基于電力物聯網的配電系統智能運行與維護技術

李振江,李 愷

(國網山東省電力公司濰坊供電公司,山東 濰坊 261000)

物聯網技術旨在構建一個能夠實現電力用戶、發電企業及供應商之間高效溝通的網絡,對電力市場進行全面監控,從而提升工作效率及競爭力。基于這一理念,電力物聯網注重將“能量流”“信息量”“業務流”有機結合在一起,為用戶提供實時、準確的數據,提高企業配網發展的科學性及配網系統的安全性及穩定性。為實現配電網的穩定發展,需不斷完善智能化運行及維護管理技術,大大降低系統風險,保障電力安全,實現可靠供應。

1 電力物聯網的體系架構

1.1 感知層

在電力物聯網中,感知層承擔著神經末梢的作用,可對系統的運行狀況進行全方位感知,對系統出現的意外情況做出預警。通過配電系統的智能化,將變壓器、電表等各類終端設備納入到感知層,通過對感知層的風險評價,進一步提高智能配電網的抗風險能力。圖1為電力物聯網的多級結構,可滿足不同的應用需求。

圖1 電力物聯網的分層架構體系Fig.1 Hierarchical architecture of power Internet of Things

1.2 網絡層

網絡層在電力物聯網中起著至關重要的作用,可確保網絡的穩定性及可靠性,主要分為兩種類型:內部專網和外部互聯網。隨著技術的發展,通信方式發生了巨大的變化,這將直接影響系統的整體性能。電力線載波與230 MHz無線傳輸技術已被廣泛應用于電力通信領域,極大改善了網絡性能。電力物聯網網絡層的安全管理至關重要,其不僅能夠防止黑客入侵,還能確保整個智能配電系統的正常運行。為有效減少智能配置系統中的互聯網攻擊風險,需采用多種不同的通信協議。

1.3 平臺層

物聯網平臺層的強大功能令系統數據交互與融合變得更加容易,利用大數據存儲與分析技術可以更加高效地處理傳統能源生產模式下的碎片化信息存儲,消除信息孤島。借助在線信息平臺與云數據中心,實現對電網運行數據的實時收集與處理,確保電網的安全、高效、可靠,通過電力數據共享機制,更好地推進電力行業的發展。

1.4 應用層

應用層可實現多種業務,如為客戶提供能源服務、維護電力網絡及管理綜合能源系統等。在應用層的引導下,用戶可實時與智能配電系統進行交互,獲得完整的系統數據信息。

2 面向配用電系統的電力物聯網關鍵技術

2.1 感知層關鍵技術

感知層可確保系統獲取信息的準確性,實現快速響應。現代化智能配電系統的感知層監控范圍越來越廣,監控數據的復雜性越來越高。應加強創新,滿足智能配電系統的多元需求,提高系統的運行效率及可靠性。在研發新型電力物聯網裝置時,應充分考慮尺寸、環境條件及電磁兼容性等因素,達到最佳效果,滿足電力行業的發展需求。為了更好地監控配電系統設備,需完善傳感器設置方案,按照空間正四面體傳感器節點部署思路,充分利用各種傳感器的優勢,提高感知層的整體感知效果。

2.2 網絡層關鍵技術

信息傳輸中有許多不同的業務類型,需要配電通信系統的支持。隨著可用接口越來越多,泛在感知的信息量及數據的多樣性不斷攀升。開發強大的路由策略來支持自組網已成為一種必然,需確保底層接入網的控制及狀態信息的及時傳遞。為了更好地發揮網絡潛力,人們不斷探索新的技術手段,提出相應的算法,基于配網系統與通信系統之間的耦合關系提出拓撲勢方法,以實現系統間的協同規劃。隨著物聯網技術的引入,需充分關注與其相關聯的信息安全風險,實現安全訪問及信息控制。而一系列技術的應用則是解決這些問題的關鍵,主要方法包括數據加密、安全路由、身份認證及訪問控制等。

2.3 平臺層關鍵技術

平臺層處理的數據量十分龐大,呈現高冗余度、多樣化格式等特點,其關鍵技術包括數據融合技術、數據存儲技術等,可加速對大規模系統數據進行聚合及整理,實現數據的最大價值。在數據融合技術的支持下,配電系統數據信息可實現三個層次的有效整合,即數據層、特征層及決策層。此外,加權平均、聚類分析及貝葉斯估計等多種融合方法也能夠發揮出一定的作用。NoSQL是一種廣泛應用于數據存儲領域的技術,包括BigTable、F1、Cosmos等大型數據存儲模型,可有效支持復雜的數據處理及分析。目前智能配電網的監控覆蓋面有限,需大力開發平臺層的數據分析技術,以實現數據共享。

