低壓配電物聯(lián)網(wǎng)斷路器及其智能運(yùn)維系統(tǒng)研究

許金彤，吳希韜，霍凱龍

（1.杭州電力設(shè)備制造有限公司蕭山欣美成套電氣制造分公司，杭州 311200；2.三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院，湖北宜昌 443000）

引言

物聯(lián)網(wǎng)在1998年被提出，其主要是RFID技術(shù)和其他傳感器技術(shù)有效的結(jié)合，應(yīng)用于人們提出生活用品之中構(gòu)建了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)。隨后又被重新定義，利用RFID標(biāo)簽無(wú)線接入互聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)百萬(wàn)的物品的實(shí)時(shí)跟蹤和審計(jì)[1,2]。電力互聯(lián)網(wǎng)主要指以當(dāng)前的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、人員及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等組建的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。充分利用傳感器及通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)各物體之間的實(shí)時(shí)互動(dòng)，從而促使電力生產(chǎn)向著智能化、高效化的方向發(fā)展。電力互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用對(duì)人們生活和工作帶來(lái)了諸多便捷，但是由于該技術(shù)起步較晚，應(yīng)用場(chǎng)景不夠廣泛，而物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該在發(fā)、輸、變以及配電環(huán)節(jié)的順利發(fā)展發(fā)揮關(guān)鍵作用[3,4]。

1 多功能集成一體化物聯(lián)網(wǎng)斷路器

采用一二次融合的技術(shù)，將傳統(tǒng)的電壓/電流互感器替代為電壓/電流傳感器，使一二次設(shè)備不是相互獨(dú)立的。通過(guò)傳感器的作用，可以同時(shí)融合線路通斷、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)識(shí)別、數(shù)據(jù)發(fā)送等功能。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能配電網(wǎng)運(yùn)維系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)智能運(yùn)維系統(tǒng)包含兩個(gè)部分：主站、移動(dòng)終端，其中主站負(fù)責(zé)復(fù)雜數(shù)據(jù)分析以及操作和對(duì)信息進(jìn)行儲(chǔ)存等功能，然后運(yùn)維工作員在通過(guò)讀取移動(dòng)終端的設(shè)備信息（二維碼）后，記錄現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維情況[5-7]。

2.1 信息管理系統(tǒng)主站及終端

（1）數(shù)據(jù)存取模塊

數(shù)據(jù)存取模塊由3個(gè)部分組成：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸以及信息讀取。數(shù)據(jù)采集：依靠如RFID、GPS等傳感器采集設(shè)備的信息數(shù)據(jù)，然后對(duì)其信息做簡(jiǎn)單的處理。數(shù)據(jù)傳輸:依靠3G、4G以及5G網(wǎng)絡(luò)把模塊采集到的信息傳輸?shù)较到y(tǒng)主站。信息讀?。哼\(yùn)維員使用主站系統(tǒng)讀取、錄入設(shè)備相關(guān)信息后建立數(shù)據(jù)庫(kù)，錄入信息（如生產(chǎn)廠商和日期、歷史工況、設(shè)備名稱(chēng)和型號(hào)等）。

（2）終端運(yùn)維模塊

在運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)中，運(yùn)維員于巡視功能模塊中填入巡視結(jié)果。巡視功能模塊具備以下功能：將錄入點(diǎn)的地理位置和時(shí)間自動(dòng)記錄下來(lái)、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工程狀況及缺陷進(jìn)行拍照記錄等。與此同時(shí)可通過(guò)讀取各個(gè)設(shè)備的獨(dú)特二維碼，獲取設(shè)備的詳細(xì)信息。

（3）報(bào)告生成模塊

傳統(tǒng)巡視記錄或報(bào)告的生成是依靠人員記錄數(shù)據(jù)后再錄進(jìn)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，耗時(shí)又耗力。此系統(tǒng)在終端系統(tǒng)里存有固定的巡視報(bào)告模板，巡視人員直接在現(xiàn)場(chǎng)填寫(xiě)，隨后自動(dòng)傳輸?shù)街髡颈４?，無(wú)需二次操作。同時(shí)，主站對(duì)運(yùn)維信息及設(shè)備信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，定期定量定時(shí)生成設(shè)備評(píng)價(jià)報(bào)告，進(jìn)一步減少人力、時(shí)間，提升了工作效率。

2.2 在線監(jiān)測(cè)模塊

在線監(jiān)測(cè)功能能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備裝置潛伏性缺陷，以避免其產(chǎn)生故障及重大事故。本系統(tǒng)具備拓展功能，可與溫度測(cè)量傳感器、輸電線路防外力傳感器以及色譜監(jiān)測(cè)傳感器等聯(lián)接?？紤]到不同種類(lèi)的在線監(jiān)測(cè)模塊有著不同的特點(diǎn)，若要集成與之相應(yīng)功能的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，需另外單獨(dú)安裝匹配系統(tǒng)模塊。

