居民用电中低压智能配电系统研究

　　刘智　苏鹏程

　　【摘　要】随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，居民用电需求日益增长，对配电系统的稳定性和可靠性提出了更高的要求。为满足这一需求，居民用电中低压智能配电系统应运而生。本研究旨在对居民用电中低压智能配电系统的架构、关键技术、运行常见问题及优化策略进行深入研究，以期为我国配电系统的智能化发展提供有益的参考。

　　【关键词】居民用电；低压智能配电系统；配电系统；系统优化

　　引言

　　随着科技的不断进步和能源需求的日益增长，居民用电中低压智能配电系统的研究与开发成为电力行业转型升级的关键领域。智能配电系统不仅能够提升电力系统的运行效率和供电可靠性，还能促进能源的合理利用和节能减排。通过对智能配电系统的深入研究和创新实践，可以有效解决传统配电系统在管理、维护、能效等方面的不足，为用户提供更加便捷、安全、环保的用电服务，因此，加强对于居民用电中低压智能配电系统的研究至关重要。

　　一、居民用电中低压智能配电系统架构

　　（一）感知层架构

　　感知层是智能配电系统的 “触角”，负责收集各类关键信息。其中包括分布在各个位置的智能电表，它们能够精确采集用户的实时用电数据，不仅记录用电量，还能分析用电时段、功率因数等，为电力公司实施精准的需求侧管理提供数据支撑。例如，对不同时段用电量进行分析，可制定峰谷电价政策，引导用户合理用电。各类传感器也是感知层的重要组成部分。比如温度传感器，安装在变压器、配电柜等关键设备上，实时监测设备运行温度，一旦温度异常升高，预示着设备可能存在过载或内部故障，传感器会及时发出预警，提示维修人员尽快抢修，避免设备损坏[1]。

　　（二）网络层架构

　　网络层犹如智能配电系统的 “神经系统”，负责将感知层采集到的海量数据快速、准确地传输到上层处理中心。在通信技术的选择上，主要采用光纤通信，电力线载波（PowerLine Carrier，PLC）通信以及无线通信等多种方式。光纤通信以其高带宽、低损耗、抗干扰能力强等优势，成为骨干网络通信的首选。电力线载波通信则利用现有的电力线路进行数据传输，无需额外铺设通信线路，降低了建设成本。无线通信技术如4G、5G 以及ZigBee 等，在一些布线困难或需要灵活部署的场景中发挥重要作用。例如，在偏远地区的分布式电源接入点，利用4G/5G 网络可将发电数据实时传输至电网监控中心。

　　（三）平台层架构

　　平台层是智能配电系统的 “大脑”，承担着数据处理、分析以及决策支持等核心功能。数据处理中心首先对来自感知层的海量数据进行清洗、整合和存储。例如，将不同类型传感器采集到的格式各异的数据进行标准化处理，去除异常数据和噪声干扰，然后存储到大型数据库中，为后续的分析提供可靠的数据基础。同时，平台层还具备设备状态评估功能。通过对设备运行数据的实时监测和分析，评估变压器、开关等设备的健康状况，预测设备可能出现的故障，实现设备的状态检修，降低运维成本。

　　（四）应用层架构

　　应用层是智能配电系统面向用户和管理部门的 “窗口”，为不同的用户群体提供多样化的服务。对于电力公司而言，通过负荷管理系统，根据用户的用电需求预测和实时用电情况，合理调整电网的发电、输电和配电计划，实现电力资源的优化配置。例如，在用电高峰时期，对工业用户实施错峰用电，优先保障居民生活用电，提高电网的整体运行效率。对于居民用户，智能家居交互系统使居民在手机APP 或智能终端上，便可实时了解家庭的用电情况。同时，用户还可以远程控制智能家电的开关、调节运行模式，实现节能降耗[2]。

　　二、居民用电中低压智能配电系统关键技术

　　（一）智能电表技术

　　智能电表作为智能配电系统的重要终端设备，集成了多种先进技术。其核心是高精度的计量芯片，能够精确测量有功功率、无功功率、视在功率以及电能等参数，计量精度可达0.5S 级甚至更高，相比传统电表，大大提高了计量的准确性。智能电表还具备双向通信功能，通过电力线载波、无线通信等方式与集中器或主站进行数据交互。此外，智能电表还具有数据存储与分析功能。它能够存储一定时间内的用电数据，如最近一个月的每日用电量曲线，方便用户和电力公司进行历史数据查询和分析。

　　（二）配电自动化技术

　　配电自动化技术是提高配电网供电可靠性和运行效率的关键。它通过在配电网中安装大量的自动化开关设备，如断路器、负荷开关、分段开关等，并配备相应的控制终端（馈线终端单元、数据终端单元等），实现对配电网的实时监测和控制。当配电网发生故障时，故障检测与定位技术能够快速准确地判断故障发生的位置。故障隔离与恢复供电技术则在确定故障位置后，迅速自动断开故障区段两侧的开关，将故障隔离，防止故障扩大。此外，配电自动化系统还具备网络重构功能。在正常运行时，根据配电网的负荷分布情况，通过优化算法对配电网的运行方式进行调整，降低线路损耗，提高电能质量。

