泛在物聯網在智能變電站中的應用與展望

付玉川，劉永勝

（國網遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110003）

經濟社會的正常運轉離不開電力能源的支持，為此電力企業要能夠保證供電的安全穩定，并不斷提升供電的經濟水平。隨著電力市場開放程度越來越高，電力能源的價格也有所降低，要想讓電網完成更大的供電任務，就必須積極引進新型科學技術，這樣才能確保電網的供電性能與時俱進。

1 泛在物聯網在智能變電站中的具體應用

（1）以巡檢機器人的形式運用于智能變電站。比如在某110kV的變電站中設置一個“機器人員工”，其每天的工作是巡視變電站現場設備的安全，該變電站是全國第一座智能全感知變電站，這個“機器人員工”就是該變電站的“貼身醫生”，可24h在線服務。這是一個白色的機器人，有著非常可愛的外形，體積也不大。它的實際功能是巡視檢查站內開關柜的運行情況。有2個攝像頭位于機器人的頂部，其中一個攝像頭負責檢查機器的外觀，另一個攝像頭負責檢查機器的運行狀態，比如檢測設備在運行時溫度是否會升高。機器人一旦發現異常，就會第一時間發出警報，工作人員在得知后，會及時采取有效手段予以解決。在該智能變電站的內部有多個智能感知設備，包括巡檢機器人、紅外攝像頭和無線溫度監測設備，能24h監控智能變電站的五臟六腑。運用這些智能設備守護變電站的安全，可保證變電站能夠穩定為周邊的用戶直接供電[1]。傳統模式下，檢修設備具有一定的周期性，在檢修時會用到人工的手持儀器，而如今得知安裝狀態，就能成功感知設備，從而獲得主設備的實際狀態，通過實時分析可及時發現其中存在的異常狀況

（2）發展新的試點項目。泛在電力物聯網中非常重要的便是智能全感知變電站，泛在物聯網就是在任何的時間、地點都能實現信息連接，也能在任何人和任何物中實現互聯和交互。實現全感知的物聯網聯是指配電站后續的輸電線路和居民有關的配用電項目。該供電公司共建立了326座電力無線專網基站，目的是獨立于電信、聯通和移動這三大通信運營商，能更好地保證數據傳輸監測的穩定性和及時性。所能完成的業務有智能巡檢、自動化配電和實時采集用電信息，系統體系中共接入了3000多個終端電力無線專網，發展目標是建立460座基站，并覆蓋整個市。操作與控制形式主要有兩種，分別是就地調度控制和遠距離無功優化控制。①調度控制：接收調度所下發的控制與調節的命令，從而完成對站內設備控制命令的下發，并在信息展示的界面上向輔助應用傳遞相應的控制命令。②無功優化控制：系統不僅能實現電壓無功自動控制的操作，還能執行控制中心所傳遞的投退指令和調整供電策略的指令。

（3）智能變電站的高級應用目標。智能變電站高級應用功能主要是為用電量大的用戶提供信息，這些信息包括電價、電量、電能質量和電網負荷，能夠對電力市場主體參與電網安全管理起到一定的促進作用。在此條件下，智能變電站就能夠與用戶實現互動。所建立的智能變電站具備標準接口，進而為用戶提供相應的服務。這些服務主要有電力質量評估、決策保護、站間廣域保護。在發展的過程中，可以逐漸提高后備保護系統的功能，實現縮小動作延時的目標，同時也可以有效減小故障的切除范圍。當電網處于正常的運行狀態，需進一步提高電網輸送電力資源的能力，從而提高電網的運行效率。采取的手段是綜合使用FACTS、變壓器和無功調壓手段，實現分配目標，并進行有效控制[2]。在不同的調度層面上，提高安全性，能評估電網的安全狀態，具備支撐、控制和預警功能。

（4）促進電力系統實現能源互聯互通。泛在物聯網的構成有智能感知元件、無線專網、邊緣物聯代理。首座智能全感知變電站的優勢是能交流、有思想、會說話。覆蓋面積達3610km2，在傳輸數據方面不但效率高，而且較為可靠穩定。在未來的發展中，隨著功能更加實用，建設的規模也會逐漸擴大。能承載的業務有生產控制和信息管理。能夠與鐵塔公司建立合作關系，并在實際的工作中高效配合，在此條件下共享經濟發展理念將更好落地。對電力物聯網的探索和實踐仍需要不斷深入，發展目標是智能化、平臺化和App化，其中有基礎作用的是國網芯和安全操作系統，所依據的標準是物聯網組網協議和接入要求。積極尋求突破，發展的方向主要是感知元件生態、邊緣物聯代理和無線專網。構建邊緣自治的良好格局，相互之間能有效融通數據，進而實現電力能源的互聯互通。物聯管控的整體布局如圖1所示。

