基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能配電網(wǎng)運(yùn)維技術(shù)的淺析

王曉雷 趙　倩 柴　欣 楊合恒

（中原工學(xué)院電子信息學(xué)院）

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基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能配電網(wǎng)運(yùn)維技術(shù)的淺析

王曉雷 趙倩 柴欣 楊合恒

（中原工學(xué)院電子信息學(xué)院）

摘要：智能配電網(wǎng)裝備的診斷與維護(hù)在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中起著非常重要的作用。本文著重介紹利用信息、智能控制、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)構(gòu)建基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能配電網(wǎng)裝備網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，為智能配電網(wǎng)裝備的診斷與維護(hù)提供一個(gè)便捷高效率專家系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)共享及全球能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)平臺(tái)提供了一個(gè)有力的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+；智能運(yùn)維技術(shù)；配電網(wǎng)

0 引言

“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，是推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)由消費(fèi)領(lǐng)域向生產(chǎn)領(lǐng)域拓展，加速提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平，增強(qiáng)各行業(yè)創(chuàng)新能力，構(gòu)筑經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新優(yōu)勢(shì)和新動(dòng)能的重要舉措[1]。配電網(wǎng)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要公共基礎(chǔ)設(shè)施，它為國(guó)民經(jīng)濟(jì)其他部門提供著基本源動(dòng)力。由此傳統(tǒng)電力行業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)的融合而產(chǎn)生的行業(yè)的變革已成為國(guó)家的戰(zhàn)略目標(biāo)，這同樣標(biāo)志著傳統(tǒng)電力行業(yè)的形態(tài)革新和行業(yè)內(nèi)的衍生發(fā)展也將越來越趨于常態(tài)。最近，國(guó)家能源局宣布制定了配電網(wǎng)建設(shè)改造行動(dòng)計(jì)劃，同時(shí)也指出“互聯(lián)網(wǎng)+”融合的重要意義。

本文認(rèn)為，研究以配電網(wǎng)為背景，構(gòu)建電力能源和信息的高效分配、雙向流通、優(yōu)化互補(bǔ)的綜合供應(yīng)體系，形成以信息流為核心的智能配電網(wǎng)運(yùn)維開放服務(wù)平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)促進(jìn)配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)維和交互信息的深度融合有十分重要的戰(zhàn)略意義。

本文在“互聯(lián)網(wǎng)+”公共服務(wù)平臺(tái)的優(yōu)越性、必要性和技術(shù)上分析的同時(shí)，也指出“互聯(lián)網(wǎng)+配電網(wǎng)”將帶來巨大的改變和融合發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1 構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”智能配電網(wǎng)的重要性

1.1 智能配電網(wǎng)發(fā)展瓶頸難題

配電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是我國(guó)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，但是部分地區(qū)由于環(huán)境而造成的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施水平低下、投入成本高、項(xiàng)目完成時(shí)間較長(zhǎng)等各種因素的影響和限制，以至于有線配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和建設(shè)不均衡，不能夠達(dá)到優(yōu)質(zhì)全覆蓋，生活水平大打折扣。

例如，智能配電網(wǎng)裝備的運(yùn)行與維護(hù)必須具備的元素分別為：配電網(wǎng)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員和專業(yè)維修人員，設(shè)備需要的專業(yè)維修工具和設(shè)備零部件。而在現(xiàn)實(shí)中的配電網(wǎng)裝備的日常運(yùn)行和維修工作，所需要的人員和經(jīng)費(fèi)都是不小的數(shù)目，但達(dá)到的效果不理想。下式表示配電網(wǎng)運(yùn)維的維修效率

W=T1/（T+T2）

式中，T1表示配電網(wǎng)裝備的有效工作時(shí)間，T2表示配電網(wǎng)裝置需要保養(yǎng)維護(hù)所用的時(shí)間。由此可見，提高配電網(wǎng)運(yùn)維的維修效率，需要降低配電網(wǎng)裝置保養(yǎng)維護(hù)所用的時(shí)間T2。

