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淺談泛在電力物聯網的配電系統關鍵技術研究

2023-12-22 [1065]

安科瑞鮑靜君劉邁

　　摘要：基于物聯網的智能運維系統比傳統的電網更具優勢，可實現信息獲取、數據集成、狀態感知及差異化運維等功能，為電力系統的安全運行提供有力保障。探討了電力物聯網的理論基礎及主要框架，分析了配電系統的智能運行與維護技術。利用物聯網技術優勢構建了一個基于物聯網的智能配電網管理系統，可實時監控配電網，有效解決了存在的問題，保障配電網的安全可靠。

　　關鍵詞：配電系統；電力物聯網；智能運行；維護技術

　　0引言

　　物聯網技術旨在構建一個能夠實現電力用戶、發電企業及供應商之間溝通的網絡，對電力市場進行監控，從而提升工作效率及競爭力。基于這一理念，電力物聯網注重將“能量流"“信息量"“業務流"有機結合在一起，為用戶提供實時、準確的數據，提高企業配網發展的科學性及配網系統的安全性及穩定性。為實現配電網的穩定發展，需不斷完善智能化運行及維護管理技術，大大降低系統風險，保障電力安全，實現可靠供應。

　　1電力物聯網的體系架構

　　1.1感知層

　　電力物聯網中，感知層承擔著神經末梢的作用，可對系統的運行狀況進行感知，對系統出現的意外情況做出預警。通過配電系統的智能化，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的抗風險能力。下圖為電力物聯網的多級結構，可滿足不同的應用需求。

1.2網絡層

　　網絡層在電力物聯網中起著至關重要的作用，可確保網絡的穩定性及可靠性，主要分為兩種類型:內部專網和外部互聯網。隨著技術的發展，通信方式發生了巨大的變化，這將直接影響系統的整體性能。電力線載波與230MHz無線傳輸技術已被廣泛應用于電力通信領域，改善了網絡性能。電力物聯網網絡層的安全管理至關重要，其不僅能夠防止入侵，還能確保整個智能配電系統的正常運行。為有效減少智能配置系統中的互聯網攻擊風險，需采用多種不同的通信協議。

　　1.3平臺層

　　物聯網平臺層的強大功能令系統數據交互與融合變得更加容易，利用大數據存儲與分析技術可以更加地處理傳統能源生產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據，實現對電網運行數據的實時收集與處理，確保電網的安全、、可靠，通過電力數據共享機制，更好地推進電力行業的發展。

　　1.4應用層

　　應用層可實現多種業務，如為客戶提供能源服務、維護電力網絡及管理綜合能源系統等。在應用層的引導下，用戶可實時與智能配電系統進行交互，獲得完整的系統數據信息。

　　2面向配用電系統的電力物聯網關鍵技術

　　2.1感知層關鍵技術

　　感知層可確保系統獲取信息的準確性，實現快速響應。現代化智能配電系統的感知層監控范圍越來越廣，監控數據的復雜性越來越高。應加強創新，滿足智能配電系統的多元需求，提高系統的運行效率及可靠性。在研發新型電力物聯網裝置時，應充分考慮尺寸、環境條件及電磁兼容性等因素，達到較佳效果，滿足電力行業的發展需求。為了更好地監控配電系統設備，需完善傳感器設置方案，按照空間正四面體傳感器節點部署思路，充分利用各種傳感器的優勢，提高感知層的整體感知效果。

　　2.2網絡層關鍵技術

　　信息傳輸中有許多不同的業務類型，需要配電通信系統的支持。隨著可用接口越來越多，泛在感知的信息量及數據的多樣性不斷攀升。開發強大的路由策略來支持自組網已成為一種必然，需確保底層接入網的控制及狀態信息的及時傳遞。為了更好地發揮網絡潛力，人們不斷探索新的技術手段，提出相應的算法，基于配網系統與通信系統之間的耦合關系提出拓撲勢方法，以實現系統間的協同規劃。隨著物聯網技術的引入，需充分關注與其相關聯的信息安全風險，實現安全訪問及信息控制。而一系列技術的應用則是解決這些問題的關鍵，主要方法包括數據加密、安全路由、身份認證及訪問控制等。

　　2.3平臺層關鍵技術

　　平臺層處理的數據量十分龐大，呈現高冗余度、多樣化格式等特點，其關鍵技術包括數據融合技術、數據存儲技術等，可加速對大規模系統數據進行聚合及整理，實現數據的較大價值。在數據融合技術的支持下，配電系統數據信息可實現三個層次的有效整合，即數據層、特征層及決策層。此外，加權平均、聚類分析及貝葉斯估計等多種融合方法也能夠發揮出一定的作用。NoSQL是一種廣泛應用于數據存儲領域的技術，包括BigTable、F1、Cosmos等大型數據存儲模型，可有效支持復雜的數據處理及分析。目前智能配電網的監控覆蓋面有限，需大力開發平臺層的數據分析技術，以實現數據共享。

