浅谈泛在电力物联网的配电系统关键技术研究
摘要基于物联网的智能运维系统比传统的电网更具优势可实现信息获取数据集成状态感知及差异化运维等功能为电力系统的安全运行提供有力保障探讨了电力物联网的理论基础及主要框架分析了配电系统的智能运行与维护技术利用物联网技术优势构建了一个基于物联网的智能配电网管理系统可实时监控配电网有效解决了存在的问题保障配电网的安全可靠
关键词配电系统电力物联网智能运行维护技术
0引言
物联网技术旨在构建一个能够实现电力用户发电企业及供应商之间沟通的网络对电力市场进行监控从而提升工作效率及竞争力基于这一理念电力物联网注重将能量流信息量业务流有机结合在一起为用户提供实时准确的数据提高企业配网发展的科学性及配网系统的安全性及稳定性为实现配电网的稳定发展需不断完善智能化运行及维护管理技术大大降低系统风险保障电力安全实现可靠供应
1电力物联网的体系架构
1.1感知层
电力物联网中感知层承担着神经末梢的作用可对系统的运行状况进行感知对系统出现的意外情况做出预警通过配电系统的智能化将变压器电表等各类终端设备纳入到感知层通过对感知层的风险评价进一步提高智能配电网的抗风险能力下图为电力物联网的多级结构可满足不同的应用需求
1.2网络层
网络层在电力物联网中起着至关重要的作用可确保网络的稳定性及可靠性主要分为两种类型:内部专网和外部互联网随着技术的发展通信方式发生了巨大的变化这将直接影响系统的整体性能电力线载波与230MHz无线传输技术已被广泛应用于电力通信领域改善了网络性能电力物联网网络层的安全管理至关重要其不仅能够防止黑客入侵还能确保整个智能配电系统的正常运行为有效减少智能配置系统中的互联网攻击风险需采用多种不同的通信协议
1.3平台层
物联网平台层的强大功能令系统数据交互与融合变得更加容易利用大数据存储与分析技术可以更加地处理传统能源生产模式下的碎片化信息存储消除信息孤岛借助在线信息平台与云数据实现对电网运行数据的实时收集与处理确保电网的安全可靠通过电力数据共享机制更好地推进电力行业的发展
1.4应用层
应用层可实现多种业务如为客户提供能源服务维护电力网络及管理综合能源系统等在应用层的引导下用户可实时与智能配电系统进行交互获得完整的系统数据信息
2面向配用电系统的电力物联网关键技术
2.1感知层关键技术
感知层可确保系统获取信息的准确性实现快速响应现代化智能配电系统的感知层监控范围越来越广监控数据的复杂性越来越高应加强创新满足智能配电系统的多元需求提高系统的运行效率及可靠性在研发新型电力物联网装置时应充分考虑尺寸环境条件及电磁兼容性等因素达到较佳效果满足电力行业的发展需求为了更好地监控配电系统设备需完善传感器设置方案按照空间正四面体传感器节点部署思路充分利用各种传感器的优势提高感知层的整体感知效果
2.2网络层关键技术
信息传输中有许多不同的业务类型需要配电通信系统的支持随着可用接口越来越多泛在感知的信息量及数据的多样性不断攀升开发强大的路由策略来支持自组网已成为一种必然需确保底层接入网的控制及状态信息的及时传递为了更好地发挥网络潜力人们不断探索新的技术手段提出相应的算法基于配网系统与通信系统之间的耦合关系提出拓扑势方法以实现系统间的协同规划随着物联网技术的引入需充分关注与其相关联的信息安全风险实现安全访问及信息控制而一系列技术的应用则是解决这些问题的关键主要方法包括数据加密安全路由身份认证及访问控制等
2.3平台层关键技术
平台层处理的数据量十分庞大呈现高冗余度多样化格式等特点其关键技术包括数据融合技术数据存储技术等可加速对大规模系统数据进行聚合及整理实现数据的较大价值在数据融合技术的支持下配电系统数据信息可实现三个层次的有效整合即数据层特征层及决策层此外加权平均聚类分析及贝叶斯估计等多种融合方法也能够发挥出一定的作用NoSQL是一种广泛应用于数据存储领域的技术包括BigTableF1Cosmos等大型数据存储模型可有效支持复杂的数据处理及分析目前智能配电网的监控覆盖面有限需大力开发平台层的数据分析技术以实现数据共享
2.4应用层关键技术
