泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

谷智偉

（國網(wǎng)吉林省電力有限公司輝南縣供電公司，吉林 通化 135100）

0 引 言

隨著我國電力行業(yè)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)的規(guī)模不斷加大。但是，在信息化時(shí)代中，配電網(wǎng)在自動化和信息化水平方面有待進(jìn)一步提升。將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于智能配電系統(tǒng)，就是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一項(xiàng)核心技術(shù)，并充分吸納先進(jìn)的人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等，促使電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都可以實(shí)現(xiàn)信息與數(shù)據(jù)的共享。

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概念

對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念，我國的很多電力企業(yè)給出了這樣的解釋：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是將源、網(wǎng)以及荷三個(gè)層面之中的人、物以及設(shè)備等實(shí)現(xiàn)充分的連接，并使之達(dá)成一種泛在感知，然后通過當(dāng)今先進(jìn)可靠的通信技術(shù)和信息處理技術(shù)，提供、發(fā)送以及使用海量的數(shù)據(jù)，使這些數(shù)據(jù)在電網(wǎng)的各個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)共享，最終實(shí)現(xiàn)信息流、能量流以及業(yè)務(wù)流在整個(gè)電網(wǎng)中的一體化融合，進(jìn)一步提升電網(wǎng)價(jià)值服務(wù)，創(chuàng)造一個(gè)更加高效可靠的平臺[1]。

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)分析

2.1 感知層

對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)而言，感知層相當(dāng)于神經(jīng)末梢。感知層的物理形態(tài)很多，典型的形態(tài)包括電廠站端的各種互感器、集中器、電能表和用戶側(cè)的各種智能電器。感知層可以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)全景的感知，其中的決策單元可以在從未有過的廣度和深度方面洞悉整個(gè)電網(wǎng)中每一個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行情況，進(jìn)而為各種類別的高級電力應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)層

在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)層可以提供信息的交互通道，有效保障各種類型的業(yè)務(wù)信息的安全。網(wǎng)絡(luò)層的具體實(shí)現(xiàn)方式應(yīng)該根據(jù)各種類別信息的實(shí)際情況、傳輸距離以及成本等各方面的因素來確定。同時(shí)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層也可以對網(wǎng)絡(luò)異常情況作出及時(shí)準(zhǔn)確的識別、分析、預(yù)警和預(yù)判，以進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性。

2.3 平臺層

在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中，平臺層的主要作用是實(shí)時(shí)更新整個(gè)電網(wǎng)中海量的信息數(shù)據(jù)，并對這些信息數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)性分析，同時(shí)也可以對這些信息數(shù)據(jù)的共享進(jìn)行管理。通過平臺層的應(yīng)用，可以打破傳統(tǒng)配電網(wǎng)運(yùn)行過程中的信息孤島，并有效解決信息儲存碎片化問題，對于當(dāng)今電力系統(tǒng)朝著電力與數(shù)據(jù)兩方面并重轉(zhuǎn)型、發(fā)展都有著極大的幫助[2]。

2.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層是以全景大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)各種新型應(yīng)用平臺的搭建，使所有參與到電力系統(tǒng)之中的參與方之間實(shí)現(xiàn)良好的感知與互動。

3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 應(yīng)用于感知層的關(guān)鍵技術(shù)

與傳統(tǒng)的輸電網(wǎng)相比，配電網(wǎng)有著更加復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和更加多樣化的入網(wǎng)設(shè)備，包括塔桿、電纜、架空線路、隔離開關(guān)、配電變壓器、無功補(bǔ)償器和很多其他的附屬設(shè)備。配電網(wǎng)可以根據(jù)電壓等級進(jìn)行分類，具體分類情況如表1 所示。

表1 配電網(wǎng)的分類情況

為了有效監(jiān)測配電網(wǎng)，必須全面提升傳感設(shè)備的集成化程度。在此過程中，需要全面考慮傳感設(shè)備的尺寸、兼容性等各方面因素，研發(fā)出更符合當(dāng)今配電系統(tǒng)實(shí)際需求的新型設(shè)備。同時(shí)，在感知層技術(shù)的應(yīng)用過程中，應(yīng)該將底層傳感器的部署技術(shù)作為重點(diǎn)，并使之得到進(jìn)一步的深化。

3.2 應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵技術(shù)

因?yàn)楫?dāng)今的配電網(wǎng)有著點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，所以如果依然按照傳統(tǒng)點(diǎn)對點(diǎn)形式的通信方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，將很難將網(wǎng)絡(luò)層全面鋪開。在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行的過程中，應(yīng)該應(yīng)用有線模式和無線模式兩者互補(bǔ)的方式來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)應(yīng)該注重落實(shí)所有的安全防御工作。

