智能化小區(qū)設(shè)備優(yōu)化建設(shè)與應(yīng)用

張杰，徐永健

（國(guó)網(wǎng)浙江天臺(tái)縣供電有限公司，浙江臺(tái)州，317200）

1 智慧小區(qū)建設(shè)的需求分析

1.1 需求分析概述

智能化小區(qū)設(shè)備優(yōu)化建設(shè)是目前社區(qū)管理發(fā)展的必然趨勢(shì)。但我國(guó)目前對(duì)于智慧社區(qū)系統(tǒng)的建設(shè)未形成一套完整的系統(tǒng)。首先社區(qū)智能化系統(tǒng)管理在我國(guó)屬于一個(gè)新型領(lǐng)域，我們不能盲目的引入各種新型技術(shù)，應(yīng)積極調(diào)研行業(yè)內(nèi)智能社區(qū)管理系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀以及成果，在大技術(shù)背景下明確智能化系統(tǒng)的建設(shè)方向，尤其是在中國(guó)城市化進(jìn)程快速發(fā)展的今天，很多城市將面臨以下兩方面的矛盾，一方面隨著城市人口的增長(zhǎng)，資源變得日益短缺，一些大中城市經(jīng)濟(jì)凈收益率逐漸下降。另一方面人們從日常居住到出行，從工作到娛樂(lè)，不僅對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，同時(shí)對(duì)城市宜居環(huán)境以及可持續(xù)發(fā)展空間的要求也越來(lái)越高。在此背景下，智慧城市的概念也逐步走進(jìn)人們的視野，并且很快成為眾多城市發(fā)展的目標(biāo)。從智能化管理系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)來(lái)看，系統(tǒng)功能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，主要是以智能綜合管理平臺(tái)為基礎(chǔ)，為小區(qū)提供公共設(shè)施集中管理，車輛以及小區(qū)外部人員進(jìn)出管理、小區(qū)路燈、井蓋等公共設(shè)備監(jiān)測(cè)控制、停車位管理、小區(qū)安保等服務(wù)，從而打造一個(gè)平安社區(qū)。從系統(tǒng)的創(chuàng)新方面考慮，首先應(yīng)統(tǒng)一架構(gòu)，構(gòu)建集成平臺(tái)，將原本分散的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和管理。其次，在打通原有獨(dú)立系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)小區(qū)各子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)以及小區(qū)與家居之間的聯(lián)動(dòng)。最后，通過(guò)統(tǒng)一的管理模式實(shí)現(xiàn)對(duì)公共設(shè)施的實(shí)時(shí)信息收集與處理，除了提供一個(gè)統(tǒng)一的應(yīng)用界面外，還可為社區(qū)提供個(gè)性化應(yīng)用界面的配置途徑。為了更加貼近用戶需求，我們通過(guò)調(diào)研一些大、中型城市的小區(qū)管理現(xiàn)狀后發(fā)現(xiàn)，目前社區(qū)管理中存在急需通過(guò)統(tǒng)一綜合平臺(tái)解決的問(wèn)題。雖然大部分小區(qū)已經(jīng)有了自己的安防和門(mén)禁體系，但仍存在嚴(yán)重的不規(guī)范和時(shí)間差等問(wèn)題。社區(qū)管理過(guò)程中設(shè)備運(yùn)行情況、問(wèn)題記錄等均過(guò)分依賴于管理人員，而這種管理已經(jīng)不能滿足住戶的實(shí)際需求，而且調(diào)研中我們發(fā)現(xiàn)有部分社區(qū)住戶對(duì)管理者提供的服務(wù)有所不滿，急需提供一套信息系統(tǒng)來(lái)提高住戶的生活質(zhì)量和管理質(zhì)量。

此外，從小區(qū)配電臺(tái)區(qū)的智能化改造來(lái)看，0.4kV側(cè)供電點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集，目前重點(diǎn)依賴用戶測(cè)量表的數(shù)據(jù)。隨著用電安全性以及供電可靠性的要求越來(lái)越高，低壓分支開(kāi)關(guān)處需適當(dāng)增加相應(yīng)的計(jì)量手段與監(jiān)控手段，因此應(yīng)推出智能型斷路器。配電臺(tái)區(qū)安裝臺(tái)區(qū)智能監(jiān)測(cè)裝置，低壓線路開(kāi)關(guān)采用智能開(kāi)關(guān)或分支監(jiān)測(cè)單元，將臺(tái)區(qū)分層級(jí)抄續(xù)電量后，能夠?qū)崿F(xiàn)線損的計(jì)算，便于日后快速査找竊電點(diǎn)和線損點(diǎn)。