在电力物联网应用层中态势感知与主动优化运行是核心技术态势感知技术可及时发现并有效识别可能存在的安全隐患对其采取必要的措施进行处理可将智能配网的态势感知划分为三个阶段即观察理解及预测确保整个系统的较佳性能采用主动优化运行技术可根据用户需求实施合理的供电价格调整更好地满足用户需求有效提升用户满意度提升电力企业经济效益实现智能配电系统的可持续发展
3电力物联网的配电系统智能运行的应用
3.1配电网运行状态在线监测与风险评估
目前配电网决策进程中没有获得足够的信息技术支持因此当电力设备出现故障时进行维修新型负荷的出现令配电网的安全性及可靠性面临着更大的挑战电力物联网技术为配电系统的智能运行提供保障可即时检视电力装置的运作状况评估其对配电网的影响排除可能存在的计时误差风险丰富了在线检测手段在稳定的通信系统中可通过站点来进行不同的检测及时发现故障还可对网络安全风险进行评估对配网运行历史数据进行提取分析对现场风险进行实时评估及时发现容易受到攻击的系统运用人工智能技术提升电力供应的稳定性
3.2配电系统规划与综合能源协调运行
为了满足人们的日常需求需对电力交通供暖燃气等基础设施进行规划建设电力物联网可实现对电力气力水力热力等多种资源的有效管理对其进行有效分配及协调优化可为城市的可持续发展提供支撑随着我国电力工业的快速发展各种不同类型的能源日益融合出现了大量的协同利用提高智能配电网的灵活性及自主性是亟待解决的问题未来配电网将与其他系统相结合适应综合能源的使用需求在物联网架构下配电网具有较高的自主性以其感知的各类大数据为依据构建高精度的综合分布与预测模型借助边缘计算提高非平稳环境下配电网的灵活性结合云计算技术对多种不同类型的能量进行分析实现合理利用通过对电力系统的大数据分析建立一个的电力失控分布模型更好地掌握电力系统运行状况利用物联网技术进行计算建立分布式电源及储能系统准确控制用户负载利用大数据处理技术对风光机组进行精细化分类更准确地调整配电网络获取有效数据
3.3用户个性化用能服务
传统的配电网中用户受电终端只能被动参与配电网运行虽然分时电价可以将电量从峰值转移到低谷较大限度地利用电能但此方法还不完善物联网技术的应用范围不断扩大其终端及网络能够与用户建立更加紧密的联系可增设屋顶光伏电站安装小型风机拓宽用户获取电能的途径随着智能终端的普及如智能空调热水器及电动汽车等用电信息不断变化将成为电力物联网的重要信息来源配电网需为客户提供多样化的服务引导客户参与配电网的运营以定制化的个性化服务为核心实现对配电网的较优配置提高配电网的稳定性电价调整机制是对用电客户的一种激励通过建立一个分层的配电网架构将电网侧的资源与用户侧的设备有效整合在一起实现集成调度的目标如将建筑暖通电冰箱热水器等作为资源平衡的微网联络结构对其功率进行计算实现对配电网络的有效调整从而有效控制储能系统的建设投资成本实现节能减排的目标
4配电系统的运行维护技术
4.1周期性维护技术
为有效解决配电系统运行中的问题应加强周期性维护技术的应用按照规定定期巡视及时发现并处理智能运行中存在的问题确保系统安全稳定为了更好地发挥周期性维护技术的作用确保其覆盖面广泛精细化水平达到较佳不断加强巡检维护与配电系统智能运行之间的联动各部门协同配合共同完成配电系统的智能运行维护充分发挥周期性维护技术的重要作用
4.2特殊性维护技术
如果在监控配电系统时发现了安全隐患需分析其表现形式及影响制定适当的维修方案降低风险确保配电系统的运行符合电力物联网的需求配电系统较为复杂涉及的设备众多需建立一套完善的智能管理体系对所有设备进行监测及时发现故障保证系统的正常运行充分利用电力物联网技术大大提升配电网的智能化运营及故障维修水平有效推动电力工业的智能化发展
5 Acrel-EIOT能源物联网云平台
（1）概述
Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台建立统一的上下行数据标准为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台用户仅需购买安科瑞物联网传感器选配网关自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务
