國網(wǎng)江蘇省電力有限公司無錫供電分公司 許 歡 胡曉青 許吉強(qiáng) 魯玉普 惠 煒

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息技術(shù)時代綜合運(yùn)用的必然發(fā)展產(chǎn)物，其特點(diǎn)是高度集成、滲透性較強(qiáng)、能起到帶動作用，核心是整體綜合效益較好，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用可以促進(jìn)和改善人們的生產(chǎn)和生活方式，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將實現(xiàn)智能化更強(qiáng)，同時逐步趨于精細(xì)化和網(wǎng)絡(luò)化，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、三維數(shù)字化建模、虛擬現(xiàn)實等的數(shù)字技術(shù)，為實現(xiàn)電力系統(tǒng)供配電、營銷和企業(yè)智能管理等場景智能應(yīng)用提供支撐。

2 物聯(lián)網(wǎng)三大要素及兩大特征

2.1 三大要素

一是通過利用傳感器以及二維碼等使物體的信息能夠隨時隨地獲取全面感知。二是通過電信、互聯(lián)網(wǎng)、物體的融合，能夠達(dá)到實時準(zhǔn)確地將物體的信息可靠傳遞。三是利用各種智能計算技術(shù)，如云計算、模糊識別等，進(jìn)行數(shù)據(jù)、信息和物體分析實施智能處理。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)兩大特征

一是能夠使傳感器網(wǎng)絡(luò)部署和通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋泛在化。二是在協(xié)同處理和決策支持以及算法和專家?guī)斓确矫嬷悄芑?/p>

3 智能電網(wǎng)解譯

智能電網(wǎng)內(nèi)含各種智能的傳感器和電力設(shè)備，控制和應(yīng)用系統(tǒng)，所以其數(shù)字化程度高，基于統(tǒng)一的信息平臺，在數(shù)據(jù)和應(yīng)用方面能自動完成整合，在電網(wǎng)的可觀性和可控性方面得到增強(qiáng)和擴(kuò)大，基于商業(yè)智能分析系統(tǒng)，能夠智能進(jìn)行對電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析和處理，對設(shè)備狀況進(jìn)行相關(guān)的監(jiān)測和分析，同時對決策提供輔助支持，從而來優(yōu)化運(yùn)行和管理[1]。

4 智能電網(wǎng)的特點(diǎn)及功能

4.1 特點(diǎn)

一是靈活性。組建自我平衡，自我監(jiān)視的電網(wǎng)，將人工干預(yù)減少到最低程度。二是可接入性?？山邮苋魏文茉矗?，太陽能，風(fēng)能）并將其轉(zhuǎn)化為最終用戶的使用（供熱，照明，熱水），將對環(huán)境的累計影響減到最小。三是可靠性?？梢愿兄到y(tǒng)的某一部分過負(fù)荷，可控制潮流改變走向以減少過負(fù)荷并防止?jié)撛诘耐＿\(yùn)的發(fā)生。四是盈利性。使得電力消費(fèi)者和電力公司之間的實時通信成為可能，可以基于環(huán)境和價格的優(yōu)惠優(yōu)化消費(fèi)者對電能使用。

4.2 功能

一是能針對電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，采集并傳輸價格和電網(wǎng)狀態(tài)信息，將電網(wǎng)從中央控制轉(zhuǎn)換為集體網(wǎng)絡(luò)控制。二是通過采取自我恢復(fù)措施，處理緊急狀況下的各種問題，盡量滿足能源市場和電廠的需求。三是具有智能的基礎(chǔ)設(shè)施，能夠提供及時、安全的信息流，有效提供數(shù)字化經(jīng)濟(jì)下的電力供應(yīng)。

5 智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的差別

5.1 智能電網(wǎng)的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

一是將信息網(wǎng)絡(luò)融入傳統(tǒng)電網(wǎng)。二是將電力的信息網(wǎng)絡(luò)延伸到每個小的電力供應(yīng)商。三是將電力的信息網(wǎng)絡(luò)延伸到每家每戶[3]。

