南京南自三厂

非侵入式负荷辨识实验验证研发环境

随着经济的快速发展,家用电器品种越来越多,部分用电区域的峰谷差逐步扩大,用电量趋势日趋规律化,用电尖峰时刻的供电紧张已成常态,同时随着电网内的用电设备增多,用户对用电质量和可靠性提出了更高的要求,研究、测试用电设备,便于连接用户用电特征,有利于优化智能电网, 增强电网运行的可靠性。
项目构建专门针对家庭用电设备用电状况进行仿真的环境,能够与现场家庭用电数据完全仿真,模拟家庭用户用电设备运行环境、使用频次,并用以对用户的类型和用电规律进行检测、试验。在实验室中,采用实物搭建的方式,构建家庭用户用电行为的仿真

实验黄金配电场景建设通过在仿真柜部署智能融合终端、边缘物联代理等边缘设备采集台区下仿真柜智能融合开关、集中器、采集器、电表等电气量数据,以及变压器温度、噪声等环境量数据,上送至物联管理平台,支撑配电业务仿真场景建设。

实验室用电场景建设通过在仿真柜部署能源控制器、需求侧网关等边缘设备采集台区下仿真柜集中器、采集器、充电桩、工业空调、家用电器等感知终端数据,上送至物联管理平台,支撑用电业务仿真场景建设。


实验室配电场景建设通过在仿真柜部署智能融合终端、边缘物联代理等边缘设备采集台区下仿真柜智能融合开关、集中器、采集器、电表等电气量数据,以及变压器温度、噪声等环境量数据,上送至物联管理平台,支撑配电业务仿真场景建设。

