采用電力物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的智慧輸配電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析

廣州為然科技有限公司 趙志明

建設(shè)電力物聯(lián)網(wǎng)是電網(wǎng)公司的重點(diǎn)發(fā)展方向，對(duì)于如何運(yùn)用現(xiàn)有數(shù)據(jù)收集電網(wǎng)數(shù)據(jù)并破解供電中出現(xiàn)的問(wèn)題也有著重要性。某電力公司因廠站自動(dòng)化遠(yuǎn)動(dòng)，對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)行監(jiān)控。又因沒(méi)有足夠配網(wǎng)自動(dòng)化的裝置，部分區(qū)域配電網(wǎng)出現(xiàn)停電狀態(tài)。電力服務(wù)中斷由客戶反饋到服務(wù)人員處，通過(guò)調(diào)控中心及時(shí)分析停電信息，搶修人員迅速接到搶修任務(wù)并進(jìn)行了搶修，客戶對(duì)供電企業(yè)的被動(dòng)搶修方案投訴率最高。

1 電力物聯(lián)網(wǎng)概述

電力物聯(lián)網(wǎng)是指采用傳感信息技術(shù)、智慧信息收集技術(shù)、移動(dòng)通訊技術(shù)等新型信息技術(shù)的高度融合的總和運(yùn)用。供電系統(tǒng)是目前當(dāng)今世界上最復(fù)雜多變的人工制造體系。對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的要求也與日俱增。推動(dòng)我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)信息化智能化水平的全面升級(jí)，已形成全球各國(guó)共同認(rèn)知。國(guó)家能源部公布的Grid2030遠(yuǎn)景計(jì)劃明確提出，在供電設(shè)備等主要技術(shù)基礎(chǔ)級(jí)整合感應(yīng)器與監(jiān)控設(shè)備做到源-網(wǎng)-荷的通信與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無(wú)縫銜接，從而達(dá)到信息系統(tǒng)資源共享和互操作，全方位提高了供電系統(tǒng)的安全技術(shù)管理運(yùn)營(yíng)能力和資產(chǎn)管理、供電服務(wù)質(zhì)量[1]。

電力物聯(lián)網(wǎng)分為應(yīng)用層、平臺(tái)層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層。感知級(jí)設(shè)備中包含了電網(wǎng)電壓電流互感器及各種終端，讓管理與決策單位獲知電網(wǎng)的各環(huán)節(jié)及工作狀況。由于信息安全問(wèn)題對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生了重要影響，為實(shí)現(xiàn)不同的協(xié)議設(shè)備相互操作，在應(yīng)用級(jí)平臺(tái)上和電網(wǎng)內(nèi)部專用網(wǎng)的交互應(yīng)設(shè)置協(xié)議轉(zhuǎn)換等方法。平臺(tái)上層承載電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，以解決傳統(tǒng)電力生產(chǎn)方式的問(wèn)題。而平臺(tái)底層上對(duì)下完成了互聯(lián)層傳輸數(shù)據(jù)信息采集，以提供跨域共用數(shù)據(jù)資源。應(yīng)用層則是電力系統(tǒng)向樞紐式轉(zhuǎn)變的重要體現(xiàn)，基于海量電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)應(yīng)用綜合能源體系的運(yùn)營(yíng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)等，以實(shí)現(xiàn)與電力信息系統(tǒng)感知交互[2]。

感知層。感知技術(shù)設(shè)備是泛在供電物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的"神經(jīng)系統(tǒng)末梢"。其主要功用是利用各種各樣的感應(yīng)器深入電氣設(shè)備進(jìn)行全方位認(rèn)知。感知層技術(shù)設(shè)備涵蓋了電網(wǎng)公司中一個(gè)控制系統(tǒng)的電壓電流互感器和二次系統(tǒng)的能量表、聚集器等各種端口，及其應(yīng)用側(cè)各種各樣的智慧家電。利用感知層所收集的海量數(shù)據(jù)，使管理與決策單位能以前所未有的視野和深刻獲知電網(wǎng)公司運(yùn)行工作狀況，使電網(wǎng)公司在面臨各種間歇性新能源發(fā)電并網(wǎng)、隨機(jī)負(fù)載投切、乃至電動(dòng)汽車時(shí)空集群效能等時(shí)，可即時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況并及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，有效評(píng)估安全工作風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)采用靈活調(diào)節(jié)供電拓?fù)?，?shí)時(shí)控制供電輸入出力，有效優(yōu)化用戶用能模式，進(jìn)一步增強(qiáng)電網(wǎng)公司對(duì)超高比例分布式新能源和新負(fù)載的接受能力，提高電網(wǎng)公司對(duì)處理突發(fā)性故障時(shí)的容災(zāi)性[3]。

