基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的統(tǒng)一采集與集中監(jiān)控的智能配電臺區(qū)研究

祝習(xí)宇，宋慶旭，羅 軍

（國網(wǎng)青海省電力公司黃化供電公司，青海 黃南州 811200）

0 引 言

國家電網(wǎng)在電源建設(shè)方面持續(xù)穩(wěn)定增長。2017年，全國全口徑發(fā)電設(shè)備容量為1.78×109kW，同比增長了7.9%，增速稍有下滑；2018年前11個月，全國全口徑發(fā)電設(shè)備新增容量為9.877×107kW，全國全口徑發(fā)電設(shè)備達到1.88×109kW，依然保持穩(wěn)定的增長態(tài)勢。

1 配電臺區(qū)的概念和現(xiàn)狀

1.1 配電臺區(qū)的概念分析

在電力系統(tǒng)中，配電臺區(qū)主要是指變壓器的供電范圍或區(qū)域，是電力經(jīng)濟運行管理過程中非常重要的組成部分。圖1為單柱式配電臺區(qū)架，組成部分包括電桿、配電箱、支架、避雷裝置、保險、變壓器和第一接地線。其中，標(biāo)號為3的結(jié)構(gòu)即為變壓器，所能供電的范圍由標(biāo)號為12的供電線所決定，即為配電臺區(qū)。

1.2 配電臺區(qū)的現(xiàn)狀分析

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人們生產(chǎn)生活的用電范圍和用電量在持續(xù)增多。在這樣的背景下，如何提高供電服務(wù)和配電臺區(qū)管理水平是現(xiàn)階段電網(wǎng)公司發(fā)展需要解決的重點問題。表1是某農(nóng)村配電臺區(qū)用電概況。該村共有950臺變壓器，其中130臺變壓器存在不同程度的過載現(xiàn)象，長此以往可能會影響住戶用電安全。

圖1 單柱式配電臺區(qū)架

表1 某農(nóng)村配電臺區(qū)統(tǒng)計表

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的統(tǒng)一采集與集中監(jiān)控的智能配電臺區(qū)的優(yōu)勢

2.1 信息資源整合程度高

在智能配電臺區(qū)的管理方面，可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能數(shù)據(jù)存取優(yōu)勢，有效整合配電臺區(qū)的工作數(shù)據(jù)資源，從而實現(xiàn)對智能配電臺區(qū)的統(tǒng)一采集與集中監(jiān)控，有利于在最大程度上減少智能配電臺區(qū)的故障發(fā)生概率，提高電力輸送效率。

2.2 信息獲取更加方便快捷

為了實現(xiàn)對智能配電臺區(qū)的有效管理，應(yīng)該借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧數(shù)據(jù)收集優(yōu)勢，根據(jù)自動生成的智能清單有效追蹤配電臺區(qū)工作情況，從而使得信息獲取更加方便快捷，提高對配電臺區(qū)的管理水平。

2.3 運行維護的方式更加多樣

在智能配電臺區(qū)的運行維護方面，可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧機器溝通和流程優(yōu)化優(yōu)勢，有效簡化配電臺區(qū)的日常檢查維護流程，通過電網(wǎng)建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)裝置實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效交互，加強對配電臺區(qū)運行維護的必要性分析，從而實現(xiàn)對智能配電臺區(qū)的有效監(jiān)控。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能配電臺區(qū)的建設(shè)思路分析

3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能配電臺區(qū)的整體框架設(shè)計

在進行整體框架設(shè)計時，要根據(jù)配電臺區(qū)的組成構(gòu)建一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一體化監(jiān)測管控體系，主要包含4部分內(nèi)容[1]。

（1）設(shè)計總控制平臺，也可以稱為智能控制終端。建設(shè)時可以根據(jù)配電臺區(qū)管理的具體內(nèi)容，充分利用現(xiàn)階段先進的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和云平臺技術(shù)建立一個數(shù)據(jù)平臺終端，方便展示采集信息和監(jiān)控信息。

