淺談泛在電力物聯網的配電系統關鍵技術研究
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黑客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BigTableF1Cosmos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
能耗概況
預付費管理
1）登陸管理管理操作員賬戶及權限分配查看系統日志等功能
2）系統配置對建筑通訊管理機儀表及默認參數進行配置
3）用戶管理對商鋪用戶執行開戶銷戶遠程分合閘批量操作及記錄查詢等操作
4）售電管理對已開戶的表進行遠程售電退電沖正及記錄查詢等操作
5）售水管理對已開戶的表進行遠程售水退水記錄查詢等操作
6）報表提供售電售水財務報表用能報表報警報表等查詢本系統所有的報表及記錄查詢都支持excel格式導出
預付費看板
充電樁管理
通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控同時對各類故障如充電機過溫保護充電機輸入輸出過壓欠壓絕緣檢測故障等一系列故障進行預警云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能包括城市級大屏交易管理財務管理變壓器監控運營分析基礎數據管理等功能
充電樁看板
智能照明
智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內照明城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等降低路燈設施的維護難度和成本提升管理水平并達到一定節能減掛的效果
監控頁面
安全用電
安全用電采用自主研發的剩余電流互感器溫度傳感器電氣火災探測器對引發電氣火災的主要因素（導線溫度電流和剩余電流）進行不間斷的數據跟蹤與統計分析并將發現的各種隱患信息及時推送給企業管理人員指導企業實現時間的排查和治理達到消除潛在電氣火災安全隱患實現防患于未然的目的
智慧消防
通過云平臺進行數據分析挖掘和趨勢分析幫助實現科學預警火災網格化管理落實多元責任監管等目標填補了原先針對九小場所和危化品生產企業無法有效監控的空白適應于所有公建和民建實現了無人化值守智慧消防實現智慧消防自動化智能化系統化用電管理精細化的實際需求
6結論
在電力物聯網環境下配電網長期運行會產生一些故障需基于電力物聯網技術不斷優化配電系統的智能運行及技術維護防止外部因素干擾確保配系統智能運行與維護技術之間的相關性凸顯配電系統運行的智能化滿足電力物聯網對配電系統運行的需求
參考文獻
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[2]張導,易剋燈,王健.基于電力物聯網的配電系統智能運行與維護技術［J］
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[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版
