淺談泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的配電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

李明君

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能運維系統(tǒng)比傳統(tǒng)的電網(wǎng)更具優(yōu)勢，可實現(xiàn)信息獲取、數(shù)據(jù)集成、狀態(tài)感知及差異化運維等功能，為電力系統(tǒng)的安全運行提供有力保障。探討了電力物聯(lián)網(wǎng)的理論基礎(chǔ)及主要框架，分析了配電系統(tǒng)的智能運行與維護技術(shù)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢構(gòu)建了一個基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電網(wǎng)管理系統(tǒng)，可實時監(jiān)控配電網(wǎng)，有效解決了存在的問題，保障配電網(wǎng)的安全可靠。

關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng)；電力物聯(lián)網(wǎng)；智能運行；維護技術(shù)

0引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)旨在構(gòu)建一個能夠?qū)崿F(xiàn)電力用戶、發(fā)電企業(yè)及供應商之間溝通的網(wǎng)絡，對電力市場進行監(jiān)控，從而提升工作效率及競爭力。基于這一理念，電力物聯(lián)網(wǎng)注重將“能量流”“信息量”“業(yè)務流”有機結(jié)合在一起，為用戶提供實時、準確的數(shù)據(jù)，提高企業(yè)配網(wǎng)發(fā)展的科學性及配網(wǎng)系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性。為實現(xiàn)配電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)展，需不斷完善智能化運行及維護管理技術(shù)，大大降低系統(tǒng)風險，保障電力安全，實現(xiàn)可靠供應。

1電力物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)

1.1感知層

電力物聯(lián)網(wǎng)中，感知層承擔著神經(jīng)末梢的作用，可對系統(tǒng)的運行狀況進行感知，對系統(tǒng)出現(xiàn)的意外情況做出預警。通過配電系統(tǒng)的智能化，將變壓器、電表等各類終端設備納入到感知層，通過對感知層的風險評價，進一步提高智能配電網(wǎng)的抗風險能力。下圖為電力物聯(lián)網(wǎng)的多級結(jié)構(gòu)，可滿足不同的應用需求。

1.2網(wǎng)絡層

網(wǎng)絡層在電力物聯(lián)網(wǎng)中起著至關(guān)重要的作用，可確保網(wǎng)絡的穩(wěn)定性及可靠性，主要分為兩種類型:內(nèi)部專網(wǎng)和外部互聯(lián)網(wǎng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，通信方式發(fā)生了巨大的變化，這將直接影響系統(tǒng)的整體性能。電力線載波與230MHz無線傳輸技術(shù)已被廣泛應用于電力通信領(lǐng)域，改善了網(wǎng)絡性能。電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層的安全管理至關(guān)重要，其不僅能夠防止黑*入侵，還能確保整個智能配電系統(tǒng)的正常運行。為有效減少智能配置系統(tǒng)中的互聯(lián)網(wǎng)攻擊風險，需采用多種不同的通信協(xié)議。

1.3平臺層

物聯(lián)網(wǎng)平臺層的強大功能令系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互與融合變得更加容易，利用大數(shù)據(jù)存儲與分析技術(shù)可以更加地處理傳統(tǒng)能源生產(chǎn)模式下的碎片化信息存儲，消除信息孤島。借助在線信息平臺與云數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)的實時收集與處理，確保電網(wǎng)的安全、、可靠，通過電力數(shù)據(jù)共享機制，更好地推進電力行業(yè)的發(fā)展。

1.4應用層

應用層可實現(xiàn)多種業(yè)務，如為客戶提供能源服務、維護電力網(wǎng)絡及管理綜合能源系統(tǒng)等。在應用層的引導下，用戶可實時與智能配電系統(tǒng)進行交互，獲得完整的系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息。

2面向配用電系統(tǒng)的電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1感知層關(guān)鍵技術(shù)

感知層可確保系統(tǒng)獲取信息的準確性，實現(xiàn)快速響應。現(xiàn)代化智能配電系統(tǒng)的感知層監(jiān)控范圍越來越廣，監(jiān)控數(shù)據(jù)的復雜性越來越高。應加強創(chuàng)新，滿足智能配電系統(tǒng)的多元需求，提高系統(tǒng)的運行效率及可靠性。在研發(fā)新型電力物聯(lián)網(wǎng)裝置時，應充分考慮尺寸、環(huán)境條件及電磁兼容性等因素，達到較佳效果，滿足電力行業(yè)的發(fā)展需求。為了更好地監(jiān)控配電系統(tǒng)設備，需完善傳感器設置方案，按照空間正四面體傳感器節(jié)點部署思路，充分利用各種傳感器的優(yōu)勢，提高感知層的整體感知效果。

2.2網(wǎng)絡層關(guān)鍵技術(shù)