　　2.4應用層關鍵技術

　　在電力物聯網應用層中，態勢感知與主動優化運行是核心技術。態勢感知技術可及時發現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。可將智能配網的態勢感知劃分為三個階段，即觀察、理解及預測，確保整個系統的較佳性能。采用主動優化運行技術可根據用戶需求實施合理的供電價格調整，更好地滿足用戶需求，有效提升用戶滿意度，提升電力企業經濟效益，實現智能配電系統的可持續發展。

　　3電力物聯網的配電系統智能運行的應用

　　3.1配電網運行狀態在線監測與風險評估

　　目前，配電網決策進程中沒有獲得足夠的信息技術支持，因此當電力設備出現故障時進行維修。新型負荷的出現令配電網的安全性及可靠性面臨著更大的挑戰，電力物聯網技術為配電系統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。在穩定的通信系統中，可通過站點來進行不同的檢測，及時發現故障。還可對網絡安全風險進行評估，對配網運行歷史數據進行提取分析，對現場風險進行實時評估，及時發現容易受到攻擊的系統，運用人工智能技術提升電力供應的穩定性。

　　3.2配電系統規劃與綜合能源協調運行

　　為了滿足人們的日常需求，需對電力、交通、供暖、燃氣等基礎設施進行規劃建設。電力物聯網可實現對電力、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調優化，可為城市的可持續發展提供支撐。隨著我國電力工業的快速發展，各種不同類型的能源日益融合，出現了大量的協同利用，提高智能配電網的靈活性及自主性是亟待解決的問題。未來，配電網將與其他系統相結合，適應綜合能源的使用需求。在物聯網架構下，配電網具有較高的自主性，以其感知的各類大數據為依據，構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環境下配電網的靈活性。結合云計算技術對多種不同類型的能量進行分析，實現合理利用。通過對電力系統的大數據分析，建立一個的電力失控分布模型，更好地掌握電力系統運行狀況。利用物聯網技術進行計算，建立分布式電源及儲能系統，準確控制用戶負載。利用大數據處理技術對風光機組進行精細化分類，更準確地調整配電網絡，獲取有效數據。

　　3.3用戶個性化用能服務

　　傳統的配電網中，用戶受電終端只能被動參與配電網運行，雖然分時電價可以將電量從峰值轉移到低谷，較大限度地利用電能，但此方法還不完善。物聯網技術的應用范圍不斷擴大，其終端及網絡能夠與用戶建立更加緊密的聯系，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、熱水器及電動汽車等，用電信息不斷變化，將成為電力物聯網的重要信息來源。配電網需為客戶提供多樣化的服務，引導客戶參與配電網的運營，以定制化的個性化服務為核心，實現對配電網的較優配置，提高配電網的穩定性。電價調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架構，將電網側的資源與用戶側的設備有效整合在一起，實現集成調度的目標。如將建筑暖通、電冰箱、熱水器等作為資源平衡的微網聯絡結構，對其功率進行計算，實現對配電網絡的有效調整，從而有效控制儲能系統的建設投資成本，實現節能減排的目標。

　　4配電系統的運行維護技術

　　4.1周期性維護技術

　　為有效解決配電系統運行中的問題，應加強周期性維護技術的應用，按照規定定期巡視，及時發現并處理智能運行中存在的問題，確保系統安全穩定。為了更好地發揮周期性維護技術的作用，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智能運行之間的聯動。各部門協同配合，共同完成配電系統的智能運行維護，充分發揮周期性維護技術的重要作用。

　　4.2特殊性維護技術

　　如果在監控配電系統時發現了安全隱患，需分析其表現形式及影響，制定適當的維修方案，降低風險，確保配電系統的運行符合電力物聯網的需求。配電系統較為復雜，涉及的設備眾多，需建立一套完善的智能管理體系，對所有設備進行監測，及時發現故障，保證系統的正常運行。充分利用電力物聯網技術，大大提升配電網的智能化運營及故障維修水平，有效推動電力工業的智能化發展。

　　5 Acrel-EIOT能源物聯網云平臺

　　（1）概述

　　Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業數據服務。

　　該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、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、多終端數據訪問。

　　（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、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

　　（3）平臺結構

（4）平臺功能

　　電力集抄

　　電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

　　能耗分析

　　能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。