物聯網技術在配電臺區中的應用與思考

國網電力科學研究院有限公司實驗驗證中心 黃 正 劉 松

近年來，我國計算機技術的不斷發展，帶動了我國其他高精尖技術的快速革新網絡化技術的不斷進步，促使互聯網技術以及物聯網技術在社會各個行業當中廣泛應用，尤其對于物聯網技術，通過和電網的運行管理工作之間進行有效銜接，較好解決了傳統設施下電網設備運行監管工作存在的各種問題。由于電網設備類型相對比較復雜，在實際工作過程中對于設備的監測存在較大的困難，如果電網設備出現故障問題，在排查工作時間上較長，投入的人力物力資源較大。通過物聯網技術的有效應用，可以實現對整個供配電系統的自動化監測，可以幫助工作人員及時發現其中存在的各種電力故障問題，確保故障問題得以快速解決，降低工作人員的工作強度，提高電力企業單位的供電工作效率和經濟效益，對實現我國電力事業不斷朝著更高目標和方向上發展打下良好的基礎。

1 配電臺區的主要功能

1.1 低電壓配網的全面感知

配電臺區通過在線路側以及用戶側的系統關鍵性節點直接進行介入，通過改造或者直接部署等方法，保證一次設備、二次裝置、智能傳感裝置、視頻監控設備等，可以全面實現低壓配網的安全穩定運行工作狀態，可以對各種電氣設備的實時性運行工作情況，外部環境變化情況以及其他干擾性影響因素等進行監測和分析，對各種電氣運行基礎數據進行收集。基于寬帶載波IP 化以及微功率無線通信技術的有效應用，組建出低壓臺區連接線的網絡總結構，并且通過采取統一化的信息通信接口，實現信息實時性的交互與傳輸，有效解決低壓智能設備類型復雜、數量較多、安裝工作位置分散、布線工作難度較大以及施工過程中產生停電等各種問題的影響，實現各種電力設備相互之間的有效關聯[1]。

1.2 數據應用就地化管控

首先，配電臺區數據信息控制工作需要實現就地化管控工作模式，隨著配電臺區對于信息化技術的使用層次不斷提升，臺區內部所生成的系統參數、數據類型和數據總量正在快速上漲，僅國網系統當中的智能化電表，在一天時間范圍內收集到的參數信息總量可以達到6TB 以上，如果所有的監測站當中的數據信息全部集中上傳到主站系統內部，將會消耗掉大量的通信資源以及主站內部的各項資源，同時因電網異常問題產生的頻率相對較低，因此大量正常的運行參數數據不需要全部傳輸到主站內部進行處理，如果配電臺區可以實現智能數據信息的處理，則至少超過一半的數據信息不需要直接上傳到主站內部。

其次，配電臺區快速分析決策需要實施就地化管控工作模式，在部分業務控制執行實時性要求標準相對較高，比如配電變壓器設備的保護以及故障判斷等在數據信息的分析控制邏輯方面，需要根據傳統的自動化終端系統來進行數據信息的實時性收集。通過主站內部的系統架構作為支撐，有效滿足通信業務的實時性工作要求和標準。對于內業工作任務方面，配電臺區需要有效引入新型的計算機構架，保證配電臺區當中低壓配網的運行工作狀態可以實現實時性在線監測，通過智能化分析和決策之后來進行控制，全面緩解全覆蓋區域高頻數據信息的實時性。通信信息儲存以及基層工作所產生的壓力，可提高臺區運維工作速率和管控工作質量，針對外業臺區內部的云主站和邊緣計算節點之間資源信息需要進行系統化處理，同時企業單位、電力客戶、科研機構、政府單位以及其他主體單位，需要為其提供出數據共享以及相關服務[2]。

2 供電系統內部物聯網系統分層體系結構

基于物聯網技術結構體系下，供電網絡的整體結構也會產生相應的變化，主要包含感知層、網絡層以及應用層等幾個重要層面所組成，具體如下：

首先是應用層。主要是對電網運行過程中所收集到的參數數據，以及用戶用電量數據等進行分析和使用。針對用戶方面和相關供電運營業務等建立起相應的目標工作平臺，可以充分實現供電網絡用戶單位、電廠單位以及各種能源供應單位之間的有效銜接，全面提高能源的綜合使用效率。