1.2 智能配電網(wǎng)發(fā)展方向

“互聯(lián)網(wǎng)+”就是利用互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)，利用信息通信技術(shù)，把互聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)行業(yè)在內(nèi)的各行各業(yè)結(jié)合起來，在新的領(lǐng)域創(chuàng)造一種新的生態(tài)[2]。

I+T=IT

式中，I表示互聯(lián)網(wǎng)（Internet）；T表示傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（Traditional Internet）；IT表示互聯(lián)網(wǎng)傳統(tǒng)行業(yè)。

“互聯(lián)網(wǎng)+”能夠?qū)⒒ヂ?lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等相互融合，將淡化業(yè)務(wù)對(duì)地理位置的依賴。成為未來智能配電網(wǎng)運(yùn)維和服務(wù)的樞紐，實(shí)現(xiàn)信息流和業(yè)務(wù)流的統(tǒng)一。產(chǎn)業(yè)融合所達(dá)成的目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)能源的高效、便捷調(diào)配，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)能源供需的最優(yōu)化匹配，在一定范圍內(nèi)達(dá)到能源的供需平衡，使傳輸損耗、調(diào)度成本和基礎(chǔ)設(shè)施投入最小。由此，互聯(lián)網(wǎng)模式在配電網(wǎng)方向上的滲透，將打破現(xiàn)有的瓶頸。從資源上看，互聯(lián)網(wǎng)一方面尋求數(shù)據(jù)的貫通和整合，以發(fā)掘大數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值，一方面將服務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化，構(gòu)建“資源無限”的云架構(gòu)，促進(jìn)價(jià)值共享，打破發(fā)展邊界的思維理念，以實(shí)現(xiàn)真正意義上資源共享，提高裝備利用效率，構(gòu)建和諧的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。從應(yīng)用上看，終端用戶體驗(yàn)將得到更全面的關(guān)注，從個(gè)體到全面等終端用戶的應(yīng)用、信息采集，都必將打通現(xiàn)在業(yè)務(wù)的壁壘，實(shí)現(xiàn)共享互通。由此，利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端或互聯(lián)網(wǎng)終端優(yōu)化智能配電網(wǎng)裝備運(yùn)維有非常重要的意義，將帶來根本性革命。

2 技術(shù)平臺(tái)攻堅(jiān)

針對(duì)智能配電網(wǎng)發(fā)展瓶頸難題，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”配電網(wǎng)運(yùn)維平臺(tái)就可以提高電力企業(yè)的工作管理效率，有效改善電力網(wǎng)絡(luò)的預(yù)警和抵抗能力，并且能夠及時(shí)準(zhǔn)確地收集配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行問題，及時(shí)反饋解決。對(duì)提高配電網(wǎng)供電質(zhì)量、效率、削峰填谷都有著重要意義。

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能配電網(wǎng)運(yùn)維平臺(tái)主要有以下幾個(gè)組成部分：①信息中心。主要是通過采集設(shè)備將配電網(wǎng)運(yùn)維出現(xiàn)的問題進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化采集，平臺(tái)的技術(shù)人員進(jìn)行整理，歸檔，保存在平臺(tái)信息采集中心。②運(yùn)維診斷中心。運(yùn)用故障定位技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷算法、模糊或統(tǒng)計(jì)診斷技術(shù)等對(duì)故障進(jìn)行診斷。③運(yùn)維專家中心。主要是構(gòu)建一個(gè)基于全世界范圍的配電網(wǎng)運(yùn)維技術(shù)專家交流中心，收集專家的聯(lián)系方式，視頻會(huì)議、在線聊天等平臺(tái)服務(wù)。④典型案例中心。搜集典型的歷史案例，發(fā)生故障的測(cè)試數(shù)據(jù)或者設(shè)備發(fā)生異常情況時(shí)的數(shù)據(jù)，對(duì)故障提供詳細(xì)分析。對(duì)于部分零件或設(shè)備，提供具體的錯(cuò)誤跟蹤。⑤服務(wù)交換、互平臺(tái)。APP，微信互動(dòng)平臺(tái)，為故障診斷和維修服務(wù)提供者和尋求者及社會(huì)大眾發(fā)布基本配電常識(shí)，不用上門就可以自行解決最基本的故障問題，并且還能夠及時(shí)了解，方便跟蹤。

