配电物联网台区拓扑自动识别:技术解析与实践应用

2024-01-16

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在国家面向未来实施的"3060战略"中,浙江省作为新能源体系构建的关键一环,积极响应国家能源局开展整县屋顶分布式光伏建设试点工作的号召,选取三十个县作为示范引领区域。

于支撑这一重要试点项目的推进过程中,低压配电网的角色愈发凸显,成为实现国网公司“打造具有中国特色国际领先的能源互联网企业”及浙江公司“构建面向未来的能源互联网形态下高弹性电网”的战略蓝图中的核心战场。遵循《国网设备部关于2021年台区智能融合建设应用提升工作方案的通知》的指导方针,通过部署配电物联网技术,实现了对连接设备与分布式能源的全面监控和整合。

这一举措旨在为公司提供强大的支撑力量,使其能够高效应对大规模分布式电源的接入、消纳及日常运行维护需求,并实现精细化管理运营。通过集成先进的核心技术装备,浙江省在推动可再生能源利用、构建绿色能源体系的同时,亦展现了其作为全国新能源转型先锋的独特地位与远见卓识。

近来,国家电网公司召开全境光伏建设推进会议,明确指出对于已接入分布式光伏系统的区域,必须全面铺开台区智能融合终端的覆盖部署。至2021年底,目标实现全省范围内9万个台区的智能终端安装工作。

为确保全境屋顶光伏建设工作的顺利进行,浙江公司规划于次年在全省各地市公司实施配电物联网台区向下延伸网络化组网及大规模应用示范工程。为了有效支撑分布式光伏接入后的台区精益运行与运维管理,构建基于台区智能融合终端的全视图状态感知配电物联网台区至关重要。

这一核心基础应用对于实现配电物联网台区全景状态感知起到决定性作用,其重要性不言而喻,对提升系统效能及整体运营效率具有深远影响。

拓扑自动辨识技术是一个复杂而精妙的领域,旨在通过算法与模型来识别和理解空间中的结构与连接关系。这一技术的核心在于能够对物理世界或抽象概念中的网络、系统或数据集进行分析,并根据其内在联系推断出拓扑特征。

在实际应用中,拓扑自动辨识通常涉及图论、复杂网络理论以及机器学习等多学科知识的融合。它旨在揭示复杂系统的本质结构和动态行为,对于理解诸如生物网络、社会关系网、互联网架构乃至物理空间中的分布规律至关重要。

该技术的实现通常依赖于算法对数据进行深度分析与解析,包括但不限于聚类分析、图谱嵌入、深度学习模型等,以捕捉并表达拓扑结构的内在属性和复杂性。通过这些方法,能够有效地识别关键节点、评估系统稳定性以及预测潜在的变化或演化趋势。

总而言之,拓扑自动辨识技术是现代科学研究与技术发展中不可或缺的一环,它为理解复杂系统的本质提供了一种强有力的新视角,不仅在理论研究中有着广泛的应用,在实际问题解决上也展现出巨大的潜力。

配电网体系由高压、中压和低压三类配电电压构成,其中低压配电网络以10kV与0.4kV为典型示例,而低压配电台区则专指10kV至0.4kV电压等级下的供电范围或区域。在此背景下,配电台区的拓扑结构分析主要集中在识别"变-户"关系,即从变压器到最终用户之间的联系。

由于技术与管理现状的局限性,相较于主干输电网络而言,低压配电网在建设与运维方面存在显著差异。在配电台区内,资产种类繁多且相互间连接关系复杂,包括变压器、表箱及电能表等关键要素的信息及其精准拓扑关联都需要被准确地录入至信息化管理系统中。以往依赖人工手动录入的方式,不仅耗时冗长,并且难以确保数据的质量与精确性;此外,在农网改造、表箱替换等相关施工项目的实施过程中,台区内设备配置与拓扑图的频繁调整进一步凸显了高效、自动化管理系统的迫切需求。

低电压架构中出现的配置失误。

"Discrepancies exist between the household and transformer substation allocation, resulting in inaccurate aggregation of meter readings assigned to a particular zone. This erroneous inclusion of non-local meter numbers onto the meters within said zone undermines the precision of area-wide electrical consumption assessments."