　　（三）电力通信技术

　　电力通信技术是智能配电系统实现数据传输和信息交互的桥梁。光纤通信作为骨干通信网络，采用波分复用、时分复用等技术，能够在一根光纤中同时传输多个波长或多个时隙的信号，大大提高了光纤的传输容量。近年来，随着PLC 技术的不断发展，其传输速率和可靠性得到了显著提高。例如，低压电力线高速载波通信（High-speed Power LineCommunication，HPLC）技术可以达到几百kbps 甚至更高的传输速率，满足智能电表等设备的数据采集和控制指令传输需求。同时，采用自适应调制、信道编码等技术，有效克服了电力线信道的噪声干扰和信号衰减问题，提高了通信的可靠性[3]。

　　（四）大数据与云计算技术

　　大数据技术在智能配电系统中发挥着数据挖掘和分析的重要作用。智能配电系统产生的海量数据蕴含着丰富的信息。通过大数据采集技术，能够实时收集来自各个数据源的数据，并将其存储到分布式文件系统（Hadoop Distributed FileSystem，HDFS）中。云计算技术则为智能配电系统提供强大的计算能力和存储资源。云计算平台采用分布式计算架构，将计算任务分配到多个计算节点上并行处理，大大提高了数据处理速度。此外，云计算平台还提供了安全可靠的数据存储和备份功能，保障了智能配电系统数据的安全性和完整性。

　　三、居民用电中低压智能配电系统运行常见问题

　　（一）设备故障问题

　　智能配电系统中的设备种类繁多，包括变压器、开关、智能电表等，这些设备在长期运行过程中不可避免地会出现故障。变压器作为配电系统的核心设备之一，常见故障有绕组故障、铁芯故障以及绝缘故障等。而开关设备也容易出现故障，如断路器的拒动或误动。拒动可能是由于操作机构故障、控制回路故障等原因，导致在需要切断电路时无法正常动作，使故障范围扩大；误动则可能是由于电磁干扰、保护装置误动作等因素，造成不必要的停电。智能电表同样可能出现计量不准确、通信故障等问题，影响电费结算的公正性，并且通信故障则会导致用电数据无法及时上传，影响电力公司的运营管理[4]。

　　（二）电能质量问题

　　电能质量问题在居民用电中低压智能配电系统中较为常见。电压偏差是其中一个突出问题，由于配电网的线路阻抗、负荷分布不均等原因，可能导致部分用户端的电压过高或过低。另外，在电能方面，谐波污染也是电能质量的一大隐患。随着居民家庭中非线性用电设备（如电视机、电脑、节能灯等）的大量使用，这些设备会向电网注入谐波电流，导致电网电压波形发生畸变。谐波会增加线路损耗，干扰其他电气设备的正常运行，甚至可能引发电力系统谐振，对电力设备造成严重损坏。

　　（三）通信故障问题

　　智能配电系统依赖可靠的通信网络来实现数据传输和远程控制，但通信故障时有发生。在光纤通信网络中，可能由于外力破坏、光纤老化等原因导致光纤断裂或信号衰减过大，使数据传输中断或出现误码。而电力线载波通信也面临诸多挑战。电力线信道具有复杂的噪声特性，包括背景噪声、脉冲噪声等，这些噪声会干扰数据信号的传输，降低通信质量。无线通信同样存在问题，如信号覆盖不足、干扰等，还容易受到同频段其他信号的干扰，如附近的无线基站、工业无线设备等，影响通信的准确性和稳定性[5]。

　　（四）系统集成与兼容性问题

　　智能配电系统是一个复杂的集成系统，涉及多个厂家的设备和多种技术标准，系统集成与兼容性问题较为突出。不同厂家生产的智能电表、配电自动化终端等设备，在通信协议、数据格式等方面可能存在差异，导致设备之间难以实现无缝对接和互操作。此外，新老设备之间的兼容性也可能出现问题。随着智能配电技术的不断发展，老旧设备在功能和技术标准上可能无法与新设备匹配，例如，老旧的开关设备可能不具备远程控制功能，难以融入智能化的配电自动化系统，若要进行升级改造，又面临成本高、技术难度大等问题。

　　四、居民用电中低压智能配电系统优化策略

　　（一）加强设备维护，升级配电系统

　　为保障系统的稳定运行，应建立健全设备全生命周期管理体系，从设备选型采购阶段，就需要严格把控质量，选择可靠性高、性能先进且符合相关标准的产品。例如，在变压器选型时，优先选用节能型、低损耗且具备智能监测功能的产品，为后续系统稳定运行奠定基础。日常维护中，可运用智能巡检技术，借助无人机、机器人等设备，对难以到达或人工巡检效率低的区域进行高效巡检。随着技术革新，还需要适时对关键设备进行升级。例如，将传统的电磁式电压、电流互感器逐步替换为电子式互感器，以提高测量精度、拓宽测量范围，并增强抗电磁干扰能力。对于老旧的开关柜，可进行智能化改造，增加故障诊断模块、状态监测传感器等，提升开关柜的智能化水平和运行可靠性[6]。

