采用電力物聯網信息技術的智慧輸配電網絡應用分析

廣州為然科技有限公司 趙志明

建設電力物聯網是電網公司的重點發展方向，對于如何運用現有數據收集電網數據并破解供電中出現的問題也有著重要性。某電力公司因廠站自動化遠動，對遙測數據無法進行監控。又因沒有足夠配網自動化的裝置，部分區域配電網出現停電狀態。電力服務中斷由客戶反饋到服務人員處，通過調控中心及時分析停電信息，搶修人員迅速接到搶修任務并進行了搶修，客戶對供電企業的被動搶修方案投訴率最高。

1 電力物聯網概述

電力物聯網是指采用傳感信息技術、智慧信息收集技術、移動通訊技術等新型信息技術的高度融合的總和運用。供電系統是目前當今世界上最復雜多變的人工制造體系。對電網系統安全可靠、經濟運行、可靠運轉的要求也與日俱增。推動我國電網系統信息化智能化水平的全面升級，已形成全球各國共同認知。國家能源部公布的Grid2030遠景計劃明確提出，在供電設備等主要技術基礎級整合感應器與監控設備做到源-網-荷的通信與網絡系統無縫銜接，從而達到信息系統資源共享和互操作，全方位提高了供電系統的安全技術管理運營能力和資產管理、供電服務質量[1]。

電力物聯網分為應用層、平臺層、網絡層、感知層。感知級設備中包含了電網電壓電流互感器及各種終端，讓管理與決策單位獲知電網的各環節及工作狀況。由于信息安全問題對電力系統運營產生了重要影響，為實現不同的協議設備相互操作，在應用級平臺上和電網內部專用網的交互應設置協議轉換等方法。平臺上層承載電網運營數據，以解決傳統電力生產方式的問題。而平臺底層上對下完成了互聯層傳輸數據信息采集，以提供跨域共用數據資源。應用層則是電力系統向樞紐式轉變的重要體現，基于海量電網運營數據應用綜合能源體系的運營服務標準等，以實現與電力信息系統感知交互[2]。

感知層。感知技術設備是泛在供電物聯網技術中的"神經系統末梢"。其主要功用是利用各種各樣的感應器深入電氣設備進行全方位認知。感知層技術設備涵蓋了電網公司中一個控制系統的電壓電流互感器和二次系統的能量表、聚集器等各種端口，及其應用側各種各樣的智慧家電。利用感知層所收集的海量數據，使管理與決策單位能以前所未有的視野和深刻獲知電網公司運行工作狀況，使電網公司在面臨各種間歇性新能源發電并網、隨機負載投切、乃至電動汽車時空集群效能等時，可即時了解系統運行狀況并及時發現故障隱患，有效評估安全工作風險；同時采用靈活調節供電拓撲，實時控制供電輸入出力，有效優化用戶用能模式，進一步增強電網公司對超高比例分布式新能源和新負載的接受能力，提高電網公司對處理突發性故障時的容災性[3]。

網絡層。互聯網層涵蓋了移動空中網、傳統網絡、近距無線傳送和近距有線傳送等。其中電力線載波和230MHz 無線通信技術是電力通信系統的特殊通訊方案，而5G 技術則是泛于電力物聯網等新型應用領域的通訊方案[4]。

平臺層。主要承擔著海量電網運營數據、用戶側用能數據分析和其他能量體系數據分析的統一化儲存和集中管理。其意義就是破解了傳統電能生產工作方式下面臨的信息碎片化存儲問題，以突破信息孤島狀況，達到信息系統的互連數據共享。并采用了建立數據中心、云網絡平臺等的新方法，在網絡平臺層對下完善了網絡系統層傳送各種數據的信息獲取和發布功能，對上則采用強大信息處理貯存力量和數據挖掘技能，為各類特殊的高級應用系統帶來跨域共享數據消息資源，以促進計算機系統向能源與資料數據消息并重的方向轉變[5]。

應用層。也是計算機系統向樞紐型、平臺型和共享式轉變的外在體現。其主要功用為通過海量電網公司經營數據和用戶側用能大數據分析，并面向電網公司經營服務(如智慧運維、電力支付、供電智能化)如協同計劃、儲能市場等提供各種針對性的應用平臺，以完成對電網公司和終端用戶及任何整體綜合能耗系統服務的全面感知交互。

