物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

鄭瑩 郝斌 胡常鑫 盧迪

摘要：近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展進步，涉及電網(wǎng)規(guī)劃、道路交通、環(huán)境監(jiān)測、公共安全等多個領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用。電網(wǎng)中的發(fā)、輸、變系統(tǒng)之間通過電力通信系統(tǒng)已實現(xiàn)全覆蓋，達到滿足業(yè)務(wù)需求的信息采集。

關(guān)鍵詞：配電物聯(lián)網(wǎng)，智能感知，數(shù)據(jù)融合

當前階段，各行各業(yè)的發(fā)展建設(shè)均對電力系統(tǒng)運行控制效率與穩(wěn)定性提出了新的需求與調(diào)整。此環(huán)境下，電力系統(tǒng)建設(shè)人員應(yīng)將電網(wǎng)智能化，作為當前及未來的主要發(fā)展方向，以加快實現(xiàn)系統(tǒng)運行的信息化、自動化以及可靠性等功能目標。然而，在實踐過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)智能電網(wǎng)中的應(yīng)用效果并不理想，這就阻礙了電力行業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展，進而在一定程度上拖慢了涉及地區(qū)的現(xiàn)代化經(jīng)濟建設(shè)步伐。為此，研究人員應(yīng)從智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)電、輸變電、配電以及用電環(huán)節(jié)出發(fā)，以使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠高效服務(wù)于現(xiàn)代化經(jīng)濟建設(shè)背景下的全面發(fā)展進程

1物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用特點

按照新一代電網(wǎng)發(fā)展的需求，為更好地利用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，以實現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備、人與設(shè)備之間信息交互，加快物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)的相互融合和促進。（1）在設(shè)備狀態(tài)檢修中的應(yīng)用。在電網(wǎng)的設(shè)備狀態(tài)檢修中，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以更準確地感知設(shè)備的運行狀況，對缺陷管理提供更多的技術(shù)支持，與常規(guī)的設(shè)備檢修比較，利用變電站的檢測輔助系統(tǒng)，是的狀態(tài)檢修工作更加透明化，科學(xué)化。（2）在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用。在配網(wǎng)自動化的建設(shè)體系基礎(chǔ)上，通過配電網(wǎng)的電力載波通信、無線局域網(wǎng)、Zigbee解決了對用電信息的感知與采集，改善了以往遠程監(jiān)測信號差的問題。在電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)檢測的基礎(chǔ)上，通過識別作業(yè)人員身份，以及與作業(yè)人員進行視頻互動，可以對現(xiàn)場狀態(tài)檢修的標準化作業(yè)進行指導(dǎo)糾偏[2，3]。（3）在設(shè)備巡檢中的應(yīng)用。利用電力系統(tǒng)成熟的數(shù)據(jù)庫，搭載先進的激光掃描技術(shù)，對電力系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備進行狀態(tài)感知識別。同時利用射頻識別技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)對運行狀態(tài)中的設(shè)備進行實時監(jiān)測。