一、系统功能

(1)台区变压器

Ø  模拟输出380V三相电源。

Ø  内置分接开关,通过智能融合终端采集变压器分接开关位置信号,判断变压器运行状态。

Ø  变压器低压出线桩头配置温度传感器,通过微功率无线的通讯方式将该信号送出至智能融合终端。

Ø  应具备总开关,能控制整套设备的电源,具备电源指示灯,指示当前状态。

(2)台区综合配电箱

Ø  应能实现内部各部件功能模拟。

Ø  实现内部各部件电气协调。

Ø  具备数据上传和通讯功能,通讯应采用RS485/M-bus/HPLC等常规方式。

Ø  切换台区侧边缘物联代理装置、智能融合终端、能源控制器的上下行通信。

Ø  模拟温湿度传感器、水侵传感器、噪声传感器、烟感传感器、局放传感器的输出信号并通过串口传送给各类接收终端。

Ø  应配置动态流量走势灯,显示电流路径。

(3)分支箱及表箱

Ø  实现内部各部件功能模拟。

Ø  应包含断路器、I 型采集器(招标方提供)、II型集中器(招标方提供),并能实现内部各部件电气协调。

Ø  具备数据上传和通讯功能。

Ø  应有智能程控电流源。

Ø  装置电路集成化,简单化,可靠性高。

Ø  实现采用虚负荷方式对电能表电压、电流进行模拟控制。

(4)台区智能计量

Ø  能够与能源控制器、需求侧响应网关等边缘计算通讯设备交互,实现台区电能量数据采集。

Ø  具备多表集抄功能,通过四表转换器实现电水气热表计的模拟和智能采集。

Ø  能够对采集终端、表计、末端传感器等进行数据采集、处理、储存、控制。

Ø  应包括支持RS485通讯方式与载波通讯方式的电能表,包含II型采集器(招标方提供)、带CT的非侵入量测表。

Ø  具备未来综合能源信息采集功能,实现能效终端、照明控制终端和非侵入式终端的数据采集。

Ø  应有智能程控电流源。

(5)家用电器

Ø  应具备智能开机控制单元,能与服务器通讯实现单元电器实时或定时启动关闭,其开发分软硬件,硬件应采用单片机开发,软件应采用C#语言开发。

Ø  模拟居民用户厨房、客厅及卫生间三种环境中家用电器的运行。

Ø  实现软件自动控制家用电器启停,模拟居民用电习惯。

Ø  一对一布置电器用电量检测标准表,采集电器用电量信息用于负荷辨识比对。

Ø  电器布局设计应美观大方,充分考虑整体协调性与可更换性,投标方交付设备时应提供电器清单。

Ø  该设计区域应具有烟感报警、红外监测传感器等先进技术手段,完善设施监控功能和消防联动功能,其中报警装置与传感器由招标方提供,投标方应提供报警协议。

(6)负荷调控及辨识

Ø  应配置动态流量走势灯,显示电流路径。

(7)有序充电2套(由招标方提供设备,投标方负责集成)

Ø  布置两套充电桩负载,模拟新能源汽车充电场景。

Ø  应能采用HPLC方式进行通信,同时可支持以太网、光纤等通信方式,应能满足实时性要求较高的业务的通信需求。

Ø  应能对发电电量、充放电、负荷用电进行实时计量管理。

Ø  应配置动态流量走势灯,显示电流路径。



二、应用场景

1.配电场景建设方案

1.1台区侧通信模式研究

低压配电网物联网中的感知设备以不同通信接入方式(目前主要是宽带载波、微功率无线等)接入智能融合终端,实验室可开展台区内多类型智能感知终端与智能融合终端间的接入方式研究,验证目前接入方式的有效性。

1.2智能电表支撑运维技术的研究

研究不同工况下(可编程模拟负载模拟冲击负荷、或谐波工况)对宽带载波通信的影响。研究营配融合的低压配电网物联网实施模式。

1.3支持分布式电源接入研究

研究分布式电源接入时,不同渗透率情况下对台区电能质量的影响。

1.4基于融合终端的低压物联网的研究

本次实验室低压台区建设以智能融合终端测试后台为中心的低压配电物联网。每座台区配置智能融合终端为数据汇聚和边缘计算中心,以低压传感设备为感知设备,以边缘计算和站端协同为数据处理方式。终端采用统一架构设计。硬件平台化和模块化,软件容器化。具备边缘计算和智能化分析能力,业务数据可就地和端云协同分析处理。终端接口丰富,灵活扩展,易维护,可互换,支撑实现台区设备、分布式电源、充电桩等各类设备、传感器的便捷快速接入、精益远程管理。

1.5低压配电网智能化设备的接入及功能测试

依托真型配网,开展融合终端、智能融合开关、低压电容器及SVG、HPLC通信、微功率无线通信等各种类型低压配电网智能化设备的接入及功能测试

1.6智能融合终端 APP落地验证

针对不同智能融合终端 APP的高级应用,开展APP功能算法的落地验证。如基础采集监测APP,智能配变电终端和各类传感器设备,如低压智能分路监测单元、末端监测单元、温湿度传感器、跌落传感器、局放传感器、气体监测传感器等,实现配变交流采集监测、低压分路采集监测、用户端智采集监测和环境监测,为其它APP进行计算分析提供数据基础。面向运维管理类APP,分路分段线损分析、中低压拓扑动态识别、风险预警、低压故障定位、电能质量综合治理、设备即插即用、设备资产管理、设备状态管理等运维管理类APP的功能架构、数据信息处理方式、功能实现策略与算法,开发运维管理类APP,综合利用配电网运行全面感知及监测数据,实现APP业务应用。

1.7电能质量监测与治理

支持低压负荷启动、谐波、功率因数、ZIP特性参数研究;研究不同阻抗和不同负荷工况下的台区电能质量治理策略。进而展开通过无功补偿装置和换相开关进行治理的研究。

1.8基于HPLC 的电表信息采集功能研究

开展基于HPLC通信模块的电表信息采集功能研究,研究TTU通过HPLC模块采集电表信息、停复电信息的功能。

1.9低压拓扑识别及故障定位研究

采用具有通信功能的智能开关,采集电压/电流、有功/无功、保护动作事件、保护动作断面数据、温度等信息,实现分路采集监测,实现低压拓扑识别及故障定位功能,智能开关配以PMS系统,由智能融合终端手动录入拓扑信息,台区总融合开关通过485通信上传电流电压及分合信息,融合终端再分析数据,识别故障,上送至小型IOT平台。

