非侵入式負荷辨識實驗驗證研發環境

實驗黃金配電場景建設通過在仿真柜部署智能融合終端、邊緣物聯代理等邊緣設備采集臺區下仿真柜智能融合開關、集中器、采集器、電表等電氣量數據，以及變壓器溫度、噪聲等環境量數據，上送至物聯管理平臺，支撐配電業務仿真場景建設。

實驗室用電場景建設通過在仿真柜部署能源控制器、需求側網關等邊緣設備采集臺區下仿真柜集中器、采集器、充電樁、工業空調、家用電器等感知終端數據，上送至物聯管理平臺，支撐用電業務仿真場景建設。

實驗室配電場景建設通過在仿真柜部署智能融合終端、邊緣物聯代理等邊緣設備采集臺區下仿真柜智能融合開關、集中器、采集器、電表等電氣量數據，以及變壓器溫度、噪聲等環境量數據，上送至物聯管理平臺，支撐配電業務仿真場景建設。

一、系統功能

（1）臺區變壓器

?  模擬輸出380V三相電源。

?  內置分接開關，通過智能融合終端采集變壓器分接開關位置信號，判斷變壓器運行狀態。

?  變壓器低壓出線樁頭配置溫度傳感器，通過微功率無線的通訊方式將該信號送出至智能融合終端。

?  應具備總開關，能控制整套設備的電源，具備電源指示燈，指示當前狀態。

（2）臺區綜合配電箱

?  應能實現內部各部件功能模擬。

?  實現內部各部件電氣協調。

?  具備數據上傳和通訊功能，通訊應采用RS485/M-bus/HPLC等常規方式。

?  切換臺區側邊緣物聯代理裝置、智能融合終端、能源控制器的上下行通信。

?  模擬溫濕度傳感器、水侵傳感器、噪聲傳感器、煙感傳感器、局放傳感器的輸出信號并通過串口傳送給各類接收終端。

?  應配置動態流量走勢燈，顯示電流路徑。

（3）分支箱及表箱

?  實現內部各部件功能模擬。

?  應包含斷路器、I 型采集器（招標方提供）、II型集中器（招標方提供），并能實現內部各部件電氣協調。

?  具備數據上傳和通訊功能。

?  應有智能程控電流源。

?  裝置電路集成化，簡單化，可靠性高。

?  實現采用虛負荷方式對電能表電壓、電流進行模擬控制。

（4）臺區智能計量

?  能夠與能源控制器、需求側響應網關等邊緣計算通訊設備交互，實現臺區電能量數據采集。

?  具備多表集抄功能，通過四表轉換器實現電水氣熱表計的模擬和智能采集。

?  能夠對采集終端、表計、末端傳感器等進行數據采集、處理、儲存、控制。

?  應包括支持RS485通訊方式與載波通訊方式的電能表，包含II型采集器（招標方提供）、帶CT的非侵入量測表。

?  具備未來綜合能源信息采集功能，實現能效終端、照明控制終端和非侵入式終端的數據采集。

?  應有智能程控電流源。

（5）家用電器

?  應具備智能開機控制單元，能與服務器通訊實現單元電器實時或定時啟動關閉，其開發分軟硬件，硬件應采用單片機開發，軟件應采用C#語言開發。

?  模擬居民用戶廚房、客廳及衛生間三種環境中家用電器的運行。

?  實現軟件自動控制家用電器啟停，模擬居民用電習慣。

?  一對一布置電器用電量檢測標準表，采集電器用電量信息用于負荷辨識比對。

?  電器布局設計應美觀大方，充分考慮整體協調性與可更換性，投標方交付設備時應提供電器清單。

?  該設計區域應具有煙感報警、紅外監測傳感器等先進技術手段，完善設施監控功能和消防聯動功能，其中報警裝置與傳感器由招標方提供，投標方應提供報警協議。

（6）負荷調控及辨識

?  應配置動態流量走勢燈，顯示電流路徑。

（7）有序充電2套（由招標方提供設備，投標方負責集成）

?  布置兩套充電樁負載，模擬新能源汽車充電場景。

?  應能采用HPLC方式進行通信，同時可支持以太網、光纖等通信方式，應能滿足實時性要求較高的業務的通信需求。

?  應能對發電電量、充放電、負荷用電進行實時計量管理。

?  應配置動態流量走勢燈，顯示電流路徑。

二、應用場景

1.配電場景建設方案

1.1臺區側通信模式研究

低壓配電網物聯網中的感知設備以不同通信接入方式（目前主要是寬帶載波、微功率無線等）接入智能融合終端，實驗室可開展臺區內多類型智能感知終端與智能融合終端間的接入方式研究，驗證目前接入方式的有效性。