2.4 應用層關鍵技術

在電力物聯網應用層中,態勢感知與主動優化運行是核心技術。態勢感知技術可及時發現并有效識別可能存在的安全隱患,對其采取必要的措施進行處理。可將智能配網的態勢感知劃分為三個階段,即觀察、理解及預測,確保整個系統的最佳性能。采用主動優化運行技術可根據用戶需求實施合理的供電價格調整,更好地滿足用戶需求,有效提升用戶滿意度,提升電力企業經濟效益,實現智能配電系統的可持續發展。

3 電力物聯網的配電系統智能運行的應用

3.1 配電網運行狀態在線監測與風險評估

目前,配電網決策進程中沒有獲得足夠的信息技術支持,因此當電力設備出現故障時必須進行維修。新型負荷的出現令配電網的安全性及可靠性面臨著更大的挑戰,電力物聯網技術為配電系統的智能運行提供保障,可即時檢視電力裝置的運作狀況,評估其對配電網的影響,排除可能存在的計時誤差風險,豐富了在線檢測手段。在穩定的通信系統中,可通過站點來進行不同的檢測,及時發現故障。還可對網絡安全風險進行評估,對配網運行歷史數據進行提取分析,對現場風險進行實時評估,及時發現容易受到攻擊的系統,運用人工智能技術提升電力供應的穩定性。

3.2 配電系統規劃與綜合能源協調運行

為了滿足人們的日常需求,需對電力、交通、供暖、燃氣等基礎設施進行規劃建設。電力物聯網可實現對電力、氣力、水力、熱力等多種資源的有效管理,對其進行有效分配及協調優化,可為城市的可持續發展提供支撐。隨著我國電力工業的快速發展,各種不同類型的能源日益融合,出現了大量的協同利用,提高智能配電網的靈活性及自主性是亟待解決的問題。未來,配電網將與其他系統相結合,適應綜合能源的使用需求。在物聯網架構下,配電網必須具有較高的自主性,以其感知的各類大數據為依據,構建高精度的綜合分布與預測模型,借助邊緣計算提高非平穩環境下配電網的靈活性。結合云計算技術對多種不同類型的能量進行分析,實現合理利用。通過對電力系統的大數據分析,建立一個精確的電力失控分布模型,更好地掌握電力系統運行狀況。利用物聯網技術進行計算,建立分布式電源及儲能系統,準確控制用戶負載。利用大數據處理技術對風光機組進行精細化分類,更準確地調整配電網絡,獲取有效數據。

3.3 用戶個性化用能服務

傳統的配電網中,用戶受電終端只能被動參與配電網運行,雖然分時電價可以將電量從峰值轉移到低谷,最大限度地利用電能,但此方法還不完善。物聯網技術的應用范圍不斷擴大,其終端及網絡能夠與用戶建立更加緊密的聯系,可增設屋頂光伏電站,安裝小型風機,拓寬用戶獲取電能的途徑。隨著智能終端的普及,如智能空調、熱水器及電動汽車等,用電信息不斷變化,將成為電力物聯網的重要信息來源。配電網需為客戶提供多樣化的服務,引導客戶參與配電網的運營,以定制化的個性化服務為核心,實現對配電網的最優配置,提高配電網的穩定性。

電價調整機制是對用電客戶的一種激勵,通過建立一個分層的配電網架構,將電網側的資源與用戶側的設備有效整合在一起,實現集成調度的目標。如將建筑暖通、電冰箱、熱水器等作為資源平衡的微網聯絡結構,對其功率進行精確計算,實現對配電網絡的有效調整,從而有效控制儲能系統的建設投資成本,實現節能減排的目標。

4 配電系統的運行維護技術

4.1 周期性維護技術

為有效解決配電系統運行中的問題,應加強周期性維護技術的應用,按照規定定期巡視,及時發現并處理智能運行中存在的問題,確保系統安全穩定。為了更好地發揮周期性維護技術的作用,必須確保其覆蓋面廣泛,精細化水平達到最佳,不斷加強巡檢維護與配電系統智能運行之間的聯動。各部門協同配合,共同完成配電系統的智能運行維護,充分發揮周期性維護技術的重要作用。

4.2 特殊性維護技術

如果在監控配電系統時發現了安全隱患,需分析其表現形式及影響,制定適當的維修方案,降低風險,確保配電系統的運行符合電力物聯網的需求。配電系統較為復雜,涉及的設備眾多,需建立一套完善的智能管理體系,對所有設備進行全面監測,及時發現故障,保證系統的正常運行。充分利用電力物聯網技術,大大提升配電網的智能化運營及故障維修水平,有效推動電力工業的智能化發展。

5 結束語

在電力物聯網環境下,配電網長期運行會產生一些故障,需基于電力物聯網技術不斷優化配電系統的智能運行及技術維護,防止外部因素干擾,確保配系統智能運行與維護技術之間的相關性,凸顯配電系統運行的智能化,滿足電力物聯網對配電系統運行的需求。