（2）整體架構(gòu)方面，可以采用物聯(lián)技術(shù)分站模式，設(shè)置主站和下級用戶站點。配電臺區(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，應(yīng)該利用有線或無線網(wǎng)絡(luò)作為媒介，將多個數(shù)據(jù)采集裝置并聯(lián)，從而有利于信息的匯總，最終將匯總完成的信息傳輸至數(shù)據(jù)分析工作站或手提式PC端進行數(shù)據(jù)查看和分析。其中，主站方面（即數(shù)據(jù)分析工作站）主要是對下級用戶站點的信息進行總結(jié)和分析，而下級用戶站點方面要完成信息的采集和傳輸。

圖2 配電臺區(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（3）設(shè)計智能配電臺區(qū)管理系統(tǒng)的通信部分。主要通過現(xiàn)階段先進的光纖網(wǎng)絡(luò)進行連接，實現(xiàn)兩者之間的實時信息通信，在提高監(jiān)控效率和監(jiān)控準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，加快故障問題處理的速度。

（4）下級用戶站點中信息收集和監(jiān)控的布局設(shè)計。它主要是對配電臺區(qū)中的配電變壓器和低壓配電箱進行監(jiān)控和信息采集，從而保證供電的安全穩(wěn)定性，提高用戶的用電體驗，增強配電臺區(qū)管理的水平。以基于WiMAX通信的智能配電臺區(qū)通信方案為例，借助OPNET仿真軟件進行不同規(guī)模臺區(qū)系統(tǒng)的搭建，并依據(jù)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)參考模型，有效優(yōu)化和調(diào)整智能配電臺區(qū)的網(wǎng)絡(luò)實體和接入業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)即ASN和連接業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)（CSN），并根據(jù)SS和MSS的IP網(wǎng)絡(luò)開關(guān)科學(xué)分配PoA地址。為了準(zhǔn)確獲取智能配電臺區(qū)的IP地址，應(yīng)該采用DHCP動態(tài)主機配置協(xié)議進行查找，從而實現(xiàn)對智能配電臺區(qū)通信部分的有效設(shè)計。

3.2 硬件設(shè)備方面的設(shè)計和填充

3.2.1 主站系統(tǒng)方面

主站系統(tǒng)方面主要是根據(jù)主站的工作需要進行設(shè)計和填充。例如，可以在配電臺區(qū)增設(shè)前置服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、交換機、防火墻、配電加密認(rèn)證裝置以及計算機顯示屏幕等設(shè)備，從而保證信息采集、轉(zhuǎn)換、儲存和運行等功能的正常，同時滿足基本的信息保密、信息展示等功能[2]。通過光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)主站與下級用戶站點和智能控制終端之間的通信聯(lián)系。在實際連接過程中，要注意先經(jīng)過防火墻和數(shù)據(jù)隔離組件后，再與主站的前置服務(wù)器建立連接，從而實現(xiàn)業(yè)務(wù)交互通道與管理通道數(shù)據(jù)等功能。

3.2.2 配電變壓器方面

配電變壓器方面主要是在變壓器的關(guān)鍵部分安裝信息采集系統(tǒng)設(shè)備。首先，在選擇傳感設(shè)備時，要根據(jù)每種監(jiān)測因素特點的不同，選擇對靈敏度高的傳感器設(shè)備，保證信息收集和監(jiān)控的準(zhǔn)確性，提高配電臺區(qū)管理的效率和質(zhì)量。其次，信息傳輸方面。可以采用先進的信息轉(zhuǎn)換設(shè)備，把每種監(jiān)控因素的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為電流信號，并通過架設(shè)好的通信管道傳遞到智能配電變壓終端。最后，智能配電變壓終端的安裝。安裝時，可以選擇安裝在低壓配電箱內(nèi)的方式。安裝前要檢查低壓配電箱的通信功能，當(dāng)?shù)蛪号潆娤洳痪邆渫ㄐ殴δ軙r，要及時更換，保證信息能夠傳遞到智能配電變壓終端。更換時要注意漏電保護裝置的設(shè)置，提高配電臺區(qū)的供電穩(wěn)定性。

