输配电设备泛在电力物联网建设思路与发展趋势

尚亚品

（国网河南省电力公司汝阳县供电公司，河南 汝阳 471200）

泛在电力物联网(UPIoT)建设是电网企业转型升级的重要内容和关键环节。随着大量新能源的接入，电网的形态已经由传统的交流电网转变成交直流混联电网，大量电力电子设备的接入增加了电网的复杂度，光伏、风电等新能源的波动性增加了电网的不确定性和不可控性，因而对电力设备状态的感知提出了更高的要求。

一、泛在电力物联网概念

电力系统为迄今为止世界上最复杂的人造系统。电网安全、经济、可靠运行的需求与日俱增。国家电网有限公司对“泛在电力物联网”的定义:将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备，以及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务。泛在电力物联网将通过泛在感知、可靠通信和高性能信息处理与高级电力应用实现电网各环节、全电压等级的“能量流、信息流、业务流”一体化融合，提升系统安全性和运行效率。

二、输配电设备物联网差异化建设方案

（一）输电线路物联网建设方案

输电线路物联网架构采用天地协同的方式实现。空中采用合成孔径雷达(SAR)遥感卫星实现对输电线路山火、通道异物、杆塔倾斜等较大缺陷的广域高效监测；地面以输电线路导线上监测装置作为边缘计算设备，附近杆塔上的倾斜、微气象、雷击闪络等装置通过LoRa等微功率无线通信方式将数据汇集到边缘计算设备，边缘计算设备再通过北斗三代短消息通信网络实现海量小数据的回传，以解决山区输电线路信号盲区的问题。

（二）变电站物联网建设方案

感知层由站域级边缘计算单元、站域级集成感知阵列、设备级感知网络和设备级感知传感器组成。站域级边缘计算设备负责变电站环境、状态、行为、电气参量的全面融合，实现设备本体及运行环境的深度感知、风险预警，主动触发多参量和多设备间的联合分析并推送预警信息。站域级集成感知阵列主要集成红外、视频、局放、声音、气味等传感功能，实现对变电站设备的非接触式测量，阵列中各单元通过以太网络或全球定位系统(GPS)实现分布式同步采样，从而实现对异常设备所在区域的初步定位。

（三）配电物联网建设方案

根据我国配网的建设情况，将馈线终端设备(FTU)、配变终端设备(TTU)、配电终端设备(DTU)和智能运维监测终端(MTU)作为配网的边缘计算设备。FTU主要汇集附近故障录波指示器、断路器状态监测和环境数据，通信方式可以是4G/5G、LoRa等；TTU主要汇集变压器负荷、变压器状态、低压用户用电、低压配电房运行状态、低压用户电能质量等信息，通信方式可以是485总线、以太网、电力载波、微功率无线、LoRa等；DTU主要汇集直流屏、保护测控装置、变压器等设备的自动化参量，并实现各电气回路开关设备的遥控分、合控制；MTU主要汇集中压配电站房内的环境、设备状态、安防等信息，同时实现与辅控设备联动，通信方式可以是485总线、以太网、LoRa等。

三、输配电设备物联网建设发展趋势

（一）运行管理

泛在电力物联网的建设旨在让电网的数据成为一种可增值的资源，通过对这些数据资源的利用来提高电网的安全、设备能效，从而降低运维成本。这些数据的获取成本包括数据获取、传输、存储、维护、计算等全链条的开支，在泛在电力物联网的建设中，需对数据获取成本进行经济学定义，以实现企业的精细化管理，后期还可通过经济市场的方式带动低成本感知技术的发展。

（二）应用模式

1.设备供应商关系

电网公司的缺陷/故障相关的运行数据是设备质量重要的信息反馈，设备制造厂家可向电网公司购买自身或同类产品的运行数据以实现自身产品质量的提升、商业竞争等应用。

2.行业分析

每年电网企业的场站设计规模、设备招投标规模，以及不同地域的工商业用电特性都集中反映了电力行业或某特定区域的经济形式，针对上述数据脱敏后形成的行业分析报告可供政府、投资机构和设备制造企业来调整其生产经营行为，以便更加准确地判断行业形势。

3.科研院所及创业者关系

由于电力设备多场作用的复杂工况导致其故障机理复杂，单纯的理论模型现场应用效果欠佳，泛在电力物联网建设后，电网企业可提供设备全面的感知数据，故障案例库将更加丰富，如何根据电网企业的故障/缺陷案例开发出基于模型+数据驱动的故障诊断算法模型，将会是科研院所和电网企业共同承担的主要工作。电网企业数据云平台的建设必将带动数以万计的APP开发公司专注电网数据的应用，从而带动整个生态的发展。

（三）技术发展

1.取能技术

由于从环境获取的能量较少，取能技术通常要和传感、通信等进行一体化设计以实现最低的功耗要求，因此集成取能、采集、通信的系统级芯片(SoC)系统将会是低功耗感知的发展方向。

2.新型传感技术

高度集成化的传感器可以复用采集存储和通信技术，降低单个参量的感知成本，同时提高装置的可靠性，将会是泛在电力物联网感知技术大规模应用的突破点。对于大量的存量设备而言，非接触式测量可将感知和设备运行解耦，二者互不影响，从而极大地提高泛在物联网建设的便利性。

3.卫星在电力行业的应用技术

我国北斗三代卫星、地基增强站和大量通导遥小卫星星座的建设，为电力设备状态感知、通信和位置服务提供了更新和更加灵活的应用手段。

4.定制化芯片技术

按照国家电网公司规划，3年内要实现20亿个设备的互联，会用到数以亿级的芯片和传感器，通过芯片化降低固定场景采集系统的低成本并提高其可靠性是降低泛在电力物联网建设投资的有效手段，在巨大的市场驱动下，大量的电力专用芯片将面市。

结语

通过泛在电力物联网的建设实现万物互联，降低数据获取的边际成本，进一步开发数据的价值形成完整的能源生态体系，是新形势下电网企业转型为优秀能源企业的有效手段。