智能變電站中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

馬濤

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們逐漸意識到可持續(xù)發(fā)展的重要。我國對可再生能源的分配與利用逐漸重視。世界對智能電網(wǎng)投入巨大的資金進(jìn)行研究，這是因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)的發(fā)展迫在眉睫，利用先進(jìn)的通訊，信息和控制技術(shù)打造出自動化，數(shù)字化和互動化的智能電網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)能夠通過傳感器進(jìn)行傳統(tǒng)非聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品與網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)行數(shù)字化，自動化控制和監(jiān)控。智能變電站要求站內(nèi)全部信息化，數(shù)字化和智能化，可根據(jù)自我數(shù)據(jù)能力完成更高級的控制功能。而物聯(lián)網(wǎng)是是建立在物與物，人與物之間的網(wǎng)絡(luò)，它通過一定的功能實(shí)現(xiàn)智能化，完成物與物，人物人之間的信息傳播。物聯(lián)網(wǎng)作為智能變電站的信息傳播的連接，是智能變電站發(fā)展的重要輔助。當(dāng)然，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對智能變電站內(nèi)高壓設(shè)備的在線檢測和監(jiān)控有了更高的技術(shù)要求。對于智能化，自動化，數(shù)據(jù)化人們又做出了更多的努力。本文就智能變電站中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用展開探討。

關(guān)鍵詞：智能變電站;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);輔助系統(tǒng)

引言

目前智能電網(wǎng)建設(shè)尚在起步階段，如何從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的角度審視智能電網(wǎng)的功能需求搭建智能電網(wǎng)的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，尚待進(jìn)一步深入研究探討，尤其智能配電站這個環(huán)節(jié)至關(guān)重要。物聯(lián)網(wǎng)是一個形式多樣、涉及社會及生活各個領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)。

1智能電網(wǎng)功能需求分析

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到智能電網(wǎng)之中，可使得整個電力系統(tǒng)的信息化程度有大幅的提升，自動化水平也會得到進(jìn)一步增強(qiáng)。智能電網(wǎng)是相對傳統(tǒng)電網(wǎng)的升級和跨越，目前還沒有一個明確的定義，但它代表了電力系統(tǒng)的未來發(fā)展方向，強(qiáng)調(diào)的是“堅(jiān)強(qiáng)”和“智能”兩個基本內(nèi)涵。所謂“堅(jiān)強(qiáng)”，即是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以對故障進(jìn)行有效的防御，確保外力造成的損壞切實(shí)降低，抵擋自然災(zāi)害的能力有大幅的增強(qiáng)。在現(xiàn)代通信技術(shù)的支持之下，通過大數(shù)據(jù)分析智能決策控制，使得電力流、信息流以及業(yè)務(wù)流等能夠真正整合為一體。由此來說，就是家庭、公共以及工廠等方面的電力網(wǎng)絡(luò)均要納入到智能電網(wǎng)之中，同時還要能夠?qū)﹄娫?、用戶的接入以及退出有效兼容?/p>

2電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組成

依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，電力物聯(lián)網(wǎng)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3層。（1）感知層。感知層主要通過部署各種新型微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器、嵌入式智能傳感器、智能采集設(shè)備等實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)相關(guān)信息的識別和采集。（2）網(wǎng)絡(luò)層依托電力信息通信網(wǎng)如電力無線寬帶網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)、光傳輸網(wǎng)、公共通信網(wǎng)絡(luò)等，實(shí)現(xiàn)感知層和應(yīng)用層之間的電力信息傳輸。（3）應(yīng)用層主要采用智能計(jì)算、模式識別等技術(shù)對感知層所感知的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合分析和處理，實(shí)現(xiàn)智能化決策、控制和服務(wù)。依據(jù)美國能源部關(guān)于智能電網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，智能電網(wǎng)主要由輸電自動化、系統(tǒng)協(xié)同與態(tài)勢評估、系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度、配電自動化、可再生能源接入、能源效率、分布式發(fā)電與儲能、需求參與信號和方案，以及智能家電9大部分組成。圖1給出了一個從電力產(chǎn)生一直到被傳送到終端用戶的過程。首先，由發(fā)電廠（包括煤電、水電、核能、太陽能、地?zé)峒帮L(fēng)能等）將電力生產(chǎn)出來。為了減少遠(yuǎn)距離傳輸所產(chǎn)生的線路損耗，一般是生產(chǎn)和傳輸高壓電（110kV～400kV）。然后通過分發(fā)網(wǎng)絡(luò)傳送給終端用戶。分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的特性在于其是層級結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)，高壓線與（初級）變電站相連并將電壓由高壓降低至中壓，中壓進(jìn)一步通過二次變電站降至低壓。一般通過一次變電站通常減少40kV～60kV，線電壓慢慢降低直到達(dá)到用戶變壓器的要求，或通過二次變電站達(dá)到380/220V。在變電站經(jīng)過一連串的變壓后，將電流從電力源頭傳輸至每個最終用戶，并在終端用戶處利用智能電表監(jiān)測電力的使用情況，或完成其他功能。例如，在控制中心通過數(shù)據(jù)分析工具、智能決策系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。顯然，智能電網(wǎng)是一個龐大復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用系統(tǒng)。從電力物聯(lián)網(wǎng)的組成來講，有多種智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案，可以實(shí)現(xiàn)對發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度等各個環(huán)節(jié)的智能化。目前，電力物聯(lián)網(wǎng)可以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的典型系統(tǒng)為：①在電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)，建立風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電廠微氣象監(jiān)測系統(tǒng)，保證水電站安全運(yùn)行的大壩監(jiān)測系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、火力發(fā)電站的煙氣排放監(jiān)測系統(tǒng)等。②在輸配電環(huán)節(jié)，建立輸電線路在線動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，桿塔安全防護(hù)系統(tǒng)，高壓電氣設(shè)備溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，智能變電站綜合自動化系統(tǒng)，包括二次變電站的監(jiān)控和變電站狀態(tài)檢修、智能巡檢系統(tǒng)等。③在用電側(cè)，建立智能用電服務(wù)系統(tǒng)包括智能計(jì)量、智能用電小區(qū)服務(wù)系統(tǒng)、電動汽車智能充放電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、用電信息采集以及電力資源管理系統(tǒng)等。然后，再將這些智能化系統(tǒng)綜合集成，即可實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基本功能。