1.2智能電表支撐運維技術的研究

研究不同工況下（可編程模擬負載模擬沖擊負荷、或諧波工況）對寬帶載波通信的影響。研究營配融合的低壓配電網物聯網實施模式。

1.3支持分布式電源接入研究

研究分布式電源接入時，不同滲透率情況下對臺區電能質量的影響。

1.4基于融合終端的低壓物聯網的研究

本次實驗室低壓臺區建設以智能融合終端測試后臺為中心的低壓配電物聯網。每座臺區配置智能融合終端為數據匯聚和邊緣計算中心，以低壓傳感設備為感知設備，以邊緣計算和站端協同為數據處理方式。終端采用統一架構設計。硬件平臺化和模塊化，軟件容器化。具備邊緣計算和智能化分析能力，業務數據可就地和端云協同分析處理。終端接口豐富，靈活擴展，易維護，可互換，支撐實現臺區設備、分布式電源、充電樁等各類設備、傳感器的便捷快速接入、精益遠程管理。

1.5低壓配電網智能化設備的接入及功能測試

依托真型配網，開展融合終端、智能融合開關、低壓電容器及SVG、HPLC通信、微功率無線通信等各種類型低壓配電網智能化設備的接入及功能測試

1.6智能融合終端 APP落地驗證

針對不同智能融合終端 APP的高級應用，開展APP功能算法的落地驗證。如基礎采集監測APP，智能配變電終端和各類傳感器設備，如低壓智能分路監測單元、末端監測單元、溫濕度傳感器、跌落傳感器、局放傳感器、氣體監測傳感器等，實現配變交流采集監測、低壓分路采集監測、用戶端智采集監測和環境監測，為其它APP進行計算分析提供數據基礎。面向運維管理類APP，分路分段線損分析、中低壓拓撲動態識別、風險預警、低壓故障定位、電能質量綜合治理、設備即插即用、設備資產管理、設備狀態管理等運維管理類APP的功能架構、數據信息處理方式、功能實現策略與算法，開發運維管理類APP，綜合利用配電網運行全面感知及監測數據，實現APP業務應用。

1.7電能質量監測與治理

支持低壓負荷啟動、諧波、功率因數、ZIP特性參數研究；研究不同阻抗和不同負荷工況下的臺區電能質量治理策略。進而展開通過無功補償裝置和換相開關進行治理的研究。

1.8基于HPLC 的電表信息采集功能研究

開展基于HPLC通信模塊的電表信息采集功能研究，研究TTU通過HPLC模塊采集電表信息、停復電信息的功能。

1.9低壓拓撲識別及故障定位研究

采用具有通信功能的智能開關，采集電壓/電流、有功/無功、保護動作事件、保護動作斷面數據、溫度等信息，實現分路采集監測，實現低壓拓撲識別及故障定位功能，智能開關配以PMS系統，由智能融合終端手動錄入拓撲信息，臺區總融合開關通過485通信上傳電流電壓及分合信息，融合終端再分析數據，識別故障，上送至小型IOT平臺。

1.10設備狀態及環境監測

配置設備狀態監測傳感器，包括局部放電、機械特性、電纜終端頭溫度等，通過微功率/低功耗無線傳感網、有線傳輸網絡實現數據的匯集貫通，依托物聯網邊緣計算，實現對設備狀態智能感知、運行環境智能感知、異常設備重點監測、設備狀態智能預警研判等功能。實時掌握設施內部關鍵環境狀態量，提升綜合感知能力。

1.11變壓器狀態監測

變壓器分接開關位置，變壓器內置分接開關通過智能融合終端采集變壓器分接開關位置信號，判斷變壓器運行狀態。

變壓器出線樁頭溫度，在變壓器低壓出線樁頭配置溫度傳感器，通過微功率無線的方式將該信號送出至智能融合終端。

1.12電網防災預警

在實驗室內配置煙感報警、紅外監測傳感器等先進技術手段，完善設施監控功能和消防聯動功能。開展設備運行信息和火災報警信息的全面監視和智能研判，實現現場作業、電力消防、安保防恐等業務24小時不間斷監控和突發事件處置。

低壓實驗室環境及設備運行狀態信息均可通過配電站房智能終端上傳配電自動化主站，實現站房告警信息的就地決策和邊緣計算，相比傳統配電站房環境監測，減少了站房側的智能監控平臺，降低了投資成本。

2．用電建設方案

2.1有序充電

建設內容

能源控制器：作為公變臺區智能核心管理單元，依托臺區智慧用能平臺，監測臺區負荷數據，管理客戶側能源設備，實現臺區源網荷儲協同服務，滿足臺區能源優化自治。能源控制器具備數據采集、管理與實時監控能力，對臺區內源網荷儲設備實時監控，對發電電量、充放電、負荷用電進行實時計量管理，通過策略計算、計劃編排、任務調度等功能，實施有序用電、分布式光伏就地消納、用戶側儲能充放電、居民側智慧能源管理等應用。能源控制器和客戶側感知設備間主要采用HPLC方式進行通信，同時可支持以太網、光纖等通信方式，用于滿足實時性要求較高的業務的通信需求。

