物联网技术在配电台区中的应用与思考

国网电力科学研究院有限公司实验验证中心 黄 正 刘 松

近年来，我国计算机技术的不断发展，带动了我国其他高精尖技术的快速革新网络化技术的不断进步，促使互联网技术以及物联网技术在社会各个行业当中广泛应用，尤其对于物联网技术，通过和电网的运行管理工作之间进行有效衔接，较好解决了传统设施下电网设备运行监管工作存在的各种问题。由于电网设备类型相对比较复杂，在实际工作过程中对于设备的监测存在较大的困难，如果电网设备出现故障问题，在排查工作时间上较长，投入的人力物力资源较大。通过物联网技术的有效应用，可以实现对整个供配电系统的自动化监测，可以帮助工作人员及时发现其中存在的各种电力故障问题，确保故障问题得以快速解决，降低工作人员的工作强度，提高电力企业单位的供电工作效率和经济效益，对实现我国电力事业不断朝着更高目标和方向上发展打下良好的基础。

1 配电台区的主要功能

1.1 低电压配网的全面感知

配电台区通过在线路侧以及用户侧的系统关键性节点直接进行介入，通过改造或者直接部署等方法，保证一次设备、二次装置、智能传感装置、视频监控设备等，可以全面实现低压配网的安全稳定运行工作状态，可以对各种电气设备的实时性运行工作情况，外部环境变化情况以及其他干扰性影响因素等进行监测和分析，对各种电气运行基础数据进行收集。基于宽带载波IP 化以及微功率无线通信技术的有效应用，组建出低压台区连接线的网络总结构，并且通过采取统一化的信息通信接口，实现信息实时性的交互与传输，有效解决低压智能设备类型复杂、数量较多、安装工作位置分散、布线工作难度较大以及施工过程中产生停电等各种问题的影响，实现各种电力设备相互之间的有效关联[1]。

1.2 数据应用就地化管控

首先，配电台区数据信息控制工作需要实现就地化管控工作模式，随着配电台区对于信息化技术的使用层次不断提升，台区内部所生成的系统参数、数据类型和数据总量正在快速上涨，仅国网系统当中的智能化电表，在一天时间范围内收集到的参数信息总量可以达到6TB 以上，如果所有的监测站当中的数据信息全部集中上传到主站系统内部，将会消耗掉大量的通信资源以及主站内部的各项资源，同时因电网异常问题产生的频率相对较低，因此大量正常的运行参数数据不需要全部传输到主站内部进行处理，如果配电台区可以实现智能数据信息的处理，则至少超过一半的数据信息不需要直接上传到主站内部。

其次，配电台区快速分析决策需要实施就地化管控工作模式，在部分业务控制执行实时性要求标准相对较高，比如配电变压器设备的保护以及故障判断等在数据信息的分析控制逻辑方面，需要根据传统的自动化终端系统来进行数据信息的实时性收集。通过主站内部的系统架构作为支撑，有效满足通信业务的实时性工作要求和标准。对于内业工作任务方面，配电台区需要有效引入新型的计算机构架，保证配电台区当中低压配网的运行工作状态可以实现实时性在线监测，通过智能化分析和决策之后来进行控制，全面缓解全覆盖区域高频数据信息的实时性。通信信息储存以及基层工作所产生的压力，可提高台区运维工作速率和管控工作质量，针对外业台区内部的云主站和边缘计算节点之间资源信息需要进行系统化处理，同时企业单位、电力客户、科研机构、政府单位以及其他主体单位，需要为其提供出数据共享以及相关服务[2]。

2 供电系统内部物联网系统分层体系结构

基于物联网技术结构体系下，供电网络的整体结构也会产生相应的变化，主要包含感知层、网络层以及应用层等几个重要层面所组成，具体如下：

首先是应用层。主要是对电网运行过程中所收集到的参数数据，以及用户用电量数据等进行分析和使用。针对用户方面和相关供电运营业务等建立起相应的目标工作平台，可以充分实现供电网络用户单位、电厂单位以及各种能源供应单位之间的有效衔接，全面提高能源的综合使用效率。

其次是网络层。网络层作为互联网内部提供出安全方便的信息通道，为物联网各项信息传输工作提供出专用的互联网络。在物联网通信工作过程中，根据供电单位的实际工作状况，供电距离长短供电成本以及供电效率等多方面因素进行综合分析和选择，其中重点包含了移动网络、光纤网络、同轴电缆以及最新开始推广使用的5G 通信技术。

最后是平台层。平台层属于一种信息储存和管理的工作单元，主要负责电网的供电运行，以及用户用电等各方面数据的收集和分析。通过平台层的建设有效解决了传统供电系统运行信息比较零散、信息不集中等多方面问题，充分实现各项信息之间的互联互通，方便各个环节的工作信息得以快速共享和使用。通过建立起数据中心云平台等形式，可以充分实现各项数据信息的实时性搜集和使用，充分发挥出物联网技术在供电网络当中的作用。

3 配电台区中物联网技术的应用策略分析

3.1 实现配电台区运维管理工作的自动化

随着我国供电电网的智能化水平和层次的不断提高，人们对于电网供电运行工作需求量也在不断上涨，电网设备及其线路检修工作过程中，从以往的停电检修逐渐提升到现阶段的正常状态检修，电力企业通过广泛开展网络监测系统，建立起更加智能化的系统控制模式，确保物联网对整个配电台区实施监测，并且保证配电网的运行工作稳定性。针对配电网的工作状态实施数据信息收集与整合，可以提前发现配电网内部产生的故障问题，可以帮助工作人员及时发现其中存在的安全隐患及时进行检修和处理，为人们的日常生活用电提供保障，并且避免出现电力资源浪费情况，为整个配电台区设备状态检查工作提供出有效依据和参考[3]。

