智能變電站中物聯網技術的應用

馬濤

摘要：隨著經濟的發展，人們生活水平的提高，人們逐漸意識到可持續發展的重要。我國對可再生能源的分配與利用逐漸重視。世界對智能電網投入巨大的資金進行研究，這是因為智能電網的發展迫在眉睫，利用先進的通訊，信息和控制技術打造出自動化，數字化和互動化的智能電網。物聯網能夠通過傳感器進行傳統非聯網產品與網絡連接，進行數字化，自動化控制和監控。智能變電站要求站內全部信息化，數字化和智能化，可根據自我數據能力完成更高級的控制功能。而物聯網是是建立在物與物，人與物之間的網絡，它通過一定的功能實現智能化，完成物與物，人物人之間的信息傳播。物聯網作為智能變電站的信息傳播的連接，是智能變電站發展的重要輔助。當然，隨著物聯網的發展，對智能變電站內高壓設備的在線檢測和監控有了更高的技術要求。對于智能化，自動化，數據化人們又做出了更多的努力。本文就智能變電站中物聯網技術的應用展開探討。

關鍵詞：智能變電站;物聯網技術;輔助系統

引言

目前智能電網建設尚在起步階段，如何從物聯網技術的角度審視智能電網的功能需求搭建智能電網的系統組成結構，尚待進一步深入研究探討，尤其智能配電站這個環節至關重要。物聯網是一個形式多樣、涉及社會及生活各個領域的復雜系統。

1智能電網功能需求分析

將物聯網技術應用到智能電網之中，可使得整個電力系統的信息化程度有大幅的提升，自動化水平也會得到進一步增強。智能電網是相對傳統電網的升級和跨越，目前還沒有一個明確的定義，但它代表了電力系統的未來發展方向，強調的是“堅強”和“智能”兩個基本內涵。所謂“堅強”，即是網絡架構可以對故障進行有效的防御，確保外力造成的損壞切實降低，抵擋自然災害的能力有大幅的增強。在現代通信技術的支持之下，通過大數據分析智能決策控制，使得電力流、信息流以及業務流等能夠真正整合為一體。由此來說，就是家庭、公共以及工廠等方面的電力網絡均要納入到智能電網之中，同時還要能夠對電源、用戶的接入以及退出有效兼容。

2電力物聯網系統的組成

依據物聯網的體系結構，電力物聯網可分為感知層、網絡層和應用層3層。（1）感知層。感知層主要通過部署各種新型微機電系統（MEMS）傳感器、嵌入式智能傳感器、智能采集設備等實現電力系統相關信息的識別和采集。（2）網絡層依托電力信息通信網如電力無線寬帶網、無線傳感網、光傳輸網、公共通信網絡等，實現感知層和應用層之間的電力信息傳輸。（3）應用層主要采用智能計算、模式識別等技術對感知層所感知的數據信息進行綜合分析和處理，實現智能化決策、控制和服務。依據美國能源部關于智能電網架構設計方案，智能電網主要由輸電自動化、系統協同與態勢評估、系統運行調度、配電自動化、可再生能源接入、能源效率、分布式發電與儲能、需求參與信號和方案，以及智能家電9大部分組成。圖1給出了一個從電力產生一直到被傳送到終端用戶的過程。首先，由發電廠（包括煤電、水電、核能、太陽能、地熱及風能等）將電力生產出來。為了減少遠距離傳輸所產生的線路損耗，一般是生產和傳輸高壓電（110kV～400kV）。然后通過分發網絡傳送給終端用戶。分發網絡的特性在于其是層級結構的電網，高壓線與（初級）變電站相連并將電壓由高壓降低至中壓，中壓進一步通過二次變電站降至低壓。一般通過一次變電站通常減少40kV～60kV，線電壓慢慢降低直到達到用戶變壓器的要求，或通過二次變電站達到380/220V。在變電站經過一連串的變壓后，將電流從電力源頭傳輸至每個最終用戶，并在終端用戶處利用智能電表監測電力的使用情況，或完成其他功能。例如，在控制中心通過數據分析工具、智能決策系統實現資源優化配置。顯然，智能電網是一個龐大復雜的物聯網綜合應用系統。從電力物聯網的組成來講，有多種智能電網網絡架構方案，可以實現對發電、輸電、變電、配電、用電、調度等各個環節的智能化。目前，電力物聯網可以設計實現的典型系統為：①在電力生產環節，建立風光儲聯合發電廠微氣象監測系統，保證水電站安全運行的大壩監測系統、發電機組狀態監測系統、火力發電站的煙氣排放監測系統等。②在輸配電環節，建立輸電線路在線動態監測系統，桿塔安全防護系統，高壓電氣設備溫度在線監測系統，智能變電站綜合自動化系統，包括二次變電站的監控和變電站狀態檢修、智能巡檢系統等。③在用電側，建立智能用電服務系統包括智能計量、智能用電小區服務系統、電動汽車智能充放電服務網絡、用電信息采集以及電力資源管理系統等。然后，再將這些智能化系統綜合集成，即可實現智能電網的基本功能。