"Deficiency in the 'customer-wire' linkage implies an absence of critical information concerning the circuitry that connects end-users to transformers. Consequently, when anomalies arise within a distribution area, pinpointing the specific sector experiencing issues or identifying affected zones becomes an intricate and time-consuming task."

引发低电压配电网中拓扑配置不准确的问题,通常源自多重因素交织影响。首先,设备老化与维护不足是根本原因,随着时间的推移,电气设备可能出现故障或性能衰退,导致供电效率降低,进而产生电压不稳定现象。其次,线路规划不合理及布局不当也是重要因素之一,在原始设计时缺乏前瞻性考量,未能充分考虑未来负载增长需求,使得现有电网结构无法满足日益增加的电力需求。

此外,电网中的负荷不均匀分布、高功率因数负载的存在以及网络损耗大等问题亦不容忽视。负荷不均可能导致某些区域过载而其他区域则未充分利用,这不仅影响整体供电质量,还加剧了局部电压低下的问题。同时,对于含有感性和容性负载的系统而言,较高的功率因素会增加无功补偿的需求和复杂度,进而对电网拓扑结构产生不利影响。

技术层面的挑战亦不容小觑,例如缺乏实时监控与智能调度系统、数据收集与分析不足以及应对突发事件的能力有限等。这些问题在一定程度上限制了电网运行状态的有效评估与优化调整能力。

总之,低电压台区的拓扑错误是由综合因素共同作用的结果,涉及到设备维护、规划布局、负荷管理等多个层面。解决这一问题需要从源头出发,采取综合性措施,包括加强设备检修、优化网络结构、实施智能调度与监控系统升级等策略,以期实现电网运行效率和供电质量的全面提升。

由于在低电压区域的改造过程中存在档案录入失误,由此引发了低压电力网络布局的不准确。

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面对对台区关注度的欠缺,在项目建设阶段仅聚焦于记录特定台区数据,从而导致低压台区的拓扑信息出现遗漏。

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在进行巡检与抢修工作期间,若于调整低压台区线路连接配置之时未能妥善记载或所作记录存在误差,由此可能导致该区域的拓扑结构信息出现偏差或失真现象。

近来,针对台区拓扑识别领域的技术创新与探索,已涌现出一系列精巧的方法,详情见下表1所列举者。

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尽管上述策略能够较为有效地实施户变识别,然而方法2至4的基础在于载波通信原理,其准确度受到时钟同步性、采样误差以及区域间的干扰等条件制约,因此识别的精确度相对较低,并且其适用范围受限于特定的载波通信设备配置。至于方法5至7的实施,则需要在瞬间造成短路以产生显著的电压和电流脉冲来实现目标,此类操作将引起电网中电压及电流的巨大波动,潜在地威胁用户设施与配电网的稳定运行,并且难以达到所需的小型化目标,同时其推广成本高昂。

大数据技术方案广泛应用于电力领域,特别是通过分析电表所记录的各项电气参数进行精细化解析与优化决策。这一策略通常基于一整套启发式优化算法、随机模拟机制以及最小二乘法和回归优化等高级数学工具,以期获取户变关系的准确模型。

值得一提的是,此类方案的一大优势在于其较低的成本,无需额外投入。然而,实际应用中却面临着多重挑战与局限性,诸如电气量数据采集过程中的同步性问题、精确度不足、小表及零表效应、线路窃电行为、线损监控不力以及数据通信的稳定性和可靠性等。这些问题的存在,使得基于大数据方法构建的户变关系模型在准确率上难以得到有效保障,从而制约了其在更大范围内实施与推广的可能性。

因此,在全面部署大数据方案以提升电力系统效率与管理水平时,需要充分考虑上述因素的影响,并针对性地采取措施加以改进和优化,以确保技术应用的有效性和可靠性。

随着全县域屋顶光伏项目的推进、电动汽车与分布式储能系统的广泛应用以及微电网技术的普及,低压配电网络已由以往的被动式架构发展为具备主动功能的新型网络结构。这一演变对低压配电台区的拓扑信息管理提出了更为精细和严格的要求。

