基于电力物联网的配电系统智能运行与维护技术

李振江,李 恺

(国网山东省电力公司潍坊供电公司,山东 潍坊 261000)

物联网技术旨在构建一个能够实现电力用户、发电企业及供应商之间高效沟通的网络,对电力市场进行全面监控,从而提升工作效率及竞争力。基于这一理念,电力物联网注重将“能量流”“信息量”“业务流”有机结合在一起,为用户提供实时、准确的数据,提高企业配网发展的科学性及配网系统的安全性及稳定性。为实现配电网的稳定发展,需不断完善智能化运行及维护管理技术,大大降低系统风险,保障电力安全,实现可靠供应。

1 电力物联网的体系架构

1.1 感知层

在电力物联网中,感知层承担着神经末梢的作用,可对系统的运行状况进行全方位感知,对系统出现的意外情况做出预警。通过配电系统的智能化,将变压器、电表等各类终端设备纳入到感知层,通过对感知层的风险评价,进一步提高智能配电网的抗风险能力。图1为电力物联网的多级结构,可满足不同的应用需求。

图1 电力物联网的分层架构体系Fig.1 Hierarchical architecture of power Internet of Things

1.2 网络层

网络层在电力物联网中起着至关重要的作用,可确保网络的稳定性及可靠性,主要分为两种类型:内部专网和外部互联网。随着技术的发展,通信方式发生了巨大的变化,这将直接影响系统的整体性能。电力线载波与230 MHz无线传输技术已被广泛应用于电力通信领域,极大改善了网络性能。电力物联网网络层的安全管理至关重要,其不仅能够防止黑客入侵,还能确保整个智能配电系统的正常运行。为有效减少智能配置系统中的互联网攻击风险,需采用多种不同的通信协议。

1.3 平台层

物联网平台层的强大功能令系统数据交互与融合变得更加容易,利用大数据存储与分析技术可以更加高效地处理传统能源生产模式下的碎片化信息存储,消除信息孤岛。借助在线信息平台与云数据中心,实现对电网运行数据的实时收集与处理,确保电网的安全、高效、可靠,通过电力数据共享机制,更好地推进电力行业的发展。

1.4 应用层

应用层可实现多种业务,如为客户提供能源服务、维护电力网络及管理综合能源系统等。在应用层的引导下,用户可实时与智能配电系统进行交互,获得完整的系统数据信息。

2 面向配用电系统的电力物联网关键技术

2.1 感知层关键技术

感知层可确保系统获取信息的准确性,实现快速响应。现代化智能配电系统的感知层监控范围越来越广,监控数据的复杂性越来越高。应加强创新,满足智能配电系统的多元需求,提高系统的运行效率及可靠性。在研发新型电力物联网装置时,应充分考虑尺寸、环境条件及电磁兼容性等因素,达到最佳效果,满足电力行业的发展需求。为了更好地监控配电系统设备,需完善传感器设置方案,按照空间正四面体传感器节点部署思路,充分利用各种传感器的优势,提高感知层的整体感知效果。

2.2 网络层关键技术

信息传输中有许多不同的业务类型,需要配电通信系统的支持。随着可用接口越来越多,泛在感知的信息量及数据的多样性不断攀升。开发强大的路由策略来支持自组网已成为一种必然,需确保底层接入网的控制及状态信息的及时传递。为了更好地发挥网络潜力,人们不断探索新的技术手段,提出相应的算法,基于配网系统与通信系统之间的耦合关系提出拓扑势方法,以实现系统间的协同规划。随着物联网技术的引入,需充分关注与其相关联的信息安全风险,实现安全访问及信息控制。而一系列技术的应用则是解决这些问题的关键,主要方法包括数据加密、安全路由、身份认证及访问控制等。

2.3 平台层关键技术

平台层处理的数据量十分庞大,呈现高冗余度、多样化格式等特点,其关键技术包括数据融合技术、数据存储技术等,可加速对大规模系统数据进行聚合及整理,实现数据的最大价值。在数据融合技术的支持下,配电系统数据信息可实现三个层次的有效整合,即数据层、特征层及决策层。此外,加权平均、聚类分析及贝叶斯估计等多种融合方法也能够发挥出一定的作用。NoSQL是一种广泛应用于数据存储领域的技术,包括BigTable、F1、Cosmos等大型数据存储模型,可有效支持复杂的数据处理及分析。目前智能配电网的监控覆盖面有限,需大力开发平台层的数据分析技术,以实现数据共享。