5.2 智能電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)

一是通過信息網(wǎng)絡(luò)，及時了解各家用電情況，有利于電力調(diào)配。二是通過信息網(wǎng)絡(luò)，新興綠色發(fā)電可以并網(wǎng)。三是通過信息網(wǎng)絡(luò)，動態(tài)調(diào)配電力，保證電力網(wǎng)安全。

6 智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

6.1 發(fā)電領(lǐng)域

主要包括常規(guī)大電源基地（大煤電、大水電、大核電）、清潔能源（風(fēng)電、光發(fā)電站）和大容量儲能應(yīng)用等電源的接入和協(xié)調(diào)運(yùn)行技術(shù)。

6.2 輸電領(lǐng)域

主要包括特高壓和柔性交直流輸電技術(shù)、輸電線路智能化巡檢、檢修和運(yùn)行維護(hù)技術(shù)和輸電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及維護(hù)管理技術(shù)等。

6.3 調(diào)度領(lǐng)域

主要包括在線安全穩(wěn)定分析評估和輔助決策技術(shù)、運(yùn)行控制自動化技術(shù)、電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測全景化及可視化技術(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)的測量及網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、大電網(wǎng)控制技術(shù)、安全防御技術(shù)以及運(yùn)行管理技術(shù)等。

6.4 變電領(lǐng)域

主要包括變電站信息采集、智能傳感、實時監(jiān)測、狀態(tài)診斷、自適應(yīng)/自優(yōu)化保護(hù)、廣域保護(hù)、協(xié)調(diào)控制和站內(nèi)智能一次設(shè)備等技術(shù)等。

6.5 配電領(lǐng)域

主要包括配電網(wǎng)自愈、智能預(yù)警、輔助決策、安全控制、設(shè)備管理、智能終端、電能質(zhì)量監(jiān)測、能量管理以及儲能等技術(shù)[2]。

6.6 用電領(lǐng)域

主要包括智能測量技術(shù)、智能采集技術(shù)、信息通信技術(shù)、智能分析與決策技術(shù)、雙向智能交互技術(shù)以及智能用能服務(wù)技術(shù)等。

7 物聯(lián)技術(shù)的配電網(wǎng)智能化研究

7.1 智能傳感測量技術(shù)研究

研究滿足智能電網(wǎng)要求的智能傳感器設(shè)計及功能模塊一體化技術(shù)、智能傳感器完整系統(tǒng)（芯片能）和微處理器芯片技術(shù)等。首先，建立智能傳感器的通用模塊模型，搭建功能復(fù)用模塊，合理劃分各模塊功能，建立智能傳感測量采集系統(tǒng)，具備補(bǔ)償校正和數(shù)據(jù)處理以及通信功能，達(dá)到人機(jī)界面劃分和任務(wù)調(diào)度的要求，設(shè)計出一系列通用的IP 核，滿足IP 功能復(fù)用。其次，運(yùn)用宏模塊功能，將若干宏模塊用在芯片上構(gòu)建成復(fù)雜系統(tǒng)，制定各模塊之間的接口協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)，為實現(xiàn)智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和處理打下基礎(chǔ)，最后，將通用需要的IP 核搭建整合為構(gòu)成完整的智能傳感器系統(tǒng)。

7.2 嵌入式自主處理技術(shù)研究

在智能電網(wǎng)中，嵌入式自主處理技術(shù)研究有較高的地位，嵌入式智能設(shè)備Agent 技術(shù)的測試方法，對智能設(shè)備在測試過程中進(jìn)行模擬和控制，模擬和控制對象是被測試、測試者和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可以起到對屏蔽嵌入式智能設(shè)備的復(fù)雜性進(jìn)行屏蔽，使測試效率和腳本的可重用性得到提高，從而使整個測試系統(tǒng)和電器設(shè)備的測試生命周期得到進(jìn)一步拓展和支持。

