泛在物联网在智能变电站中的应用与展望

2021-01-08付玉川刘永胜

工程技术研究 2020年22期

付玉川，刘永胜

（国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁沈阳 110003）

经济社会的正常运转离不开电力能源的支持，为此电力企业要能够保证供电的安全稳定，并不断提升供电的经济水平。随着电力市场开放程度越来越高，电力能源的价格也有所降低，要想让电网完成更大的供电任务，就必须积极引进新型科学技术，这样才能确保电网的供电性能与时俱进。

1 泛在物联网在智能变电站中的具体应用

（1）以巡检机器人的形式运用于智能变电站。比如在某110kV的变电站中设置一个“机器人员工”，其每天的工作是巡视变电站现场设备的安全，该变电站是全国第一座智能全感知变电站，这个“机器人员工”就是该变电站的“贴身医生”，可24h在线服务。这是一个白色的机器人，有着非常可爱的外形，体积也不大。它的实际功能是巡视检查站内开关柜的运行情况。有2个摄像头位于机器人的顶部，其中一个摄像头负责检查机器的外观，另一个摄像头负责检查机器的运行状态，比如检测设备在运行时温度是否会升高。机器人一旦发现异常，就会第一时间发出警报，工作人员在得知后，会及时采取有效手段予以解决。在该智能变电站的内部有多个智能感知设备，包括巡检机器人、红外摄像头和无线温度监测设备，能24h监控智能变电站的五脏六腑。运用这些智能设备守护变电站的安全，可保证变电站能够稳定为周边的用户直接供电[1]。传统模式下，检修设备具有一定的周期性，在检修时会用到人工的手持仪器，而如今得知安装状态，就能成功感知设备，从而获得主设备的实际状态，通过实时分析可及时发现其中存在的异常状况

（2）发展新的试点项目。泛在电力物联网中非常重要的便是智能全感知变电站，泛在物联网就是在任何的时间、地点都能实现信息连接，也能在任何人和任何物中实现互联和交互。实现全感知的物联网联是指配电站后续的输电线路和居民有关的配用电项目。该供电公司共建立了326座电力无线专网基站，目的是独立于电信、联通和移动这三大通信运营商，能更好地保证数据传输监测的稳定性和及时性。所能完成的业务有智能巡检、自动化配电和实时采集用电信息，系统体系中共接入了3000多个终端电力无线专网，发展目标是建立460座基站，并覆盖整个市。操作与控制形式主要有两种，分别是就地调度控制和远距离无功优化控制。①调度控制：接收调度所下发的控制与调节的命令，从而完成对站内设备控制命令的下发，并在信息展示的界面上向辅助应用传递相应的控制命令。②无功优化控制：系统不仅能实现电压无功自动控制的操作，还能执行控制中心所传递的投退指令和调整供电策略的指令。

（3）智能变电站的高级应用目标。智能变电站高级应用功能主要是为用电量大的用户提供信息，这些信息包括电价、电量、电能质量和电网负荷，能够对电力市场主体参与电网安全管理起到一定的促进作用。在此条件下，智能变电站就能够与用户实现互动。所建立的智能变电站具备标准接口，进而为用户提供相应的服务。这些服务主要有电力质量评估、决策保护、站间广域保护。在发展的过程中，可以逐渐提高后备保护系统的功能，实现缩小动作延时的目标，同时也可以有效减小故障的切除范围。当电网处于正常的运行状态，需进一步提高电网输送电力资源的能力，从而提高电网的运行效率。采取的手段是综合使用FACTS、变压器和无功调压手段，实现分配目标，并进行有效控制[2]。在不同的调度层面上，提高安全性，能评估电网的安全状态，具备支撑、控制和预警功能。

（4）促进电力系统实现能源互联互通。泛在物联网的构成有智能感知元件、无线专网、边缘物联代理。首座智能全感知变电站的优势是能交流、有思想、会说话。覆盖面积达3610km2，在传输数据方面不但效率高，而且较为可靠稳定。在未来的发展中，随着功能更加实用，建设的规模也会逐渐扩大。能承载的业务有生产控制和信息管理。能够与铁塔公司建立合作关系，并在实际的工作中高效配合，在此条件下共享经济发展理念将更好落地。对电力物联网的探索和实践仍需要不断深入，发展目标是智能化、平台化和App化，其中有基础作用的是国网芯和安全操作系统，所依据的标准是物联网组网协议和接入要求。积极寻求突破，发展的方向主要是感知元件生态、边缘物联代理和无线专网。构建边缘自治的良好格局，相互之间能有效融通数据，进而实现电力能源的互联互通。物联管控的整体布局如图1所示。