2.1 信息采集

由于我國(guó)電力輸配線路網(wǎng)絡(luò)發(fā)展不平衡，很多配電線路都分布在環(huán)境氣候比較惡劣的山區(qū)，形成信息的孤島和業(yè)務(wù)的孤島，發(fā)生故障時(shí)，依靠人工巡線來尋找配電線路故障的效率會(huì)很低，消耗大量的人力和物力，并且增加了停電的時(shí)間，因此，利用互聯(lián)網(wǎng)電力故障檢測(cè)終端實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

業(yè)務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)化，必將需要設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)化。配電網(wǎng)及終端設(shè)備接入網(wǎng)，將是智能配電網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的前提。通過發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電設(shè)備等環(huán)節(jié)部署各類能效監(jiān)測(cè)終端、控制器、環(huán)境傳感器、視頻監(jiān)控等采集控制單元，實(shí)現(xiàn)發(fā)電、用電、環(huán)境及安全數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，是實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域能源管理的末端“神經(jīng)元”。通過“樹狀匯聚”、“縱向貫通”、“扁平化匯聚”的3種流量形態(tài)，形成以終端用戶為末梢，以平臺(tái)為調(diào)度管理中心的智能配電網(wǎng)運(yùn)維系統(tǒng)，對(duì)人、財(cái)、物進(jìn)行集約化管理。

信息的采集分為兩個(gè)方面：配電網(wǎng)設(shè)備出廠數(shù)據(jù)和配電網(wǎng)現(xiàn)實(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。配電網(wǎng)設(shè)備出廠數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠反映設(shè)備性能；配電網(wǎng)現(xiàn)實(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，在電力輸配電線路上安裝電流、電壓互感器，互感器將電力一次值轉(zhuǎn)換為二次電流及電壓值。通過終端的濾波放大電路處理后，利用AD轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。處理器通過并口通訊獲取數(shù)字信號(hào)，使用定時(shí)器等功能，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高頻傅里葉計(jì)算，計(jì)算出實(shí)時(shí)電流、電壓值。將數(shù)據(jù)與定值進(jìn)行比較計(jì)算，判斷其故障類型。并將故障類型及電力參數(shù)，利用串行及IO口通訊發(fā)送至無線傳輸模塊，無線傳輸模塊通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至運(yùn)維人員和后臺(tái)[3]。在平時(shí)的監(jiān)測(cè)維修過程中，應(yīng)該時(shí)刻注意將設(shè)備現(xiàn)有狀態(tài)的數(shù)據(jù)與原始狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從對(duì)比當(dāng)中，得到設(shè)備的參數(shù)變化情況，為設(shè)備的維護(hù)提供參考數(shù)據(jù)[4]。

2.2 電力故障的判定

電力系統(tǒng)輸配電網(wǎng)絡(luò)工作頻率為50Hz，即20ms一個(gè)正弦波，根據(jù)傅里葉算法精確度的要求，將一個(gè)正弦波形分為80個(gè)點(diǎn)來采集，即250μs為一個(gè)離散點(diǎn)。啟動(dòng)定時(shí)器，設(shè)置250μs定時(shí)中斷。定時(shí)時(shí)間到，啟動(dòng)采集程序，通過并口與AD轉(zhuǎn)換芯片通訊，采集離散數(shù)據(jù)。將離散數(shù)據(jù)通過傅里葉算法算出參數(shù)的有效值、最大值等參數(shù)，把通過計(jì)算得到的數(shù)據(jù)值與定值進(jìn)行邏輯比較判斷。如果數(shù)據(jù)值在正常值范圍內(nèi)，則調(diào)用發(fā)送程序，將當(dāng)前參數(shù)發(fā)送到無線發(fā)送模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；如果數(shù)據(jù)值不在正常范圍內(nèi)，則對(duì)故障類型進(jìn)行判斷，同時(shí)將故障類型進(jìn)行無線發(fā)送[5]。

