電力物聯(lián)網在智能配電網狀態(tài)監(jiān)測中的應用

劉鴻鵬

（國網吉林省電力有限公司永吉縣供電公司，吉林 吉林市 132000）

引言

建設電力物聯(lián)網是國家電網公司重要發(fā)展方向，基于光纖網絡、大數(shù)據等技術數(shù)據通信技術具有重要地位，為電網實現(xiàn)高度智能化提供技術支撐。如何利用現(xiàn)有數(shù)據獲取電網數(shù)據，解決電網中存在的問題具有重要意義。某電力公司由于廠站自動化遠動，遙測數(shù)據無法實時監(jiān)控。由于缺乏足夠配網自動化設備，部分區(qū)域配電網出現(xiàn)停電狀態(tài)。電力服務中斷由客戶反饋到服務人員處，通過調控中心分析停電信息，搶修人員接受搶修任務進行搶修，客戶對電網公司被動搶修方式投訴率高。

一、電力物聯(lián)網概況

2013 年國務院發(fā)布《關于推進物聯(lián)網有序健康發(fā)展的指導意見》，提出“物聯(lián)網是新一代信息技術的高度集成和綜合運用，具有滲透性強、帶動作用大、綜合效益好的特點，推進物聯(lián)網的應用和發(fā)展，有利于促進生產生活和社會管理方式向智能化、精細化、網絡化方向轉變，對于提高國民經濟和社會生活信息化水平，提升社會管理和公共服務水平，帶動相關學科發(fā)展和技術創(chuàng)新能力增強，推動產業(yè)結構調整和發(fā)展方式轉變具有重要意義?！眹译娋W公司在2009 年提出建設“智能電網”，并在2019 年正式提出建設“泛在電力物聯(lián)網”，將泛在電力物聯(lián)網建設提升到與智能電網建設同等重要的高度。國家電網定義的泛在電力物聯(lián)網是圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，充分應用移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術、先進通信技術，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機交互，具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特征的智慧服務系統(tǒng)。物聯(lián)網技術融合云計算、大數(shù)據、物聯(lián)網、人工智能、三維數(shù)字化建模、虛擬現(xiàn)實等的數(shù)字技術，為實現(xiàn)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、營銷、企業(yè)智能管理等場景智能應用提供支撐。

二、電力物聯(lián)網體系架構

配電網是連接傳輸和用戶的關鍵環(huán)節(jié)。隨著能源互聯(lián)網等戰(zhàn)略部署的發(fā)展，配電網的作用已轉變?yōu)橄嗷ツ茉戳鲃??；ヂ?lián)網技術促進了新能源的轉變，智能電網與互聯(lián)網加技術的結合已成為電氣工程領域的研究熱點。促進電網信息化建設，有效控制電力系統(tǒng)。對電網安全經濟運行的需求日益增加。美國能源部發(fā)布了《2030 年電網長期計劃》，建議在基礎層面集成傳感器，實現(xiàn)通信網絡的無縫連接，提高電力系統(tǒng)的安全運行能力。物聯(lián)網通過無處不在的感知提高了系統(tǒng)安全性。當前配電網存在一些問題，如b .配電網測量覆蓋率低、規(guī)模大、標準化程度低。改造配電網、提高配電網信息水平、向用戶提供多樣化服務是一項緊迫任務。物聯(lián)網技術的整體架構分為傳感器層和應用層。傳感器層設備包括電網電壓電流互感器等各種端子，使控制決策單元能夠知道電網各環(huán)節(jié)的運行狀況。網絡層為動力物聯(lián)網業(yè)務提供通信服務質量，靈活適應實際工作條件，包括傳統(tǒng)互聯(lián)網等。的子菜單。電力線載波和230MHz 無線通信是系統(tǒng)特有的通信模式。信息對電力系統(tǒng)的運行有很大影響。為實現(xiàn)不同協(xié)議設備的互操作性，應針對應用程序級平臺與電源內部專用網絡之間的交互設置協(xié)議轉換等操作。該平臺承載著電網運行數(shù)據，解決了傳統(tǒng)發(fā)電方法存在的問題。Platform-to-Platform 完成網絡級別的實時傳輸數(shù)據收集，并提供跨域共享的數(shù)據資源。應用層是從電力系統(tǒng)向樞紐類型轉變的體現(xiàn)，它基于海量電網運行數(shù)據，適用于綜合電力系統(tǒng)運行等。用來實現(xiàn)電力系統(tǒng)的感知變化效應。