2 電力物聯網信息技術在智能配電網狀態監控中的應用分析

泛在型能源物聯網技術涵蓋了從信息感知、通訊、數據處理到決策管理等多個核心技術。而城市供電網絡則作為相互聯系供電和應用的重要橋梁，相比于電力系統其他環節更具備了面向社會公共服務的特點。

2.1 配電網數據共享單元狀態監測

對海量智慧終端的有效檢測和管理是進行供電系統精細化控制的前提條件，這就需未來在電力物聯網技術能做到對供電系統的全面覆蓋。所以針對配用電各方來說，為達到降本增效和互聯網數據共享，未來泛在用電物聯網中的傳感裝置也應朝高度集成方面發展。

2.2 配電網故障快速定位結構狀態監測

配電網故障準確定位目的就是快速自動定位出正確的故障狀態地址，以防止人工巡檢故障地點并快速進行有效地排除故障，檢修線路和恢復電源。這對于提高供電系統的安全穩定性和經濟運行意義很大。目前對于配電網故障精確定位技術主要有電阻法、非阻抗分析的穩態故障客戶定位方法、行波法和非線條波分析法的暫態故障客戶定位方法等四種類型[6]。

阻抗法定位。阻抗法是一個典型的精確定位方式，基本原則是通過將故障回路電阻和故障間距成正反比進行位置。由于阻抗法定位精度高依賴標準線路參數獲知，因此技術人員對傳統阻抗法進行改良研制，使之能滿足配電網支路端口數量多、對負載影響大的情況，并已獲得相應結果；非阻抗分析的穩態故障精確定位。在故障客戶定位系統中，該故障客戶定位系統方案很多。在穩態電氣量特性中，部分方法采用了尋找穩態電氣量特性和故障間距間的數學關聯定義了故障間距。

行波法定位。基于行波理論，當線路上出現故障發生時會形成可向系統其他組成部分傳遞的行波信息，從而能利用在道路上檢測的故障行波信息來實現對故障準確定位。根據通過行波傳遞的各個變電站的數據實現故障位置的廣域網行波定位系統已成發展趨勢；行波分析可實現暫態故障的精確定位，行波法就是利用在尋找行波的傳輸過程中，對故障距離和行波傳輸時間的數學關聯來進行客戶定位。

3 基于電力物聯網的配電網智能狀態監測系統設計

某分局通過建立基于電力物聯網技術的示范工程項目[7]，已實現了供電所區域內的2回10kV 線、6個高低壓臺區、180個表柜、870個表計的智慧終端建設部署工作，智慧終端建設覆蓋面達到90%、用電信號采集達到95%、斷電信號上報準確率達到100%。通過對該區域內城市配電網的全面了解，有效監控設備工作狀況，基本消除了城市用電網盲調問題，現場故障停電率先于用戶感知，從而有效克服了目前城市輸配電網觀察基礎薄弱的實際問題。此外研究還獲得了如下進展。

實現配電網數據一源。實現城市配電網的底層物理數據同源收集與設備數據管理，實現數據規范化、準確度、及時性、完整性，各行業應用數據一源，依托于銷售、運檢、調度等行業所需數據，進行經營配調數據整合，為各類專業應用提供規范的統一數據管理；完善城市供電網公司的GIS 平臺功能。通過完善城市GIS 平臺的功能，有效整合了配電網基本信息、運營信息和客戶信息，實現可視化管理的電網資源，建立全國GIS 信息統一門戶，提高了基層工作的效能；實施精益化搶修，通過電力物聯網技術對輸配電網絡設施的全面了解特性，進行故障精確研判和精益搶修。在故障發生出現前可通過對電氣設備的狀態監控確定設備工作狀況，故障出現時可及時根據上報信號通知工作人員停電影響范圍和故障發生的精確信息等。在提高了供電企業安全工作管理水平的同時，也提升了發電能質量。

挖掘大數據，分析潛在價值。通過對全國配電網運行狀況的全方位了解，掌握大量供電側及應用側數據，通過深度數據挖掘分析各種電網能源數據，可更全面、更直觀地掌握經濟、工業、民生等經濟社會的各方面運行狀況，并為政府部門提供更為精確數據分析，從而提高政府經濟及社會管理準確性；其他效果。除這些效果外，還實現了提高電網使用者服務水平、擴展增值業務、優化財務管理等一系列的潛在效果。經過對歷史數據的發掘研究，在確保供電運營安全的基礎上提高了供電數據集成能力和使用價值，為電力物聯網的建立提供了安全基礎。