采用电力物联网信息技术的智慧输配电网络应用分析

广州为然科技有限公司 赵志明

建设电力物联网是电网公司的重点发展方向，对于如何运用现有数据收集电网数据并破解供电中出现的问题也有着重要性。某电力公司因厂站自动化远动，对遥测数据无法进行监控。又因没有足够配网自动化的装置，部分区域配电网出现停电状态。电力服务中断由客户反馈到服务人员处，通过调控中心及时分析停电信息，抢修人员迅速接到抢修任务并进行了抢修，客户对供电企业的被动抢修方案投诉率最高。

1 电力物联网概述

电力物联网是指采用传感信息技术、智慧信息收集技术、移动通讯技术等新型信息技术的高度融合的总和运用。供电系统是目前当今世界上最复杂多变的人工制造体系。对电网系统安全可靠、经济运行、可靠运转的要求也与日俱增。推动我国电网系统信息化智能化水平的全面升级，已形成全球各国共同认知。国家能源部公布的Grid2030远景计划明确提出，在供电设备等主要技术基础级整合感应器与监控设备做到源-网-荷的通信与网络系统无缝衔接，从而达到信息系统资源共享和互操作，全方位提高了供电系统的安全技术管理运营能力和资产管理、供电服务质量[1]。

电力物联网分为应用层、平台层、网络层、感知层。感知级设备中包含了电网电压电流互感器及各种终端，让管理与决策单位获知电网的各环节及工作状况。由于信息安全问题对电力系统运营产生了重要影响，为实现不同的协议设备相互操作，在应用级平台上和电网内部专用网的交互应设置协议转换等方法。平台上层承载电网运营数据，以解决传统电力生产方式的问题。而平台底层上对下完成了互联层传输数据信息采集，以提供跨域共用数据资源。应用层则是电力系统向枢纽式转变的重要体现，基于海量电网运营数据应用综合能源体系的运营服务标准等，以实现与电力信息系统感知交互[2]。

感知层。感知技术设备是泛在供电物联网技术中的"神经系统末梢"。其主要功用是利用各种各样的感应器深入电气设备进行全方位认知。感知层技术设备涵盖了电网公司中一个控制系统的电压电流互感器和二次系统的能量表、聚集器等各种端口，及其应用侧各种各样的智慧家电。利用感知层所收集的海量数据，使管理与决策单位能以前所未有的视野和深刻获知电网公司运行工作状况，使电网公司在面临各种间歇性新能源发电并网、随机负载投切、乃至电动汽车时空集群效能等时，可即时了解系统运行状况并及时发现故障隐患，有效评估安全工作风险；同时采用灵活调节供电拓扑，实时控制供电输入出力，有效优化用户用能模式，进一步增强电网公司对超高比例分布式新能源和新负载的接受能力，提高电网公司对处理突发性故障时的容灾性[3]。

网络层。互联网层涵盖了移动空中网、传统网络、近距无线传送和近距有线传送等。其中电力线载波和230MHz 无线通信技术是电力通信系统的特殊通讯方案，而5G 技术则是泛于电力物联网等新型应用领域的通讯方案[4]。

平台层。主要承担着海量电网运营数据、用户侧用能数据分析和其他能量体系数据分析的统一化储存和集中管理。其意义就是破解了传统电能生产工作方式下面临的信息碎片化存储问题，以突破信息孤岛状况，达到信息系统的互连数据共享。并采用了建立数据中心、云网络平台等的新方法，在网络平台层对下完善了网络系统层传送各种数据的信息获取和发布功能，对上则采用强大信息处理贮存力量和数据挖掘技能，为各类特殊的高级应用系统带来跨域共享数据消息资源，以促进计算机系统向能源与资料数据消息并重的方向转变[5]。

应用层。也是计算机系统向枢纽型、平台型和共享式转变的外在体现。其主要功用为通过海量电网公司经营数据和用户侧用能大数据分析，并面向电网公司经营服务(如智慧运维、电力支付、供电智能化)如协同计划、储能市场等提供各种针对性的应用平台，以完成对电网公司和终端用户及任何整体综合能耗系统服务的全面感知交互。