信息傳輸中有許多不同的業(yè)務類型，需要配電通信系統(tǒng)的支持。隨著可用接口越來越多，泛在感知的信息量及數(shù)據(jù)的多樣性不斷攀升。開發(fā)強大的路由策略來支持自組網(wǎng)已成為一種必然，需確保底層接入網(wǎng)的控制及狀態(tài)信息的及時傳遞。為了更好地發(fā)揮網(wǎng)絡潛力，人們不斷探索新的技術(shù)手段，提出相應的算法，基于配網(wǎng)系統(tǒng)與通信系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系提出拓撲勢方法，以實現(xiàn)系統(tǒng)間的協(xié)同規(guī)劃。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入，需充分關(guān)注與其相關(guān)聯(lián)的信息安全風險，實現(xiàn)安全訪問及信息控制。而一系列技術(shù)的應用則是解決這些問題的關(guān)鍵，主要方法包括數(shù)據(jù)加密、安全路由、身份認證及訪問控制等。

2.3平臺層關(guān)鍵技術(shù)

平臺層處理的數(shù)據(jù)量十分龐大，呈現(xiàn)高冗余度、多樣化格式等特點，其關(guān)鍵技術(shù)包括數(shù)據(jù)融合技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)等，可加速對大規(guī)模系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行聚合及整理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的較大價值。在數(shù)據(jù)融合技術(shù)的支持下，配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息可實現(xiàn)三個層次的有效整合，即數(shù)據(jù)層、特征層及決策層。此外，加權(quán)平均、聚類分析及貝葉斯估計等多種融合方法也能夠發(fā)揮出一定的作用。NoSQL是一種廣泛應用于數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域的技術(shù)，包括BigTable、F1、Cosmos等大型數(shù)據(jù)存儲模型，可有效支持復雜的數(shù)據(jù)處理及分析。目前智能配電網(wǎng)的監(jiān)控覆蓋面有限，需大力開發(fā)平臺層的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

2.4應用層關(guān)鍵技術(shù)

在電力物聯(lián)網(wǎng)應用層中，態(tài)勢感知與主動優(yōu)化運行是核心技術(shù)。態(tài)勢感知技術(shù)可及時發(fā)現(xiàn)并有效識別可能存在的安全隱患，對其采取必要的措施進行處理。可將智能配網(wǎng)的態(tài)勢感知劃分為三個階段，即觀察、理解及預測，確保整個系統(tǒng)的較佳性能。采用主動優(yōu)化運行技術(shù)可根據(jù)用戶需求實施合理的供電價格調(diào)整，更好地滿足用戶需求，有效提升用戶滿意度，提升電力企業(yè)經(jīng)濟效益，實現(xiàn)智能配電系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

3電力物聯(lián)網(wǎng)的配電系統(tǒng)智能運行的應用

3.1配電網(wǎng)運行狀態(tài)在線監(jiān)測與風險評估

目前，配電網(wǎng)決策進程中沒有獲得足夠的信息技術(shù)支持，因此當電力設備出現(xiàn)故障時進行維修。新型負荷的出現(xiàn)令配電網(wǎng)的安全性及可靠性面臨著更大的挑戰(zhàn)，電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為配電系統(tǒng)的智能運行提供保障，可即時檢視電力裝置的運作狀況，評估其對配電網(wǎng)的影響，排除可能存在的計時誤差風險，豐富了在線檢測手段。在穩(wěn)定的通信系統(tǒng)中，可通過站點來進行不同的檢測，及時發(fā)現(xiàn)故障。還可對網(wǎng)絡安全風險進行評估，對配網(wǎng)運行歷史數(shù)據(jù)進行提取分析，對現(xiàn)場風險進行實時評估，及時發(fā)現(xiàn)容易受到攻擊的系統(tǒng)，運用人工智能技術(shù)提升電力供應的穩(wěn)定性。

3.2配電系統(tǒng)規(guī)劃與綜合能源協(xié)調(diào)運行

為了滿足人們的日常需求，需對電力、交通、供暖、燃氣等基礎(chǔ)設施進行規(guī)劃建設。電力物聯(lián)網(wǎng)可實現(xiàn)對電力、氣力、水力、熱力等多種資源的有效管理，對其進行有效分配及協(xié)調(diào)優(yōu)化，可為城市的可持續(xù)發(fā)展提供支撐。隨著我國電力工業(yè)的快速發(fā)展，各種不同類型的能源日益融合，出現(xiàn)了大量的協(xié)同利用，提高智能配電網(wǎng)的靈活性及自主性是亟待解決的問題。未來，配電網(wǎng)將與其他系統(tǒng)相結(jié)合，適應綜合能源的使用需求。在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下，配電網(wǎng)具有較高的自主性，以其感知的各類大數(shù)據(jù)為依據(jù)，構(gòu)建高精度的綜合分布與預測模型，借助邊緣計算提高非平穩(wěn)環(huán)境下配電網(wǎng)的靈活性。結(jié)合云計算技術(shù)對多種不同類型的能量進行分析，實現(xiàn)合理利用。通過對電力系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析，建立一個的電力失控分布模型，更好地掌握電力系統(tǒng)運行狀況。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行計算，建立分布式電源及儲能系統(tǒng)，準確控制用戶負載。利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)對風光機組進行精細化分類，更準確地調(diào)整配電網(wǎng)絡，獲取有效數(shù)據(jù)。