網(wǎng)絡(luò)層?；ヂ?lián)網(wǎng)層涵蓋了移動(dòng)空中網(wǎng)、傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、近距無(wú)線傳送和近距有線傳送等。其中電力線載波和230MHz 無(wú)線通信技術(shù)是電力通信系統(tǒng)的特殊通訊方案，而5G 技術(shù)則是泛于電力物聯(lián)網(wǎng)等新型應(yīng)用領(lǐng)域的通訊方案[4]。

平臺(tái)層。主要承擔(dān)著海量電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)、用戶側(cè)用能數(shù)據(jù)分析和其他能量體系數(shù)據(jù)分析的統(tǒng)一化儲(chǔ)存和集中管理。其意義就是破解了傳統(tǒng)電能生產(chǎn)工作方式下面臨的信息碎片化存儲(chǔ)問(wèn)題，以突破信息孤島狀況，達(dá)到信息系統(tǒng)的互連數(shù)據(jù)共享。并采用了建立數(shù)據(jù)中心、云網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等的新方法，在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)層對(duì)下完善了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)層傳送各種數(shù)據(jù)的信息獲取和發(fā)布功能，對(duì)上則采用強(qiáng)大信息處理貯存力量和數(shù)據(jù)挖掘技能，為各類特殊的高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)帶來(lái)跨域共享數(shù)據(jù)消息資源，以促進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向能源與資料數(shù)據(jù)消息并重的方向轉(zhuǎn)變[5]。

應(yīng)用層。也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向樞紐型、平臺(tái)型和共享式轉(zhuǎn)變的外在體現(xiàn)。其主要功用為通過(guò)海量電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)和用戶側(cè)用能大數(shù)據(jù)分析，并面向電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)服務(wù)(如智慧運(yùn)維、電力支付、供電智能化)如協(xié)同計(jì)劃、儲(chǔ)能市場(chǎng)等提供各種針對(duì)性的應(yīng)用平臺(tái)，以完成對(duì)電網(wǎng)公司和終端用戶及任何整體綜合能耗系統(tǒng)服務(wù)的全面感知交互。

2 電力物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)在智能配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用分析

泛在型能源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涵蓋了從信息感知、通訊、數(shù)據(jù)處理到?jīng)Q策管理等多個(gè)核心技術(shù)。而城市供電網(wǎng)絡(luò)則作為相互聯(lián)系供電和應(yīng)用的重要橋梁，相比于電力系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)更具備了面向社會(huì)公共服務(wù)的特點(diǎn)。

2.1 配電網(wǎng)數(shù)據(jù)共享單元狀態(tài)監(jiān)測(cè)

對(duì)海量智慧終端的有效檢測(cè)和管理是進(jìn)行供電系統(tǒng)精細(xì)化控制的前提條件，這就需未來(lái)在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能做到對(duì)供電系統(tǒng)的全面覆蓋。所以針對(duì)配用電各方來(lái)說(shuō)，為達(dá)到降本增效和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享，未來(lái)泛在用電物聯(lián)網(wǎng)中的傳感裝置也應(yīng)朝高度集成方面發(fā)展。

2.2 配電網(wǎng)故障快速定位結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

配電網(wǎng)故障準(zhǔn)確定位目的就是快速自動(dòng)定位出正確的故障狀態(tài)地址，以防止人工巡檢故障地點(diǎn)并快速進(jìn)行有效地排除故障，檢修線路和恢復(fù)電源。這對(duì)于提高供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行意義很大。目前對(duì)于配電網(wǎng)故障精確定位技術(shù)主要有電阻法、非阻抗分析的穩(wěn)態(tài)故障客戶定位方法、行波法和非線條波分析法的暫態(tài)故障客戶定位方法等四種類型[6]。

阻抗法定位。阻抗法是一個(gè)典型的精確定位方式，基本原則是通過(guò)將故障回路電阻和故障間距成正反比進(jìn)行位置。由于阻抗法定位精度高依賴標(biāo)準(zhǔn)線路參數(shù)獲知，因此技術(shù)人員對(duì)傳統(tǒng)阻抗法進(jìn)行改良研制，使之能滿足配電網(wǎng)支路端口數(shù)量多、對(duì)負(fù)載影響大的情況，并已獲得相應(yīng)結(jié)果；非阻抗分析的穩(wěn)態(tài)故障精確定位。在故障客戶定位系統(tǒng)中，該故障客戶定位系統(tǒng)方案很多。在穩(wěn)態(tài)電氣量特性中，部分方法采用了尋找穩(wěn)態(tài)電氣量特性和故障間距間的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)定義了故障間距。

