智慧公路丨基于能源互联网的智慧供配电系统

今天要为大家介绍智慧公路主题赛

第10个参赛项目：

基于能源互联网的智慧供配电系统

一、参赛项目概述

中国是一个能源生产大国和消费大国，且面临严重的能源危机。交通行业作为用能大户，能源问题更加迫切。我国交通行业传统的能源供给系统仍延续着九十年代的技术体系，以满足有限负载的电力供给需求为基本目标，存在着建设运营成本高、智能化水平低、能耗高、设备寿命短、供电质量差等一系列行业痛点问题，严重制约着新时代“互联网+交通运输”体系的发展。

基于能源互联网的智慧供配电系统是以先进的物联、感知技术为基础，以电力自动化为控制手段的新一代能源供给技术，将能源生产端、传输端、消费端的数以亿计的设备、机器、系统连接起来，充分利用能源互联网智能化、分布式、互联性的技术优势，解决交通运输系统向“互联网+”方向发展的能源供给关键性问题，以“互联+智能+实体创新”的理念力争打造交通行业能源互联网生态链。

基于能源互联网的智慧供配电系统

二、先进关键技术

（1）大功率无主均流单相分布式供电技术

为解决“互联网+交通运输”环境下大量单相负荷对超大功率单相供电的用能需求，项目团队潜心研究，攻克了国际领先的多电力模块的无主均流并联工作技术，构建了高精度PID模型算法，解决了国际上单相供电难以超过100KVA的技术难题，实现了1MVA以上超大功率单相分布式智慧供电技术，实际工程应用中已超过300KVA，同时具备节能、高效率、高可靠性、易维护的特点，远超国际上现有同类技术水平（据统计，国际上大功率分布式供电的最大功率为100KVA）。超大功率单相供电技术不仅在交通行业有迫切的应用需求，在矿井、油田、移动基站、大型数据机房等领域有更为广阔的市场前景。

（2）精细化物联感知技术

对比于国际上通用的供配电自动化系统，项目团队通过优化通用芯片的底层算法，提出具有国际先进水平的通用芯片底层优化BGA模型算法，充分挖掘芯片的处理能力，大幅提高机电设备状态信息的采集颗粒度与精确度，实现能源设施与用能设备之间的精细化智能感知、网络互联，形成行业中的智能电网与能源互联网，引领未来行业中配电网技术、网络技术、通信技术、传感器技术、电力电子技术、储能技术的融合，进一步优化能源结构，提高能源输送和使用效率，增强能源网络运行的安全性、可靠性和灵活性。

芯片底层算法优化与大数据分析

（3）高效电能质量优化技术

通过智慧供配电系统对电网信息的精细化感知，利用大数据挖掘，分析处理设备运行状态信息，实时监测机电设备的健康状态，快速精准的判断电力谐波、冲击与闪变等电能质量劣化的位置、程度与原因，并结合多元化电能质量优化技术，在智慧供电系统中进行有针对性的自愈动作响应，优化系统的供电质量，减少恶劣的电能质量对机电设施性能的影响，减少因机电设备故障而造成的交通事故，保证交通运营的安全。同时系统抑制了非线性负载对电网的扰动与污染，维护电网运行的稳定性。

电能质量优化技术

三、系统结构与工作原理

智慧供电系统由上位机组、下位机群、管理平台、通信及供电网络构成。上位机组设置在电源引入电端（变电所内），将市电提供的三相电进行三相平衡、功率因数补偿、电能质量优化、升压等处理之后，输出一个电压为3.3KV（660V~10kV可选）的高质量、稳定交流电。上位机组通过电缆将电力输送到公路沿线各用电点，在用电点再通过下位机将3.3KV电压转变为380V/220V电压向负载供电，同时下位机包含智能电力监控模块，能够根据需要开关供电回路，并检测供电回路的用电状态，实现精细化的电力监控。系统内上位机组、下位机群均通过通信网络进行通讯，由设置在监控中心的管理平台对整个能源网络进行智能管控。

项目设备安装效果图

四、系统优势与特点

智慧供配电系统的研究与应用对现有的交通运输行业能源供给领域带来了全新的理念，着力解决交通行业传统供配电系统存在的建设运营成本高、智能化水平低、能耗高、设备寿命短、供电质量差等一系列痛点问题，具有以下优势及特点：

（1）填补了长距离单相供电的技术空白

传统供配电系统在公路分散性供配电场景（例如公路全程监控供配电系统、隧道供配电系统等）下存在的建设成本高，能源损耗高等问题一直难以解决，智慧供配电系统针对这一重大难题进行了有效的处理，切实填补了交通工程在长距离单相供电上的技术空白。

（2）降低工程建设与运营成本

系统优化了现有交通工程的供配电系统的结构，大幅降低了输电电缆的使用量，降低了建设成本，同时系统智能化的调节供电策略，减少能源损耗，避免能源浪费，降低了运营成本。

（a）传统供配电系统电缆用量大，电能线损高

（b）智慧供配电系统电缆用量少，电能线损低

智慧供配电系统与传统供电方案电缆用量对比

与传统供电方案建设成本对比

传统方案与智慧供电用电量对比

（3）减少用电设备故障带来的安全隐患

系统具备高效的电能质量优化技术，为交通工程的机电设备提供稳定、优质的电能，避免因电力谐波、电力冲击与闪变等造成的机电设备故障，保障机电设备的稳定运行，减少设备故障带来的安全隐患。

