基于LPWA無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理研究

胡俊+陳綿璞

摘 要： 隨著配電網(wǎng)規(guī)模增大、網(wǎng)架復(fù)雜，用戶對(duì)供電安全要求的不斷提升，需要通過自動(dòng)化技術(shù)擴(kuò)大配電網(wǎng)的供電能力、提高供電可靠性和供電質(zhì)量，避免“盲調(diào)”和避免災(zāi)害性事故造成的長(zhǎng)時(shí)間大面積停電。

通過綜合分析，選用基于LPWA的無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，具有廣域覆蓋、超低功耗、強(qiáng)抗干擾、組網(wǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，非常適合用于低功耗長(zhǎng)期電池使用的定位與監(jiān)測(cè)類應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： LPWA；物聯(lián)網(wǎng)；配電

1.研究背景

隨著配電網(wǎng)建設(shè)及規(guī)模日趨增大、網(wǎng)架日趨復(fù)雜，用戶對(duì)供電安全和可靠性要求的不斷提升，配電網(wǎng)面臨的外界壓力將越來越大，需要進(jìn)一步通過自動(dòng)化技術(shù)擴(kuò)大配電網(wǎng)的供電能力、提高供電可靠性、供電經(jīng)濟(jì)性和供電質(zhì)量，避免“盲調(diào)”和避免災(zāi)害性事故造成的長(zhǎng)時(shí)間大面積停電。同時(shí)開展信息整合工作，提高信息和數(shù)據(jù)的共享性，為自動(dòng)化的高級(jí)應(yīng)用功能提供基礎(chǔ)。

結(jié)合國(guó)網(wǎng)配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè) “統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、試點(diǎn)先行、整體推進(jìn)”工作原則，采取“主站一體化、終端和通信差異化”的模式，全面推進(jìn)配電自動(dòng)化建設(shè)，著力提升配電自動(dòng)化應(yīng)用水平，全面支撐配電網(wǎng)精益管理和精準(zhǔn)投資，不斷提高配電網(wǎng)供電可靠性、供電質(zhì)量和效率效益。通過研究，存在以下4方面問題：

如何實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)通信設(shè)備可觀可控？

如何增強(qiáng)配電網(wǎng)通信設(shè)備故障快速響應(yīng)能力？

如何提高配電網(wǎng)通信設(shè)備故障主動(dòng)搶修能力以及設(shè)備狀態(tài)管控能力？

如何提升配電網(wǎng)通信設(shè)備精益化管理水平？

為有效支撐配電網(wǎng)，達(dá)到配電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)的要求，結(jié)合實(shí)際情況，我們選擇對(duì)LPWA無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理研究。

2.LPWA技術(shù)概述

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，智能配電網(wǎng)已經(jīng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，而智能配電網(wǎng)中含有大量的傳感設(shè)備和通信設(shè)備，使配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理的設(shè)備種類繁多，專業(yè)跨度更大。針對(duì)配電網(wǎng)的這些特點(diǎn)，本研究采用具有低功耗、長(zhǎng)距離、大量連接的LPWA（Low Power Wide Area Network）新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)智能運(yùn)營(yíng)管理。

LPWA技術(shù)由2015年開始興起，發(fā)展非?？?，得益于最近幾年物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)是最近幾年發(fā)展起來的解決物與物、人與物、人與人之間的互連的網(wǎng)絡(luò)，是通過各種傳感技術(shù)、各種通訊手段，將任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視、自動(dòng)報(bào)警、控制、診斷和維護(hù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“管理、控制、營(yíng)運(yùn)”一體化的一種網(wǎng)絡(luò)，已廣泛應(yīng)用于智能樓宇、智能家居、智能交通等領(lǐng)域。

物聯(lián)網(wǎng)的核心在低功耗和無線傳輸，目前已有的幾種無線傳輸技術(shù)（LPWA＼RFID＼Zigbee＼WALN＼LTE-M）對(duì)比如下表：

從上表中我們可以看出，現(xiàn)在應(yīng)用最多的WIFI、藍(lán)牙、ZigBee等無線物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)，覆蓋能力有限、只適合短距離通信。而LTE-M等移動(dòng)蜂窩網(wǎng)技術(shù)，雖然可以滿足大范圍或者移動(dòng)性的應(yīng)用需求，但存在依賴運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)、部分地區(qū)無法覆蓋、以及成本高的問題。LPWA具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1. 廣域覆蓋（市區(qū)5公里，郊區(qū)15公里，高穿透性）

2.超低功耗（大多數(shù)場(chǎng)景終端可以使用3年甚至10年）

3. 強(qiáng)抗干擾（-140dbm接受靈敏度，可低于噪聲傳輸）

4. 組網(wǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單（以太網(wǎng)傳輸、可行業(yè)自行運(yùn)營(yíng)）

非常適合用于低功耗長(zhǎng)期電池使用的定位與監(jiān)測(cè)類應(yīng)用。

針對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理和LPWA技術(shù)的特點(diǎn)，設(shè)想運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)LPWA技術(shù)組建通信專網(wǎng)，在配網(wǎng)設(shè)備（如開關(guān)、桿塔等）上粘貼或懸掛LPWA終端，對(duì)配電網(wǎng)通信設(shè)備的在位狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，為巡檢維護(hù)人員提供準(zhǔn)確的設(shè)備信息及設(shè)備現(xiàn)狀報(bào)告；同時(shí)可以在LPWA終端擴(kuò)充配電網(wǎng)通信設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能和運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)功能，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及環(huán)境參數(shù)分析設(shè)備故障概率，做到主動(dòng)排查、主動(dòng)消除，真正做到防患于未然；另外也可搭建業(yè)務(wù)管理平臺(tái)，運(yùn)用中心數(shù)據(jù)庫(kù)的采集數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為配電網(wǎng)通信設(shè)備安全科學(xué)運(yùn)行提供必要的保障。

