基于LPWA無線物聯網技術的配電網運營管理研究

胡俊+陳綿璞

摘 要： 隨著配電網規模增大、網架復雜，用戶對供電安全要求的不斷提升，需要通過自動化技術擴大配電網的供電能力、提高供電可靠性和供電質量，避免“盲調”和避免災害性事故造成的長時間大面積停電。

通過綜合分析，選用基于LPWA的無線物聯網技術，具有廣域覆蓋、超低功耗、強抗干擾、組網維護簡單等優勢，非常適合用于低功耗長期電池使用的定位與監測類應用。

關鍵詞： LPWA；物聯網；配電

1.研究背景

隨著配電網建設及規模日趨增大、網架日趨復雜，用戶對供電安全和可靠性要求的不斷提升，配電網面臨的外界壓力將越來越大，需要進一步通過自動化技術擴大配電網的供電能力、提高供電可靠性、供電經濟性和供電質量，避免“盲調”和避免災害性事故造成的長時間大面積停電。同時開展信息整合工作，提高信息和數據的共享性，為自動化的高級應用功能提供基礎。

結合國網配網自動化建設 “統籌規劃、統一標準、試點先行、整體推進”工作原則，采取“主站一體化、終端和通信差異化”的模式，全面推進配電自動化建設，著力提升配電自動化應用水平，全面支撐配電網精益管理和精準投資，不斷提高配電網供電可靠性、供電質量和效率效益。通過研究，存在以下4方面問題：

如何實現配電網通信設備可觀可控？

如何增強配電網通信設備故障快速響應能力？

如何提高配電網通信設備故障主動搶修能力以及設備狀態管控能力？

如何提升配電網通信設備精益化管理水平？

為有效支撐配電網，達到配電網運行維護的要求，結合實際情況，我們選擇對LPWA無線物聯網技術的配電網運營管理研究。

2.LPWA技術概述

隨著智能電網的發展，智能配電網已經是智能電網的重要組成部分，而智能配電網中含有大量的傳感設備和通信設備，使配電網運營管理的設備種類繁多，專業跨度更大。針對配電網的這些特點，本研究采用具有低功耗、長距離、大量連接的LPWA（Low Power Wide Area Network）新技術，實現對配電網智能運營管理。

LPWA技術由2015年開始興起，發展非常快，得益于最近幾年物聯網的快速發展。物聯網是最近幾年發展起來的解決物與物、人與物、人與人之間的互連的網絡，是通過各種傳感技術、各種通訊手段，將任何物體與互聯網相連接，以實現遠程監視、自動報警、控制、診斷和維護，進而實現“管理、控制、營運”一體化的一種網絡，已廣泛應用于智能樓宇、智能家居、智能交通等領域。

物聯網的核心在低功耗和無線傳輸，目前已有的幾種無線傳輸技術（LPWA＼RFID＼Zigbee＼WALN＼LTE-M）對比如下表：

從上表中我們可以看出，現在應用最多的WIFI、藍牙、ZigBee等無線物聯網傳輸技術，覆蓋能力有限、只適合短距離通信。而LTE-M等移動蜂窩網技術，雖然可以滿足大范圍或者移動性的應用需求，但存在依賴運營商網絡、部分地區無法覆蓋、以及成本高的問題。LPWA具有以下優點：

1. 廣域覆蓋（市區5公里，郊區15公里，高穿透性）

2.超低功耗（大多數場景終端可以使用3年甚至10年）

3. 強抗干擾（-140dbm接受靈敏度，可低于噪聲傳輸）

4. 組網維護簡單（以太網傳輸、可行業自行運營）

非常適合用于低功耗長期電池使用的定位與監測類應用。

針對配電網運營管理和LPWA技術的特點，設想運用物聯網LPWA技術組建通信專網，在配網設備（如開關、桿塔等）上粘貼或懸掛LPWA終端，對配電網通信設備的在位狀態進行檢測，為巡檢維護人員提供準確的設備信息及設備現狀報告；同時可以在LPWA終端擴充配電網通信設備狀態監測功能和運行環境監測功能，根據設備運行參數及環境參數分析設備故障概率，做到主動排查、主動消除，真正做到防患于未然；另外也可搭建業務管理平臺，運用中心數據庫的采集數據及數據分析結果，為配電網通信設備安全科學運行提供必要的保障。