首先，應(yīng)該注重底層自組網(wǎng)和核心通信網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)的應(yīng)用，因?yàn)榕潆娡ㄐ畔到y(tǒng)中通常承載著大量的業(yè)務(wù)傳輸任務(wù)，意味著通信系統(tǒng)需要符合很多種的QoS需求。隨著通信系統(tǒng)中的接入對象越來越豐富，泛在感知信息的數(shù)據(jù)量和呈現(xiàn)維度將出現(xiàn)指數(shù)式上升趨勢。為了有效應(yīng)對這樣的情況，需要讓自組網(wǎng)的路由策略變得更加“健壯”。通過這樣的方式，可以有效保障底層接入網(wǎng)的控制量和狀態(tài)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)海量信息的及時(shí)傳輸。在此過程中，可以通過網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充的相關(guān)算法，將配網(wǎng)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系作為基礎(chǔ)，并從拓?fù)涓拍钊胧郑瑢π畔⑽锢硐到y(tǒng)（Cyber-Physical Systems，CPS）進(jìn)行協(xié)同規(guī)劃。

3.3 應(yīng)用于平臺層的關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用。因?yàn)榻柚诜涸诟兄@得的數(shù)據(jù)有著多源化、異構(gòu)化和冗余化的特征，所以在進(jìn)行前置處理的過程中，一定要對數(shù)據(jù)融合技術(shù)加以合理應(yīng)用，以有效保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和安全性。其次，應(yīng)該合理應(yīng)用數(shù)據(jù)儲存管理技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)，通過這些技術(shù)，實(shí)現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新與存儲。在具體的應(yīng)用過程中，可以將Hadoop（由Apache 基金會所開發(fā)的分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)）平臺中的數(shù)據(jù)壓縮法作為基礎(chǔ)，通過NoSQL（非關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫）技術(shù)進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)的分布式儲存和管理。

3.4 應(yīng)用于應(yīng)用層的關(guān)鍵技術(shù)

在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)這一環(huán)境中，電力諧波的注入問題、潮流雙向流動問題、電壓或者頻率加劇等問題十分常見，電力行業(yè)需要應(yīng)用一些新型技術(shù)克服這些問題。首先，可以合理利用態(tài)勢感知技術(shù)，借助于對態(tài)勢的察覺、對態(tài)勢的理解以及對態(tài)勢的預(yù)測來識別電網(wǎng)運(yùn)行過程中潛在的風(fēng)險(xiǎn)隱患，并對其進(jìn)行科學(xué)分析和有效處理。

4 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和智能配電網(wǎng)之間的融合展望

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和電力行業(yè)的不斷發(fā)展過程中，將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和智能配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)良好的融合，可以徹底轉(zhuǎn)變當(dāng)今配電系統(tǒng)的供電情況。以下的兩個(gè)層面是對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和智能配電網(wǎng)之間的融合進(jìn)行的展望。

4.1 層面一：配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)在線檢測與風(fēng)險(xiǎn)評估展望

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的通信系統(tǒng)功能十分強(qiáng)大，可以實(shí)時(shí)感知各個(gè)設(shè)備實(shí)際的運(yùn)行狀況，然后將其特有的數(shù)據(jù)挖掘能力作為依托，可以在不需要提取電氣量、不進(jìn)行現(xiàn)場人工巡查的基礎(chǔ)上快速識別配電系統(tǒng)中潛伏性的異常情況，并精準(zhǔn)評估配電網(wǎng)運(yùn)行過程中面臨的風(fēng)險(xiǎn)程度。

4.2 層面二：主動配電系統(tǒng)固化與綜合能源協(xié)調(diào)運(yùn)行展望

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)和用戶之間的界限越來越模糊，異質(zhì)能源越來越混雜，并得到了協(xié)同應(yīng)用。在這樣的情況下，智能配電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性與自主性需要得到進(jìn)一步提升。在此過程中，應(yīng)該將其能夠感知到的各種大數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，以此實(shí)現(xiàn)高精密復(fù)合分布和預(yù)測模型的建立，并通過邊緣計(jì)算技術(shù)提升配電網(wǎng)在不穩(wěn)定環(huán)境中運(yùn)行的彈性。另外，可以應(yīng)用當(dāng)今的云計(jì)算技術(shù)分析各種的異質(zhì)能源，并使其得到合理利用。

5 結(jié) 論

綜上所述，在當(dāng)今的電氣化時(shí)代，社會經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對各行各業(yè)的發(fā)展起到了有效的推動作用，其中電力行業(yè)的發(fā)展十分可觀。但是，當(dāng)今的電力行業(yè)智能配電系統(tǒng)依然在自動化和信息化方面存在著不足。將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智能配電系統(tǒng)，將有效彌補(bǔ)其存在的不足，利用先進(jìn)技術(shù)為智能配電系統(tǒng)的發(fā)展提供動力，進(jìn)一步提升我國電力行業(yè)的發(fā)展。