泛在物聯(lián)網(wǎng)在智能變電站中的應(yīng)用與展望

付玉川，劉永勝

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

經(jīng)濟(jì)社會(huì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)離不開(kāi)電力能源的支持，為此電力企業(yè)要能夠保證供電的安全穩(wěn)定，并不斷提升供電的經(jīng)濟(jì)水平。隨著電力市場(chǎng)開(kāi)放程度越來(lái)越高，電力能源的價(jià)格也有所降低，要想讓電網(wǎng)完成更大的供電任務(wù)，就必須積極引進(jìn)新型科學(xué)技術(shù)，這樣才能確保電網(wǎng)的供電性能與時(shí)俱進(jìn)。

1 泛在物聯(lián)網(wǎng)在智能變電站中的具體應(yīng)用

（1）以巡檢機(jī)器人的形式運(yùn)用于智能變電站。比如在某110kV的變電站中設(shè)置一個(gè)“機(jī)器人員工”，其每天的工作是巡視變電站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全，該變電站是全國(guó)第一座智能全感知變電站，這個(gè)“機(jī)器人員工”就是該變電站的“貼身醫(yī)生”，可24h在線服務(wù)。這是一個(gè)白色的機(jī)器人，有著非常可愛(ài)的外形，體積也不大。它的實(shí)際功能是巡視檢查站內(nèi)開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行情況。有2個(gè)攝像頭位于機(jī)器人的頂部，其中一個(gè)攝像頭負(fù)責(zé)檢查機(jī)器的外觀，另一個(gè)攝像頭負(fù)責(zé)檢查機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，比如檢測(cè)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)溫度是否會(huì)升高。機(jī)器人一旦發(fā)現(xiàn)異常，就會(huì)第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，工作人員在得知后，會(huì)及時(shí)采取有效手段予以解決。在該智能變電站的內(nèi)部有多個(gè)智能感知設(shè)備，包括巡檢機(jī)器人、紅外攝像頭和無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備，能24h監(jiān)控智能變電站的五臟六腑。運(yùn)用這些智能設(shè)備守護(hù)變電站的安全，可保證變電站能夠穩(wěn)定為周邊的用戶直接供電[1]。傳統(tǒng)模式下，檢修設(shè)備具有一定的周期性，在檢修時(shí)會(huì)用到人工的手持儀器，而如今得知安裝狀態(tài)，就能成功感知設(shè)備，從而獲得主設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，通過(guò)實(shí)時(shí)分析可及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的異常狀況

（2）發(fā)展新的試點(diǎn)項(xiàng)目。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的便是智能全感知變電站，泛在物聯(lián)網(wǎng)就是在任何的時(shí)間、地點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)信息連接，也能在任何人和任何物中實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和交互。實(shí)現(xiàn)全感知的物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)是指配電站后續(xù)的輸電線路和居民有關(guān)的配用電項(xiàng)目。該供電公司共建立了326座電力無(wú)線專網(wǎng)基站，目的是獨(dú)立于電信、聯(lián)通和移動(dòng)這三大通信運(yùn)營(yíng)商，能更好地保證數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測(cè)的穩(wěn)定性和及時(shí)性。所能完成的業(yè)務(wù)有智能巡檢、自動(dòng)化配電和實(shí)時(shí)采集用電信息，系統(tǒng)體系中共接入了3000多個(gè)終端電力無(wú)線專網(wǎng)，發(fā)展目標(biāo)是建立460座基站，并覆蓋整個(gè)市。操作與控制形式主要有兩種，分別是就地調(diào)度控制和遠(yuǎn)距離無(wú)功優(yōu)化控制。①調(diào)度控制：接收調(diào)度所下發(fā)的控制與調(diào)節(jié)的命令，從而完成對(duì)站內(nèi)設(shè)備控制命令的下發(fā)，并在信息展示的界面上向輔助應(yīng)用傳遞相應(yīng)的控制命令。②無(wú)功優(yōu)化控制：系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)電壓無(wú)功自動(dòng)控制的操作，還能執(zhí)行控制中心所傳遞的投退指令和調(diào)整供電策略的指令。

