物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能配電網(wǎng)中的應(yīng)用

摘要：作為互聯(lián)網(wǎng)信息傳播的延伸，物聯(lián)網(wǎng)能夠在設(shè)備定位上實現(xiàn)動態(tài)追蹤。通過智能配電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)接口的復(fù)合型應(yīng)用，可以將物聯(lián)網(wǎng)與配電網(wǎng)高效整合。文章研究了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能配電網(wǎng)中的應(yīng)用，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智能配電網(wǎng);系統(tǒng)應(yīng)用

中圖法分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Application of Internet of things technology in smart distribution network

HUANG Qifeng

（State Grid Jiangsu Electric Power Co.，Ltd.Changzhou Power Supply Branch，Changzhou，Jiangsu 213000，China）

Abstract： As an extension of Internet information dissemination， the Internet of things can dynamically track device positioning. Through the composite application of the IoT interface in the smart distribution network， the IoT and the distribution network can be efficiently integrated. This paper studies the application of Internet of things technology in intelligent distribution network， in order to provide reference for relevant personnel.

Key words： Internet of things， intelligent distribution network， system application

隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，冠以信息技術(shù)之名的 ICT 行業(yè)悄然崛起，為整個社會帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。同時，隨著信息技術(shù)在各個行業(yè)的廣泛應(yīng)用，電力網(wǎng)絡(luò)逐漸向“物聯(lián)網(wǎng)”與“配電網(wǎng)”相結(jié)合的方向發(fā)展。其中，智能配電網(wǎng)可對電力網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行批量整合，使得電力網(wǎng)絡(luò)能夠惠及民生、企業(yè)，以及提升生產(chǎn)效率和電力資源的分配效率，達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智能配電網(wǎng)，可以推動互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

1基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能配電網(wǎng)架構(gòu)

作為通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，電力物聯(lián)網(wǎng)能夠改變巡視模式。目前，國內(nèi)的電力物聯(lián)網(wǎng)研究逐漸成熟。但在如何對配電網(wǎng)的巡檢進(jìn)行有效配置及提升巡檢智能化方面，相關(guān)研究相對匱乏。若要實現(xiàn)上述目標(biāo)，就需要依托電網(wǎng)建設(shè)策略，讓電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)覆蓋生產(chǎn)與消費(fèi)的全過程，大力開發(fā)數(shù)據(jù)分析技術(shù)，同時根據(jù)用戶的需求來定制電力物聯(lián)網(wǎng)[1]。

電力物聯(lián)網(wǎng)的組織架構(gòu)由四個層次組成，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層。

1.1感知層

感知層主要是對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)測與管理。為了更好地實現(xiàn)上述目標(biāo)，需要利用 EPC 技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。同時，利用 RFID 的高頻智能識別技術(shù)和智能傳感技術(shù)對采集對象進(jìn)行智能識別，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有效控制。在智能配電網(wǎng)的組織架構(gòu)中，RFID 高頻智能識別感知技術(shù)在電網(wǎng)中應(yīng)用廣泛。此外，為了能夠讓傳感器在使用過程中安全、可靠，其載體可采用光纖通信傳輸，也可以在設(shè)備前端增添無限傳感應(yīng)用，以提升感知層的應(yīng)用水平。

1.2傳輸層

在技術(shù)方面，提出了以感知層信息為基準(zhǔn)的傳輸目標(biāo)，通過向應(yīng)用層或記錄層傳輸信息，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的傳輸及處理。因為傳輸層的主要功能是將感知層檢測、識別和控制的目標(biāo)信息傳送到應(yīng)用層，所以提升信息傳輸速度也尤為重要。除此之外，為了擴(kuò)大數(shù)據(jù)傳輸范圍，目前傳輸層主要采用現(xiàn)代通信技術(shù)，以光纖、通信網(wǎng)、無線寬帶網(wǎng)組成傳輸網(wǎng)，利用信息技術(shù)提高信息傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?，保證信息及數(shù)據(jù)的快速、智能處理，更好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備接入。

