淺談泛在電力物聯網的配電係統關鍵技術研究

程瑜

韦德1946网址 上海嘉定 201801

摘要：基於(yu) 物聯網的智能運維係統比傳(chuan) 統的電網更具優(you) 勢，可實現信息獲取、數據集成、狀態感知及差異化運維等功能，為(wei) 電力係統的安全運行提供有力保障。探討了電力物聯網的理論基礎及主要框架，分析了配電係統的智能運行與(yu) 維護技術。利用物聯網技術優(you) 勢構建了一個(ge) 基於(yu) 物聯網的智能配電網管理係統，可實時監控配電網，有效解決(jue) 了存在的問題，保障配電網的安全可靠。

關(guan) 鍵詞：配電係統；電力物聯網；智能運行；維護技術

0引言

物聯網技術旨在構建一個(ge) 能夠實現電力用戶、發電企業(ye) 及供應商之間溝通的網絡，對電力市場進行監控，從(cong) 而提升工作效率及競爭(zheng) 力。基於(yu) 這一理念，電力物聯網注重將“能量流”“信息量”“業(ye) 務流”有機結合在一起，為(wei) 用戶提供實時、準確的數據，提高企業(ye) 配網發展的科學性及配網係統的安全性及穩定性。為(wei) 實現配電網的穩定發展，需不斷完善智能化運行及維護管理技術，大大降低係統風險，保障電力安全，實現可靠供應。

1電力物聯網的體(ti) 係架構

1.1感知層

電力物聯網中，感知層承擔著神經末梢的作用，可對係統的運行狀況進行感知，對係統出現的意外情況做出預警。通過配電係統的智能化，將變壓器、電表等各類終端設備納入到感知層，通過對感知層的風險評價(jia) ，進一步提高智能配電網的抗風險能力。下圖為(wei) 電力物聯網的多級結構，可滿足不同的應用需求。

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1.2網絡層

網絡層在電力物聯網中起著至關(guan) 重要的作用，可確保網絡的穩定性及可靠性，主要分為(wei) 兩(liang) 種類型:內(nei) 部專(zhuan) 網和外部互聯網。隨著技術的發展，通信方式發生了巨大的變化，這將直接影響係統的整體(ti) 性能。電力線載波與(yu) 230MHz無線傳(chuan) 輸技術已被廣泛應用於(yu) 電力通信領域，改善了網絡性能。電力物聯網網絡層的安全管理至關(guan) 重要，其不僅(jin) 能夠防止入侵，還能確保整個(ge) 智能配電係統的正常運行。為(wei) 有效減少智能配置係統中的互聯網攻擊風險，需采用多種不同的通信協議。

1.3平台層

物聯網平台層的強大功能令係統數據交互與(yu) 融合變得更加容易，利用大數據存儲(chu) 與(yu) 分析技術可以更加地處理傳(chuan) 統能源生產(chan) 模式下的碎片化信息存儲(chu) ，消除信息孤島。借助在線信息平台與(yu) 雲(yun) 數據，實現對電網運行數據的實時收集與(yu) 處理，確保電網的安全、、可靠，通過電力數據共享機製，更好地推進電力行業(ye) 的發展。

1.4應用層

應用層可實現多種業(ye) 務，如為(wei) 客戶提供能源服務、維護電力網絡及管理綜合能源係統等。在應用層的引導下，用戶可實時與(yu) 智能配電係統進行交互，獲得完整的係統數據信息。

2麵向配用電係統的電力物聯網關(guan) 鍵技術

2.1感知層關(guan) 鍵技術

感知層可確保係統獲取信息的準確性，實現快速響應。現代化智能配電係統的感知層監控範圍越來越廣，監控數據的複雜性越來越高。應加強創新，滿足智能配電係統的多元需求，提高係統的運行效率及可靠性。在研發新型電力物聯網裝置時，應充分考慮尺寸、環境條件及電磁兼容性等因素，達到較佳效果，滿足電力行業(ye) 的發展需求。為(wei) 了更好地監控配電係統設備，需完善傳(chuan) 感器設置方案，按照空間正四麵體(ti) 傳(chuan) 感器節點部署思路，充分利用各種傳(chuan) 感器的優(you) 勢，提高感知層的整體(ti) 感知效果。

2.2網絡層關(guan) 鍵技術

信息傳(chuan) 輸中有許多不同的業(ye) 務類型，需要配電通信係統的支持。隨著可用接口越來越多，泛在感知的信息量及數據的多樣性不斷攀升。開發強大的路由策略來支持自組網已成為(wei) 一種必然，需確保底層接入網的控製及狀態信息的及時傳(chuan) 遞。為(wei) 了更好地發揮網絡潛力，人們(men) 不斷探索新的技術手段，提出相應的算法，基於(yu) 配網係統與(yu) 通信係統之間的耦合關(guan) 係提出拓撲勢方法，以實現係統間的協同規劃。隨著物聯網技術的引入，需充分關(guan) 注與(yu) 其相關(guan) 聯的信息安全風險，實現安全訪問及信息控製。而一係列技術的應用則是解決(jue) 這些問題的關(guan) 鍵，主要方法包括數據加密、安全路由、身份認證及訪問控製等。