首先,“户”概念被扩展至包括更多类型的应用节点,如分布式光伏系统、电动汽车充电桩、分布式储能设备等,这些新形态终端与原有用户共同构成了“广义的用户”群体。其次,在电力物联网建设背景下,台区拓扑结构的自动识别成为核心功能之一,它就如同为电网运维人员提供了实时动态的地图导航服务,不仅能够即时呈现台区内各部分的连接关系和运行状态,还能高效定位并快速响应故障情况,从而显著提升抢修效率,大幅减少停电时间。

在此框架下,设计出具备高可靠性能、精确度量、抗干扰能力强的拓扑识别技术方案至关重要。这样的解决方案不仅直接推动了电力物联网建设的进程,更促进了能源互联网的应用与发展,为构建智能高效、灵活可靠的电力系统奠定了坚实的基础。

探索拓扑识别技术的评估与验证过程,旨在深入理解其原理、功能和应用效能。通过精心设计的测试方案,我们能全面检验该技术在复杂环境下的表现,确保其能够满足精确性和高效性要求。这一系列试验不仅关注基本操作的有效执行,还着重于考察系统在面对未知或变化情况时的适应能力和鲁棒性。通过细致的评估,可以识别潜在的技术局限、优化点及创新应用的可能性,从而推动拓扑识别技术向更高层次的发展与完善。

为确保全方位且高效率地评估与验证拓扑识别技术的性能,国家电网浙江省电力科学研究院自主创制并推出了中国境内首个集边缘计算和终端设备交互于一体的配电物联网局域网测试系统,如图1所展示的那样。

依据评测要求,此系统能够整合接入各类创新智能设备及感知元件,如充电桩、储能设施、光伏组件与低压监控单元等,以检验其与智能融合终端之间的"边-端"交互效能。通过构建仿真的实际台区物理模型,该平台可一键生成具备多区域、多层次以及复杂拓扑结构的台区场景,并以此作为依据开展电能质量调控、智能化管理等功能测试。

相较于传统的实验室理论性验证或实地运行检验,此平台既高度复刻了真实低压台区的操作环境,又兼具实验室测试系统的适应性和个性化调整能力。它能够对被测设备的功能和性能进行精确评估,从而满足配电物联网技术革新与业务拓展的评测及研发需求。

当前最广受推崇的拓扑结构识别技术范畴是微电流注入法,在其效率和可靠性方面,相较于诸如大数据分析法或信号相关性法等其他策略而言,展现出显著的优势。

在探讨微电流注入法时,可以发现其具体实施方法存在多种变体。主要形式包括“有功电流注入结合时间域内信号检测”、“有功电流注入配合频域内信号监测”、“无功电流注入融合时间域信号分析”以及“无功电流注入连同频域信号评估”。目前,在浙江省境内,尚未形成统一的技术路径,因此在低压延伸感知终端的软硬件配置方面,呈现出显著的异质性。这种差异化直接导致了边端设备之间的强耦合问题——即同一变压器区域内的所有TTU与LTU必须选用同一家供应商的产品。这一情况阻碍了全省范围内拓扑识别技术及其配套硬件设施的有效推广和实际应用。

为确保浙江省电力物联网体系中配电站区的有效构建与应用,选择最适合的拓扑识别技术方案、统一低压监控模块的功能标准并实现其兼容互联成为关键目标。于二零二一年九月一日到十五日,电科院在省内进行了针对主要技术供应商的专项评估工作,旨在集齐各专业团队智慧,共同确认最优的技术解决方案。参与此测评的过程汇集了四家领先供应商提供的创新方案,最终检测结果得到了全体参与者的认可和确证。具体的技术方案及其性能指标详列于表二。

秉承配电物联网"边缘-终端"互动试验平台的视角,省电科院基于"装置即插即用便捷性、网络拓扑精确度、相位辨识准确性、拓扑解析时效性以及识别抗扰能力"等五个关键指标,对入围的台区拓扑辨识技术方案进行了全面且深入的评估。

在测评过程中,为参试的拓扑识别解决方案设置了涵盖"四种典型网络构架、十五项具体测试案例与十五类运行环境条件"的综合测试框架。通过模拟多元节点、层级和要素下的实际运行状态,对各项拓扑辨识技术方案进行了立体式的全维度评估。