其次是網絡層。網絡層作為互聯網內部提供出安全方便的信息通道，為物聯網各項信息傳輸工作提供出專用的互聯網絡。在物聯網通信工作過程中，根據供電單位的實際工作狀況，供電距離長短供電成本以及供電效率等多方面因素進行綜合分析和選擇，其中重點包含了移動網絡、光纖網絡、同軸電纜以及最新開始推廣使用的5G 通信技術。

最后是平臺層。平臺層屬于一種信息儲存和管理的工作單元，主要負責電網的供電運行，以及用戶用電等各方面數據的收集和分析。通過平臺層的建設有效解決了傳統供電系統運行信息比較零散、信息不集中等多方面問題，充分實現各項信息之間的互聯互通，方便各個環節的工作信息得以快速共享和使用。通過建立起數據中心云平臺等形式，可以充分實現各項數據信息的實時性搜集和使用，充分發揮出物聯網技術在供電網絡當中的作用。

3 配電臺區中物聯網技術的應用策略分析

3.1 實現配電臺區運維管理工作的自動化

隨著我國供電電網的智能化水平和層次的不斷提高，人們對于電網供電運行工作需求量也在不斷上漲，電網設備及其線路檢修工作過程中，從以往的停電檢修逐漸提升到現階段的正常狀態檢修，電力企業通過廣泛開展網絡監測系統，建立起更加智能化的系統控制模式，確保物聯網對整個配電臺區實施監測，并且保證配電網的運行工作穩定性。針對配電網的工作狀態實施數據信息收集與整合，可以提前發現配電網內部產生的故障問題，可以幫助工作人員及時發現其中存在的安全隱患及時進行檢修和處理，為人們的日常生活用電提供保障，并且避免出現電力資源浪費情況，為整個配電臺區設備狀態檢查工作提供出有效依據和參考[3]。

3.2 物聯網技術的智能化巡檢工作

隨著物聯網技術的不斷發展，配電臺區當中對于物聯網技術的應用層次越來越高，其中智能化巡檢技術是其中非常關鍵的工作方法，并且傳統形式下的人工巡檢技術方法逐漸被更加先進的智能化巡檢技術所替代。在配電網的電力巡檢和管理工作過程中，通過物聯網技術的有效應用可以基于射頻識別技術、全球定位技術、地理信息系統以及一些比較先進的通信設備等，可以實現對配電臺區內部的相關電氣設備運行工作狀態實施實時性監控，同時可以根據識別標簽輔助設備，對故障問題產生的具體位置進行定位處理，充分實現人員的到崗監督。而監督工作人員通過參照標準化和規范化的管理工作流程，對其進行輔助狀態檢測以及實現標準作業工作模式，有效保證電網運維管理工作質量和效果。

3.3 邊緣計算智能終端控制

在配電臺區智能配電終端系統當中，通過配電出線側在邊緣計算工作方式上得到了進一步優化和改進，從配電臺區監控、配電變壓器到用戶的自動電表之間大量運行參數數據需要進行及時收集和處理，計算節點的獲取具有較強的系統控制特殊性，是整個配電臺區內部系統化管理工作的核心要點。在邊緣計算智能終端控制系統當中，基于硬件平臺化、軟件APP 化的設計工作方法，對內置邊緣計算軟件平臺屏蔽硬件差異統一軟件接口等位置進行有效控制，全面支持信息的交互與傳輸，保證信息傳輸過程中的效率得到全面提升。通過部署多個電氣設備，實現終端系統內部的運行自動化檢查，通過不同專業和不同的業務開展電氣設備基于事先建立好的虛擬結構模型，對系統運行過程中的相關目錄文件，以及系統運行參數進行實時性收集和處理，對于其他虛擬文件，可以在Linux 內核中進行文件進行錄入和收集。通過系統在Linux 內核當中的命名空間，可以有效實現信息傳輸通道之間的相互分割形成一種獨立的信息數據空間，充分實現信息計算和內存資源分配與限制，有效保證智能終端控制工作質量和效果[4]。