三、基于電力物聯(lián)網的配電網智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計

（一）輸電網解決方案

電網感知。在物聯(lián)網電網采集的基礎上，利用物聯(lián)網技術，在發(fā)電、傳輸、轉換、分配和使用的每個運營環(huán)節(jié)中獲取海量數(shù)據，通過大數(shù)據分析等技術對海量數(shù)據進行數(shù)據挖掘、數(shù)據融合和數(shù)據分析。為了實現(xiàn)從發(fā)電到用電的整體狀態(tài)監(jiān)測，電力運營公司全面動態(tài)地掌握電網運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)每個電網運行環(huán)節(jié)的潛在風險，消除故障，從而提高電網運行的智能水平和穩(wěn)定性，可以實現(xiàn)基于物聯(lián)網性能的電網意識：1）全景顯示：基于地理信息，在傳輸、傳輸、改造、配送和使用的每個運行環(huán)節(jié)中以全景方式顯示設備的運行狀況，通過可視化和三維方式實現(xiàn)對電網設備的三維在線監(jiān)測，以提高意識2）風險識別：對收集到的電網大規(guī)模運行數(shù)據進行深度挖掘和融合，對電網運行狀況進行智能風險評估和風險預警，以幫助運營商提前識別風險、處理事件中的異常以及隨后的風險分析。3）故障排除：實時捕獲各種設備的運行狀態(tài)，快速定位異常故障，并通過跨設備的相關性分析提出故障排除建議，快速解決調度器故障，快速調整電源模式，提高電源可靠性和故障排除相關性。

（二）配網搶修指揮服務功能

該平臺通過采集終端報告的電壓、電流等數(shù)據，對電網配電區(qū)低壓電網的運行特性進行綜合分析和評價，及時實現(xiàn)配電區(qū)多角度全面精細管理，大大提高了特征分析和輔助決策能力。根據配電站和用戶不同運行數(shù)據的變化，準確、及時地預測異常和故障，實現(xiàn)配電網整體運行狀況的實時監(jiān)測，打破以往配電網信息量無法監(jiān)測的現(xiàn)狀，通過數(shù)據信息處理技術智能地判斷停電區(qū)域，促使配電網應急修復被動服務態(tài)勢逆轉，實現(xiàn)主動的nos 修復服務。通信可釋放緊急修復信息，并發(fā)送配電區(qū)的停電信息，以提高維護服務水平，降低投訴率。

（三）配電網運行狀態(tài)在線監(jiān)測與風險評估

目前，配電網決策過程中的信息手段和技術支持還不完善，電力設備壞了就修理的現(xiàn)狀，到檢查時再修理。但是，間歇能量的高比例和新負荷的快速增長要求配電網的供電可靠性和質量不斷提高。物聯(lián)網無處不在的電力技術的應用，可以使配電系統(tǒng)實時掌握電力設備的運行狀態(tài)，評估配電網持續(xù)存在的風險，及時消除主要表現(xiàn)為：（1）網上監(jiān)控手段進一步強化。強健的通信系統(tǒng)能夠以不同的方式識別只能用電大小甚至手動判斷的故障類型。例如，基于紅外熱成像技術的配電網設備在線溫度監(jiān)測方法使維修人員能夠及時維護故障設備，有效降低故障率和停電風險。小波包分析技術、Renyi 熵理論和Teager 能量算子從配電網的監(jiān)測大數(shù)據中生成誤差指標樣本，以訓練神經網絡識別供電設備的正常、異常預警和報警狀態(tài)。（2）安全風險評估。對配電網歷史運行數(shù)據進行聚類分析和挖掘，利用機器學習等人工智能方法對配電網運行狀態(tài)進行實時風險評估，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)漏洞，提高供電可靠性。比如，根據配電網運行的歷史數(shù)據，提出了一種基于關聯(lián)規(guī)則的聚類分區(qū)算法，并利用當前數(shù)據預測運行狀態(tài)，對智能配電網進行全景風險管理和自我修復控制。