2.4 应用层关键技术

在电力物联网应用层中,态势感知与主动优化运行是核心技术。态势感知技术可及时发现并有效识别可能存在的安全隐患,对其采取必要的措施进行处理。可将智能配网的态势感知划分为三个阶段,即观察、理解及预测,确保整个系统的最佳性能。采用主动优化运行技术可根据用户需求实施合理的供电价格调整,更好地满足用户需求,有效提升用户满意度,提升电力企业经济效益,实现智能配电系统的可持续发展。

3 电力物联网的配电系统智能运行的应用

3.1 配电网运行状态在线监测与风险评估

目前,配电网决策进程中没有获得足够的信息技术支持,因此当电力设备出现故障时必须进行维修。新型负荷的出现令配电网的安全性及可靠性面临着更大的挑战,电力物联网技术为配电系统的智能运行提供保障,可即时检视电力装置的运作状况,评估其对配电网的影响,排除可能存在的计时误差风险,丰富了在线检测手段。在稳定的通信系统中,可通过站点来进行不同的检测,及时发现故障。还可对网络安全风险进行评估,对配网运行历史数据进行提取分析,对现场风险进行实时评估,及时发现容易受到攻击的系统,运用人工智能技术提升电力供应的稳定性。

3.2 配电系统规划与综合能源协调运行

为了满足人们的日常需求,需对电力、交通、供暖、燃气等基础设施进行规划建设。电力物联网可实现对电力、气力、水力、热力等多种资源的有效管理,对其进行有效分配及协调优化,可为城市的可持续发展提供支撑。随着我国电力工业的快速发展,各种不同类型的能源日益融合,出现了大量的协同利用,提高智能配电网的灵活性及自主性是亟待解决的问题。未来,配电网将与其他系统相结合,适应综合能源的使用需求。在物联网架构下,配电网必须具有较高的自主性,以其感知的各类大数据为依据,构建高精度的综合分布与预测模型,借助边缘计算提高非平稳环境下配电网的灵活性。结合云计算技术对多种不同类型的能量进行分析,实现合理利用。通过对电力系统的大数据分析,建立一个精确的电力失控分布模型,更好地掌握电力系统运行状况。利用物联网技术进行计算,建立分布式电源及储能系统,准确控制用户负载。利用大数据处理技术对风光机组进行精细化分类,更准确地调整配电网络,获取有效数据。

3.3 用户个性化用能服务

传统的配电网中,用户受电终端只能被动参与配电网运行,虽然分时电价可以将电量从峰值转移到低谷,最大限度地利用电能,但此方法还不完善。物联网技术的应用范围不断扩大,其终端及网络能够与用户建立更加紧密的联系,可增设屋顶光伏电站,安装小型风机,拓宽用户获取电能的途径。随着智能终端的普及,如智能空调、热水器及电动汽车等,用电信息不断变化,将成为电力物联网的重要信息来源。配电网需为客户提供多样化的服务,引导客户参与配电网的运营,以定制化的个性化服务为核心,实现对配电网的最优配置,提高配电网的稳定性。

电价调整机制是对用电客户的一种激励,通过建立一个分层的配电网架构,将电网侧的资源与用户侧的设备有效整合在一起,实现集成调度的目标。如将建筑暖通、电冰箱、热水器等作为资源平衡的微网联络结构,对其功率进行精确计算,实现对配电网络的有效调整,从而有效控制储能系统的建设投资成本,实现节能减排的目标。

4 配电系统的运行维护技术

4.1 周期性维护技术

为有效解决配电系统运行中的问题,应加强周期性维护技术的应用,按照规定定期巡视,及时发现并处理智能运行中存在的问题,确保系统安全稳定。为了更好地发挥周期性维护技术的作用,必须确保其覆盖面广泛,精细化水平达到最佳,不断加强巡检维护与配电系统智能运行之间的联动。各部门协同配合,共同完成配电系统的智能运行维护,充分发挥周期性维护技术的重要作用。

4.2 特殊性维护技术

如果在监控配电系统时发现了安全隐患,需分析其表现形式及影响,制定适当的维修方案,降低风险,确保配电系统的运行符合电力物联网的需求。配电系统较为复杂,涉及的设备众多,需建立一套完善的智能管理体系,对所有设备进行全面监测,及时发现故障,保证系统的正常运行。充分利用电力物联网技术,大大提升配电网的智能化运营及故障维修水平,有效推动电力工业的智能化发展。

5 结束语

在电力物联网环境下,配电网长期运行会产生一些故障,需基于电力物联网技术不断优化配电系统的智能运行及技术维护,防止外部因素干扰,确保配系统智能运行与维护技术之间的相关性,凸显配电系统运行的智能化,满足电力物联网对配电系统运行的需求。