基于物联技术的配电网智能化研究

国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司 许 欢 胡晓青 许吉强 鲁玉普 惠 炜

1 引言

物联网技术是信息技术时代综合运用的必然发展产物，其特点是高度集成、渗透性较强、能起到带动作用，核心是整体综合效益较好，物联网技术的运用可以促进和改善人们的生产和生活方式，随着物联网技术的不断发展和提高，物联网技术将实现智能化更强，同时逐步趋于精细化和网络化，物联网技术融合云计算、大数据、物联网、人工智能、三维数字化建模、虚拟现实等的数字技术，为实现电力系统供配电、营销和企业智能管理等场景智能应用提供支撑。

2 物联网三大要素及两大特征

2.1 三大要素

一是通过利用传感器以及二维码等使物体的信息能够随时随地获取全面感知。二是通过电信、互联网、物体的融合，能够达到实时准确地将物体的信息可靠传递。三是利用各种智能计算技术，如云计算、模糊识别等，进行数据、信息和物体分析实施智能处理。

2.2 物联网两大特征

一是能够使传感器网络部署和通信网络覆盖泛在化。二是在协同处理和决策支持以及算法和专家库等方面智能化。

3 智能电网解译

智能电网内含各种智能的传感器和电力设备，控制和应用系统，所以其数字化程度高，基于统一的信息平台，在数据和应用方面能自动完成整合，在电网的可观性和可控性方面得到增强和扩大，基于商业智能分析系统，能够智能进行对电网运行数据分析和处理，对设备状况进行相关的监测和分析，同时对决策提供辅助支持，从而来优化运行和管理[1]。

4 智能电网的特点及功能

4.1 特点

一是灵活性。组建自我平衡，自我监视的电网，将人工干预减少到最低程度。二是可接入性。可接受任何能源（煤，太阳能，风能）并将其转化为最终用户的使用（供热，照明，热水），将对环境的累计影响减到最小。三是可靠性。可以感知系统的某一部分过负荷，可控制潮流改变走向以减少过负荷并防止潜在的停运的发生。四是盈利性。使得电力消费者和电力公司之间的实时通信成为可能，可以基于环境和价格的优惠优化消费者对电能使用。

4.2 功能

一是能针对电网运行状态，采集并传输价格和电网状态信息，将电网从中央控制转换为集体网络控制。二是通过采取自我恢复措施，处理紧急状况下的各种问题，尽量满足能源市场和电厂的需求。三是具有智能的基础设施，能够提供及时、安全的信息流，有效提供数字化经济下的电力供应。

5 智能电网与传统电网的差别

5.1 智能电网的技术创新点

一是将信息网络融入传统电网。二是将电力的信息网络延伸到每个小的电力供应商。三是将电力的信息网络延伸到每家每户[3]。

5.2 智能电网的优点

一是通过信息网络，及时了解各家用电情况，有利于电力调配。二是通过信息网络，新兴绿色发电可以并网。三是通过信息网络，动态调配电力，保证电力网安全。

6 智能电网关键技术

6.1 发电领域

主要包括常规大电源基地（大煤电、大水电、大核电）、清洁能源（风电、光发电站）和大容量储能应用等电源的接入和协调运行技术。

6.2 输电领域

主要包括特高压和柔性交直流输电技术、输电线路智能化巡检、检修和运行维护技术和输电设备状态监测及维护管理技术等。

6.3 调度领域

主要包括在线安全稳定分析评估和辅助决策技术、运行控制自动化技术、电网运行监测全景化及可视化技术、运行数据的测量及网络传输技术、大电网控制技术、安全防御技术以及运行管理技术等。

6.4 变电领域

主要包括变电站信息采集、智能传感、实时监测、状态诊断、自适应/自优化保护、广域保护、协调控制和站内智能一次设备等技术等。

6.5 配电领域

主要包括配电网自愈、智能预警、辅助决策、安全控制、设备管理、智能终端、电能质量监测、能量管理以及储能等技术[2]。

6.6 用电领域

主要包括智能测量技术、智能采集技术、信息通信技术、智能分析与决策技术、双向智能交互技术以及智能用能服务技术等。

7 物联技术的配电网智能化研究

7.1 智能传感测量技术研究

研究满足智能电网要求的智能传感器设计及功能模块一体化技术、智能传感器完整系统（芯片能）和微处理器芯片技术等。首先，建立智能传感器的通用模块模型，搭建功能复用模块，合理划分各模块功能，建立智能传感测量采集系统，具备补偿校正和数据处理以及通信功能，达到人机界面划分和任务调度的要求，设计出一系列通用的IP 核，满足IP 功能复用。其次，运用宏模块功能，将若干宏模块用在芯片上构建成复杂系统，制定各模块之间的接口协议与标准，为实现智能电网数据采集和处理打下基础，最后，将通用需要的IP 核搭建整合为构成完整的智能传感器系统。

7.2 嵌入式自主处理技术研究

在智能电网中，嵌入式自主处理技术研究有较高的地位，嵌入式智能设备Agent 技术的测试方法，对智能设备在测试过程中进行模拟和控制，模拟和控制对象是被测试、测试者和网络环境，可以起到对屏蔽嵌入式智能设备的复杂性进行屏蔽，使测试效率和脚本的可重用性得到提高，从而使整个测试系统和电器设备的测试生命周期得到进一步拓展和支持。