3.4 提高配電網運維管理工作水平

通過物聯網技術的有效應用，在配電臺區內部可以實現配電自動化管理，可以保證配電網中低壓產生的各種工作問題可以進行精確定位，并且幫助檢修工作人員快速找到故障問題產生的具體原因，及時進行故障問題排查。通過主動式搶修工作方法，有效提高故障問題的搶修工作效率，減少停電時間，避免對人們的正常用電產生嚴重的干擾。推動物聯網的配電自動化技術的全面應用，可以有效降低配電設備運行過程中所產生的維護費用，包含設備維護成本、運維工作人員成本、車輛設備等耗材的使用率下降等。

3.5 共享配用電數據服務

基于配電互聯網工作平臺，可以提出包括各項數據業務、咨詢業務在內的相關信息服務規范，提供數據信息收集、數據儲存、數據處理、數據分析以及數據可視化等相關技術內容，可以讓更多用戶在用電過程中，不需要過分重視底層數據所產生的問題和影響，更加專心的挖掘有用數據的真正價值，為電力企業的政策制定、電力企業未來決策以及人們的個人生活提供諸多便利服務。通過分析海量數據信息的工作結果，可以為用戶提供出更多診斷管理工作服務，并且對用電過程中的各項信息進行咨詢，實現電力企業單位的生產經營狀況的科學化評估，拓展各項投資工作業務，實現能源保險服務以及其他各項關聯服務等。

3.6 配電臺區設備的智能化運行和管理

由于配電臺區內部變電設備的種類相對比較復雜同時，在結構原理上各有不同，各種數據收集量較大，工作方式整體的效率比較低下，同時也存在較多重復性工作，加大了工作人員的工作量。基于物聯網技術環境下，建立起智能巡檢管控工作平臺，可以直接通過無人機巡檢機器人、視頻監控、紅外監控以及系統在線監控等多種設備，對配電臺區內部的各項工作數據進行實質性收集和儲存，同時開展全過程自主化智能化以及標準化作業。通過人工智能的控制工作方法，有效保證對工程施工現場的作業環境、作業流程以及安全工作器具等進行全面監控和了解，充分結合地理信息系統、GIS 技術以及三維可視化技術等，對整個配電臺區內部的設備運行情況進行前景顯示和監測，以此來有效實現精細化設備管理，有效降低工作人員的工作強度。

4 物聯網的未來發展趨勢

物聯網屬于互聯網的一種延伸和拓展，通過傳感技術、定位技術、通信技術以及先進的計算機技術應用，可以實現物和物、物和人以及人與人之間的信息交流和連接，屬于對物理且進行數字化反映和體現，并且通過數據處理工作作出相應的反應和操作，屬于一種比較先進的信息通信系統。在工業產業發展過程中，物聯網和工業互聯網等相關概念，本質意義上屬于相同的，主要是通過打通工業生產活動和企業經營等各項管理工作內容，推動企業內外部資源的合理共享，有效建立起工業生態創新業務工作模式，有效推動企業的發展轉型。從整體的技術革新和發展趨勢上進行分析，物聯網技術在使用工作過程中，第一階段是以獨立運行為主體的垂直封閉模式；第二階段是以資源共享化為特征的第一次水平化，在終端層面，可以實現與各類業務終端進行標準化介入與數據整合；第三階段主要是以能力開放為特征的二次水平化，在終端層引入邊緣計算和智能化技術應用，可以實現各項功能的拓展。

5 結語

綜上，未來的發展中，傳統的配電臺區設備檢測和維護工作方法，將會逐漸被更加先進的互聯網技術所取代，將會有更多工作流程被智能控制系統所代替，全面提高配電臺區的運營管理工作效果，降低不必要的人力資源投入量，推動我國電力產業不斷朝著更高目標發展。