（3）智能變電站的高級(jí)應(yīng)用目標(biāo)。智能變電站高級(jí)應(yīng)用功能主要是為用電量大的用戶提供信息，這些信息包括電價(jià)、電量、電能質(zhì)量和電網(wǎng)負(fù)荷，能夠?qū)﹄娏κ袌?chǎng)主體參與電網(wǎng)安全管理起到一定的促進(jìn)作用。在此條件下，智能變電站就能夠與用戶實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。所建立的智能變電站具備標(biāo)準(zhǔn)接口，進(jìn)而為用戶提供相應(yīng)的服務(wù)。這些服務(wù)主要有電力質(zhì)量評(píng)估、決策保護(hù)、站間廣域保護(hù)。在發(fā)展的過(guò)程中，可以逐漸提高后備保護(hù)系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)縮小動(dòng)作延時(shí)的目標(biāo)，同時(shí)也可以有效減小故障的切除范圍。當(dāng)電網(wǎng)處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，需進(jìn)一步提高電網(wǎng)輸送電力資源的能力，從而提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率。采取的手段是綜合使用FACTS、變壓器和無(wú)功調(diào)壓手段，實(shí)現(xiàn)分配目標(biāo)，并進(jìn)行有效控制[2]。在不同的調(diào)度層面上，提高安全性，能評(píng)估電網(wǎng)的安全狀態(tài)，具備支撐、控制和預(yù)警功能。

（4）促進(jìn)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)互通。泛在物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成有智能感知元件、無(wú)線專網(wǎng)、邊緣物聯(lián)代理。首座智能全感知變電站的優(yōu)勢(shì)是能交流、有思想、會(huì)說(shuō)話。覆蓋面積達(dá)3610km2，在傳輸數(shù)據(jù)方面不但效率高，而且較為可靠穩(wěn)定。在未來(lái)的發(fā)展中，隨著功能更加實(shí)用，建設(shè)的規(guī)模也會(huì)逐漸擴(kuò)大。能承載的業(yè)務(wù)有生產(chǎn)控制和信息管理。能夠與鐵塔公司建立合作關(guān)系，并在實(shí)際的工作中高效配合，在此條件下共享經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念將更好落地。對(duì)電力物聯(lián)網(wǎng)的探索和實(shí)踐仍需要不斷深入，發(fā)展目標(biāo)是智能化、平臺(tái)化和App化，其中有基礎(chǔ)作用的是國(guó)網(wǎng)芯和安全操作系統(tǒng)，所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)協(xié)議和接入要求。積極尋求突破，發(fā)展的方向主要是感知元件生態(tài)、邊緣物聯(lián)代理和無(wú)線專網(wǎng)。構(gòu)建邊緣自治的良好格局，相互之間能有效融通數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力能源的互聯(lián)互通。物聯(lián)管控的整體布局如圖1所示。

（5）建立實(shí)訓(xùn)站。多數(shù)電力作業(yè)處于高空高壓的工作環(huán)境，對(duì)于作業(yè)人員來(lái)說(shuō)，需要面臨的挑戰(zhàn)是電力設(shè)備的差異性和操作的復(fù)雜性。要想成為一名合格的電力作業(yè)人員需要長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練和培訓(xùn)，不斷提高自身的專業(yè)技能。通過(guò)泛在物聯(lián)網(wǎng)建立實(shí)訓(xùn)站，注冊(cè)信息，可實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)設(shè)備的有效跟蹤。在此條件下，培訓(xùn)活動(dòng)就能為學(xué)員展示設(shè)備的三維視圖，從而幫助學(xué)員更好地了解工作原理，同時(shí)也能形象展示多種不可見(jiàn)的信息，包括輻射量、溫度和電流[3]。在此基礎(chǔ)上，也可以通過(guò)模擬誤操作展示誤操作會(huì)帶來(lái)的影響，并進(jìn)一步制訂可行有效的處理方案。操作人員的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容主要包括以下內(nèi)容：運(yùn)行監(jiān)視、操作與控制、信息綜合分析與智能告警、運(yùn)行管理、輔助應(yīng)用。系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 物聯(lián)管控的整體布局