　　（二）安装动态无功补偿装置，优化电网运行方式

　　要改善电能质量，可从安装动态无功补偿装置，优化电网运行方式两方面进行。首先，可安装动态无功补偿装置，如静止无功发生器（Static Var Generator，SVG），实时监测电网无功功率变化，快速响应并补偿无功，稳定电压。在负荷波动较大的区域，SVG 能够有效避免因无功缺额导致的电压下降，确保居民端电压在正常范围内。同时，配合使用有源电力滤波器（Active Power Filter，APF），针对电网中的谐波进行治理。APF 可实时检测并跟踪谐波电流，产生与之大小相等、方向相反的电流进行抵消，有效消除谐波污染，提高电能质量。其次，应优化电网运行方式，通过对配电网进行潮流计算和分析，合理调整变压器分接头位置，优化电网无功分布，降低线路损耗。例如，在轻载时段适当提高变压器分接头档位，在重载时段降低档位，确保电压稳定的同时减少变压器自身损耗。此外，对三相不平衡问题，采用三相不平衡调节装置，实时监测三相电流，并调整装置内部的功率分配，实现三相电流的平衡，降低因三相不平衡导致的线路损耗和设备发热问题。

　　（三）构建多元化通信网络，提升通信可靠性

　　要提升通信的可靠性，可构建多元化通信网络，采用多种通信方式互为备份。例如，在重要的变电站和配电自动化主站之间，除了光纤通信作为主通道外，还可配备卫星通信作为备用通道[7]。当光纤因自然灾害等原因中断时，卫星通信能确保关键数据和控制指令的传输，维持系统基本运行。另外，还应加强信道研究，采用自适应调制解调技术，根据电力线信道的实时状况自动调整通信参数，提高通信质量。同时，优化载波信号的耦合方式，降低信号衰减和干扰。针对无线通信，合理规划基站布局，增加信号覆盖范围和强度。在偏远地区或信号遮挡严重区域，可采用中继站、直放站等设备进行信号增强。此外，加强对无线通信频段的管理，避免同频干扰，确保通信的稳定性和可靠性。

　　（四）推进系统集成，优化系统兼容性

　　对于系统集成与兼容性问题，可制定统一的系统集成标准和规范，明确各设备接口、通信协议、数据格式等内容，要求设备制造商严格按照标准生产。例如，统一规定智能电表与集中器之间采用DL/T 645—2007 及其扩展协议进行通信，确保不同厂家设备之间的兼容性和互操作性。在新老设备更替过程中，可采用过渡方案，使老旧设备能够逐步融入新系统。例如，对于不具备智能通信功能的老旧开关设备，可加装智能通信模块，通过协议转换实现与新系统的通信。同时，在系统设计时，充分考虑对老旧设备的兼容，预留一定的接口和通信方式，延长老旧设备的使用寿命，降低升级成本[8]。对于不同系统间的集成问题，建立数据共享平台，采用中间件技术实现各系统之间的数据交互。

　　结语

　　居民用电中低压智能配电系统作为我国配电系统智能化的重要方向，具有广阔的应用前景。通过对系统架构、关键技术、运行常见问题及优化策略的研究，可以为我国配电系统的智能化发展提供有力支撑。然而，智能配电系统的推广应用仍面临诸多挑战，需要政府、企业和科研机构共同努力，加强技术创新、优化系统设计、提升设备质量，以实现配电系统的安全、稳定、高效运行。

　　参考文献：

　　[1] 杨洋,李胜文,刘海金,等.低压直流配电系统在智能楼宇中的试点应用分析[J].山西电力,2023(01):34-38.

　　[2] 赵亮亮,孙静.智能配电系统的核心内容和关键技术[J].电气应用,2023,42(11):1-8.

　　[3] 张春香,耿丽恺,刘芳义.智能技术在低压配电自动化系统中的应用[J].电子技术,2023,52(12):286-287.

　　[4] 何基催,黄育尚,彭朝仿.低压配电专业智能运维系统应用研究[J].现代信息科技,2024,8(24):105-110.

　　[5] 方磊,冯隆基,杨锦成,等.融合用户负荷特征的低压配电网拓扑关系识别研究[J].供用电,2024,41(11):60-68.

　　[6] 宋熙.低压智能配电系统在居民用电中的应用[J].内江科技,2024,45(07):88-90.

　　[7] 侯晨宏.运用PLC技术实现高低压配电系统智能改造[J].通信与信息技术,2024(01):67-70.

　　[8] 詹承东.低压配电系统安装中的技术创新与应用[J].城市建设理论研究(电子版),2024(20):109-111.

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