淺析智慧電網中的核心功能和關鍵技術

彭灝川 鄭琰

（1.四川金能電力設計有限公司 四川 成都 611130；2.湖南星電集團星電勘測設計監(jiān)理有限公司 湖南 長沙 430103）

引言

物聯網技術的迅速發(fā)展，促進了各行各業(yè)的人與物,物與物的高速信息交互。電網的設備物聯化，是依托物聯網技術在電網領域的融合與應用。

智慧電網建設是在主配網的設備物聯化頂層設計基礎上，進行核心功能需求分析，開展關鍵技術裝備攻關，實現融合應用，推動電網運行模式向智能化、數字化、高效化方向發(fā)展，進一步提高電網的自愈性、兼容性和交互性，以數字化革命驅動能源互聯網發(fā)展。

1 智慧電網的頂層設計

主配網的設備物聯化頂層設計架構可分為三個層級：物理感知層、網絡傳輸層和平臺應用層。

物理感知層是智慧電網的底層基礎，它由各類應用于電氣設備的傳感器和傳感網絡組成，對電氣設備的狀態(tài)信息進行傳感、采集和匯聚。

網絡傳輸層是智慧電網的關鍵紐帶，由接入編碼、解碼器和接入網關等設備組成，用于實現底層感知與平臺應用間的數據傳輸。

平臺應用層是智慧電網的中樞神經和上層建筑，利用高級管理功能，對物聯網中的各類傳感器及節(jié)點設備進行平臺化管控，配備邊緣計算功能，并可遠程實現對各網絡節(jié)點不同設備的差異化算法配置，并據此建立數據應用、業(yè)務管理等系統(tǒng)，用于高級數據應用和運行檢修業(yè)務管理。

2 智慧電網的核心功能

智慧電網的核心功能至少包括三大板塊：一是變電站設備的智慧化，二是輸配電網絡的智慧化，三是電網巡檢的智慧化。

2.1 變電站設備智慧化核心功能

2.1.1 變電設備狀態(tài)智能感知

采用高頻局放、油色譜、紅外測溫、振動傳感、壓力變送、機械特性、溫濕度等智能在線監(jiān)測傳感器，對變電站的主變、GIS、斷路器、避雷器、電容器等核心設備的電氣量、狀態(tài)量、動作量及周邊環(huán)境的物理量等數據進行深度感知和實時采集，提升對設備狀態(tài)數據采集的實時性、主動性和精確性。

2.1.2 變電站設備異常狀態(tài)監(jiān)測

利用歷史積累的已知異常運行數據，建立設備異常狀態(tài)檢測體系，在設備狀態(tài)智能感知的基礎上，采用增加關鍵信息的在線監(jiān)測頻次、提高傳感精度或增加傳感類型的方式，更全方位的獲取設備狀態(tài)信息，進行邊緣計算處理，智能判斷設備狀態(tài)。結合各種運行曲線等歷史數據，應用人工智能等技術，智能計算和預測設備狀態(tài)變化趨勢，對異常運行狀態(tài)進行預告警[1]。

2.1.3 變電設備潛在故障風險智能研判

依據電網運行歷史數據、設備信息數據庫、設備缺陷和故障歷史數據庫，利用基于噪聲識別處理、視頻智能識別等大數據智能分析技術，研究和建立以多個風險標志與潛在故障缺陷相關聯的算法規(guī)則，實現對變電設備潛在故障風險的智能研判、主動缺陷識別、應對策略智能推送等功能，形成基于多種風險標志感知的設備潛在故障風險智能研判預警機制。

2.1.4 變電倒閘操作一鍵順控

目前智能變電站的倒閘操作還需依賴人工，操作的及時性、可靠性水平無法滿足智慧電網的建設要求。

智慧電網將通過增設限位、電量數據采樣、壓力傳感、視頻監(jiān)控、姿態(tài)傳感等傳感設備，采用視頻限位雙確認等智能化手段，實現自主化的一鍵順控功能，顯著降低誤操作風險，提升運檢工作效率，提高供電可靠性[2]。

2.2 輸配電網絡智慧化核心功能

2.2.1 架空輸電本體智能監(jiān)測

基于傳感檢測、智能判別等手段，實現輸電線路覆冰、舞動、連接金具溫度、塔基震動、桿塔傾斜等檢測預警。

2.2.2 架空輸電環(huán)境智能預警

基于視頻監(jiān)控、環(huán)境感知等手段，實現對輸電線路通道、塔基地質災害及環(huán)境氣象的可視化監(jiān)控、狀態(tài)預測預警。

2.2.3 高壓電纜隧道環(huán)境智能監(jiān)測

基于電量傳感器、隧道環(huán)境感知等手段，實現電纜本體及隧道環(huán)境全面感知，實現電纜隧道智能監(jiān)測。

2.3 電網巡檢智慧化

利用數字標簽、射頻識別、二維碼等技術，充分應用巡檢機器人、軌道攝像頭等技術裝備，提高電網巡檢的信息化和規(guī)范化水平，實現標準化、智能化作業(yè)模式，最大限度減少巡檢錯漏，提高巡檢作業(yè)的質量效率和設備長期運行的安全穩(wěn)定性[3]。

3 智慧電網的關鍵技術分析

3.1 傳感器關鍵技術

智慧電網高度依賴傳感器關鍵技術。為實現對設備的多維度感知，提高物聯網傳感器的可靠性、適用性和經濟性，重點要在微（低）功率傳感器技術、環(huán)境能量供電技術等方面開發(fā)研究，研制智慧電網專用傳感器。

3.2 傳感網系統(tǒng)、邊緣計算等關鍵技術

海量傳感器數據的傳輸和計算，極大依賴傳感網數據傳輸結構和邊緣計算能力。

為實現傳感器網絡的多場景應用和物理感知層就地數據處理，提高物理感知層的可靠性、經濟性、一致性，從傳感網絡組建技術、邊緣計算技術等多方面研究，研制數據編碼、解碼器等關鍵網絡節(jié)點設備[4]。

3.3 平臺應用層管理軟件關鍵技術

物聯網采用多種通信協(xié)議，對數據接入設備的兼容性要求較高。為滿足多種協(xié)議異構數據接入要求、提升末端設備遠程管控能力、兼容海量數據運算處理、適應算法多變的應用需求，需針對接入網關技術、算法接口擴展技術、數據流分發(fā)及多引擎協(xié)同處理技術進行研究，建立智慧電網物聯化高效管理與應用平臺。

3.4 電網管理高級應用關鍵技術

在上述平臺管理層技術應用基礎上，開發(fā)智慧電網管理高級應用，提供具備靈活擴展的模塊化接入功能，統(tǒng)一的數據接口與算法，以及面向對象的物聯網管理模式，充分發(fā)揮全員應用物聯網技術的主觀能動性，促進末端業(yè)務的積極創(chuàng)新和改進提升[5]。

4 結語

當前，物聯網建設已成為國家重要發(fā)展方向之一。基于物聯網建設的契機，推進智慧電網建設與運維管理的有機結合，要以自主創(chuàng)新為核心，大力研發(fā)智慧電網關鍵技術裝備，推動運行數據共享和高級利用，深度挖掘數據潛力與價值，打造資源富集、良性互動的智慧電力物聯網平臺。