2.3 拓展集成智能輔助監(jiān)控

通過(guò)視頻監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)配電站的防盜、防火等方面的安全監(jiān)控，同時(shí)具備觸發(fā)警報(bào)、消防系統(tǒng)啟動(dòng)等保護(hù)功能，有利于運(yùn)維員及時(shí)了解配電站防火防盜信息，然后采取合理的處置辦法。

3 云控平臺(tái)及大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

3.1 低壓配電網(wǎng)智能云控平臺(tái)

低壓配電網(wǎng)存在著數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不夠完善、配網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜等問(wèn)題，本研究采用智能開(kāi)關(guān)完成配網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，并運(yùn)用智能傳感、信息傳輸、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)構(gòu)建智慧供電云平臺(tái)系統(tǒng)，通過(guò)智能開(kāi)關(guān)對(duì)變壓器二次側(cè)、關(guān)鍵配電線路、用戶端等節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的有效采集，云平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)精細(xì)化管理、透明化運(yùn)行[8-10]。

3.2 基于大數(shù)據(jù)的分析配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估

3.2.1 建立運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系

低壓配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)大致分為4類(lèi)：安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)；可靠性和供電質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)；經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)；供電能力評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.2.2 提取運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估主成分指標(biāo)

在運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系中存在著以下問(wèn)題：指標(biāo)變量數(shù)目繁多；建立模型與計(jì)算工作比較復(fù)雜；眾多指標(biāo)中存在一些冗余的信息，影響分析的進(jìn)程。在實(shí)際運(yùn)用中，通常采用主成分分析法，通過(guò)方差或者離差平方計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的計(jì)算量，刪除重復(fù)的、相關(guān)性高的指標(biāo)，將相關(guān)性低（包含大部分原有信息）的運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估的可靠性指標(biāo)提取出來(lái)，找出影響系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的元件、區(qū)域以及相關(guān)環(huán)節(jié)，從而減小評(píng)估范圍。

3.2.3 挖掘獲取影響主成分指標(biāo)的因素

數(shù)據(jù)挖掘是一種在大量廣泛數(shù)據(jù)中挖掘出所需信息的技術(shù)方法。本研究使用關(guān)聯(lián)分析挖掘方法，關(guān)聯(lián)分析是發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)規(guī)則的一種數(shù)據(jù)挖掘模式，通過(guò)挖掘配電網(wǎng)的異構(gòu)多源數(shù)據(jù)，得到主要影響因素。然后將主要影響因素輸入預(yù)測(cè)模型中，加快預(yù)測(cè)速度。通常關(guān)聯(lián)規(guī)則存在的可能性由永置信度來(lái)表示，置信度越高，其存在的可能性越高。通過(guò)尋找“影響因素-運(yùn)行可靠性指標(biāo)”的“強(qiáng)規(guī)則”，能夠獲得影響運(yùn)行狀態(tài)的主要影響因素。

3.2.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)

配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)是在歷史數(shù)據(jù)以及實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)未來(lái)的可行性指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)長(zhǎng)期運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)所記錄留下的運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)，得到配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)值，考慮到預(yù)測(cè)的復(fù)雜程度，很難在影響因素與運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)值之間建立起精確解析模型。本研究采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，流程圖如圖1所示。

4 應(yīng)用案例分析

以宜昌市碧桂園房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司御園二期小區(qū)為研究對(duì)象，建立起基于低壓配電物聯(lián)網(wǎng)斷路器的智能運(yùn)維系統(tǒng)。低壓配電物聯(lián)網(wǎng)斷路器的智能運(yùn)維系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，用戶通過(guò)手機(jī)APP、網(wǎng)頁(yè)、郵件等方式隨時(shí)隨地關(guān)注所監(jiān)控的設(shè)備或設(shè)備組群的相關(guān)信息，當(dāng)有告警或突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)送相關(guān)信息，再通過(guò)APP推送到相應(yīng)的運(yùn)維人員，準(zhǔn)確定位故障發(fā)生點(diǎn)。融合了云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析挖掘等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，做到了SCA‐DA系統(tǒng)、基礎(chǔ)能源管理系統(tǒng)、高級(jí)能源預(yù)測(cè)優(yōu)化系統(tǒng)以及多介質(zhì)綜合優(yōu)化系統(tǒng)的云端處理。整個(gè)節(jié)能管控系統(tǒng)的構(gòu)建只需在監(jiān)控中心安裝一臺(tái)客戶機(jī)。

5 結(jié)論

針對(duì)末端配電網(wǎng)的運(yùn)維管理優(yōu)化問(wèn)題，構(gòu)建了基于多功能集成物聯(lián)網(wǎng)斷路器的配電網(wǎng)智能運(yùn)維系統(tǒng)，通過(guò)集成在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和智能算法，實(shí)現(xiàn)了智能監(jiān)測(cè)和運(yùn)行優(yōu)化管理，增強(qiáng)運(yùn)維工作的針對(duì)性，提高系統(tǒng)工作效率，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。