1.3應(yīng)用層

應(yīng)用層可以將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能配電網(wǎng)的設(shè)備終端結(jié)合在一起。從應(yīng)用層的角度來看，信息技術(shù)與智能網(wǎng)絡(luò)是緊密相連的，它們能夠促進(jìn)智能配電網(wǎng)的發(fā)展。但在電力物聯(lián)網(wǎng)智能化運(yùn)行階段，要使電力系統(tǒng)實現(xiàn)智能通信、供電互補(bǔ)，必須為配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）提供技術(shù)支持，并對各類信息源的需求以及內(nèi)部信息流進(jìn)行分析，同時針對配電網(wǎng)設(shè)備的實際生產(chǎn)需要，選用相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和軟件（如監(jiān)控管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動發(fā)電控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)應(yīng)用軟件等），以有效分析、管理、使用數(shù)據(jù)信息，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.4平臺層

感知層和應(yīng)用層擁有大量的數(shù)據(jù)信息，但并非所有數(shù)據(jù)信息都具有重要作用。因此，為了減少不必要的檢索內(nèi)容，平臺層可以對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類及篩選，以生成特定的表格或圖像，再通過應(yīng)用平臺傳輸給相關(guān)部門和大數(shù)據(jù)集，讓技術(shù)人員和用戶能夠訪問數(shù)據(jù)庫。

1.5邊緣計算方法在智能配電網(wǎng)中的應(yīng)用

隨著電網(wǎng)設(shè)備不斷增多，智能電網(wǎng)獲得的數(shù)據(jù)越來越多，同時網(wǎng)絡(luò)前端數(shù)據(jù)也被分成了不同層次。相較于物聯(lián)網(wǎng)的云服務(wù)器，智能移動設(shè)備在計算空間、存儲空間等方面有很多限制，使得處理大量數(shù)據(jù)變得困難。因此，技術(shù)人員提出了一種新的計算方法，即在網(wǎng)絡(luò)前端進(jìn)行計算，通過邊緣計算方法把云數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)和功能“匯聚”到一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，從而降低網(wǎng)絡(luò)時延，提高服務(wù)質(zhì)量。

邊緣計算方法具有諸多優(yōu)勢，其中包括實時性、可靠性、安全性和可擴(kuò)展性。

1.5.1實時性

可以在短時間內(nèi)處理較多的前端數(shù)據(jù)，同時減少數(shù)據(jù)連接數(shù)額，以便在短時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的傳輸與計算，但這也具有一定的防延時性。其優(yōu)勢是可以減少工作量，幫助企業(yè)在不增加成本的情況下建立一個大型數(shù)據(jù)中心。

1.5.2可靠性

由于使用者和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的距離相當(dāng)近，因此當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)生故障時，前端設(shè)備數(shù)據(jù)不會被傳送。由于數(shù)據(jù)具有獨立性，相關(guān)故障并不會對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的工作造成任何影響，而且用戶可以在訪問數(shù)據(jù)庫的過程中接收服務(wù)信息。此外，與傳統(tǒng)中央架構(gòu)相比，分散式節(jié)點可以降低失效風(fēng)險，并且在節(jié)點遭到攻擊時不會對系統(tǒng)造成任何影響。

1.5.3安全性

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量也在逐年增加，因此網(wǎng)絡(luò)極易受到黑客的攻擊。雖然傳統(tǒng)云計算架構(gòu)能夠提供針對外部風(fēng)險的關(guān)鍵性防護(hù)技術(shù)，但是它只針對網(wǎng)絡(luò)單個層面進(jìn)行集中防御，更容易造成部分區(qū)域受到系統(tǒng)斷電的影響。而邊緣計算系統(tǒng)具有強(qiáng)大的存儲能力和計算能力，能夠很好地解決上述問題。