该平台提供数据驾驶舱电气安全监测电能质量分析用电管理预付费管理充电桩管理智能照明管理异常事件报警和记录运维管理等功能并支持多平台多语言多终端数据访问
（2）应用场所
本平台适用于公寓出租户连锁小超市小型工厂楼管系统集成商小型物业智慧城市变配电站建筑楼宇通信基站工业能耗智能灯塔电力运维等领域
（3）平台结构
（4）平台功能
电力集抄
电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询分析预警及综合展示以保证配电室的环境友好在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'遥信遥控控制对系统进行综合检测和统一管理在数据资源管理方面可以显示或查询供配电室内各设备运行（包括历史和实时参数并根据实际情况进行日报月报和年报查询或打印提高工作效率节约人力资源
变压器监控
配电图
能耗分析
能耗分析模块采用自动化信息化技术实现从能源数据采集过程监控能源介质消耗分析能耗管理等全过程的自动化科学化管理使能源管理能源生产以及使用的全过程有机结合起来运用数据处理与分析技术进行离线生产分析与管理实现全厂能源系统的统一调度优化能源介质平衡有效利用能源提高能源质量降低能源消耗达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的
能耗概况
预付费管理
1）登陆管理管理操作员账户及权限分配查看系统日志等功能
2）系统配置对建筑通讯管理机仪表及默认参数进行配置
3）用户管理对商铺用户执行开户销户远程分合闸批量操作及记录查询等操作
4）售电管理对已开户的表进行远程售电退电冲正及记录查询等操作
5）售水管理对已开户的表进行远程售水退水记录查询等操作
6）报表提供售电售水财务报表用能报表报警报表等查询本系统所有的报表及记录查询都支持excel格式导出
预付费看板
充电桩管理
通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控同时对各类故障如充电机过温保护充电机输入输出过压欠压绝缘检测故障等一系列故障进行预警云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能包括城市级大屏交易管理财务管理变压器监控运营分析基础数据管理等功能
充电桩看板
智能照明
智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等降低路灯设施的维护难度和成本提升管理水平并达到一定节能减挂的效果
监控页面
安全用电
安全用电采用自主研发的剩余电流互感器温度传感器电气火灾探测器对引发电气火灾的主要因素（导线温度电流和剩余电流）进行不间断的数据跟踪与统计分析并将发现的各种隐患信息及时推送给企业管理人员指导企业实现时间的排查和治理达到消除潜在电气火灾安全隐患实现防患于未然的目的
智慧消防
通过云平台进行数据分析挖掘和趋势分析帮助实现科学预警火灾网格化管理落实多元责任监管等目标填补了原先针对九小场所和危化品生产企业无法有效监控的空白适应于所有公建和民建实现了无人化值守智慧消防实现智慧消防自动化智能化系统化用电管理精细化的实际需求
6结论
在电力物联网环境下配电网长期运行会产生一些故障需基于电力物联网技术不断优化配电系统的智能运行及技术维护防止外部因素干扰确保配系统智能运行与维护技术之间的相关性凸显配电系统运行的智能化满足电力物联网对配电系统运行的需求
参考文献
[1]李振江,李恺.基于电力物联网的配电系统智能运行与维护技术
[2]张导,易剋燈,王健.基于电力物联网的配电系统智能运行与维护技术［J］
[3]王晓光.基于电力物联网的配电系统智能运行与维护技术［J］
[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版