3.3用戶個性化用能服務

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)中，用戶受電終端只能被動參與配電網(wǎng)運行，雖然分時電價可以將電量從峰值轉(zhuǎn)移到低谷，較大限度地利用電能，但此方法還不完善。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用范圍不斷擴大，其終端及網(wǎng)絡能夠與用戶建立更加緊密的聯(lián)系，可增設屋頂光伏電站，安裝小型風機，拓寬用戶獲取電能的途徑。隨著智能終端的普及，如智能空調(diào)、熱水器及電動汽車等，用電信息不斷變化，將成為電力物聯(lián)網(wǎng)的重要信息來源。配電網(wǎng)需為客戶提供多樣化的服務，引導客戶參與配電網(wǎng)的運營，以定制化的個性化服務為核心，實現(xiàn)對配電網(wǎng)的較優(yōu)配置，提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定性。電價調(diào)整機制是對用電客戶的一種激勵，通過建立一個分層的配電網(wǎng)架構(gòu)，將電網(wǎng)側(cè)的資源與用戶側(cè)的設備有效整合在一起，實現(xiàn)集成調(diào)度的目標。如將建筑暖通、電冰箱、熱水器等作為資源平衡的微網(wǎng)聯(lián)絡結(jié)構(gòu)，對其功率進行計算，實現(xiàn)對配電網(wǎng)絡的有效調(diào)整，從而有效控制儲能系統(tǒng)的建設投資成本，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

4配電系統(tǒng)的運行維護技術(shù)

4.1周期性維護技術(shù)

為有效解決配電系統(tǒng)運行中的問題，應加強周期性維護技術(shù)的應用，按照規(guī)定定期巡視，及時發(fā)現(xiàn)并處理智能運行中存在的問題，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定。為了更好地發(fā)揮周期性維護技術(shù)的作用，確保其覆蓋面廣泛，精細化水平達到較佳，不斷加強巡檢維護與配電系統(tǒng)智能運行之間的聯(lián)動。各部門協(xié)同配合，共同完成配電系統(tǒng)的智能運行維護，充分發(fā)揮周期性維護技術(shù)的重要作用。

4.2特殊性維護技術(shù)

如果在監(jiān)控配電系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)了安全隱患，需分析其表現(xiàn)形式及影響，制定適當?shù)木S修方案，降低風險，確保配電系統(tǒng)的運行符合電力物聯(lián)網(wǎng)的需求。配電系統(tǒng)較為復雜，涉及的設備眾多，需建立一套完善的智能管理體系，對所有設備進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)故障，保證系統(tǒng)的正常運行。充分利用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，大大提升配電網(wǎng)的智能化運營及故障維修水平，有效推動電力工業(yè)的智能化發(fā)展。

5 Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務。

該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

（2）應用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領(lǐng)域。

（3）平臺結(jié)構(gòu)

（4）平臺功能

電力集抄

電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設備運行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據(jù)實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

變壓器監(jiān)控

配電圖

能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術(shù)，實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機結(jié)合起來，運用數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進行離線生產(chǎn)分析與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數(shù)進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

預付費看板

充電樁管理

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。

充電樁看板

智能照明

智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實現(xiàn)定時開關(guān)策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節(jié)能減掛的效果。

監(jiān)控頁面

安全用電

安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實現(xiàn)時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然”的目的。

智慧消防

通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。填*了原先針對“九小場所”和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應于所有公建和民建，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”、用電管理“精細化”的實際需求。

（5）系統(tǒng)硬件配置

6結(jié)論

在電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，配電網(wǎng)長期運行會產(chǎn)生一些故障，需基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷優(yōu)化配電系統(tǒng)的智能運行及技術(shù)維護，防止外部因素干擾，確保配系統(tǒng)智能運行與維護技術(shù)之間的相關(guān)性，凸顯配電系統(tǒng)運行的智能化，滿足電力物聯(lián)網(wǎng)對配電系統(tǒng)運行的需求。

參考文獻

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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版

作者簡介

李明君，安科瑞電氣股份有限公司