（5）建立实训站。多数电力作业处于高空高压的工作环境，对于作业人员来说，需要面临的挑战是电力设备的差异性和操作的复杂性。要想成为一名合格的电力作业人员需要长时间的训练和培训，不断提高自身的专业技能。通过泛在物联网建立实训站，注册信息，可实现对真实设备的有效跟踪。在此条件下，培训活动就能为学员展示设备的三维视图，从而帮助学员更好地了解工作原理，同时也能形象展示多种不可见的信息，包括辐射量、温度和电流[3]。在此基础上，也可以通过模拟误操作展示误操作会带来的影响，并进一步制订可行有效的处理方案。操作人员的实训内容主要包括以下内容：运行监视、操作与控制、信息综合分析与智能告警、运行管理、辅助应用。系统的功能结构如图2所示。

图1 物联管控的整体布局

图2 系统的功能结构示意图

2 泛在物联网于智能变电站中的应用展望

（1）增强情景现实感。智能变电站对泛在物联网的运用在未来将会朝着更加智能化的方向的发展，使得现实的工作场景获得感增强。在实际使用时考虑用户的角色、权限和工作内容，并为用户提供更为准确的信息。建设多用户协助系统，应用物联网和图数据库的技术，科学分析用户的作业流程，实时掌握用户当前的作业状态，总结各个作业环节相互之间的关系，增强情景现实感。所建立的物联网泛在系统能主动匹配用户，并且不需要用户自己寻找信息，具备感知用户需求的功能，同时也能起到一定的约束和辅助的作用。强化单兵作业性能，达到实时通信的目的，以较好的质量完成电力工程的设计任务。电力系统的运行过程是非常复杂的，泛在物联网能被运用在多个环节中。将物理实体交互作为发展目标，形成虚拟信息，就能起到辅助提示和引导的作用。

（2）连接电力系统的各个环节。目前泛在电力物联网受到广泛关注，比如在南京举办的第四届“紫金论电”智能电网保护和运行控制国际学术研讨会，有众多学术机构、科研机构、高校、电力企事业单位参加，这些机构来自中国、美国、加拿大、希腊、丹麦、澳大利亚、荷兰七个国家。南京是首个泛在电力物联网技术先行、先试的城市，在2019年的两会报告中，国家电网公司首次提出泛在电力物联网的发展规划，探究泛在物联网和智能电网之间的关系。经过长时间的发展，科学技术不断进步，有条件为智能电网增加一个可靠的、功能性强的信息通道，目标是进一步增强供电的安全性。实现这一目标会用到云计算技术和AI技术将电力系统的各个环节都连接起来，达到人机交互的目标，并在指定的范围内共享数据，为构建智慧城市贡献力量[3]。

（3）实现统一的物联管理。未来泛在电力物联网将会持续发展，服务领域逐渐延伸到智能家居、智慧社区和证券这些行业。社会经济环境中的各个行业都会产生大量的能源消耗，有能源消耗就意味着有能源消耗数据的形成。有效挖掘其中存在的规律，可通过建立数学模型的方式来实现，以此探索出能源消耗的未来趋势。另外泛在物联网还能解决国民经济统计精度不足的问题，从而形成更为精确的GDP统计指标。泛在物联网的本质是全国性的系统工程，该系统由多个圈层构成，分别是感知功能层、网络信息层、沟通平台层、功能应用层。国家电网计划在2021年建成初步的电力泛在物联网，其不仅能协同业务，还能贯通数据，以此实现统一的物联管理。在完成这项建设目标的工作中，还能建立智慧能源综合服务平台，同时推动电网业务和新兴电网业务的发展[4]。国家电网计划在2024年建成泛在电力物联网，届时能真正把数据贯通、业务协同和物联管理统一起来。