（四）泛在電力物聯(lián)網、配電網兩者的融合

關于物聯(lián)網無處不在的電力網，其融入配電網可以作用于配電系統(tǒng)，支持其電力狀況的徹底轉變。這方面的前景可歸納如下。第一，通信系統(tǒng)注重物聯(lián)網無所不在，具有非常強大的功能，能夠實現(xiàn)對所有設備操作實際情況的實時感知。然后，憑借其在數(shù)據挖掘中的獨特能力，它可以快速識別配電系統(tǒng)中隱藏的異常，而無需依賴電體積提取和手動現(xiàn)場檢查，并對配電網本身的運行風險進行非常準確的評估。大致打破了“修得不好”的困境，將面向狀態(tài)的維修提升到了一個新的水平。第二，新世紀以來，中國能源產業(yè)取得了快速發(fā)展。同時，電網與用戶界限的模糊程度穩(wěn)步提高，異構能源的水平也穩(wěn)步提高，這在實際應用中表現(xiàn)出了顯著的協(xié)同作用。對于智能銷售網絡來說，提高其自主性和靈活性是現(xiàn)實的。該過程中，我們應支持高精度負載均衡，建立一個基于一系列顯示大數(shù)據的預測模型，依靠邊緣計算技術的引入，使配電網的運行更加靈活，顯示出更好地適應不穩(wěn)定環(huán)境的能力。多供應商能源分析系列強調云計算技術的應用，使能源應用更具意義。為降低用戶能耗，確保用戶參與配電網運行的廣度和深度，需要在物聯(lián)網普遍存在的基礎上制定個性化服務，依靠智能算法分析用戶能耗習慣，為能耗建議提供個性化功能。

（五）電力物聯(lián)網智能終端固件安全檢測應用驗證

以漏洞特征庫和固件分析引擎為核心，對智能物聯(lián)網終端固件安全檢測的應用進行了研究，通過自動掃描實現(xiàn)了固件中每個模塊的本地化，并根據已知的漏洞特征庫對關鍵文件系統(tǒng)和應用程序進行了必要的卸載和安全分析。從而實現(xiàn)了物聯(lián)網智能終端固件的自動檢測。研究設計配電網智能化狀態(tài)監(jiān)測平臺建設方案，智能化狀態(tài)監(jiān)測平臺建設中，通過配電臺區(qū)數(shù)據綜合分析判斷，實現(xiàn)配電網數(shù)據共享功能。通過同步相量數(shù)據集中器裝置匯集數(shù)據。配電網故障區(qū)域快速定位功能形成分支線斷線不接地故障主要特征庫，以頻繁模式對結構組織數(shù)據。將待診斷條件與規(guī)則庫規(guī)則條件特征匹配，匹配到規(guī)則庫規(guī)則得到故障診斷結果。平臺通過采集終端上報配電臺區(qū)電壓等數(shù)據綜合分析，實現(xiàn)對配電臺區(qū)精細化管理，根據配電臺區(qū)運行數(shù)據變化，實現(xiàn)對配網運行實施監(jiān)測。通過數(shù)據處理技術，提示停電區(qū)域，實現(xiàn)主動搶修服務。發(fā)布搶修信息，提高檢修服務水平。將配電網智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)用于電力公司，驗證平臺的實用性。通過曲線等展示臺區(qū)配電運行工況，臺區(qū)配電負荷，三相不平衡率等，經低壓網絡運行參數(shù)平均值分析，對低壓網絡運行異常狀況提示告警，為配電臺區(qū)運維提供數(shù)據支持，改變以往被動處理配網故障局面。分析臺區(qū)運行工況，準確評估配電的臺區(qū)狀態(tài)，為用電客戶提供優(yōu)質電能質量。

結束語

電力物聯(lián)網的快速發(fā)展，加速了電網智能化、管理智能化、服務智能化，先進的技術應用將使電網公司向能源互聯(lián)網和綜合能源服務公司發(fā)展的強大助力。電力物聯(lián)網建設還需考慮終端接入標準化問題、通信網絡覆蓋與可靠性問題、平臺層持續(xù)發(fā)展問題、數(shù)據處理容量與實時性問題、信息安全防護問題、應用層功能升級靈活性問題。