在問題發(fā)生后，應(yīng)該針對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備的可持續(xù)工作情況給出相對(duì)應(yīng)的可行性分析報(bào)告，報(bào)告應(yīng)該包含以下幾個(gè)方面：①此設(shè)備是否需要維修。②設(shè)備維修需要的經(jīng)濟(jì)需求分析。應(yīng)該以減少經(jīng)濟(jì)成本為首要考慮條件，并結(jié)合維修效果來分析維修方案。

從故障設(shè)備中得到數(shù)據(jù)和原有數(shù)據(jù)對(duì)比，進(jìn)行參數(shù)分析判定診斷。而且，在此基礎(chǔ)上還要對(duì)裝備的現(xiàn)有狀態(tài)和使用壽命進(jìn)行參數(shù)分析，從而深入了解裝備的實(shí)施狀況，對(duì)未來可能發(fā)生的運(yùn)行維護(hù)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)估計(jì)。

2.3 維修及數(shù)據(jù)分享

智能配電網(wǎng)運(yùn)維平臺(tái)需要的運(yùn)維人員及工作包括：①智能配電網(wǎng)領(lǐng)域的高技術(shù)研究人員：他們匯集設(shè)備制造廠家原始數(shù)據(jù)及智能配電網(wǎng)設(shè)備上傳的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)于裝備運(yùn)行與維護(hù)工程中遇到的疑難問題進(jìn)行分析整理后，通過互聯(lián)網(wǎng)對(duì)在現(xiàn)場(chǎng)工作的一線運(yùn)維人員在遇到的技術(shù)難點(diǎn)、技術(shù)重點(diǎn)方面進(jìn)行培訓(xùn)，并把疑難問題和解決方法上傳到互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上，方便全球的相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行在線交流。②一線運(yùn)維人員：處理客戶上傳的配電網(wǎng)裝備故障問題，維修過程包括裝置測(cè)試、診斷、維護(hù)、建立檔案。聯(lián)系經(jīng)驗(yàn)豐富的維修專家，經(jīng)過技術(shù)人員的分析整理后，通過互聯(lián)網(wǎng)和客戶交流或現(xiàn)場(chǎng)解決問題，或進(jìn)行在線服務(wù)交換，獲取更多的客戶資源。③運(yùn)維支持專家：與大家分享經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷與維護(hù)，加快開發(fā)新技術(shù)的步伐，修改設(shè)計(jì)故障模型，上傳通用的診斷與維護(hù)知識(shí)。

客戶不僅能夠登錄互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)了解配電網(wǎng)信息，還能通過APP，微信公眾平臺(tái)等了解。APP和微信公眾平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)為: ①拉近普通用戶與配電網(wǎng)運(yùn)維技術(shù)的距離；②移動(dòng)客戶無處不在，更能方便地告知配電網(wǎng)運(yùn)維情況；③針對(duì)配電網(wǎng)出現(xiàn)的非高技術(shù)問題對(duì)普通用戶進(jìn)行相關(guān)信息的推送；④推出用電節(jié)能分析，對(duì)家用電器進(jìn)行評(píng)估，如通過每月電量對(duì)比和新舊電器的用電量進(jìn)行提醒；⑤通過手機(jī)信號(hào)受干擾，開發(fā)檢測(cè)電器輻射的應(yīng)用；⑥進(jìn)行電安全科普，電力政策、法規(guī)進(jìn)行宣傳；⑦利用自身的有價(jià)值信息吸引關(guān)注，利于專業(yè)提供參考和指導(dǎo)。

3 結(jié)束語

智能的配電網(wǎng)運(yùn)行管理維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握配電線路上的運(yùn)行數(shù)據(jù)情況，達(dá)到能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)線路負(fù)荷及定位故障位置，提高運(yùn)維工作效率，節(jié)約投入成本，最大程度地讓用戶滿意，是智能配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)?；凇盎ヂ?lián)網(wǎng)+”的智能配電網(wǎng)運(yùn)維平臺(tái)，為智能配電網(wǎng)的完善提供了保證和高性能的軟硬件支撐，保證了終端技術(shù)的先進(jìn)性，更好地滿足用戶的需要。

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收稿日期：（2015-11-20）