行波法定位。基于行波理論，當(dāng)線路上出現(xiàn)故障發(fā)生時(shí)會(huì)形成可向系統(tǒng)其他組成部分傳遞的行波信息，從而能利用在道路上檢測(cè)的故障行波信息來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障準(zhǔn)確定位。根據(jù)通過(guò)行波傳遞的各個(gè)變電站的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)故障位置的廣域網(wǎng)行波定位系統(tǒng)已成發(fā)展趨勢(shì)；行波分析可實(shí)現(xiàn)暫態(tài)故障的精確定位，行波法就是利用在尋找行波的傳輸過(guò)程中，對(duì)故障距離和行波傳輸時(shí)間的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)來(lái)進(jìn)行客戶定位。

3 基于電力物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)智能狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

某分局通過(guò)建立基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的示范工程項(xiàng)目[7]，已實(shí)現(xiàn)了供電所區(qū)域內(nèi)的2回10kV 線、6個(gè)高低壓臺(tái)區(qū)、180個(gè)表柜、870個(gè)表計(jì)的智慧終端建設(shè)部署工作，智慧終端建設(shè)覆蓋面達(dá)到90%、用電信號(hào)采集達(dá)到95%、斷電信號(hào)上報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)到100%。通過(guò)對(duì)該區(qū)域內(nèi)城市配電網(wǎng)的全面了解，有效監(jiān)控設(shè)備工作狀況，基本消除了城市用電網(wǎng)盲調(diào)問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)故障停電率先于用戶感知，從而有效克服了目前城市輸配電網(wǎng)觀察基礎(chǔ)薄弱的實(shí)際問(wèn)題。此外研究還獲得了如下進(jìn)展。

實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)一源。實(shí)現(xiàn)城市配電網(wǎng)的底層物理數(shù)據(jù)同源收集與設(shè)備數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)范化、準(zhǔn)確度、及時(shí)性、完整性，各行業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)一源，依托于銷售、運(yùn)檢、調(diào)度等行業(yè)所需數(shù)據(jù)，進(jìn)行經(jīng)營(yíng)配調(diào)數(shù)據(jù)整合，為各類專業(yè)應(yīng)用提供規(guī)范的統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理；完善城市供電網(wǎng)公司的GIS 平臺(tái)功能。通過(guò)完善城市GIS 平臺(tái)的功能，有效整合了配電網(wǎng)基本信息、運(yùn)營(yíng)信息和客戶信息，實(shí)現(xiàn)可視化管理的電網(wǎng)資源，建立全國(guó)GIS 信息統(tǒng)一門戶，提高了基層工作的效能；實(shí)施精益化搶修，通過(guò)電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)輸配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的全面了解特性，進(jìn)行故障精確研判和精益搶修。在故障發(fā)生出現(xiàn)前可通過(guò)對(duì)電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控確定設(shè)備工作狀況，故障出現(xiàn)時(shí)可及時(shí)根據(jù)上報(bào)信號(hào)通知工作人員停電影響范圍和故障發(fā)生的精確信息等。在提高了供電企業(yè)安全工作管理水平的同時(shí)，也提升了發(fā)電能質(zhì)量。

挖掘大數(shù)據(jù)，分析潛在價(jià)值。通過(guò)對(duì)全國(guó)配電網(wǎng)運(yùn)行狀況的全方位了解，掌握大量供電側(cè)及應(yīng)用側(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)深度數(shù)據(jù)挖掘分析各種電網(wǎng)能源數(shù)據(jù)，可更全面、更直觀地掌握經(jīng)濟(jì)、工業(yè)、民生等經(jīng)濟(jì)社會(huì)的各方面運(yùn)行狀況，并為政府部門提供更為精確數(shù)據(jù)分析，從而提高政府經(jīng)濟(jì)及社會(huì)管理準(zhǔn)確性；其他效果。除這些效果外，還實(shí)現(xiàn)了提高電網(wǎng)使用者服務(wù)水平、擴(kuò)展增值業(yè)務(wù)、優(yōu)化財(cái)務(wù)管理等一系列的潛在效果。經(jīng)過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的發(fā)掘研究，在確保供電運(yùn)營(yíng)安全的基礎(chǔ)上提高了供電數(shù)據(jù)集成能力和使用價(jià)值，為電力物聯(lián)網(wǎng)的建立提供了安全基礎(chǔ)。