1.2 可行性分析

現(xiàn)如今，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，社會(huì)不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了智能小區(qū)和智慧家庭等先進(jìn)的理念。而智慧化家庭和智能小區(qū)的建設(shè)離不開(kāi)先進(jìn)的智能設(shè)備，對(duì)智能設(shè)備優(yōu)化建設(shè)能夠提高智能設(shè)備的工作效率，保證設(shè)備能夠安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行，有利于建立智能化小區(qū)和智慧家庭，也越來(lái)越社會(huì)的發(fā)展。因此，智慧化小區(qū)設(shè)備優(yōu)化建設(shè)與應(yīng)用具有可行性。

設(shè)備優(yōu)化建設(shè)的監(jiān)測(cè)低壓配電是最重要的優(yōu)化建設(shè)環(huán)節(jié)之一，對(duì)監(jiān)測(cè)低壓配電進(jìn)行優(yōu)化建設(shè)是對(duì)其出現(xiàn)的運(yùn)行參數(shù)，包括電流、電壓、電阻以及功率等，比較開(kāi)關(guān)狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)相關(guān)信息，從而能夠使用能源調(diào)控、故障監(jiān)測(cè)、能源監(jiān)測(cè)、控制監(jiān)測(cè)等多種方法實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化利用，對(duì)能耗所有的信息進(jìn)行收集、整理、儲(chǔ)存、分析，并且能夠?qū)δ芎男畔⑦M(jìn)行管理和控制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理、儲(chǔ)存和信息共享一體化，能夠構(gòu)建綜合能源評(píng)價(jià)體系，為創(chuàng)新出新體系提供了基礎(chǔ)。首先在智慧小區(qū)變配電設(shè)施安全管理標(biāo)準(zhǔn)上，對(duì)于保護(hù)安全用電設(shè)備來(lái)說(shuō)10千伏系統(tǒng)繼電保護(hù)其采用的是微機(jī)繼電保護(hù)裝置，對(duì)于10千伏進(jìn)線采用速斷保護(hù)、過(guò)濾保護(hù)以及零序保護(hù)；對(duì)于10千伏母線采用速斷保護(hù)以及過(guò)濾保護(hù)；對(duì)于10千伏饋線采用速斷保護(hù)、過(guò)濾保護(hù)、變壓器高溫報(bào)警以及變壓器超溫跳閘等。其中變壓器采用高環(huán)保環(huán)氧樹(shù)脂澆筑的非晶合金干式變壓器，其設(shè)置了溫度監(jiān)測(cè)冷風(fēng)系統(tǒng)和報(bào)警裝置，同時(shí)還設(shè)置電子干擾設(shè)備，能夠確保變壓器不受環(huán)境中任何電子干擾，在安裝過(guò)程中可以采取降噪音、減震等措施，采用特殊接線方式設(shè)置超高溫報(bào)警，其箱體等級(jí)為IP20。

配電臺(tái)區(qū)的智能改造能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：第一，信息綜合采集，狀態(tài)全面感知，在各分支開(kāi)關(guān)上安裝智能開(kāi)關(guān)或者狀態(tài)傳感，能夠?qū)λ性O(shè)備信息統(tǒng)一采集和編址，呈現(xiàn)區(qū)臺(tái)設(shè)備拓樸結(jié)構(gòu)，維護(hù)系統(tǒng)管理和運(yùn)行。第二，深化技術(shù)應(yīng)用，適應(yīng)功能拓展。利用智能化邊緣和終端容器的計(jì)算能力，開(kāi)展電三拓樸自動(dòng)識(shí)別、戶變關(guān)系識(shí)別、停電事件上報(bào)、線損細(xì)化分析、智能斷路器動(dòng)能等應(yīng)用，與配網(wǎng)主站連接，呈現(xiàn)出具體分析效果。

綜上所述，智慧化小區(qū)的設(shè)備優(yōu)化建設(shè)與應(yīng)用具有重要的作用，其具有一定的可行性和科學(xué)性，能夠促進(jìn)其建立智能化小區(qū)和智慧化家庭，促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展。