2.3平台層關(guan) 鍵技術

平台層處理的數據量十分龐大，呈現高冗餘(yu) 度、多樣化格式等特點，其關(guan) 鍵技術包括數據融合技術、數據存儲(chu) 技術等，可加速對大規模係統數據進行聚合及整理，實現數據的較大價(jia) 值。在數據融合技術的支持下，配電係統數據信息可實現三個(ge) 層次的有效整合，即數據層、特征層及決(jue) 策層。此外，加權平均、聚類分析及貝葉斯估計等多種融合方法也能夠發揮出一定的作用。NoSQL是一種廣泛應用於(yu) 數據存儲(chu) 領域的技術，包括BigTable、F1、Cosmos等大型數據存儲(chu) 模型，可有效支持複雜的數據處理及分析。目前智能配電網的監控覆蓋麵有限，需大力開發平台層的數據分析技術，以實現數據共享。

2.4應用層關(guan) 鍵技術

在電力物聯網應用層中，態勢感知與(yu) 主動優(you) 化運行是核心技術。態勢感知技術可及時發現並有效識別可能存在的安全隱患，對其采取必要的措施進行處理。可將智能配網的態勢感知劃分為(wei) 三個(ge) 階段，即觀察、理解及預測，確保整個(ge) 係統的較佳性能。采用主動優(you) 化運行技術可根據用戶需求實施合理的供電價(jia) 格調整，更好地滿足用戶需求，有效提升用戶滿意度，提升電力企業(ye) 經濟效益，實現智能配電係統的可持續發展。

3電力物聯網的配電係統智能運行的應用

3.1配電網運行狀態在線監測與(yu) 風險評估

目前，配電網決(jue) 策進程中沒有獲得足夠的信息技術支持，因此當電力設備出現故障時進行維修。新型負荷的出現令配電網的安全性及可靠性麵臨(lin) 著更大的挑戰，電力物聯網技術為(wei) 配電係統的智能運行提供保障，可即時檢視電力裝置的運作狀況，評估其對配電網的影響，排除可能存在的計時誤差風險，豐(feng) 富了在線檢測手段。在穩定的通信係統中，可通過站點來進行不同的檢測，及時發現故障。還可對網絡安全風險進行評估，對配網運行曆史數據進行提取分析，對現場風險進行實時評估，及時發現容易受到攻擊的係統，運用人工智能技術提升電力供應的穩定性。

3.2配電係統規劃與(yu) 綜合能源協調運行

為(wei) 了滿足人們(men) 的日常需求，需對電力、交通、供暖、燃氣等基礎設施進行規劃建設。電力物聯網可實現對電力、氣力、水力、熱力等多種資源的有效管理，對其進行有效分配及協調優(you) 化，可為(wei) 城市的可持續發展提供支撐。隨著我國電力工業(ye) 的快速發展，各種不同類型的能源日益融合，出現了大量的協同利用，提高智能配電網的靈活性及自主性是亟待解決(jue) 的問題。未來，配電網將與(yu) 其他係統相結合，適應綜合能源的使用需求。在物聯網架構下，配電網具有較高的自主性，以其感知的各類大數據為(wei) 依據，構建高精度的綜合分布與(yu) 預測模型，借助邊緣計算提高非平穩環境下配電網的靈活性。結合雲(yun) 計算技術對多種不同類型的能量進行分析，實現合理利用。通過對電力係統的大數據分析，建立一個(ge) 的電力失控分布模型，更好地掌握電力係統運行狀況。利用物聯網技術進行計算，建立分布式電源及儲(chu) 能係統，準確控製用戶負載。利用大數據處理技術對風光機組進行精細化分類，更準確地調整配電網絡，獲取有效數據。