3.2.3 下級用戶站點方面

在對下級用戶站點的硬件設(shè)備進行設(shè)計和完善時，要按照配電臺區(qū)內(nèi)的電表箱數(shù)量，準(zhǔn)備好相應(yīng)數(shù)量的信息采集系統(tǒng)。在電表箱接線的方向安裝一臺信息采集系統(tǒng)，監(jiān)測電表箱中總進線電壓、電流以及開關(guān)位置信號等因素，實現(xiàn)對配電臺區(qū)的信息采集和監(jiān)控。不僅如此，在設(shè)計完善下級用戶站點的硬件設(shè)備時，還要在信息采集系統(tǒng)中加入本地通信模塊，從而實現(xiàn)智能配電變壓終端與下級用戶站點之間的信息交互，增強配電臺區(qū)管理的準(zhǔn)確性。在智能配電變壓終端與本地通信模塊的交互過程中，應(yīng)該先識別流程，將智能配電變壓終端即集中器通過路由設(shè)備RESET管腳進行復(fù)位路由，之后進行通信單元上報。過程持續(xù)約2 min，如果超出時間限制，則應(yīng)該由管理員進行“本地通信模塊運行模式信息”查詢指令的下達，并通過設(shè)置主節(jié)點地址（指令為AFN=05H—F1）的方式進行命令驗證，根據(jù)運行模式參數(shù)進行智能配電變壓終端相關(guān)抄表機制的確認(rèn)并結(jié)束識別流程，從而提高信息交互的有效性。

3.3 軟件功能技術(shù)方面的設(shè)計和填充

在探究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能配電臺區(qū)時，除了更新配電臺區(qū)中的設(shè)備以外，還要設(shè)計和完善基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能配電臺區(qū)的軟件功能技術(shù)方面，從而滿足配電臺區(qū)管理的需求，提高配電臺區(qū)管理的智能化水平，促進電網(wǎng)企業(yè)的發(fā)展。應(yīng)該根據(jù)實際情況構(gòu)建低壓配電臺區(qū)采集監(jiān)控體系，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鑲嵌功能，地圖式展現(xiàn)配電臺區(qū)的實時運行情況。要設(shè)計系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)識別體系，加強對智能配電臺區(qū)的智慧化管理，大大降低人工工作的時間，充分發(fā)揮軟件功能技術(shù)的作用。

例如，在探究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能配電臺區(qū)時，可以通過對智能配電臺區(qū)管理系統(tǒng)軟件功能方面進行設(shè)計和完善的方式，提高配電臺區(qū)管理的智能化水平。在對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能配電臺區(qū)的軟件功能方面進行設(shè)計和完善時，要充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢特點，構(gòu)建全面系統(tǒng)的低壓配電臺區(qū)采集監(jiān)控體系。可以采用門戶網(wǎng)站或App的方式，把配電臺區(qū)管理的相關(guān)內(nèi)容鑲嵌到軟件中，實現(xiàn)隨時隨地進行查看和監(jiān)控，從而提高配電臺區(qū)管理的便捷性[3]。例如，以配電臺區(qū)內(nèi)配電變壓器與用戶站點的具體數(shù)量和位置為參考，通過分區(qū)域顯示的模式，使用類似地圖的方式進行展現(xiàn)。當(dāng)需要查看某一地區(qū)的具體情況時，直接點擊地圖中的對應(yīng)區(qū)域進入界面，明確顯示使用者的用電狀態(tài)、電壓、電流以及故障情況等信息，從而為配電臺區(qū)管理提供便利。不僅如此，還要在軟件中設(shè)置緊急報修和故障排查板塊，提高解決供電故障的效率和質(zhì)量，保證用戶的用電體驗。在軟件功能方面進行設(shè)計和完善時，要展示和完善支持臺區(qū)戶表拓?fù)潢P(guān)系識別、相位識別以及表箱終端自注冊等功能，進一步支撐臺區(qū)設(shè)備資產(chǎn)的有序管理，提高智能配電臺區(qū)管理系統(tǒng)的便捷性和智能化水平。

4 結(jié) 論

為了有效解決目前在統(tǒng)一采集與集中監(jiān)控方面出現(xiàn)的智能配電臺區(qū)的管理問題，更好地促進智能配電臺區(qū)工作效率的提升，應(yīng)該加強對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效應(yīng)用。本文在對配電臺區(qū)的概念和現(xiàn)狀進行充分分析后，總結(jié)整合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能配電臺區(qū)應(yīng)用方面的優(yōu)勢，從基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能配電臺區(qū)的整體框架設(shè)計、硬件設(shè)備方面的設(shè)計和填充、軟件功能技術(shù)方面的設(shè)計和填充3方面入手，提出了相應(yīng)的改進措施，以期能夠為智能配電臺區(qū)的有效管理提供借鑒。