3變電站智能輔助控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

自2009年8月，國家電網(wǎng)公司確定了第一批智能變電站建設(shè)試點(diǎn)工程以來，我國已完成了多個智能變電站的新建及改造工程，并計(jì)劃在“十二五”期間新建5100座智能變電站。2011年，國家電網(wǎng)公司印發(fā)的文件指出智能變電站中宜配置一套智能輔助控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖像監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警、消防、照明、采暖通風(fēng)、環(huán)境監(jiān)測等系統(tǒng)的智能聯(lián)動控制，簡化系統(tǒng)配置。因此，目前針對智能變電站建設(shè)及改造工程中，將開發(fā)變電站智能輔助控制系統(tǒng)作為一個必不可少的組成部分。目前，已建的傳統(tǒng)變電站及部分智能變電站配置的圖像監(jiān)視、安全警衛(wèi)、火災(zāi)報(bào)警、消防、排水、采暖通風(fēng)等輔助生產(chǎn)系統(tǒng)都是獨(dú)立設(shè)置的，距離智能變電站的智能化要求還有較大差距。在設(shè)備巡視方面，電力設(shè)備的巡視仍以人工巡視為主，巡視的質(zhì)量人為因素較大，由于人員的素質(zhì)不同造成巡視質(zhì)量參差不齊。人員需對巡視的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析才能確定處理辦法，而現(xiàn)場運(yùn)行人員通常又不具備這樣的能力。在現(xiàn)場檢修方面，維護(hù)工作中的停電、供電等操作依然由人來判斷所要操作的間隔是否正確，由于設(shè)備都是基本相同，容易造成誤操作現(xiàn)象的發(fā)生，沒有好的手段進(jìn)行可靠的防范。當(dāng)前，部分新建的智能變電站則根據(jù)國家電網(wǎng)印發(fā)的文件，配置了相應(yīng)的變電站智能輔助控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對變電站的智能監(jiān)測、輔助控制等功能，提高變電站的智能化水平，減少人力的需求。由于變電站智能輔助控制系統(tǒng)的建設(shè)還處于試點(diǎn)階段，國家電網(wǎng)出臺的相關(guān)指導(dǎo)文件很大程度上還比較宏觀，對于一些具體的細(xì)節(jié)通常會缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，需要經(jīng)過不斷總結(jié)分析才能從中獲取有用的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而提升系統(tǒng)的水平。

4物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中應(yīng)用的案例

（1）智能變電站的維修檢測。變電站中使用物聯(lián)網(wǎng)可以進(jìn)行定期的檢測，對出現(xiàn)問題的設(shè)備及時做出警報(bào)和及時維修，這樣就減少了在排查時所浪費(fèi)時間對設(shè)備的傷害。變電站的維修可以增長設(shè)備的使用壽命和提高設(shè)備的使用效率，也減少因?yàn)樵O(shè)備維修而對生活帶來的不必要麻煩。（2）線路動態(tài)評分。線路在使用過程中會出現(xiàn)電路的老化，若及時使用物聯(lián)網(wǎng)對設(shè)備進(jìn)行排查。在惡劣天氣時可以控制電路的輸出，防止惡劣天氣對對電線傷害。

結(jié)語

在進(jìn)行智能電網(wǎng)建設(shè)之時，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)予以有效應(yīng)用，可使得通信基礎(chǔ)設(shè)施以及電力系統(tǒng)設(shè)施等方面的資源得到整合，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)效性，并確保其信息化水平達(dá)到新的高度，使得電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施得到充分利用，達(dá)成變電站智能管理的目標(biāo)。

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