圖2 系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)示意圖

2 泛在物聯(lián)網(wǎng)于智能變電站中的應(yīng)用展望

（1）增強(qiáng)情景現(xiàn)實(shí)感。智能變電站對(duì)泛在物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)用在未來(lái)將會(huì)朝著更加智能化的方向的發(fā)展，使得現(xiàn)實(shí)的工作場(chǎng)景獲得感增強(qiáng)。在實(shí)際使用時(shí)考慮用戶的角色、權(quán)限和工作內(nèi)容，并為用戶提供更為準(zhǔn)確的信息。建設(shè)多用戶協(xié)助系統(tǒng)，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和圖數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)，科學(xué)分析用戶的作業(yè)流程，實(shí)時(shí)掌握用戶當(dāng)前的作業(yè)狀態(tài)，總結(jié)各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)相互之間的關(guān)系，增強(qiáng)情景現(xiàn)實(shí)感。所建立的物聯(lián)網(wǎng)泛在系統(tǒng)能主動(dòng)匹配用戶，并且不需要用戶自己尋找信息，具備感知用戶需求的功能，同時(shí)也能起到一定的約束和輔助的作用。強(qiáng)化單兵作業(yè)性能，達(dá)到實(shí)時(shí)通信的目的，以較好的質(zhì)量完成電力工程的設(shè)計(jì)任務(wù)。電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程是非常復(fù)雜的，泛在物聯(lián)網(wǎng)能被運(yùn)用在多個(gè)環(huán)節(jié)中。將物理實(shí)體交互作為發(fā)展目標(biāo)，形成虛擬信息，就能起到輔助提示和引導(dǎo)的作用。

（2）連接電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。目前泛在電力物聯(lián)網(wǎng)受到廣泛關(guān)注，比如在南京舉辦的第四屆“紫金論電”智能電網(wǎng)保護(hù)和運(yùn)行控制國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)，有眾多學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)、高校、電力企事業(yè)單位參加，這些機(jī)構(gòu)來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、加拿大、希臘、丹麥、澳大利亞、荷蘭七個(gè)國(guó)家。南京是首個(gè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)先行、先試的城市，在2019年的兩會(huì)報(bào)告中，國(guó)家電網(wǎng)公司首次提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃，探究泛在物聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)之間的關(guān)系。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，有條件為智能電網(wǎng)增加一個(gè)可靠的、功能性強(qiáng)的信息通道，目標(biāo)是進(jìn)一步增強(qiáng)供電的安全性。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)會(huì)用到云計(jì)算技術(shù)和AI技術(shù)將電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)都連接起來(lái)，達(dá)到人機(jī)交互的目標(biāo)，并在指定的范圍內(nèi)共享數(shù)據(jù)，為構(gòu)建智慧城市貢獻(xiàn)力量[3]。

（3）實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的物聯(lián)管理。未來(lái)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)持續(xù)發(fā)展，服務(wù)領(lǐng)域逐漸延伸到智能家居、智慧社區(qū)和證券這些行業(yè)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境中的各個(gè)行業(yè)都會(huì)產(chǎn)生大量的能源消耗，有能源消耗就意味著有能源消耗數(shù)據(jù)的形成。有效挖掘其中存在的規(guī)律，可通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，以此探索出能源消耗的未來(lái)趨勢(shì)。另外泛在物聯(lián)網(wǎng)還能解決國(guó)民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)精度不足的問(wèn)題，從而形成更為精確的GDP統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。泛在物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是全國(guó)性的系統(tǒng)工程，該系統(tǒng)由多個(gè)圈層構(gòu)成，分別是感知功能層、網(wǎng)絡(luò)信息層、溝通平臺(tái)層、功能應(yīng)用層。國(guó)家電網(wǎng)計(jì)劃在2021年建成初步的電力泛在物聯(lián)網(wǎng)，其不僅能協(xié)同業(yè)務(wù)，還能貫通數(shù)據(jù)，以此實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的物聯(lián)管理。在完成這項(xiàng)建設(shè)目標(biāo)的工作中，還能建立智慧能源綜合服務(wù)平臺(tái)，同時(shí)推動(dòng)電網(wǎng)業(yè)務(wù)和新興電網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展[4]。國(guó)家電網(wǎng)計(jì)劃在2024年建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，屆時(shí)能真正把數(shù)據(jù)貫通、業(yè)務(wù)協(xié)同和物聯(lián)管理統(tǒng)一起來(lái)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，國(guó)家電網(wǎng)對(duì)泛在物聯(lián)網(wǎng)在智能變電站中的運(yùn)用制定了相應(yīng)的發(fā)展規(guī)劃，需連接電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，優(yōu)化供電站的供電效果，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的物聯(lián)管理。以巡檢機(jī)器人的形式運(yùn)用于智能變電站，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并分析變電站的運(yùn)行情況，目前也正在發(fā)展新的試點(diǎn)項(xiàng)目。