（5）建立實訓站。多數電力作業處于高空高壓的工作環境，對于作業人員來說，需要面臨的挑戰是電力設備的差異性和操作的復雜性。要想成為一名合格的電力作業人員需要長時間的訓練和培訓，不斷提高自身的專業技能。通過泛在物聯網建立實訓站，注冊信息，可實現對真實設備的有效跟蹤。在此條件下，培訓活動就能為學員展示設備的三維視圖，從而幫助學員更好地了解工作原理，同時也能形象展示多種不可見的信息，包括輻射量、溫度和電流[3]。在此基礎上，也可以通過模擬誤操作展示誤操作會帶來的影響，并進一步制訂可行有效的處理方案。操作人員的實訓內容主要包括以下內容：運行監視、操作與控制、信息綜合分析與智能告警、運行管理、輔助應用。系統的功能結構如圖2所示。

圖1 物聯管控的整體布局

圖2 系統的功能結構示意圖

2 泛在物聯網于智能變電站中的應用展望

（1）增強情景現實感。智能變電站對泛在物聯網的運用在未來將會朝著更加智能化的方向的發展，使得現實的工作場景獲得感增強。在實際使用時考慮用戶的角色、權限和工作內容，并為用戶提供更為準確的信息。建設多用戶協助系統，應用物聯網和圖數據庫的技術，科學分析用戶的作業流程，實時掌握用戶當前的作業狀態，總結各個作業環節相互之間的關系，增強情景現實感。所建立的物聯網泛在系統能主動匹配用戶，并且不需要用戶自己尋找信息，具備感知用戶需求的功能，同時也能起到一定的約束和輔助的作用。強化單兵作業性能，達到實時通信的目的，以較好的質量完成電力工程的設計任務。電力系統的運行過程是非常復雜的，泛在物聯網能被運用在多個環節中。將物理實體交互作為發展目標，形成虛擬信息，就能起到輔助提示和引導的作用。

（2）連接電力系統的各個環節。目前泛在電力物聯網受到廣泛關注，比如在南京舉辦的第四屆“紫金論電”智能電網保護和運行控制國際學術研討會，有眾多學術機構、科研機構、高校、電力企事業單位參加，這些機構來自中國、美國、加拿大、希臘、丹麥、澳大利亞、荷蘭七個國家。南京是首個泛在電力物聯網技術先行、先試的城市，在2019年的兩會報告中，國家電網公司首次提出泛在電力物聯網的發展規劃，探究泛在物聯網和智能電網之間的關系。經過長時間的發展，科學技術不斷進步，有條件為智能電網增加一個可靠的、功能性強的信息通道，目標是進一步增強供電的安全性。實現這一目標會用到云計算技術和AI技術將電力系統的各個環節都連接起來，達到人機交互的目標，并在指定的范圍內共享數據，為構建智慧城市貢獻力量[3]。

（3）實現統一的物聯管理。未來泛在電力物聯網將會持續發展，服務領域逐漸延伸到智能家居、智慧社區和證券這些行業。社會經濟環境中的各個行業都會產生大量的能源消耗，有能源消耗就意味著有能源消耗數據的形成。有效挖掘其中存在的規律，可通過建立數學模型的方式來實現，以此探索出能源消耗的未來趨勢。另外泛在物聯網還能解決國民經濟統計精度不足的問題，從而形成更為精確的GDP統計指標。泛在物聯網的本質是全國性的系統工程，該系統由多個圈層構成，分別是感知功能層、網絡信息層、溝通平臺層、功能應用層。國家電網計劃在2021年建成初步的電力泛在物聯網，其不僅能協同業務，還能貫通數據，以此實現統一的物聯管理。在完成這項建設目標的工作中，還能建立智慧能源綜合服務平臺，同時推動電網業務和新興電網業務的發展[4]。國家電網計劃在2024年建成泛在電力物聯網，屆時能真正把數據貫通、業務協同和物聯管理統一起來。

3 結束語

綜上所述，國家電網對泛在物聯網在智能變電站中的運用制定了相應的發展規劃，需連接電力系統的各個環節，優化供電站的供電效果，實現統一的物聯管理。以巡檢機器人的形式運用于智能變電站，可實時監測并分析變電站的運行情況，目前也正在發展新的試點項目。