存最近500条事件记录。

l电能质量监测：

分析与计算配电台区出线功率因数、谐波分量以及三相不平衡度，统计供电可靠性和供电质量，同时为无功补偿、电能调节和谐波治理提供依据。

l负荷管理：

综合控制管理配电台区负荷，通过设置功率定值、电量定值、电费定值以及自动控制低压配电开关，实现台区大用户或预购电的用户用电控制；同时在电力供应紧张的情况下，可按照预制方案实现负荷控制，保障全网负荷的合理配置。

具有多种当地负荷自动控制的功能，装置默认优先级：

购电控>月电控>临时限电>营业报停控>厂休控>时段控。

l防窃电功能：

综合配电台区数据，包括配电变压器运行信息、用户电能表信息、配电台区箱体/柜门状态等，发现异常后启动对非正常用电信息的报警，通过技术手段对非正常用电进行警示，防止窃电行为的发生。

l漏电保护功能：

实现对漏电电流数值、开关状态的监测及漏电保护器运行状态的监测（失压告警、漏电告警等的监测），具有记录、存储和上报功能，采用带485接口的漏电保护器，可以将漏电流值及开关状态上传。

l维护及本地功能：

自检和异常记录（可自动进行自检，发现设备（包括通信）异常有事件记录和告警功能。

）、初始化（可接收主站下发的初始化命令后，分别对硬件、参数区、数据区进行初始化，参数区置为缺省值，数据区清零，控制解除。

）、远程软件升级（支持远程在线软件下载升级，并支持断点续传方式，但不支持短信通信升级。

）、本地状态指示（有电源、工作状态、通信状态等指示）、本地维护接口（提供本地维护接口，支持手持设备设置参数和现场抄读电能量数据，并有权限和密码管理等安全措施，防止非授权人员操作）

2）根据各试点台区实际情况，确定是否更换为有载调容或有载调压变压器，并确定变压器容量。

3）研发新的通讯终端设备，该设备能满足与台区处所有设备的通讯要求，支持RS-485、GPRS、光纤、3G、ROF等多种通讯方式。

4）选用集抄集中器，与每个子表进行通讯，实现电量集抄、电表运行数据实时上传；

5）对配电变压器运行情况进行综合监测。

6）通讯系统建设：

建设一个包含RS-485、ZIGBEE或ROF、GPRS通讯方式的双向互动通信网络。

7）具有多种附加功能的智能电表：

在现有智能电表基础上，开发更多功能，包括：

电压/电流/功率因数/用电量监测，电压越界自动上传报警等功能，并可以储一定次数的采集数据以备意外情况下的数据恢复采集等。

8）研发用户互动终端：

设备能接受台区智能集中控制处理器下传各种信息（当日用电量、当月用电量、停电通知、催费信息），在停电后可发信息给台区智能集中控制器进行报警，可以采用ZIGBEE或ROF通信方式。

用户可以查询自家用电信息、电费信息、停电通知、人均实际耗能及该地区平均耗能指标等。

9）研发能效管理和智能控制一体化系统后台软件一套，该软件具有如下功能：

l在低压GIS基础上进行实时监测数据的动态展现，与计划停电系统、SG186用电营销系统等做接口，获得用户基本信息及用电、缴费、计划停电等信息；

l与台区通讯终端进行通讯，接收数据并下发信息；

l能够及时提供给用户各种交互信息；

l故障指示器信息；

l电表电压越限报警和分析：

对电表越限告警进行展示与综合分析；

l台区线损的实时理论计算；采用潮流算法对台区线损进行实时理论计算；

l台区业扩报装接入相别及经济性分析：

根据台区负荷数据及运行数据，综合考虑台区三相不平衡及线损率变化，分析业扩报装新增用户最佳接入相别。

l台区三相不平衡分析和优化分析：

对台区三相不平衡度进行在线监测与计算，对于严重不平衡台区给出优化方案；

l能效分析和节电建议（人均耗能指标，提示用户）包含人均耗能降低的理念，分析用户用电特点，给出阶段建议；

l全景视觉：

对分析结果以报表或曲线进行直观展现，便于各层次用户理解、接受。

2.项目实施方案

项目将在理论研究的同时对现场情况进行勘察设计，而后根据现场实际情况对硬件设备及软件进行可行性研究，在可行性研究通过之后再开始实际研发。

为了保证系统研究成果的可靠性，在研发中将全程对硬件的每一个模块及软件的每一个功能进行模拟性试验和测试，以保证设备及软件的可靠性。

在设备及软件研发成果之后我们不会立即将所有设备投入8个试点台区，而是采取先在2个台区进行试点运行的方式，通过一段时间的运行找出系统中存在的问题并进行优化，在系统各方面性能都能适应现场环境之后，再在其余6个台区全面推开建设。

本次试点建设将选择首山乡的3个台区（黑牛庄村A台区、黑牛庄村B台区、黑牛庄村C台区）、弓长岭3个台区（尤吉村台区、红花峪台区、柳河村台区）、灯塔2个台区（天河村灯台区、小纸院内台区）共8个台区进行试点建设。

总用户数量1505户，电表数量1867块，表箱数501台。

前期理论研究及现场考察约3个月时间，设计研发、约6个月时间，试验及资料编写约3个月时间。

一、预期目标和成果形式

1.项目研究预期达到的目标

l完成台区智能控制处理器、台区通讯终端、用户室内交互设备、智能电表扩展功能的研发；

l建立起RS-485、GPRS无线、zigbee或光载无线ROF技术的通讯网络，实现与用户之间的双向互动；

l实现台区节能降损，典型中等规模以上农电台区实现降损10-15%；

l完成试点范围内台区电表的改造，实现100%集抄；

l实现电压越限告警、用户停电告警、故障报警主动上送（安装故障指示器的台区），并结合线路基础数据及拓扑关系对电压进行综合分析；

l实现有载调压变压器与无功补偿设备的综合控制；

l实现低压线损分相理论计算；

l实现业扩报装接入相别分析；

2.项目成果形式

1）八个台区智能化改造；

2）论文一篇；

3）专利一项；

4）系统说明书；

5）后台软件操作手册；

6）系统相关硬件设备的使用说明书；

7）能效管理及智能台区一体化系统软件一套。

8）形成《智能台区一体化系统运行规程》一套

二、合作单位或依托工程单位落实情况

XX供电公司选定沈阳汉华软件有限公司、南京国网电瑞继保科技有限公司在XX地区共同完成能效管理与智能台区一体化系统试点工程建设。

目前已初步选定XX县供电分公司、弓长岭供电分公司、灯塔供电分公司区域内共8个综合台区进行试点工程建设，目前已完成对台区现场情况的初步勘查。

三、项目承担单位的条件

1.项目负责人

姓名：

李峻

年龄：

45

学历：

研究生

所学专业：

农村电气化

职称：

高级工程师

职务：

XX供电公司农电部主任

技术专长：

输、变、配电技术农村电气化

主要经历：

①1984-1988沈