3變電站智能輔助控制系統研究現狀

自2009年8月，國家電網公司確定了第一批智能變電站建設試點工程以來，我國已完成了多個智能變電站的新建及改造工程，并計劃在“十二五”期間新建5100座智能變電站。2011年，國家電網公司印發的文件指出智能變電站中宜配置一套智能輔助控制系統，實現圖像監控、火災報警、消防、照明、采暖通風、環境監測等系統的智能聯動控制，簡化系統配置。因此，目前針對智能變電站建設及改造工程中，將開發變電站智能輔助控制系統作為一個必不可少的組成部分。目前，已建的傳統變電站及部分智能變電站配置的圖像監視、安全警衛、火災報警、消防、排水、采暖通風等輔助生產系統都是獨立設置的，距離智能變電站的智能化要求還有較大差距。在設備巡視方面，電力設備的巡視仍以人工巡視為主，巡視的質量人為因素較大，由于人員的素質不同造成巡視質量參差不齊。人員需對巡視的數據進行分析才能確定處理辦法，而現場運行人員通常又不具備這樣的能力。在現場檢修方面，維護工作中的停電、供電等操作依然由人來判斷所要操作的間隔是否正確，由于設備都是基本相同，容易造成誤操作現象的發生，沒有好的手段進行可靠的防范。當前，部分新建的智能變電站則根據國家電網印發的文件，配置了相應的變電站智能輔助控制系統。在該系統中，利用物聯網技術、現代通信技術等實現對變電站的智能監測、輔助控制等功能，提高變電站的智能化水平，減少人力的需求。由于變電站智能輔助控制系統的建設還處于試點階段，國家電網出臺的相關指導文件很大程度上還比較宏觀，對于一些具體的細節通常會缺乏統一的標準，需要經過不斷總結分析才能從中獲取有用的經驗，進而提升系統的水平。

4物聯網在智能電網中應用的案例

（1）智能變電站的維修檢測。變電站中使用物聯網可以進行定期的檢測，對出現問題的設備及時做出警報和及時維修，這樣就減少了在排查時所浪費時間對設備的傷害。變電站的維修可以增長設備的使用壽命和提高設備的使用效率，也減少因為設備維修而對生活帶來的不必要麻煩。（2）線路動態評分。線路在使用過程中會出現電路的老化，若及時使用物聯網對設備進行排查。在惡劣天氣時可以控制電路的輸出，防止惡劣天氣對對電線傷害。

結語

在進行智能電網建設之時，將物聯網技術予以有效應用，可使得通信基礎設施以及電力系統設施等方面的資源得到整合，提升電力系統運行的實效性，并確保其信息化水平達到新的高度，使得電力系統的基礎設施得到充分利用，達成變電站智能管理的目標。

參考文獻

[1]周米，孟祥萍，張本法等.智能電網通信與信息管理系統核心問題研究[J].計算機技術與發展，2015（04）.

[2]劉化君.物聯網體系結構的構建[J].物聯網技術，2015.

[3]陳淘，劉利兵.大數據技術在智能電網中應用[J].物聯網技術，2016.

[4]宋偉楊睿，高崧.電力物聯網及其應用[J].電子技術應用，2016.

[5]楊歷偉，楊歷華.萬物互聯在智能電網中的應用[D].科技視界，2017.