1.5.4可擴(kuò)展性

具備邊緣計算能力的數(shù)據(jù)中心能夠根據(jù)用戶的需要，提供數(shù)據(jù)采集技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)點，以便為用戶提供相關(guān)信息。同時，為了實現(xiàn)云數(shù)據(jù)的擴(kuò)充與集成，必須提高數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)展能力和智能結(jié)合能力，以減少信息采集費(fèi)用，提高數(shù)據(jù)分析和處理能力。

2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能配電網(wǎng)中的應(yīng)用

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，云計算系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力不斷提升，且基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也越來越完善。為了更好地應(yīng)用智能配電技術(shù)，需要對傳電網(wǎng)進(jìn)行升級改造。同時，應(yīng)建立發(fā)電和用電一體化交互平臺，促使電力系統(tǒng)朝著信息化及智能化方向發(fā)展。

2.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能用電系統(tǒng)中的應(yīng)用

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以有效整合電力資源，提高電力企業(yè)的信息化管理水平，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享。同時，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，電力系統(tǒng)能夠提供全方位、全周期的信息共享服務(wù)，增強(qiáng)電網(wǎng)的管理、恢復(fù)和兼容能力，并與分布式電源實時交互、協(xié)同工作。

2.1.1智能電表

智能電表是用戶用電的關(guān)鍵，通過應(yīng)用智能電表可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程記錄、自動抄表，并根據(jù)電價的變化自動結(jié)算費(fèi)用。通過應(yīng)用智能電表，用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)掌握用電信息，及時查詢用電費(fèi)用，使用網(wǎng)上銀行支付，提高工作效率。此外，智能電表可以顯示階梯電價和用電高峰時段，以改變用戶的用電習(xí)慣，避開用電高峰時段，既能節(jié)省電費(fèi)，又能減輕電網(wǎng)壓力[2]。

2.1.2智能斷路器

當(dāng)線路發(fā)生故障時，智能斷路器（圖1）可實現(xiàn)小規(guī)模自動切斷電源的功能。技術(shù)人員通常在線路交界處盡量多地增設(shè)智能斷路器，一旦出現(xiàn)短路現(xiàn)象，其會立即切斷電源，使線路故障率降到最低。因此，在新安裝斷路器（包括用戶邊界斷路器）時，應(yīng)盡量選用智能斷路器，并在必要時采用重合閘進(jìn)行修復(fù)。此外，要定期對智能斷路器進(jìn)行巡視，并記錄相應(yīng)參數(shù)。在調(diào)度端，要建立智能數(shù)據(jù)采集平臺，并與自動調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行對接。

2.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能配電檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用

智能配電檢測系統(tǒng)是智能配電網(wǎng)的重要組成部分，其安全性和可靠性直接影響使用者的安全。由于智能配電網(wǎng)所涉及的設(shè)備較多、分布網(wǎng)格較為分散，會存在一定的安全風(fēng)險，若不能及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行技術(shù)調(diào)整，將會給檢測工作造成很大的影響。因此，為了提高配電設(shè)備的檢測質(zhì)量，需要將 RFID 技術(shù)和 SEN 技術(shù)應(yīng)用于智能配電檢測系統(tǒng)中，并采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，完成數(shù)據(jù)的收集和綜合診斷。

2.2.1傳感器（ SEN）技術(shù)

在傳感器網(wǎng)絡(luò)的各個功能節(jié)點中，傳感器是實現(xiàn)自動化檢測與自動控制的重要工具。在多種傳感器節(jié)點的支持下，感知網(wǎng)組成了新型信息采集平臺，它可以對不同類型的探測目標(biāo)進(jìn)行實時監(jiān)控，從而在特定情形下對相關(guān)探測目標(biāo)進(jìn)行探測和追蹤。在配電網(wǎng)的建設(shè)中，傳感器是其邁向智能化的重要組成部分。智能配電網(wǎng)擁有廣闊的發(fā)展前景，在生產(chǎn)安全管理、運(yùn)行維護(hù)、信息采集、安全監(jiān)控、計量和用戶交互等方面可以提高信息感知深度、廣度以及密度，以及提高電力系統(tǒng)的智能化水平，實現(xiàn)“信息流、業(yè)務(wù)流、電力流的高度融合”。圖2為傳感器技術(shù)路線圖。