此过程旨在以更高效、快捷且精准的方式,全面洞察各拓扑识别技术的优势与潜在局限性,从而为后续的技术优化及应用决策提供科学依据。

经过深入的分析和评估,我们识别出了若干关键领域以便进一步提升其效能与用户体验。首先,我们将重点优化内容策略,确保信息架构清晰且易于导航,同时强调用户参与度较高的元素。其次,我们将引入更个性化的内容推荐系统,以满足不同访客的需求和兴趣点。在视觉设计方面,优化色彩方案、布局以及响应式设计,增强整体的美观性和可访问性。

通过采用最新的Web技术,比如使用现代框架和库来提升网站性能,并确保兼容多种浏览器与设备,我们旨在提高加载速度和用户体验的一致性。此外,加强SEO策略,包括关键词优化、内容质量提升及本地化适应,以吸引更多的自然流量并增强在线可见度。

在实施上述改进时,我们将紧密关注用户反馈,持续监控关键指标,以便及时调整策略,确保所有举措均能有效促进网站的成长与成功。通过这一系列的扩展和优化措施,我们旨在实现网站性能的全面升级,从而为用户提供更加丰富、流畅且个性化的体验。

经过详尽的评估与对比分析,对四个候选提案进行了全面深入的研究,进而提炼出了以下几点关键洞察:

1. 整体评价:在多维度考量下,对每个提案进行了细致而严谨的综合评估,最终得出了各自的优势与不足。

2. 技术先进性:重点评点了各方案的技术创新点和实现能力,识别出其中蕴含的前沿技术和独特的解决方案。

3. 用户友好度:分析了提案在用户体验层面的表现,包括界面设计、交互逻辑以及个性化服务等方面,探讨了如何提升用户满意度与参与感。

4. 市场适应性:考量了各方案在当前及未来市场环境中的适用性和扩展潜力,评估其对不同用户群体和市场需求的响应能力。

5. 可持续发展:着重讨论了提案在长期运营过程中的成本效益、资源利用效率以及环境影响等因素,以确保其具有良好的可延续性。

6. 社会与经济效益:量化分析了各方案带来的直接和间接经济收益,同时考虑了对社会的正面影响及潜在的贡献。

在处理分布式光伏发电系统并网、SVG无功补偿装置的应用、电动车充电站集成以及伴随非线性负载产生的谐波电流注入和电源相位跳变现象时,这些因素可能会对拓扑结构辨识技术的精确度构成影响。

随著构成网络之节点与层次的增幅,构建完整拓扑世界的所需时间随之递增。然而,基于实际区域供电网络拓扑结构演变的固有频率,现行的拓扑辨识机制展现出足以支撑日常运作效能的即时响应能力。

在利用高效液相色谱技术构建局部通信架构的进程中,相邻区域间的相互干扰现象,即所谓的跨区域连接或交织型网络配置,可能会对拓扑结构辨识机制构成挑战。此类问题的存在,不仅可能导致网络资源的分配紊乱和信息传输效率降低,还可能引发信号覆盖范围内的混淆与重叠,从而削弱整体通信网络的稳定性及性能表现。因此,深入理解并有效管理这些干扰现象,对于确保本地通讯网络的高效、稳定运行至关重要。

"在全面的拓扑识别评估过程中,采用'有功电流注入与频域检测'的技术路径展现出卓越性能,其识别精确度及适应范围均达到最优水平,彰显出超群表现。"

秉持着追求卓越与提升效率的愿景,省电科院以实现"配电物联网边-端设备互联互通应用"为核心目标,对应用于浙江公司的拓扑辨识技术及其相关交互数据项和功能进行了系统优化及整合标准化的工作。此进程的具体实施情况详列于表3中。

提炼

作为核心基石技术,在基于台区智能融合终端构建的配电物联网体系中,台区拓扑识别技术扮演着至关重要的角色,并且为后续云端、边缘端与终端间的协同运作以及配电网精细化运维管理及能源互联网业务的创新应用奠定了扎实基础。此次专门测评活动的成功实施,不仅为全省各地市未来部署更多先进配电物联网技术与设备的应用提供了坚实支持,而且有力地促进了本地配电网的数字化进程,确保了在安全、稳定、绿色且多样的用电需求方面实现高标准满足。此举全心全力助力于新型电力系统的建设与发展。

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