浅析智慧电网中的核心功能和关键技术

彭灏川 郑琰

（1.四川金能电力设计有限公司 四川 成都 611130；2.湖南星电集团星电勘测设计监理有限公司 湖南 长沙 430103）

引言

物联网技术的迅速发展，促进了各行各业的人与物,物与物的高速信息交互。电网的设备物联化，是依托物联网技术在电网领域的融合与应用。

智慧电网建设是在主配网的设备物联化顶层设计基础上，进行核心功能需求分析，开展关键技术装备攻关，实现融合应用，推动电网运行模式向智能化、数字化、高效化方向发展，进一步提高电网的自愈性、兼容性和交互性，以数字化革命驱动能源互联网发展。

1 智慧电网的顶层设计

主配网的设备物联化顶层设计架构可分为三个层级：物理感知层、网络传输层和平台应用层。

物理感知层是智慧电网的底层基础，它由各类应用于电气设备的传感器和传感网络组成，对电气设备的状态信息进行传感、采集和汇聚。

网络传输层是智慧电网的关键纽带，由接入编码、解码器和接入网关等设备组成，用于实现底层感知与平台应用间的数据传输。

平台应用层是智慧电网的中枢神经和上层建筑，利用高级管理功能，对物联网中的各类传感器及节点设备进行平台化管控，配备边缘计算功能，并可远程实现对各网络节点不同设备的差异化算法配置，并据此建立数据应用、业务管理等系统，用于高级数据应用和运行检修业务管理。

2 智慧电网的核心功能

智慧电网的核心功能至少包括三大板块：一是变电站设备的智慧化，二是输配电网络的智慧化，三是电网巡检的智慧化。

2.1 变电站设备智慧化核心功能

2.1.1 变电设备状态智能感知

采用高频局放、油色谱、红外测温、振动传感、压力变送、机械特性、温湿度等智能在线监测传感器，对变电站的主变、GIS、断路器、避雷器、电容器等核心设备的电气量、状态量、动作量及周边环境的物理量等数据进行深度感知和实时采集，提升对设备状态数据采集的实时性、主动性和精确性。

2.1.2 变电站设备异常状态监测

利用历史积累的已知异常运行数据，建立设备异常状态检测体系，在设备状态智能感知的基础上，采用增加关键信息的在线监测频次、提高传感精度或增加传感类型的方式，更全方位的获取设备状态信息，进行边缘计算处理，智能判断设备状态。结合各种运行曲线等历史数据，应用人工智能等技术，智能计算和预测设备状态变化趋势，对异常运行状态进行预告警[1]。

2.1.3 变电设备潜在故障风险智能研判

依据电网运行历史数据、设备信息数据库、设备缺陷和故障历史数据库，利用基于噪声识别处理、视频智能识别等大数据智能分析技术，研究和建立以多个风险标志与潜在故障缺陷相关联的算法规则，实现对变电设备潜在故障风险的智能研判、主动缺陷识别、应对策略智能推送等功能，形成基于多种风险标志感知的设备潜在故障风险智能研判预警机制。

2.1.4 变电倒闸操作一键顺控

目前智能变电站的倒闸操作还需依赖人工，操作的及时性、可靠性水平无法满足智慧电网的建设要求。

智慧电网将通过增设限位、电量数据采样、压力传感、视频监控、姿态传感等传感设备，采用视频限位双确认等智能化手段，实现自主化的一键顺控功能，显著降低误操作风险，提升运检工作效率，提高供电可靠性[2]。

2.2 输配电网络智慧化核心功能

2.2.1 架空输电本体智能监测

基于传感检测、智能判别等手段，实现输电线路覆冰、舞动、连接金具温度、塔基震动、杆塔倾斜等检测预警。

2.2.2 架空输电环境智能预警

基于视频监控、环境感知等手段，实现对输电线路通道、塔基地质灾害及环境气象的可视化监控、状态预测预警。

2.2.3 高压电缆隧道环境智能监测

基于电量传感器、隧道环境感知等手段，实现电缆本体及隧道环境全面感知，实现电缆隧道智能监测。

2.3 电网巡检智慧化

利用数字标签、射频识别、二维码等技术，充分应用巡检机器人、轨道摄像头等技术装备，提高电网巡检的信息化和规范化水平，实现标准化、智能化作业模式，最大限度减少巡检错漏，提高巡检作业的质量效率和设备长期运行的安全稳定性[3]。

3 智慧电网的关键技术分析

3.1 传感器关键技术

智慧电网高度依赖传感器关键技术。为实现对设备的多维度感知，提高物联网传感器的可靠性、适用性和经济性，重点要在微（低）功率传感器技术、环境能量供电技术等方面开发研究，研制智慧电网专用传感器。

3.2 传感网系统、边缘计算等关键技术

海量传感器数据的传输和计算，极大依赖传感网数据传输结构和边缘计算能力。

为实现传感器网络的多场景应用和物理感知层就地数据处理，提高物理感知层的可靠性、经济性、一致性，从传感网络组建技术、边缘计算技术等多方面研究，研制数据编码、解码器等关键网络节点设备[4]。

3.3 平台应用层管理软件关键技术

物联网采用多种通信协议，对数据接入设备的兼容性要求较高。为满足多种协议异构数据接入要求、提升末端设备远程管控能力、兼容海量数据运算处理、适应算法多变的应用需求，需针对接入网关技术、算法接口扩展技术、数据流分发及多引擎协同处理技术进行研究，建立智慧电网物联化高效管理与应用平台。

3.4 电网管理高级应用关键技术

在上述平台管理层技术应用基础上，开发智慧电网管理高级应用，提供具备灵活扩展的模块化接入功能，统一的数据接口与算法，以及面向对象的物联网管理模式，充分发挥全员应用物联网技术的主观能动性，促进末端业务的积极创新和改进提升[5]。

4 结语

当前，物联网建设已成为国家重要发展方向之一。基于物联网建设的契机，推进智慧电网建设与运维管理的有机结合，要以自主创新为核心，大力研发智慧电网关键技术装备，推动运行数据共享和高级利用，深度挖掘数据潜力与价值，打造资源富集、良性互动的智慧电力物联网平台。