7.3 智能電網(wǎng)專用芯片技術(shù)研究

智能電網(wǎng)專用芯片是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的公共基礎(chǔ)技術(shù)。開展嵌入式CPU 核及SoC 設(shè)計方法學(xué)，系統(tǒng)芯片及EDA 工具算法研究；電路單元模塊的定制設(shè)計技術(shù)研究，高速電力算法IP 庫開發(fā)、通用接口IP 庫開發(fā)及高速片上總線技術(shù)研究；VLSI 可測試性設(shè)計技術(shù)；電力專用ASIC/SoC 檢測和評估技術(shù)等研究；設(shè)計低成本的具備采集計量功能的通信控制芯片，應(yīng)用于智能配電或用電終端設(shè)備的研制。

7.4 智能輸電技術(shù)研究領(lǐng)域

輸電線路智能監(jiān)測終端設(shè)備研究與開發(fā)，建立輸電線路智能化綜合監(jiān)測信息平臺，綜合實現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、風(fēng)險評估、故障診斷和定位、在線預(yù)警和輔助決策，使輸電設(shè)備在運(yùn)行和維護(hù)以及生產(chǎn)管理水平得到全面提升，研究開發(fā)成本降低，全面高可靠性和集成度、能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境、遵守標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約的導(dǎo)線狀態(tài)智能監(jiān)測裝置和桿塔智能監(jiān)測裝置。在導(dǎo)線上安裝導(dǎo)線狀態(tài)監(jiān)測裝置，監(jiān)測導(dǎo)線的溫度、弧垂、風(fēng)偏、舞動、振動等運(yùn)行狀態(tài)的組合或集成，桿塔監(jiān)測裝置安裝在桿塔上，實現(xiàn)對微氣象、導(dǎo)線覆冰、絕緣狀態(tài)、桿塔傾斜、桿塔振動、張力、閃絡(luò)的組合或集成監(jiān)測[3]。

7.5 智能變電技術(shù)研究領(lǐng)域

變電設(shè)備智能化監(jiān)測、診斷與狀態(tài)評估技術(shù)研究，研制安全、可靠、抗干擾能力強(qiáng)的適合于電力系統(tǒng)現(xiàn)場的智能傳感器；提交智能化的變電設(shè)備監(jiān)測、診斷與狀態(tài)評估統(tǒng)一平臺和管理系統(tǒng)。分析變電站中變壓器、斷路器、高抗、HGIS、GIS 等主要設(shè)備需監(jiān)測的有效關(guān)鍵參量；基于關(guān)鍵參量的類型，研究適用于電力系統(tǒng)現(xiàn)場的智能型傳感器技術(shù)；在智能傳感器的基礎(chǔ)上綜合考慮現(xiàn)場通訊方式、監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)架和工作原理，提出變電主要設(shè)備智能監(jiān)測的實現(xiàn)方案；圍繞各類設(shè)備的主要監(jiān)測項目，研究監(jiān)測參量及其變化與被測設(shè)備絕緣老化的關(guān)系，利用出廠試驗數(shù)據(jù)和歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)研究并開發(fā)具有自學(xué)習(xí)功能的變電主要設(shè)備智能診斷專家系統(tǒng)；基于診斷結(jié)果建立基于風(fēng)險的預(yù)測模型和檢修策略模型，研究設(shè)備的剩余壽命估算方法；融合監(jiān)測、診斷和狀態(tài)評估三個環(huán)節(jié)，建立智能化的變電設(shè)備監(jiān)測、診斷與狀態(tài)評估統(tǒng)一平臺和管理系統(tǒng)。