（4）便捷的运维养护

系统采用模块化设计，具备智能化、分布式、互联性的技术特点，可实现在线式的模块热插拔，设备运维养护时不影响系统工作，大幅提高了设备的运维养护效率。

能源智能管理与机电设备状态监控

（5）提高能源供给系统的安全性与稳定性

系统配置有冗余模块，即使出现突发性设备故障，冗余模块能够无缝接入系统，实时接替故障模块进行工作，确保能源供给的稳定性。

五、系统的应用

智慧供配电系统全国应用范围

在交通运输部选取的全国八个具有一定社会影响、路网功能明确、沿线区域自然环境特点突出、工程具有代表性的第一批绿色公路建设典型示范工程项目中，全部应用了我公司智慧供配电系统作为主要节能减排措施。其中，吉林鹤大高速公路17座隧道全部采用智慧供电方案。目前，智慧供配电系统已在全国约800公里高速公路、70余条隧道成功应用，累积节约工程造价约1800万，每年节能量约万余吨标煤！同时项目积极拓展在铁路、油田、城市管廊、移动基站、IDC机房等行业的应用，让能源互联网惠及整个能源领域。

表1 部分省市应用案例

六、企业和团队简介

北京中交国通智能交通系统技术有限公司（以下简称“中交国通”）成立于2000年，是交通运输部公路科学研究院下属的全资子公司，注册资本1亿元。公司作为交通运输部直属科研院所的下属公司，承载着国家智能交通系统工程技术研究中心科技成果转化和产业化的重要责任。因此，公司时刻紧跟国家交通行业的发展潮流，准确把握行业的痛点与关键技术难点，以交通行业科研先行者的责任感与使命感来推动行业先进技术的研究与发展。在此基础下，公司以国家智能交通研究中心的科技成果为技术基础，自主创新、开发、研制出多种在智能交通领域具有科技前瞻性、工程创新性的产品，处于行业领先地位。

办公环境

核心团队

孟春雷，总经理

北京中交国通智能交通系统技术有限公司总经理，交通运输部公路科学研究院智能交通中心主任，全国交通工程设施（公路）标委会委员，交通运输部交通信息通信导航标委会委员。从事交通行业二十余年，是我国交通大规模建设时期，交通部委任的第一批公路机电工程九五技术攻关核心成员，交通行业内屈指可数的集规划、科研、设计、施工及产品研发于一身的多维度全能型研究者与创造者，国家级智能交通行业的先行军，国家战略发展规范智囊团的主要成员之一。

其对行业方向把握犀利敏捷，能够精准了解行业发展的瓶颈及未来的主导趋势。工作期间先后担任了杭州湾大桥、润扬大桥、南京二桥等几十项国家重点公路交通工程设计项目，国家及省部级科研课题20余项，主编或参编行业规范10余本。

参与了60余项行业内学术会议和标准规范的组织和评审委员会工作，在相关领域的一流学术期刊和会议上已发表论文30余篇，获国家优秀设计奖1项、交通运输部优秀设计奖3项、个人交通工程十佳咨询设计奖1项、中国公路学会一等奖3项、二等奖2项，其带队研究的原创性成果获国家重点新产品奖、中国公路学会“全国高速公路机电工程技术创新奖”。被邀请出席智能交通领域的国际国内学术会议并发表学术讲话近百次，见解独特，剖析精湛，引起国内外交通领域共鸣。

蔡蕾，科研部经理

先后从事智能车路、路网管理与服务、节能减排等领域的科研、咨询、产品研发和应用推广等工作，牵头组织、承担或核心参与国家及省部级纵向课题20余项，规划、咨询、设计类项目近30项，主编及参编国家及行业标准5项，发表论文18篇，获得发明专利3项，实用新型专利6项，软件著作权8项。获得公路学会一等奖2项、江苏省科技进步一等奖1项。

高龙，研发部经理

从事智能交通、电力系统研发12年，承担或参与研发新产品14余项，获得发明专利4项，实用新型专利10项。具有丰富的研发管理经验，带领研发团队多次突破技术难点，完成国际技术攻坚任务。

李水泉，技术部经理

从事交通领域产品研发及软件开发十余年。发表论文10余篇，参与完成发明专利2项、实用新型专利8项、软件著作权5项。参与了多个软件项目的设计和编制，包括：紧急电话系统通用管理软件、呼叫中心系统软件、综合语音管理平台软件、网络广播系统软件、公路隧道LED照明系统智能控制软件、智慧节能供电系统管理软件等。

侯亚楠，市场部经理

长期从事智能交通应用研究、工程应用、市场孵化，相继在多个省份孵化智慧交通市场，具有丰富的行业剖析能力和市场孵化经验。

王宏丹，工程与售后服务部经理

从事交通工程（主要为智能交通领域）设计、施工、管理十余年。参编公路行业标准规范制修订4项；参与完成省部级科研课题8项；完成高速公路设计、咨询项目十余项；获得发明专利1项，实用新型专利证书6项，发表专业论文6篇。具有丰富的工程和售后服务应用经验。