2 电力物联网信息技术在智能配电网状态监控中的应用分析

泛在型能源物联网技术涵盖了从信息感知、通讯、数据处理到决策管理等多个核心技术。而城市供电网络则作为相互联系供电和应用的重要桥梁，相比于电力系统其他环节更具备了面向社会公共服务的特点。

2.1 配电网数据共享单元状态监测

对海量智慧终端的有效检测和管理是进行供电系统精细化控制的前提条件，这就需未来在电力物联网技术能做到对供电系统的全面覆盖。所以针对配用电各方来说，为达到降本增效和互联网数据共享，未来泛在用电物联网中的传感装置也应朝高度集成方面发展。

2.2 配电网故障快速定位结构状态监测

配电网故障准确定位目的就是快速自动定位出正确的故障状态地址，以防止人工巡检故障地点并快速进行有效地排除故障，检修线路和恢复电源。这对于提高供电系统的安全稳定性和经济运行意义很大。目前对于配电网故障精确定位技术主要有电阻法、非阻抗分析的稳态故障客户定位方法、行波法和非线条波分析法的暂态故障客户定位方法等四种类型[6]。

阻抗法定位。阻抗法是一个典型的精确定位方式，基本原则是通过将故障回路电阻和故障间距成正反比进行位置。由于阻抗法定位精度高依赖标准线路参数获知，因此技术人员对传统阻抗法进行改良研制，使之能满足配电网支路端口数量多、对负载影响大的情况，并已获得相应结果；非阻抗分析的稳态故障精确定位。在故障客户定位系统中，该故障客户定位系统方案很多。在稳态电气量特性中，部分方法采用了寻找稳态电气量特性和故障间距间的数学关联定义了故障间距。

行波法定位。基于行波理论，当线路上出现故障发生时会形成可向系统其他组成部分传递的行波信息，从而能利用在道路上检测的故障行波信息来实现对故障准确定位。根据通过行波传递的各个变电站的数据实现故障位置的广域网行波定位系统已成发展趋势；行波分析可实现暂态故障的精确定位，行波法就是利用在寻找行波的传输过程中，对故障距离和行波传输时间的数学关联来进行客户定位。

3 基于电力物联网的配电网智能状态监测系统设计

某分局通过建立基于电力物联网技术的示范工程项目[7]，已实现了供电所区域内的2回10kV 线、6个高低压台区、180个表柜、870个表计的智慧终端建设部署工作，智慧终端建设覆盖面达到90%、用电信号采集达到95%、断电信号上报准确率达到100%。通过对该区域内城市配电网的全面了解，有效监控设备工作状况，基本消除了城市用电网盲调问题，现场故障停电率先于用户感知，从而有效克服了目前城市输配电网观察基础薄弱的实际问题。此外研究还获得了如下进展。

实现配电网数据一源。实现城市配电网的底层物理数据同源收集与设备数据管理，实现数据规范化、准确度、及时性、完整性，各行业应用数据一源，依托于销售、运检、调度等行业所需数据，进行经营配调数据整合，为各类专业应用提供规范的统一数据管理；完善城市供电网公司的GIS 平台功能。通过完善城市GIS 平台的功能，有效整合了配电网基本信息、运营信息和客户信息，实现可视化管理的电网资源，建立全国GIS 信息统一门户，提高了基层工作的效能；实施精益化抢修，通过电力物联网技术对输配电网络设施的全面了解特性，进行故障精确研判和精益抢修。在故障发生出现前可通过对电气设备的状态监控确定设备工作状况，故障出现时可及时根据上报信号通知工作人员停电影响范围和故障发生的精确信息等。在提高了供电企业安全工作管理水平的同时，也提升了发电能质量。

挖掘大数据，分析潜在价值。通过对全国配电网运行状况的全方位了解，掌握大量供电侧及应用侧数据，通过深度数据挖掘分析各种电网能源数据，可更全面、更直观地掌握经济、工业、民生等经济社会的各方面运行状况，并为政府部门提供更为精确数据分析，从而提高政府经济及社会管理准确性；其他效果。除这些效果外，还实现了提高电网使用者服务水平、扩展增值业务、优化财务管理等一系列的潜在效果。经过对历史数据的发掘研究，在确保供电运营安全的基础上提高了供电数据集成能力和使用价值，为电力物联网的建立提供了安全基础。