7.6 智能配電技術(shù)研究領(lǐng)域

配電網(wǎng)智能終端設(shè)備的研究與開發(fā)，研制智能配電終端的樣機(jī)，制定智能配電終端的技術(shù)規(guī)范，分析智能配電網(wǎng)條件下智能配電終端的功能需求，研究設(shè)計滿足分布式電源接入情況下，完成配電網(wǎng)智能配電終端設(shè)備的監(jiān)控和保護(hù)、故障信息交互、在線和電能質(zhì)量監(jiān)測等綜合功能。研究智能配電終端設(shè)備在各種應(yīng)用條件下的通信技術(shù)，研究遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能配電網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)，并研發(fā)遵循該標(biāo)準(zhǔn)的智能配電終端樣機(jī)。

7.7 智能用電技術(shù)研究領(lǐng)域

智能表計與用電終端的研究與開發(fā)，提出低成本、安全可靠、多功能、模塊化的智能表計和用電終端技術(shù)方案，研制智能表計與用電終端，實現(xiàn)多電價機(jī)制支持、自動抄表與現(xiàn)場控制、信息雙向互動等功能。研究智能電網(wǎng)條件下客戶用電新需求，研究需求側(cè)管理、增值服務(wù)對現(xiàn)場計量、監(jiān)測設(shè)備的影響；研究與配電網(wǎng)智能終端相配合的智能用電綜合監(jiān)控終端；研究低成本、多功能、模塊化的計量終端關(guān)鍵技術(shù)；研究分布式電源接入、諧波、電動汽車充電站等復(fù)雜電磁條件下對電能計量的影響；研究用電數(shù)據(jù)加密技術(shù)；研究用電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)安全認(rèn)證技術(shù)、信息安全傳輸技術(shù)等；研究智能用電終端信息交互技術(shù)及信息展現(xiàn)技術(shù)[4]，智能用電系統(tǒng)信息流程如圖1所示。

8 物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

8.1 輸電線路在線監(jiān)測

一是線路上部署溫/濕度傳感器、拉力傳感器、三維加速度傳感器（MEMS 陀螺）、環(huán)境溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感。

二是高壓桿塔上布設(shè)傾斜傳感器、Sink 節(jié)點(diǎn) （含無線通信模塊）構(gòu)成一個傳感器簇，無線傳感在線監(jiān)測如圖2所示。

圖2 無線傳感在線監(jiān)測

三是實現(xiàn)對導(dǎo)線舞動、導(dǎo)線風(fēng)偏、導(dǎo)線微氣象變化、導(dǎo)線微風(fēng)震動、導(dǎo)線溫度和覆冰以及視頻等在線監(jiān)測。

8.2 電力設(shè)施全方位防護(hù)及保電支撐

可以有效抵御人為破壞和不可抗力產(chǎn)生的自然災(zāi)害對電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響；全面提升電網(wǎng)設(shè) 備、線路、桿塔和其他資產(chǎn)的智能化作業(yè)水平、巡檢水平以及電網(wǎng)的感知能力，確保電網(wǎng)在安全和高效狀態(tài)下運(yùn)行以及節(jié)約成本和優(yōu)化調(diào)度方面得到可靠的支撐，如圖3所示。

圖3 全方位防護(hù)及支撐

8.3 輸電、變電、配電智能巡檢

巡檢人員的定位功能、設(shè)備信息的感知功能、狀態(tài)檢修提供輔助手段、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)功能。

8.4 電力系統(tǒng)現(xiàn)場作業(yè)管理

現(xiàn)場作業(yè)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，現(xiàn)場作業(yè)操作防誤與事件記錄，現(xiàn)場防誤入間隔，防止觸電，安全作業(yè)、文明施工，同時能起到設(shè)備的安全保障作用，如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場作業(yè)

9 結(jié)語

物聯(lián)智能配電技術(shù)正處在高速發(fā)展時期，新技術(shù)、新功能將實現(xiàn)更加精準(zhǔn)、可靠的管理，促進(jìn)配網(wǎng)自動化應(yīng)用與時代同步，物聯(lián)網(wǎng)與配電網(wǎng)的結(jié)合，將促進(jìn)運(yùn)維系統(tǒng)的更新，使得設(shè)計系統(tǒng)對配電網(wǎng)的信息采集更加全面，保證了配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。