2 智慧小區(qū)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

智慧社區(qū)綜合系統(tǒng)構(gòu)架主要結(jié)合公用配電以及用居民環(huán)境特點(diǎn)，設(shè)計(jì)用電信息采集系統(tǒng)，智能化儀表剩余電流火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，功率因數(shù)補(bǔ)償裝置等。在配電臺(tái)區(qū)的智能化改造中，0.4kV側(cè)供電數(shù)據(jù)的采集目前主要依賴于用戶側(cè)電表的數(shù)據(jù)，隨著供電可靠性與用電安全性的要求越來(lái)越高，低壓分支開(kāi)關(guān)處需要增加相應(yīng)的計(jì)量與監(jiān)控手段，因此推出智能型斷路器。

2.2 系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

對(duì)配電信息進(jìn)行收集和分析。該功能能夠?qū)π^(qū)所有的配電信息進(jìn)行收集、儲(chǔ)存和處理，采用小區(qū)配電變壓器采集儀以用于配電信息等的采集。小區(qū)配電信息多而復(fù)雜，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)效率低，影響其配電效率。為了提高配電信息的處理能力，該系統(tǒng)優(yōu)化了數(shù)據(jù)采集的能力，對(duì)電能表數(shù)據(jù)采集，配電變壓器狀態(tài)量，交流模擬量等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存和分析。數(shù)據(jù)處理主要是針對(duì)小區(qū)配電變壓器采集儀具有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等多個(gè)功能，能夠保存近1個(gè)月的數(shù)據(jù)和12個(gè)月的數(shù)據(jù)，可支持主站軟件采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和15分鐘的數(shù)據(jù)。參數(shù)設(shè)置以及查詢主要包括時(shí)鐘、限值等相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，查詢。事件記錄主要針對(duì)小區(qū)配電變壓器采集儀。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，也可以對(duì)配電進(jìn)行24小時(shí)的檢測(cè)，保證其能夠正常、穩(wěn)定的運(yùn)行。當(dāng)其出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，能夠?qū)⑾嚓P(guān)的數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)以及無(wú)線公網(wǎng)通信等方式進(jìn)行傳輸，將故障源、故障類型等故障信息及時(shí)地傳遞給配電平臺(tái)、維修人員，從而能夠設(shè)備的安全，防止因故障帶來(lái)更大的損失。對(duì)于小區(qū)配電變壓器采集以及具備下列特點(diǎn)：首先，能夠準(zhǔn)確、快速的收集和處理配電信息，保證配電設(shè)備安全、穩(wěn)定的工作。利用zigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建該系統(tǒng)，既可以節(jié)約成本又可以在一定程度上解決電力通信內(nèi)外網(wǎng)隔離后信息安全輸出問(wèn)題。其次，小區(qū)配電需要實(shí)時(shí)傳輸，利用以太網(wǎng)和無(wú)線傳播，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)傳播和同步傳播，讓小區(qū)配電能夠安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

對(duì)于戶內(nèi)用電信息采集來(lái)說(shuō)，信息采集主要是對(duì)戶內(nèi)的用電信息、用電設(shè)備等進(jìn)行采集，也可以對(duì)戶內(nèi)空氣開(kāi)關(guān)出線線路進(jìn)行信息采集。居民用電設(shè)備信息采集采用智能插座，通過(guò)對(duì)智能插座信息的收集，從而實(shí)現(xiàn)戶內(nèi)居民用電信息的收集。智能插座是指當(dāng)用戶出現(xiàn)用電情況時(shí)，對(duì)用電信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和存儲(chǔ)，是一種最直接、最有效地戶內(nèi)用電信息收集方法。智能插座智能開(kāi)關(guān)通過(guò)zigBee無(wú)線通信的方式與無(wú)線網(wǎng)、以太網(wǎng)等通信方式相連接，將戶內(nèi)用電信息進(jìn)行同步收集和存儲(chǔ)，而家居智能網(wǎng)關(guān)則可以利用在zigBee通信模塊進(jìn)而接收智能空氣開(kāi)關(guān)和智能插座所收集的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)其收集和傳遞，將戶內(nèi)用電信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、收集、整理和存儲(chǔ)。智能插座、智能控制開(kāi)關(guān)能夠準(zhǔn)確地匹配到無(wú)線設(shè)備，將收集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤地傳遞給收集平臺(tái)，保證數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠。該設(shè)備無(wú)需進(jìn)行布線安裝便捷，具有較強(qiáng)的運(yùn)行可靠性，能夠滿足日常戶內(nèi)用電信息采集需求。