3.2 物联网技术的智能化巡检工作

随着物联网技术的不断发展，配电台区当中对于物联网技术的应用层次越来越高，其中智能化巡检技术是其中非常关键的工作方法，并且传统形式下的人工巡检技术方法逐渐被更加先进的智能化巡检技术所替代。在配电网的电力巡检和管理工作过程中，通过物联网技术的有效应用可以基于射频识别技术、全球定位技术、地理信息系统以及一些比较先进的通信设备等，可以实现对配电台区内部的相关电气设备运行工作状态实施实时性监控，同时可以根据识别标签辅助设备，对故障问题产生的具体位置进行定位处理，充分实现人员的到岗监督。而监督工作人员通过参照标准化和规范化的管理工作流程，对其进行辅助状态检测以及实现标准作业工作模式，有效保证电网运维管理工作质量和效果。

3.3 边缘计算智能终端控制

在配电台区智能配电终端系统当中，通过配电出线侧在边缘计算工作方式上得到了进一步优化和改进，从配电台区监控、配电变压器到用户的自动电表之间大量运行参数数据需要进行及时收集和处理，计算节点的获取具有较强的系统控制特殊性，是整个配电台区内部系统化管理工作的核心要点。在边缘计算智能终端控制系统当中，基于硬件平台化、软件APP 化的设计工作方法，对内置边缘计算软件平台屏蔽硬件差异统一软件接口等位置进行有效控制，全面支持信息的交互与传输，保证信息传输过程中的效率得到全面提升。通过部署多个电气设备，实现终端系统内部的运行自动化检查，通过不同专业和不同的业务开展电气设备基于事先建立好的虚拟结构模型，对系统运行过程中的相关目录文件，以及系统运行参数进行实时性收集和处理，对于其他虚拟文件，可以在Linux 内核中进行文件进行录入和收集。通过系统在Linux 内核当中的命名空间，可以有效实现信息传输通道之间的相互分割形成一种独立的信息数据空间，充分实现信息计算和内存资源分配与限制，有效保证智能终端控制工作质量和效果[4]。

3.4 提高配电网运维管理工作水平

通过物联网技术的有效应用，在配电台区内部可以实现配电自动化管理，可以保证配电网中低压产生的各种工作问题可以进行精确定位，并且帮助检修工作人员快速找到故障问题产生的具体原因，及时进行故障问题排查。通过主动式抢修工作方法，有效提高故障问题的抢修工作效率，减少停电时间，避免对人们的正常用电产生严重的干扰。推动物联网的配电自动化技术的全面应用，可以有效降低配电设备运行过程中所产生的维护费用，包含设备维护成本、运维工作人员成本、车辆设备等耗材的使用率下降等。

3.5 共享配用电数据服务

基于配电互联网工作平台，可以提出包括各项数据业务、咨询业务在内的相关信息服务规范，提供数据信息收集、数据储存、数据处理、数据分析以及数据可视化等相关技术内容，可以让更多用户在用电过程中，不需要过分重视底层数据所产生的问题和影响，更加专心的挖掘有用数据的真正价值，为电力企业的政策制定、电力企业未来决策以及人们的个人生活提供诸多便利服务。通过分析海量数据信息的工作结果，可以为用户提供出更多诊断管理工作服务，并且对用电过程中的各项信息进行咨询，实现电力企业单位的生产经营状况的科学化评估，拓展各项投资工作业务，实现能源保险服务以及其他各项关联服务等。

3.6 配电台区设备的智能化运行和管理

由于配电台区内部变电设备的种类相对比较复杂同时，在结构原理上各有不同，各种数据收集量较大，工作方式整体的效率比较低下，同时也存在较多重复性工作，加大了工作人员的工作量。基于物联网技术环境下，建立起智能巡检管控工作平台，可以直接通过无人机巡检机器人、视频监控、红外监控以及系统在线监控等多种设备，对配电台区内部的各项工作数据进行实质性收集和储存，同时开展全过程自主化智能化以及标准化作业。通过人工智能的控制工作方法，有效保证对工程施工现场的作业环境、作业流程以及安全工作器具等进行全面监控和了解，充分结合地理信息系统、GIS 技术以及三维可视化技术等，对整个配电台区内部的设备运行情况进行前景显示和监测，以此来有效实现精细化设备管理，有效降低工作人员的工作强度。

4 物联网的未来发展趋势

物联网属于互联网的一种延伸和拓展，通过传感技术、定位技术、通信技术以及先进的计算机技术应用，可以实现物和物、物和人以及人与人之间的信息交流和连接，属于对物理且进行数字化反映和体现，并且通过数据处理工作作出相应的反应和操作，属于一种比较先进的信息通信系统。在工业产业发展过程中，物联网和工业互联网等相关概念，本质意义上属于相同的，主要是通过打通工业生产活动和企业经营等各项管理工作内容，推动企业内外部资源的合理共享，有效建立起工业生态创新业务工作模式，有效推动企业的发展转型。从整体的技术革新和发展趋势上进行分析，物联网技术在使用工作过程中，第一阶段是以独立运行为主体的垂直封闭模式；第二阶段是以资源共享化为特征的第一次水平化，在终端层面，可以实现与各类业务终端进行标准化介入与数据整合；第三阶段主要是以能力开放为特征的二次水平化，在终端层引入边缘计算和智能化技术应用，可以实现各项功能的拓展。

5 结语

综上，未来的发展中，传统的配电台区设备检测和维护工作方法，将会逐渐被更加先进的互联网技术所取代，将会有更多工作流程被智能控制系统所代替，全面提高配电台区的运营管理工作效果，降低不必要的人力资源投入量，推动我国电力产业不断朝着更高目标发展。