3.3用戶個(ge) 性化用能服務

傳(chuan) 統的配電網中，用戶受電終端隻能被動參與(yu) 配電網運行，雖然分時電價(jia) 可以將電量從(cong) 峰值轉移到低穀，較大限度地利用電能，但此方法還不完善。物聯網技術的應用範圍不斷擴大，其終端及網絡能夠與(yu) 用戶建立更加緊密的聯係，可增設屋頂光伏電站，安裝小型風機，拓寬用戶獲取電能的途徑。隨著智能終端的普及，如智能空調、熱水器及電動汽車等，用電信息不斷變化，將成為(wei) 電力物聯網的重要信息來源。配電網需為(wei) 客戶提供多樣化的服務，引導客戶參與(yu) 配電網的運營，以定製化的個(ge) 性化服務為(wei) 核心，實現對配電網的較優(you) 配置，提高配電網的穩定性。電價(jia) 調整機製是對用電客戶的一種激勵，通過建立一個(ge) 分層的配電網架構，將電網側(ce) 的資源與(yu) 用戶側(ce) 的設備有效整合在一起，實現集成調度的目標。如將建築暖通、電冰箱、熱水器等作為(wei) 資源平衡的微網聯絡結構，對其功率進行計算，實現對配電網絡的有效調整，從(cong) 而有效控製儲(chu) 能係統的建設投資成本，實現節能減排的目標。

4配電係統的運行維護技術

4.1周期性維護技術

為(wei) 有效解決(jue) 配電係統運行中的問題，應加強周期性維護技術的應用，按照規定定期巡視，及時發現並處理智能運行中存在的問題，確保係統安全穩定。為(wei) 了更好地發揮周期性維護技術的作用，確保其覆蓋麵廣泛，精細化水平達到較佳，不斷加強巡檢維護與(yu) 配電係統智能運行之間的聯動。各部門協同配合，共同完成配電係統的智能運行維護，充分發揮周期性維護技術的重要作用。

4.2特殊性維護技術

如果在監控配電係統時發現了安全隱患，需分析其表現形式及影響，製定適當的維修方案，降低風險，確保配電係統的運行符合電力物聯網的需求。配電係統較為(wei) 複雜，涉及的設備眾(zhong) 多，需建立一套完善的智能管理體(ti) 係，對所有設備進行監測，及時發現故障，保證係統的正常運行。充分利用電力物聯網技術，大大提升配電網的智能化運營及故障維修水平，有效推動電力工業(ye) 的智能化發展。

5 Acrel-EIOT能源物聯網雲(yun) 平台

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯網開放平台是一套基於(yu) 物聯網數據中台，建立統一的上下行數據標準，為(wei) 互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平台。用戶僅(jin) 需購買(mai) 安科瑞物聯網傳(chuan) 感器，選配網關(guan) ，自行安裝後掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(ye) 數據服務。

該平台提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，並支持多平台、多語言、多終端數據訪問。

（2）應用場所

本平台適用於(yu) 公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管係統集成商、小型物業(ye) 、智慧城市、變配電站、建築樓宇、通信基站、工業(ye) 能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

（3）平台結構

（4）平台功能

電力集抄

電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方麵實現供配電監控係統的遙測'、遙信、遙控控製，對係統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方麵，可以顯示或查詢供配電室內(nei) 各設備運行（包括曆史和實時參數，並根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從(cong) 能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產(chan) 以及使用的全過程有機結合起來，運用數據處理與(yu) 分析技術，進行離線生產(chan) 分析與(yu) 管理，實現全廠能源係統的統一調度，優(you) 化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體(ti) 能源管理水平的目的。

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看係統日誌等功能；

2）係統配置：對建築、通訊管理機、儀(yi) 表及默認參數進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、衝(chong) 正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本係統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

預付費看板

充電樁管理

通過物聯網技術，對接入係統的充電樁站點和各個(ge) 充電樁進行不間斷地數據采集和監控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一係列故障進行預警。雲(yun) 平台包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

智能照明

智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內(nei) 照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現定時開關(guan) 策略配置及後台遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，並達到一定節能減掛的效果。

監控頁麵

安全用電

安全用電采用自主研發的剩餘(yu) 電流互感器、溫度傳(chuan) 感器、電氣火災探測器，對引發電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩餘(yu) 電流）進行不間斷的數據跟蹤與(yu) 統計分析，並將發現的各種隱患信息及時推送給企業(ye) 管理人員，指導企業(ye) 實現時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患於(yu) 未然”的目的。

智慧消防

通過雲(yun) 平台進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。原先針對“九小場所”和危化品生產(chan) 企業(ye) 無法有效監控的空白，適應於(yu) 所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化”、“智能化”、“係統化”、用電管理“精細化”的實際需求。

（5）係統硬件配置

6結論

在電力物聯網環境下，配電網長期運行會(hui) 產(chan) 生一些故障，需基於(yu) 電力物聯網技術不斷優(you) 化配電係統的智能運行及技術維護，防止外部因素幹擾，確保配係統智能運行與(yu) 維護技術之間的相關(guan) 性，凸顯配電係統運行的智能化，滿足電力物聯網對配電係統運行的需求。

參考文獻

[1]李振江,李愷.基於(yu) 電力物聯網的配電係統智能運行與(yu) 維護技術

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[3]王曉光.基於(yu) 電力物聯網的配電係統智能運行與(yu) 維護技術［J］

[4]安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.05版

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程瑜，韦德1946网址