1.10设备状态及环境监测

配置设备状态监测传感器,包括局部放电、机械特性、电缆终端头温度等,通过微功率/低功耗无线传感网、有线传输网络实现数据的汇集贯通,依托物联网边缘计算,实现对设备状态智能感知、运行环境智能感知、异常设备重点监测、设备状态智能预警研判等功能。实时掌握设施内部关键环境状态量,提升综合感知能力。

1.11变压器状态监测

变压器分接开关位置,变压器内置分接开关通过智能融合终端采集变压器分接开关位置信号,判断变压器运行状态。

变压器出线桩头温度,在变压器低压出线桩头配置温度传感器,通过微功率无线的方式将该信号送出至智能融合终端。

1.12电网防灾预警

在实验室内配置烟感报警、红外监测传感器等先进技术手段,完善设施监控功能和消防联动功能。开展设备运行信息和火灾报警信息的全面监视和智能研判,实现现场作业、电力消防、安保防恐等业务24小时不间断监控和突发事件处置。

低压实验室环境及设备运行状态信息均可通过配电站房智能终端上传配电自动化主站,实现站房告警信息的就地决策和边缘计算,相比传统配电站房环境监测,减少了站房侧的智能监控平台,降低了投资成本。

2.用电建设方案

2.1有序充电

建设内容

能源控制器:作为公变台区智能核心管理单元,依托台区智慧用能平台,监测台区负荷数据,管理客户侧能源设备,实现台区源网荷储协同服务,满足台区能源优化自治。能源控制器具备数据采集、管理与实时监控能力,对台区内源网荷储设备实时监控,对发电电量、充放电、负荷用电进行实时计量管理,通过策略计算、计划编排、任务调度等功能,实施有序用电、分布式光伏就地消纳、用户侧储能充放电、居民侧智慧能源管理等应用。能源控制器和客户侧感知设备间主要采用HPLC方式进行通信,同时可支持以太网、光纤等通信方式,用于满足实时性要求较高的业务的通信需求。

能源路由器:基于新一代智能电能表,联接公变台区源荷储设备(充电桩、光伏、储能),实现数据实时采集和控制指令下达。主要功能包括:感知及计量、计划执行等。能源路由器将根据业务场景采用基于同一平台的模组式系列化设计,拓展各种传感器和通信模块,满足各类台区能源数据采集需求,接收来自台区能源控制器下发的定时及周期控制任务计划,向台区源荷设备发送启动、停止、功率调节等控制指令,实现电动汽车有序充电、光储协同、智慧家居需求响应等应用。在有序充电应用场景中,对于集群式充电桩的控制模式,可采用能源路由器与运营商遗留的桩群网关(基于SEA3700集中器进行改造)进行通信,进而控制到桩群中具体的某个桩;对于分散式独立桩的控制模式,可在有序充电桩内部安装能源路由器,若现场布线环境复杂,载波信号受干扰较大,可在合适的位置选配安装低成本的通信聚合器(基于能源路由器进行改造),用于满足控制时效性要求。

 

2.2台区智能计量

(1)建设内容

依托能源控制器实现台区电能量数据采集,主要实验①多表集抄,通过四表转换器实现电水气热表计的智能采集。②实验采集终端、表计、末端传感器等进行数据采集、处理、储存、控制。③实验未来综合能源信息采集功能,实现能效终端、照明控制终端和非侵入式终端的数据采集。组一面智能计量屏。

 

2.3负荷辨识

(1)建设内容

通过真实家居场景设计,为非介入辨识设备及其他智能家居设备或优化互动终端的实验研究或检验测试提供能力支撑,包括设备层,感知层/接口层,主站层。

设备层主要是居民家庭实证环境的真实模拟,建设的思路是以满足设备测试的场景需求为原则,进行居民家庭场景的优化组合设计,从而确定最优组合方案,满足多样化测试场景的需求;在此基础上,通过线下线上多种采样方式的组合,对家用电器型号调研,以市场覆盖率最大为原则,挑选代表性家用电器,并进行家电采购建设。