7.3 智能电网专用芯片技术研究

智能电网专用芯片是实现智能电网的公共基础技术。开展嵌入式CPU 核及SoC 设计方法学，系统芯片及EDA 工具算法研究；电路单元模块的定制设计技术研究，高速电力算法IP 库开发、通用接口IP 库开发及高速片上总线技术研究；VLSI 可测试性设计技术；电力专用ASIC/SoC 检测和评估技术等研究；设计低成本的具备采集计量功能的通信控制芯片，应用于智能配电或用电终端设备的研制。

7.4 智能输电技术研究领域

输电线路智能监测终端设备研究与开发，建立输电线路智能化综合监测信息平台，综合实现设备运行状态监测、风险评估、故障诊断和定位、在线预警和辅助决策，使输电设备在运行和维护以及生产管理水平得到全面提升，研究开发成本降低，全面高可靠性和集成度、能适应各种恶劣环境、遵守标准通信规约的导线状态智能监测装置和杆塔智能监测装置。在导线上安装导线状态监测装置，监测导线的温度、弧垂、风偏、舞动、振动等运行状态的组合或集成，杆塔监测装置安装在杆塔上，实现对微气象、导线覆冰、绝缘状态、杆塔倾斜、杆塔振动、张力、闪络的组合或集成监测[3]。

7.5 智能变电技术研究领域

变电设备智能化监测、诊断与状态评估技术研究，研制安全、可靠、抗干扰能力强的适合于电力系统现场的智能传感器；提交智能化的变电设备监测、诊断与状态评估统一平台和管理系统。分析变电站中变压器、断路器、高抗、HGIS、GIS 等主要设备需监测的有效关键参量；基于关键参量的类型，研究适用于电力系统现场的智能型传感器技术；在智能传感器的基础上综合考虑现场通讯方式、监测系统构架和工作原理，提出变电主要设备智能监测的实现方案；围绕各类设备的主要监测项目，研究监测参量及其变化与被测设备绝缘老化的关系，利用出厂试验数据和历史运行数据研究并开发具有自学习功能的变电主要设备智能诊断专家系统；基于诊断结果建立基于风险的预测模型和检修策略模型，研究设备的剩余寿命估算方法；融合监测、诊断和状态评估三个环节，建立智能化的变电设备监测、诊断与状态评估统一平台和管理系统。

7.6 智能配电技术研究领域

配电网智能终端设备的研究与开发，研制智能配电终端的样机，制定智能配电终端的技术规范，分析智能配电网条件下智能配电终端的功能需求，研究设计满足分布式电源接入情况下，完成配电网智能配电终端设备的监控和保护、故障信息交互、在线和电能质量监测等综合功能。研究智能配电终端设备在各种应用条件下的通信技术，研究遵循IEC61850标准的智能配电网监控技术，并研发遵循该标准的智能配电终端样机。

7.7 智能用电技术研究领域

智能表计与用电终端的研究与开发，提出低成本、安全可靠、多功能、模块化的智能表计和用电终端技术方案，研制智能表计与用电终端，实现多电价机制支持、自动抄表与现场控制、信息双向互动等功能。研究智能电网条件下客户用电新需求，研究需求侧管理、增值服务对现场计量、监测设备的影响；研究与配电网智能终端相配合的智能用电综合监控终端；研究低成本、多功能、模块化的计量终端关键技术；研究分布式电源接入、谐波、电动汽车充电站等复杂电磁条件下对电能计量的影响；研究用电数据加密技术；研究用电数据采集系统安全认证技术、信息安全传输技术等；研究智能用电终端信息交互技术及信息展现技术[4]，智能用电系统信息流程如图1所示。

8 物联网在智能电网中的应用

8.1 输电线路在线监测

一是线路上部署温/湿度传感器、拉力传感器、三维加速度传感器（MEMS 陀螺）、环境温湿度传感器、风速传感。

二是高压杆塔上布设倾斜传感器、Sink 节点 （含无线通信模块）构成一个传感器簇，无线传感在线监测如图2所示。

图2 无线传感在线监测

三是实现对导线舞动、导线风偏、导线微气象变化、导线微风震动、导线温度和覆冰以及视频等在线监测。

8.2 电力设施全方位防护及保电支撑

可以有效抵御人为破坏和不可抗力产生的自然灾害对电网安全运行的影响；全面提升电网设 备、线路、杆塔和其他资产的智能化作业水平、巡检水平以及电网的感知能力，确保电网在安全和高效状态下运行以及节约成本和优化调度方面得到可靠的支撑，如图3所示。

图3 全方位防护及支撑

8.3 输电、变电、配电智能巡检

巡检人员的定位功能、设备信息的感知功能、状态检修提供辅助手段、标准化作业指导功能。

8.4 电力系统现场作业管理

现场作业远程视频监控，现场作业操作防误与事件记录，现场防误入间隔，防止触电，安全作业、文明施工，同时能起到设备的安全保障作用，如图4所示。

图4 现场作业

9 结语

物联智能配电技术正处在高速发展时期，新技术、新功能将实现更加精准、可靠的管理，促进配网自动化应用与时代同步，物联网与配电网的结合，将促进运维系统的更新，使得设计系统对配电网的信息采集更加全面，保证了配电网的安全运行。