基于物联网技术的新能源电网运行状态监测方法探究

国网冀北电力有限公司超高压分公司 徐兴华 国网冀北综合能源服务有限公司 姚 阳

1 物联网技术在电力领域中的关键技术形式

当前，物联网技术已经在电力领域中实现了较为广泛的应用，且存在多种关键技术形式。

1.1 传感器技术

作为一种监测装置，传感器可有效感知待测量信息，此后通过相应的规律对信息加以变化，完成信息输出。对于物联网而言，传感器技术是一种可有效获取外界信息的途径。电力领域中传感器技术的应用主要体现为无线传感网络的形式，其可借助节点内置传感器，对传感网络覆盖范围内的目标信息进行收集与处理。现阶段，无线传感器网络已经在多种电网数据收集场景中实现了广泛应用，包括设备故障诊断、远程系统监控、无线自动抄表等。

1.2 通信技术

电力领域中应用的通信技术包含多种形式。

5G通信技术。该技术是一项较为关键的物联网技术，能够实现庞大无线通信需求的有效满足。凭借自身具备的多重优势，例如低功耗、低延时、超大容量带宽、高传输速率等，5G通信技术能够在监测分布式电源发电状况之中发挥良好的作用，从而实现能源利用效率的有效提升。不仅如此，评估电缆状态中同样可进行5G通信技术的应用，实现故障发现与预防的及时化。此外，在配电自动化、变电站机器人、智能变电站中，5G通信技术也可以起到积极的作用[1]。

宽带载波通信技术。该技术形式依托于现代化的正交频分复用技术，将其应用到电力领域之中能够将多台变信号串扰问题加以有效解决，为用电智能化发展提供更加可观的支撑力量。另外，当开展智能配电网信息收集工作时，宽带载波通信技术也能够为工作的顺利开展提供可靠性、高速性的信息通道。

1.3 云计算技术

其应用到电力领域中时主要涉及两个层面：智能电网调度系统。凭借这一系统，可以实现共享数据、支撑系统运行、大计算量需求的满足、存储并管理海量信息数据；大数据分析平台。该平台涵盖三项内容，分别为数据载入与处理、数据组织与存储、数据交互式分析与展示，能够实现有效处理和分析数据的目的。

2 以物联网技术为基础的新能源电网运行状态监测方法设计

案例新能源电网运行过程中会产生大量的系统参数，比如光伏组件参数、蓄电池运行参数、环境监测参数等，参数结构各异、体量庞大，监控处理难度相对较大。本次主要引入前端传感监测模块+ZigBee短程通信+4G远程通信+应用层监测管控的物联网设计思路，对电网运行状态数据进行高效率采集识别。其中，ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，根据该协议规定，这一技术为短距离、低功耗的无线通信技术，可以对通信网络中的树形与网状网络进行选取。

同时，以新能源电网现场的实际情况和要求，将监测器节点安装在检测区间，并进行摄像头的安装。基于新能源电网现场实际情况和分布位置的考量，在实际开展监测器节点安装的过程中，出于优化检测器节点采集转台数据精准程度的目的，在电网电路中的各段中均进行监测器的安装。在此之中，需要对监测器节点定位高度予以控制，常规情况下，每两个节点的定位高度需要低于500m。同时，在各个输电段路径之上相隔相应的距离，进行数据节点的安装，这一设施的主要功能为对各个线路上各个检测器节点采集的数据信息进行采集。

本次使用的节点传感器主要包含5类，其中风速传感器测量范围为0～32.4m/s；温湿度传感器测量范围为-40～80℃和0～100%RH；辐照传感器测量范围为0～1500W/m2；电压互感器和电流互感器测量范围分别为0～300V和0～80A。在将物联网技术应用到新能源电网运行状态监测中时，能够以差异化的运行状态指令作为依据，对各个检测器采集的新能源电网运行状态数据进行分别采集。

2.1 新能源电网运行状态监测模型的搭建方法

运行数据收集完毕后，还需要借助专门的状态监测算法进行数据整合、处理和分析，计算模型搭建如下。

2.1.1 对运行状态原因与过程进行分析

以多元影响因素理论作为基础，同时与新能源电网的特征加以有机结合，按照传感器所采集的各类数据信息，对新能源电网出现多种运行状态的具体原因进行分析，一般来说，存在的原因基本有运行环境、电网设备性能、工作人员操作、控制方法、维护措施。基于这种情况，将上述五点原因作为运行状态评价指标体系中的具体构成要素[2]。在构建这一指标体系的过程中，需要进行一级评价指标和二级评价指标的制定，后者是对前者的一种具体化解释。

具体来说，将以上五点原因作为一级评价指标，二级评价指标则包含各种新能源电网的运行特征，例如施工材料运输量大、现场安装机械设备数量多、复杂化与立体化的建设内容较多、大量新能源材料、对施工人员素质要求较高、新能源技术应用较频繁、建设周期较长，等等。在描述运行状态评估相关因子集合时，可应用如下公式：