感知层/接口层,主要包括两部分,一部分是对比基准源,即全计量环境部署,包括分项及总体的计量表,另外针对待测对象留有装置接口。

主站层为精度对比测试平台,主要是通过采集分项计量设备及非介入辨识结果,进行数据比对,并根据测试标准生成测试报告。

2.4柔性负荷调控及虚拟电厂

(1)建设内容

1)智能插座

把智能插座管控的负荷分类汇总后,上送给虚拟电厂平台;接受来自于虚拟电厂平台的负荷调控指令,这类指令分三类:(1)刚性快速切除,这类指令用于与调度控制有关的电网断面过负荷的快速控制、频率的快速恢复控制、台区主变的过载控制、配网负荷线路的过载控制;(2)负荷的柔性控制(适合于电网调峰、移峰和电网备用不足的控制):空调负荷的软启停;(3)温度的重新设定控制(适合于电网调峰、移峰和电网备用不足的控制)

低频减载:根据预先整定的频率定值,当检测的频率达到定值,进行负荷控制(切除和恢复),动作事件上报管理主站。

2)空调终端

支撑综合能源服务通过中央空调监测与控制系统改造,实现商业楼宇等中央空调的刚性切除和柔性调控,开展需求侧响应增值服务。

促进电力资源优化利用,实现远距离源-网-荷供需互动,为智能电网建设、大规模新能源消纳、全球能源互联网建设提供支撑。

实现电网供需互动,为用户提供用能诊断、用能指导、节能服务以及需求响应等功能。

3)照明控制终端

实现整个实验室内部照明的调光、开关协调控制,支撑源网荷协调互动。

(2)电气接线示意图

 

2.5用电业务仿真系统

(1)功能描述

1)数据采集

数据采集主要包括两部分内容,一部分是链路管理,一部分是数据交互。通过与能源控制器、需求侧响应网关等边缘计算通讯设备交互,实现设备的实时运行数据监测、设备的状态监测,同时可以遥控设备的启停、调节设备的输出等。

2)负荷辨识

依据接入设备的稳态负荷特性和暂态负荷特性,建立负荷特性参数模型库。基于设备负荷实时数据和历史数据特性,通过提取特征参数,与负荷特征参数模型库进行算法匹配,从而实现对设备进行辨识,负荷特征参数模型库的建立采用专家库和自学习算法,不断完善和丰富负荷特性模型,提升负荷辨识的准确度。

3)有序用电(源网荷储协同、有序充电)

对各种负荷和能源进行分类分析,实时采集分析用能状态,实现电动汽车、分布式新能源及储能设施、家庭智慧用能的各类交互式用能设备泛在接入、状态感知电动汽车、分布式新能源及储能设施、家庭智慧用能、全景态势感知、协同优化控制、精准负荷分析与调节,实现源网荷储协同服务,完成有序充电控制、分布式能源优化管理和居民家庭用能负荷柔性调节,提升客户侧用能效率,促进新能源消纳,增强居民家庭用能与电网互动能力。


非侵入式负荷辨识实验验证研发环境
随着经济的快速发展,家用电器品种越来越多,部分用电区域的峰谷差逐步扩大,用电量趋势日趋规律化,用电尖峰时刻的供电紧张已成常态,同时随着电网内的用电设备增多,用户对用电质量和可靠性提出了更高的要求,研究、测试用电设备,便于连接用户用电特征,有利于优化智能电网, 增强电网运行的可靠性。
项目构建专门针对家庭用电设备用电状况进行仿真的环境,能够与现场家庭用电数据完全仿真,模拟家庭用户用电设备运行环境、使用频次,并用以对用户的类型和用电规律进行检测、试验。在实验室中,采用实物搭建的方式,构建家庭用户用电行为的仿真
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