2.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

在變電所低壓配電系統(tǒng)中需要進(jìn)行剩余電流火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)置，從系統(tǒng)組成上來(lái)看，需要在低壓配電柜中進(jìn)行電流監(jiān)測(cè)模塊的安裝，對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保護(hù)，保證設(shè)備能夠正常、穩(wěn)定的工作，也能夠?qū)⒃O(shè)備進(jìn)行連接，以該系統(tǒng)為中心，通過(guò)無(wú)線連接將所有設(shè)備進(jìn)行連接，從而能夠?qū)崿F(xiàn)交流、管理和控制等功能。在消防控制室中安裝報(bào)警控制單元，可采取聲控報(bào)警的方式，同時(shí)能夠向消防控制室進(jìn)行報(bào)警信號(hào)的傳送。從系統(tǒng)功能上來(lái)看，能夠現(xiàn)場(chǎng)整定剩余電流閾值，結(jié)合實(shí)際情況基于正常值下設(shè)置報(bào)警值，預(yù)警值，進(jìn)行線路溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠針對(duì)線路溫度溫升情況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定報(bào)警值和預(yù)警值。報(bào)警控制器需要實(shí)現(xiàn)漢字化界面，同時(shí)其具備雙通訊接口，能夠與探測(cè)模塊進(jìn)行通訊，同時(shí)還能夠與其他智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。此外，整體來(lái)看，對(duì)于配電臺(tái)區(qū)的智能改造要求實(shí)現(xiàn)對(duì)末端低電壓分析、線路重載點(diǎn)定位、三相負(fù)載不平衡點(diǎn)定位、以及線路分級(jí)線損分析，以此為小區(qū)居民打造平安社區(qū)。

3 智慧小區(qū)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電力光纖入戶主要是指光纖負(fù)荷低壓電纜或?qū)⑵胀ü饫w線纜隨低壓電力線敷設(shè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)由配電變壓器到電能表，并由電能表到戶的光網(wǎng)絡(luò)通信方案。

ZigBee是新型低復(fù)雜度，近距離，低功耗的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用ZigBee設(shè)備自動(dòng)路由和自動(dòng)組網(wǎng)特點(diǎn)，可構(gòu)成配用電網(wǎng)終端信息傳輸通道，與現(xiàn)有電力光纖通信融合能夠?qū)㈦娔鼙?，開(kāi)關(guān)柜，配電變壓器等終端信息傳送給電力企業(yè)各部門(mén)，同時(shí)也能夠?qū)⒃O(shè)備配置參數(shù)等相關(guān)信息傳送給現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備，更好的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息的采集、處理。針對(duì)智能小區(qū)設(shè)計(jì)基于ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)其在配電故障定位，用電信采集，配電監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用空間。

從系統(tǒng)的物理架構(gòu)上來(lái)看如下圖所示為整合7種通訊方式的用電采集系統(tǒng)物理架構(gòu)。

在設(shè)計(jì)電力光纖入戶時(shí)，電力光纖入戶是有兩個(gè)通道構(gòu)成的：一個(gè)是遠(yuǎn)程通道的建立，另一個(gè)是小區(qū)內(nèi)部通道的建立。遠(yuǎn)程通道的建立，一般以普通光纜作為建設(shè)的光纖通道，小將小區(qū)的電力專用光纖與小區(qū)外的相連接，構(gòu)建新的連接通道；第二為小區(qū)內(nèi)部通道建設(shè)，通過(guò)小區(qū)內(nèi)的主配電房對(duì)小區(qū)每個(gè)用戶進(jìn)行配電等，從而實(shí)現(xiàn)同步配電和多方配電，讓其發(fā)揮出最大作用。而且針對(duì)低壓分支箱二次分光，可以使用光纖復(fù)合電纜對(duì)各單元表箱進(jìn)行有效連接，通過(guò)相應(yīng)的連接將戶內(nèi)的子網(wǎng)系統(tǒng)和戶外的系統(tǒng)相連接，而且能夠更好地對(duì)戶內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)行控制、信息傳遞和管理等，完善了系統(tǒng)的功能，促進(jìn)了小區(qū)智能化發(fā)展。