一级评价指标：

二级评价指标：

2.1.2 借助阶段分析法进行指标权重的确定并检验相同性

在对式（1）中各项指标的权重进行确定时，U=｛U1,U2,U3,U4,U5｝中每一个指标的权重分别表示为a1,a2,a3,a4,a5，可使用如下公式进行描述：A=[a1,a2,a3,a4,a5]，除对一级评价指标中各指标的权重进行确定时，还需要关注二级评价指标，以此类评价指标影响一级评价指标运行状态的具体程度作为依据，进行相应权数的设计，可使用如下公式加以描述：

在此之后，将使用物联网技术评价新能源电网运行状态的各个评价指标划分成4个级别，分别为Ⅰ（无法运行）、Ⅱ（不安全运行）、Ⅲ（可以运行）、Ⅳ（安全运行），在此基础上进行评估集的构建，由此即可生成具体的针对新能源电网运行状态的分析评价标准和具体的分析评价方法。新能源电网运行状态分级评估标准如下：Ⅰ：[0，70]；Ⅱ：[70，80]；Ⅲ：[80，90]；Ⅳ：[90，100]。

每一级别的运行状况可以描述为四类。Ⅰ：当处于这一运行情况时，新能源电网必须立即停止运行；Ⅱ：当处于这一运行情况时，在经济条件和技术要求可满足相应要求时，需要对新能源电网存在的安全问题加以有效解决；Ⅲ：当处于这一运行情况时，能够忍受，如果与成本效益相符合，则需要将新能源电网运行期间存在的安全问题加以解决；Ⅳ：当处于这一运行情况时，新能源电网的运行状态处于可以接受的范畴，且无需实施维护措施。

2.1.3 综合取值4项分级评价

在这个过程中，需要以新能源电网本身的性质和具体运行状态作为依据，完成综合取值4项评价指标的目的，并生成对应上述内容中评价集的评价集合，使用如下公式描述：G=[g1,g2,g3,g4]，这一步操作的主要目的在于综合取值新能源电网异常运行与安全运行状态，在借助模糊判断技术完成评估之后，当对阶层性进行判断时，可采取层次函数方式，如此一来，可以实现对层次间联系状态有效考察的目标，有效避免无法确定层次间联系问题的产生。在使用层次函数方法时，可生成如下公式：

在上述公式中，x所表示的是公式中的变量，为划分各评估阶层时的变量，即随着实际情况不断变化的一项变量。在评估新能源运行状态评价指标体系时，可以依托于量化状态评价指标体系的形式，同时还需要通过观测运行状态和应用新能源电网运行状态评价指标的方法。在评估时，满分值为100，且以三角阶层指数方法作为依据，对评价集和各项参数之间的相关程度加以确定，并在此基础上完成模糊评价矩阵的建立，使用如下公式描述：T=[T1,T2,T3,T4]，由于其属于模糊评价矩阵的映射，因此在表示时可采取矩阵的形式：T=｛tij｝|i=1,2,…,n,.j=1,2,…,m｝。

式中：tij所表示的含义为各个单一元素Ui与评价等级Yi之间的具体关联程度，按照S1=W1T1，能够通过计算获取元素集Ui的模糊综合评价集Si，以此为基础实现综合评估分值与新能源电网运行状态等级的确定，并获取模糊综合评估分值。借助对综合评价分析结果和各阶层评价理论进行分析能够发现，此次研究所建立的模型不会对电网本身产生较为明显的影响，且该模型在实际运用之后能够实现为安全施工提供支撑与保障的效能。由此可见，模型能够为管理电网运行状态产生积极影响。

2.2 新能源配电网运行状态监测的实现方法

在完成基于物联网技术的新能源电网运行状态监测模型的搭建之后，可以借助使用被监测电网区域中的传感器，实现监测区域内电网运行状态的有效监测。在监测运行状态时，涉及多项内容，包括控制、排序、状态监测等，同时也可以实现调整、优化或建立电网结构的目的。在新能源电网实际开始运行之后，传感器将会发挥监测效能，监测电网线路中各类机械设备运行期间的运行情况和电流运行情况。

系统内还配备了专门的蓄电池监测模块，采用DS2438电池监测芯片，可以通过A/D转换模块进行数据指令识别，装配5V传感器独立电压以及LM2596稳压芯片，能够较好地完成光伏组件、储能元件的运行参数监控。基于物联网的新能源电网运行状态监测系统投产运行1年期间，共预警重大风险事故6次，一般风险事故12次，低风险事故39次，为区域新能源电网提供了安全运行保障，具有一定的推广应用价值。

3 结语

经过长期的研究与实践，物联网技术已经在电力领域中实现了有效运用，为电网的良性运行提供了一定的技术支撑。当以物联网技术为基础进行新能源电网运行状态监测模型的构建时，可以发挥良好效能，该模型可以依托于新能源电网空间数据，通过收集和处理此类空间数据的形式，与物联网技术有机结合，在这种条件下，能够依托于某种新能源电网的运行状态评价指标对新能源电网的运行状态加以判断。根据此次研究的分析可知，在新能源配电网运行期间借助物联网技术，可实现对异常运行状态的有效监测，因此在未来的发展中，相关领域和电力企业在监测新能源电网运行状态时，可以积极尝试物联网技术的运用。