2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)中的運用

研究表明，要想使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用提高整個電力系統(tǒng)的智能化建設(shè)，需從智能電網(wǎng)的發(fā)電環(huán)節(jié)入手，即將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于電廠設(shè)備的管理、光伏發(fā)電以及巡檢等工作，以將技術(shù)應(yīng)用的效果價值充分發(fā)揮出來。具體來說，就是將傳感測量、數(shù)據(jù)挖掘信息共享以及無線通信技術(shù)作用于智能電網(wǎng)中，以使相關(guān)人員獲取分布式電源的功率變化，進而將電源的出力控制在既定的范圍內(nèi)。這樣一來，不僅消除了分布式電源使用工程中對電網(wǎng)帶來的擾動影響，還能滿足智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的需求。從上述內(nèi)容中能夠發(fā)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，幫助電力系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能減耗。尤其是對電網(wǎng)發(fā)電、電網(wǎng)供電等方面，積極開展實時監(jiān)測，對電力系統(tǒng)適當調(diào)節(jié)。幫助電力系統(tǒng)提高設(shè)備運行期間的安全性與穩(wěn)定性，實時監(jiān)測期間，及時了解設(shè)備運行狀況，提高風險評估能力，及時發(fā)出風險預(yù)警。提高了人身安全的保障性。電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)中，需要執(zhí)行檢修，倒閘等技術(shù)操作，這些都要求專業(yè)人員完成，物聯(lián)網(wǎng)對這些工作人員采取定位跟蹤的方式，保障工作人員安全，防止因為操作上的失誤造成各種傷害事件發(fā)生。物聯(lián)網(wǎng)積極實施無紙化應(yīng)用研究。尤其是電氣設(shè)備掃描方面，采取電子標簽的方式，獲取臺賬以及各種檢修信息，這樣的形式很好的取代了手抄數(shù)據(jù)方式，既實現(xiàn)了節(jié)約、節(jié)能，又能夠提高數(shù)據(jù)記錄效率。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)應(yīng)用，為其節(jié)省了很多不必要的步驟，同時還將工作效率進行了提升，雖然這方面還需要一段時間的磨合，但是只要結(jié)合發(fā)展實際為基礎(chǔ)，對電網(wǎng)企業(yè)中的電力設(shè)備、生產(chǎn)人員以及管理人員進行物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)培訓(xùn)，提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量，真正將電網(wǎng)企業(yè)中的物與物、人與人之間實現(xiàn)信息交互，就能夠提高發(fā)電環(huán)節(jié)運維能力，提高電力企業(yè)整體的管理水平以及運營水平。

3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)輸變電環(huán)節(jié)中的運用

電力系統(tǒng)輸變電環(huán)節(jié)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可從兩方面進行分析研究，一方面，輸電過程應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，就是通過遍布電網(wǎng)傳感器，以實時監(jiān)測系統(tǒng)涉及線路的運行狀態(tài)。當反饋給調(diào)度系統(tǒng)全局電能損耗情況后，就可幫助調(diào)度人員充分掌握系統(tǒng)的運行方式，進而采取最具效用的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)措施，以降低傳輸網(wǎng)損。另一方面，變電緩解，就是運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對智能電網(wǎng)進行巡檢，以提高所處電力系統(tǒng)的故障處理能力以及縮短檢修實踐。此外，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還可構(gòu)建傳感器檢測網(wǎng)絡(luò)，即全方面分析變電站運行的各個影響因素，進而提高智能設(shè)備管理的可靠性與經(jīng)濟性。在傳感網(wǎng)測控數(shù)據(jù)平臺前提下建立的智能檢測與輔助控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了圖像化監(jiān)視、火災(zāi)報警以及采暖通風等功能，成功解決了輔助系統(tǒng)獨立運行、管理工作繁重等局限問題。3、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)配電環(huán)節(jié)中的運用在電力系統(tǒng)的配電環(huán)節(jié)，智能化目標的實現(xiàn)，需更為迅速的反映故障，以保證電力供應(yīng)的可靠性。而目前電力系統(tǒng)智能電網(wǎng)采用的配電設(shè)置為：光纖通信與載波通信以及無線寬帶技術(shù)等，并不能保證系統(tǒng)運行的安全性與經(jīng)濟性。為此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人員應(yīng)將工作重點放在配電終端與配電主站之間的通信問題控制，以將配電網(wǎng)涉及設(shè)備與部件均與物聯(lián)網(wǎng)進行連接，以完成智能電網(wǎng)系統(tǒng)所提出的配網(wǎng)通信工作。與此同時，還應(yīng)實現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)的信息控制目標，即遙控、遙測與遙信，以避免GPS與載波通信技術(shù)應(yīng)用過程出現(xiàn)的問題局限。如此，電力系統(tǒng)智能電網(wǎng)的配電環(huán)節(jié)，就能最大限度的避免運行過程受外界環(huán)境因素影響而出現(xiàn)的故障。