3.如何降低設(shè)備運(yùn)維中的故障

目前省內(nèi)各地市局可能存在不同品牌的信息設(shè)備，但是其原理與硬件信息基本一致，與其他地區(qū)維護(hù)人員交流的過程中發(fā)現(xiàn)，我們花費(fèi)了很大的精力去排除的故障，其它地區(qū)也許出現(xiàn)過相同的故障，如果在故障出現(xiàn)之前我們就交流過的話，那么對(duì)于這個(gè)故障的修復(fù)會(huì)節(jié)省大量的時(shí)間。我們可以設(shè)想一下，每天的維護(hù)數(shù)據(jù)填寫在I6000服務(wù)器之后，服務(wù)器實(shí)時(shí)的對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，包括故障產(chǎn)生的原因以及如何修復(fù)等，全省性的大數(shù)據(jù)分析更具有普遍性和說服力，服務(wù)器會(huì)定期給每個(gè)維護(hù)人員推送設(shè)備維護(hù)相關(guān)的知識(shí)，就像微信推送服務(wù)一樣簡(jiǎn)單方便，這會(huì)使得設(shè)備維護(hù)工作的效率大大提高，減少排故時(shí)間，更有可能查找出設(shè)備運(yùn)行中的隱患，降低設(shè)備運(yùn)行中的故障率。

4.如何利用系統(tǒng)及硬件進(jìn)行維護(hù)

每年都會(huì)有新員工參加工作，而新入職的員工對(duì)于信息安全及設(shè)備維護(hù)一知半解，很容易出現(xiàn)一些低級(jí)的錯(cuò)誤，造成不必要的損失，然而大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)可以打破這種模式，它以更加客觀、真實(shí)的內(nèi)容呈現(xiàn)在各個(gè)員工面前，人們可以獲取他需要的任何內(nèi)容，而且我們可以設(shè)定需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，通過周報(bào)月報(bào)等統(tǒng)計(jì)方式向全局以新聞的模式普及一些常見的軟件、硬件故障，一些周期性會(huì)突發(fā)的情況如何去預(yù)防方案。利用I6000、桌面系統(tǒng)全面采集現(xiàn)有設(shè)備，硬件設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，使用軟件信息，通過日常維護(hù)收集故障率等信息，利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行多樣化的性能分析和性能預(yù)測(cè)，對(duì)故障率多的用戶進(jìn)行有針對(duì)性的培訓(xùn)。

大數(shù)據(jù)給公司帶來的好處不僅如此，大數(shù)據(jù)是每個(gè)維護(hù)人員的集思廣益的綜合體，它給維護(hù)人員的維護(hù)過程制定了標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于故障，維護(hù)人員可以準(zhǔn)確、有效的應(yīng)對(duì)，還能預(yù)防一些故障的出現(xiàn)，對(duì)于人為的”錯(cuò)、忘、漏“能夠有效的避免，這是天天開會(huì)都無法達(dá)到的效果。

可以預(yù)見，若干年以后，大數(shù)據(jù)的技術(shù)會(huì)更加成熟，在信息維護(hù)中起到的作用也會(huì)更加重要，作為信息維護(hù)人員，應(yīng)該更好的去主動(dòng)接觸、學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)，為信息維護(hù)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5.實(shí)施之后實(shí)現(xiàn)功能

通過實(shí)施，發(fā)現(xiàn)具有以下功能特點(diǎn)：

1實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)通信設(shè)備可觀可控；

2增強(qiáng)配電網(wǎng)通信設(shè)備故障快速響應(yīng)能力；

3增強(qiáng)配電網(wǎng)通信設(shè)備故障快速響應(yīng)能力；

4提高配電網(wǎng)通信設(shè)備故障主動(dòng)搶修能力以及設(shè)備狀態(tài)管控能力；

5提升配電網(wǎng)通信設(shè)備精益化管理水平。

6.長(zhǎng)期計(jì)劃

1運(yùn)用于主網(wǎng)設(shè)備管理：運(yùn)用LPWA技術(shù)，我們將能夠預(yù)知主網(wǎng)設(shè)備的設(shè)備及板卡狀態(tài)，在出現(xiàn)故障前進(jìn)行維護(hù)，大大降低主網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)。

2運(yùn)用于電采系統(tǒng)：運(yùn)用LPWA技術(shù)，可優(yōu)化遠(yuǎn)程抄表，降低電量數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)。

3提供配網(wǎng)自動(dòng)化備用通信通道：具備配電網(wǎng)通信設(shè)備傳輸功能，組網(wǎng)簡(jiǎn)單，成本較低。

7. 綜述

為提高配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理水平提供了一個(gè)較好的方向，豐富了運(yùn)維管理成效。數(shù)據(jù)中心平臺(tái)建設(shè)的構(gòu)想為設(shè)備運(yùn)行積累大量的數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)挖掘及分析打下良好的基礎(chǔ)，也為以后的運(yùn)營(yíng)模擬仿真提供條件。

物聯(lián)專網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)行的構(gòu)想可為電力物聯(lián)專網(wǎng)建設(shè)積累經(jīng)驗(yàn)、開拓更多的業(yè)務(wù)模式并發(fā)掘更多的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[2] 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì).中國(guó)電力大數(shù)據(jù)發(fā)展白皮書[R].北京：中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)，2013.

作者簡(jiǎn)介 蔡翔宇（1984年3月），男，河南信陽(yáng)人，本科，工程師，國(guó)網(wǎng)河南省電力公司信陽(yáng)供電公司職工，主要從事網(wǎng)絡(luò)與信息安全工作。endprint