3.如何降低設備運維中的故障

目前省內各地市局可能存在不同品牌的信息設備，但是其原理與硬件信息基本一致，與其他地區維護人員交流的過程中發現，我們花費了很大的精力去排除的故障，其它地區也許出現過相同的故障，如果在故障出現之前我們就交流過的話，那么對于這個故障的修復會節省大量的時間。我們可以設想一下，每天的維護數據填寫在I6000服務器之后，服務器實時的對這些數據進行分析處理，包括故障產生的原因以及如何修復等，全省性的大數據分析更具有普遍性和說服力，服務器會定期給每個維護人員推送設備維護相關的知識，就像微信推送服務一樣簡單方便，這會使得設備維護工作的效率大大提高，減少排故時間，更有可能查找出設備運行中的隱患，降低設備運行中的故障率。

4.如何利用系統及硬件進行維護

每年都會有新員工參加工作，而新入職的員工對于信息安全及設備維護一知半解，很容易出現一些低級的錯誤，造成不必要的損失，然而大數據的出現可以打破這種模式，它以更加客觀、真實的內容呈現在各個員工面前，人們可以獲取他需要的任何內容，而且我們可以設定需要學習的內容，通過周報月報等統計方式向全局以新聞的模式普及一些常見的軟件、硬件故障，一些周期性會突發的情況如何去預防方案。利用I6000、桌面系統全面采集現有設備，硬件設施，網絡狀態，使用軟件信息，通過日常維護收集故障率等信息，利用大數據挖掘技術對相關設備進行多樣化的性能分析和性能預測，對故障率多的用戶進行有針對性的培訓。

大數據給公司帶來的好處不僅如此，大數據是每個維護人員的集思廣益的綜合體，它給維護人員的維護過程制定了標準，對于故障，維護人員可以準確、有效的應對，還能預防一些故障的出現，對于人為的”錯、忘、漏“能夠有效的避免，這是天天開會都無法達到的效果。

可以預見，若干年以后，大數據的技術會更加成熟，在信息維護中起到的作用也會更加重要，作為信息維護人員，應該更好的去主動接觸、學習相關的知識，為信息維護工作打下堅實的基礎。

5.實施之后實現功能

通過實施，發現具有以下功能特點：

1實現配電網通信設備可觀可控；

2增強配電網通信設備故障快速響應能力；

3增強配電網通信設備故障快速響應能力；

4提高配電網通信設備故障主動搶修能力以及設備狀態管控能力；

5提升配電網通信設備精益化管理水平。

6.長期計劃

1運用于主網設備管理：運用LPWA技術，我們將能夠預知主網設備的設備及板卡狀態，在出現故障前進行維護，大大降低主網故障風險。

2運用于電采系統：運用LPWA技術，可優化遠程抄表，降低電量數據丟失風險。

3提供配網自動化備用通信通道：具備配電網通信設備傳輸功能，組網簡單，成本較低。

7. 綜述

為提高配電網運營管理水平提供了一個較好的方向，豐富了運維管理成效。數據中心平臺建設的構想為設備運行積累大量的數據，為數據挖掘及分析打下良好的基礎，也為以后的運營模擬仿真提供條件。

物聯專網建設、運行的構想可為電力物聯專網建設積累經驗、開拓更多的業務模式并發掘更多的物聯網應用。

參考文獻

[1] 劉振亞.智能電網技術[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2] 中國電機工程學會.中國電力大數據發展白皮書[R].北京：中國電機工程學會，2013.

作者簡介 蔡翔宇（1984年3月），男，河南信陽人，本科，工程師，國網河南省電力公司信陽供電公司職工，主要從事網絡與信息安全工作。endprint