4電力物聯(lián)網(wǎng)在中壓側(cè)的方案

我國目前的10kV配電網(wǎng)中，接地故障占比故障總量的65%以上，有些地區(qū)甚至占到80%以上，所以進一步提高對單相接地故障的檢測準確，對于提高區(qū)供電可靠性具有重要意義。4.1方案比較與方案制定

利用故障指示器。利用安裝在導(dǎo)線上的故障指示器，檢測線路的電壓、電流等信號，當發(fā)生故障時，故障指示器通過顏色或發(fā)光等狀態(tài)變化給出判斷指示。但故障指示器在處理故障時運算簡單，對復(fù)雜的故障需結(jié)合多種數(shù)據(jù)分析，準確率不高，造成誤判的情況時有發(fā)生，對故障區(qū)段的位置判斷還需通過主站的分析比對，故障判斷超前性不足。利用分界開關(guān)。分界開關(guān)保護的整定值需要與系統(tǒng)保護相互配合，否則容易造成誤動作或越級跳閘。分界開關(guān)對故障的判斷類型有所局限，并且對設(shè)備的選型要求很高，對于單項接地故障無法及時做出判斷，只能依靠手動操作與變電所相互配合，看是否接地故障消除。注入信號法。注入S信號法是通過母線上的電壓互感器向接地相的線路注入S信號電流，然后通過專門的信號探測儀器查找故障線路。脈沖注入法是周期間歇性的信號，相對S信號注入法，其頻率更低，便于控制。兩種方法的投資成本都很高，受到電壓互感器的上限容量控制。此外，當系統(tǒng)發(fā)生間歇性電弧接地時，注入的信號特征將被破壞，無法進行有效的檢測。穩(wěn)態(tài)零序電流法。通常情況下，接地故障的電流很小，當故障點頻繁故障，導(dǎo)致通過穩(wěn)態(tài)電流檢測到故障的可靠性就降低了，抗干擾能力不強，對瞬時性接地故障無法判斷。在諧振系統(tǒng)中，應(yīng)用穩(wěn)態(tài)電流法需要調(diào)整變電所內(nèi)的消弧線圈補償度或者投入中電阻，并且存在一定隱患，當電阻不能及時切除會造成故障電流增大，特別是電纜線路故障時，極易造成相間短路，對系統(tǒng)故障點的破壞程度擴大了。暫態(tài)法。用暫態(tài)法來檢測進行故障選線與定位，不需要加裝其他設(shè)備，相對來講投資小，但是檢測方法相對被動。各個終端檢測設(shè)備都需要向主站傳送故障錄波數(shù)據(jù)，對通信系統(tǒng)的要求會很高，并且主站對故障選線定位的算法相對復(fù)雜，不同廠家的產(chǎn)品配合起來存在一定的問題。

4.2建設(shè)方案

當故障接地電阻很大時，對于暫態(tài)接地電流，它的幅值也只有幾安倍，以上所討論的方法都會因為檢測的信號過小而失去作用。因此，本方案設(shè)計基于“相不對稱”接地檢測方法，用于改善小電流接地故障檢測不足的問題。“相不對稱”檢測手段是基于接地故障發(fā)生時的暫態(tài)特征的檢測，但與傳統(tǒng)的暫態(tài)檢測不同，從相電流對稱的角度入手，去獲取更有實用意義的穩(wěn)定的故障判據(jù)。圖1為故障線路與非故障線路相電流變化。

結(jié)束語：

通過廣泛應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實現(xiàn)配電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)，大力提高數(shù)據(jù)感知應(yīng)用能力。實現(xiàn)電力設(shè)備狀況的全面感知，網(wǎng)絡(luò)信息高速處理、智能應(yīng)用便捷靈活，為配電網(wǎng)安全可靠運行、提高企業(yè)經(jīng)營利潤、改善服務(wù)水平提供強有力的數(shù)據(jù)資源支撐。

參考文獻

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