2.2.2無線射頻識別（ RFID）技術(shù)

無線射頻識別技術(shù)是一種基于射頻通信技術(shù)的非接觸數(shù)據(jù)采集技術(shù)，它可以通過采集射頻信號對被測物體進(jìn)行自動識別，并獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)。RFID 電子標(biāo)簽具有體積小、容量大、壽命長、可多次重復(fù)利用等優(yōu)點，在無須人為干預(yù)的情況下實現(xiàn)快速讀寫、非視覺識別、移動識別追蹤。因此，利用 RFID 技術(shù)可以降低成本、提高工作效率。

2.3智能配電網(wǎng)的監(jiān)測和評估

智能配電網(wǎng)的監(jiān)測和評估涉及諸多環(huán)節(jié)，只要其中一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤，就會導(dǎo)致運(yùn)行中心出現(xiàn)故障[3]。因此，在實際應(yīng)用中，若要降智能低電網(wǎng)失效的風(fēng)險，必須利用信息追蹤和采集技術(shù)處理系統(tǒng)故障。

智能配電網(wǎng)的監(jiān)測工具主要包括：（1）磁性標(biāo)簽—用于監(jiān)測環(huán)形柜門或配電箱門的開啟和關(guān)閉情況;（2）溫濕度標(biāo)簽—用于實時監(jiān)測電網(wǎng)設(shè)備各部位的溫度、濕度;（3）液體標(biāo)簽—用于監(jiān)測電網(wǎng)設(shè)備的液體泄漏情況;（4）振動標(biāo)簽—用于監(jiān)測電網(wǎng)設(shè)備的人為損壞情況;（5）煙感標(biāo)簽—用于監(jiān)測電網(wǎng)設(shè)備的煙氣情況。

如果在此期間發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備或系統(tǒng)出現(xiàn)故障，應(yīng)及時采取應(yīng)對措施，對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，以確保數(shù)據(jù)完整，并制定合理方案，降低數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險，從而保證智能配電網(wǎng)正常運(yùn)行。

2.4全面協(xié)調(diào)運(yùn)營

智能配電網(wǎng)的優(yōu)點是規(guī)模龐大，需要利用大量的設(shè)備和數(shù)據(jù)。在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，這些數(shù)據(jù)基本不可能被相關(guān)設(shè)備所收集和處理，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則可以極大地提高數(shù)據(jù)處理效率[4]。同時，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以在不影響智能配電網(wǎng)正常運(yùn)行的情況下實現(xiàn)信息穩(wěn)定傳輸，提高智能配電網(wǎng)的工作效率，實現(xiàn)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，減少運(yùn)營支出，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3結(jié)語

為促進(jìn)智能配電網(wǎng)的發(fā)展，技術(shù)人員需要利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對其組織架構(gòu)進(jìn)行全面優(yōu)化，同時完善數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，從而不斷提高我國的電力服務(wù)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉金榜.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)探析[J].冶金管理，2019（21）：75+77.

[2]何奉祿，陳佳琦，李欽豪，等.智能電網(wǎng)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2020，48（3）：58?69.

[3]龔帥華，車澤耀，王杰，等.物聯(lián)網(wǎng)在智能配電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)，2021，50（12）：256?257.

[4]陶順，陳鵬偉，肖湘寧，等.智能配電網(wǎng)不確定性建模與供電特征優(yōu)化技術(shù)綜述[ J].電工技術(shù)學(xué)報，2017，32（10）：77?91.

作者簡介：

黃奇峰（1985—），本科，工程師，研究方向：配網(wǎng)運(yùn)行檢修及供電可靠性管理。