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摘要：为实现对配电网用电的精准感知，引进窄带物联网，开展低压配电网用电智能感知系统的设计研究。设计低压配电网用电智能感知系统架构，选用国产飞腾塔式服务器搭载龙芯3A3000处理器作为系统主要硬件。在硬件设备的支撑下，引进窄带物联网，将其搭载在蜂窝网络上，设计低压配电网的通信与供电信号采集；设置窄带物联网中低压配电网所有节点电压均为额定电压，定位末梢节点，通过对低压配电网功率损耗的计算，实现对配电网用电的智能感知。对比实验结果证明：该系统可以降低低压配电网用电电压智能感知结果偏差。

关键词：窄带物联网；供电信号；系统设计；智能感知；用电；低压配电网

基金项目：广东电网有限责任公司科技项目《低压配用电智能感知和运维系统及装置开发》；项目编号：GDKJXM20200369（030600KK52200016）

引言

窄带物联网可以在仅占用较少带宽的条件下，满足或实现技术终端的通信与共享传输需求[1]。随着国家电力产业的持续发展与推进，大量的阻感负载被接入电力系统中，接入的阻感负载在运行过程中会产生谐波，造成配电网终端用户用电出现电压波动和闪变，从而导致配电网输出电压发生畸变，并在一定程度上对电网及用户端电力设备的安全和经济运行产生严重的影响[2]。因此，要提升电能质量，应做好配电网用电的监测与感知，掌握配电网实际用电。为此，本文引进窄带物联网，对低压配电网用电智能感知系统的设计展开详细研究。

1智能感知系统架构

为实现对低压配电网用电情况的智能感知，将窄带物联网作为支撑，设计如下图1所示的低压配电网用电智能感知系统架构。

从上述图1可以看出，本文开发的低压配电网用电智能感知系统主要由三个结构层构成，由上到下依次为管理层、中间层与窄带物联网连接的网络层，其中管理层由若干数据库构成，主要用于存储配电网中电力设备运行数据、末端用户用电数据等，中间层主要用于处理数据，网络层主要用于建立配电设备与开关之间的连接，以此种方式，实现配电网用电数据的感知、传输与存储。

2硬件设备选型

为确保开发的系统可以在实际应用中发挥预期效果，完成上述设计后，以系统中的处理器为例，进行硬件设备的选型[3]。本次选用的处理器为国产飞腾塔式服务器搭载龙芯3A3000处理器，处理器技术参数如下表1所示。

按照规范将处理器集成在测试环境中，以此种方式，实现对系统硬件设备的选型。

3基于窄带物联网的低压配电网通信与供电信号采集

为实现对低压配电网用电的智能感知，引进窄带物联网，将其搭载在蜂窝网络上，设计低压配电网的通信与供电信号采集[4]。在此过程中，应明确低压配电网用电信号的智能感知界面主要由两个窗口构成，分别为数据拼接窗口与信号反馈显示窗口，将信号反馈窗口作为人机交互主窗口，在窄带物联网中的通信节点上集成数据采集卡，利用该设备进行低压配电网用电的监测与感知，将感知的信号按照交互传输原则在窄带物联网中传输。此过程如下图1所示。

在选择信号时，采集卡会优先选择具有标记的信号，以便于对信号有效性的验证与检测。在此基础上，开启网络，将传送信号的链路设定成9000db，完成审核的信号被传送至通信界面，通过此种方式，确保传送信号在窄带物联网中有足够的时间缓存，使传送的信号具有足够的稳定性[5]。当由下位机输出信号时，信号的解析程度会被显示在各个阶段的编辑框中（包括各个阶段信号的分辨率），通过此种方式，实现基于窄带物联网的低压配电网通信与供电信号采集。

4低压配电网功率损耗计算与用电智能感知

由于电力公司业务活动中的客体种类繁多，不同客体之间的性质差别较大，因此低压配电网用电智能感知过程较为复杂。随着电力营销和计量等方面的数据的增加，如何高效、直观地对低压配电网用电信息进行分析和处理，成了感知系统的设计关键。因此，在感知过程中，设置窄带物联网中低压配电网所有节点电压均为额定电压，定位末梢节点，计算注入功率在此条支路上的功率损耗，计算公式如下。

公式（1）中：表示功率损耗；表示源节点压差；表示注入功率；表示父节点；表示低压配电网支路电压；表示低压配电网支路。根据支路的损失情况，根据欧姆定律与路径检索算法，进行低压配电网用电智能感知，此过程如下计算公式所示。

公式（2）中：表示低压配电网支路的用电智能感知；表示子节点；表示节点功率角。按照上述方式，完成低压配电网功率损耗计算与用电智能感知设计，实现基于窄带物联网的感知系统设计。

5对比实验

上文完成了基于窄带物联网的低压配电网用电智能感知系统设计，为实现对该方法在实际应用中感知效果的检验，下述将以某地区大型低压配电服务中心为例，采用设计对比实验的方式，对该系统展开如下测试。

测试前，根据系统运行需求，搭建系统测试环境，并按照下述表2所示的内容，对测试环境进行通用配置参数的设计。

按照上述内容，完成系统测试环境的配置后，引进基于负荷特征传导的配电网用电智能感知系统、基于聚类融合的配电网用电智能感知系统，将其作为传统系统1与传统系统2，使用本文系统与传统系统，进行低压配电网用电智能感知。

将低压配电网中不同负荷节点的智能感知电压，作为检验系统对用电智能感知效果的关键指标。感知过程中，对低压配电网中负荷节点的电压进行人工测量，将感知的结果与人工实测结果进行对比，得到系统的感知误差。统计实验结果，如下表3所示。

根据上述表3统计的实验结果可以看出，相比传统系统，本文开发的基于窄带物联网的低压配电网用电智能感知系统在实际应用中的效果良好，该系统可以降低低压配电网用电电压智能感知结果偏差，通过此种方式，及时掌握低压配电网的运行情况，提高配电网运行的可靠性。

6结束语

为实现对配电网运行工况的及时感知，本文在此次研究中，引进窄带物联网，以某地区低压配电网为例，通过低压配电网通信与供电信号采集、低压配电网潮流计算与用电智能感知，对末端用电智能感知系统展开了设计。开发的系统在经过实例检验后，证明了该系统可以降低低压配电网用电电压智能感知结果偏差。旨在通过此次设计，掌握不同用户对电力资源的需求，以便于电力企业对电能资源的管理。

参考文献

[1]陆煜锌，赵云，周密，等.基于聚类融合的数字电网用电负荷智能量测系统设计[J].电子设计工程，2022，30（16）：130-133+138.

[2]卢德龙，童充，吴志坚，等.基于电力线载波阻抗特性的电力系统负荷网络主动感知方法[J].高电压技术，2022，48（04）：1296-1307.

[3]兰森林，王叶锋，陈明，等.基于用电信息采集的非侵入式居民电力负荷自动监测系统[J].电子设计工程，2022，30（04）：101-105.

[4]刘立扬，张文涛，魏俊，等.基于用户实时用电需求的配电系统停电事故严重性判别及用户感知可靠性评估[J].供用电，2021，38（09）：56-63+70.

[5]李新家，严永辉，陈霄，等.基于负荷特征传导的配电台区全状态精准感知与数字化应用[J].电力需求侧管理，2021，23（04）：14-19.

作者简介

林涛声（1988.7-）男，广东佛山，本科，工程师，研究方向：供用电技术。