能源路由器：基于新一代智能電能表，聯接公變臺區源荷儲設備（充電樁、光伏、儲能），實現數據實時采集和控制指令下達。主要功能包括：感知及計量、計劃執行等。能源路由器將根據業務場景采用基于同一平臺的模組式系列化設計，拓展各種傳感器和通信模塊，滿足各類臺區能源數據采集需求，接收來自臺區能源控制器下發的定時及周期控制任務計劃，向臺區源荷設備發送啟動、停止、功率調節等控制指令，實現電動汽車有序充電、光儲協同、智慧家居需求響應等應用。在有序充電應用場景中，對于集群式充電樁的控制模式，可采用能源路由器與運營商遺留的樁群網關（基于SEA3700集中器進行改造）進行通信，進而控制到樁群中具體的某個樁；對于分散式獨立樁的控制模式，可在有序充電樁內部安裝能源路由器,若現場布線環境復雜，載波信號受干擾較大，可在合適的位置選配安裝低成本的通信聚合器（基于能源路由器進行改造），用于滿足控制時效性要求。

2.2臺區智能計量

（1）建設內容

依托能源控制器實現臺區電能量數據采集，主要實驗①多表集抄，通過四表轉換器實現電水氣熱表計的智能采集。②實驗采集終端、表計、末端傳感器等進行數據采集、處理、儲存、控制。③實驗未來綜合能源信息采集功能，實現能效終端、照明控制終端和非侵入式終端的數據采集。組一面智能計量屏。

2.3負荷辨識

（1）建設內容

通過真實家居場景設計，為非介入辨識設備及其他智能家居設備或優化互動終端的實驗研究或檢驗測試提供能力支撐，包括設備層，感知層/接口層，主站層。

設備層主要是居民家庭實證環境的真實模擬，建設的思路是以滿足設備測試的場景需求為原則，進行居民家庭場景的優化組合設計，從而確定最優組合方案，滿足多樣化測試場景的需求；在此基礎上，通過線下線上多種采樣方式的組合，對家用電器型號調研，以市場覆蓋率最大為原則，挑選代表性家用電器，并進行家電采購建設。

感知層/接口層，主要包括兩部分，一部分是對比基準源，即全計量環境部署，包括分項及總體的計量表，另外針對待測對象留有裝置接口。

主站層為精度對比測試平臺，主要是通過采集分項計量設備及非介入辨識結果，進行數據比對，并根據測試標準生成測試報告。

2.4柔性負荷調控及虛擬電廠

（1）建設內容

1）智能插座

把智能插座管控的負荷分類匯總后，上送給虛擬電廠平臺；接受來自于虛擬電廠平臺的負荷調控指令，這類指令分三類：（1）剛性快速切除，這類指令用于與調度控制有關的電網斷面過負荷的快速控制、頻率的快速恢復控制、臺區主變的過載控制、配網負荷線路的過載控制；（2）負荷的柔性控制（適合于電網調峰、移峰和電網備用不足的控制）：空調負荷的軟啟停；（3）溫度的重新設定控制（適合于電網調峰、移峰和電網備用不足的控制）

低頻減載：根據預先整定的頻率定值，當檢測的頻率達到定值，進行負荷控制（切除和恢復），動作事件上報管理主站。

2）空調終端

支撐綜合能源服務通過中央空調監測與控制系統改造，實現商業樓宇等中央空調的剛性切除和柔性調控，開展需求側響應增值服務。

促進電力資源優化利用，實現遠距離源-網-荷供需互動，為智能電網建設、大規模新能源消納、全球能源互聯網建設提供支撐。

實現電網供需互動，為用戶提供用能診斷、用能指導、節能服務以及需求響應等功能。

3）照明控制終端

實現整個實驗室內部照明的調光、開關協調控制，支撐源網荷協調互動。

（2）電氣接線示意圖

2.5用電業務仿真系統

（1）功能描述

1）數據采集

數據采集主要包括兩部分內容，一部分是鏈路管理，一部分是數據交互。通過與能源控制器、需求側響應網關等邊緣計算通訊設備交互，實現設備的實時運行數據監測、設備的狀態監測，同時可以遙控設備的啟停、調節設備的輸出等。

2）負荷辨識

依據接入設備的穩態負荷特性和暫態負荷特性，建立負荷特性參數模型庫?；谠O備負荷實時數據和歷史數據特性，通過提取特征參數，與負荷特征參數模型庫進行算法匹配，從而實現對設備進行辨識，負荷特征參數模型庫的建立采用專家庫和自學習算法，不斷完善和豐富負荷特性模型，提升負荷辨識的準確度。

3）有序用電（源網荷儲協同、有序充電）

對各種負荷和能源進行分類分析，實時采集分析用能狀態，實現電動汽車、分布式新能源及儲能設施、家庭智慧用能的各類交互式用能設備泛在接入、狀態感知電動汽車、分布式新能源及儲能設施、家庭智慧用能、全景態勢感知、協同優化控制、精準負荷分析與調節，實現源網荷儲協同服務，完成有序充電控制、分布式能源優化管理和居民家庭用能負荷柔性調節，提升客戶側用能效率，促進新能源消納，增強居民家庭用能與電網互動能力。