輸配電設備泛在電力物聯網建設思路與發展趨勢

尚亞品

（國網河南省電力公司汝陽縣供電公司，河南 汝陽 471200）

泛在電力物聯網(UPIoT)建設是電網企業轉型升級的重要內容和關鍵環節。隨著大量新能源的接入，電網的形態已經由傳統的交流電網轉變成交直流混聯電網，大量電力電子設備的接入增加了電網的復雜度，光伏、風電等新能源的波動性增加了電網的不確定性和不可控性，因而對電力設備狀態的感知提出了更高的要求。

一、泛在電力物聯網概念

電力系統為迄今為止世界上最復雜的人造系統。電網安全、經濟、可靠運行的需求與日俱增。國家電網有限公司對“泛在電力物聯網”的定義:將電力用戶及其設備、電網企業及其設備、發電企業及其設備、供應商及其設備，以及人和物連接起來，產生共享數據，為用戶、電網、發電、供應商和政府社會服務。泛在電力物聯網將通過泛在感知、可靠通信和高性能信息處理與高級電力應用實現電網各環節、全電壓等級的“能量流、信息流、業務流”一體化融合，提升系統安全性和運行效率。

二、輸配電設備物聯網差異化建設方案

（一）輸電線路物聯網建設方案

輸電線路物聯網架構采用天地協同的方式實現。空中采用合成孔徑雷達(SAR)遙感衛星實現對輸電線路山火、通道異物、桿塔傾斜等較大缺陷的廣域高效監測；地面以輸電線路導線上監測裝置作為邊緣計算設備，附近桿塔上的傾斜、微氣象、雷擊閃絡等裝置通過LoRa等微功率無線通信方式將數據匯集到邊緣計算設備，邊緣計算設備再通過北斗三代短消息通信網絡實現海量小數據的回傳，以解決山區輸電線路信號盲區的問題。

（二）變電站物聯網建設方案

感知層由站域級邊緣計算單元、站域級集成感知陣列、設備級感知網絡和設備級感知傳感器組成。站域級邊緣計算設備負責變電站環境、狀態、行為、電氣參量的全面融合，實現設備本體及運行環境的深度感知、風險預警，主動觸發多參量和多設備間的聯合分析并推送預警信息。站域級集成感知陣列主要集成紅外、視頻、局放、聲音、氣味等傳感功能，實現對變電站設備的非接觸式測量，陣列中各單元通過以太網絡或全球定位系統(GPS)實現分布式同步采樣，從而實現對異常設備所在區域的初步定位。

（三）配電物聯網建設方案

根據我國配網的建設情況，將饋線終端設備(FTU)、配變終端設備(TTU)、配電終端設備(DTU)和智能運維監測終端(MTU)作為配網的邊緣計算設備。FTU主要匯集附近故障錄波指示器、斷路器狀態監測和環境數據，通信方式可以是4G/5G、LoRa等；TTU主要匯集變壓器負荷、變壓器狀態、低壓用戶用電、低壓配電房運行狀態、低壓用戶電能質量等信息，通信方式可以是485總線、以太網、電力載波、微功率無線、LoRa等；DTU主要匯集直流屏、保護測控裝置、變壓器等設備的自動化參量，并實現各電氣回路開關設備的遙控分、合控制；MTU主要匯集中壓配電站房內的環境、設備狀態、安防等信息，同時實現與輔控設備聯動，通信方式可以是485總線、以太網、LoRa等。

三、輸配電設備物聯網建設發展趨勢

（一）運行管理

泛在電力物聯網的建設旨在讓電網的數據成為一種可增值的資源，通過對這些數據資源的利用來提高電網的安全、設備能效，從而降低運維成本。這些數據的獲取成本包括數據獲取、傳輸、存儲、維護、計算等全鏈條的開支，在泛在電力物聯網的建設中，需對數據獲取成本進行經濟學定義，以實現企業的精細化管理，后期還可通過經濟市場的方式帶動低成本感知技術的發展。

（二）應用模式

1.設備供應商關系

電網公司的缺陷/故障相關的運行數據是設備質量重要的信息反饋，設備制造廠家可向電網公司購買自身或同類產品的運行數據以實現自身產品質量的提升、商業競爭等應用。

2.行業分析

每年電網企業的場站設計規模、設備招投標規模，以及不同地域的工商業用電特性都集中反映了電力行業或某特定區域的經濟形式，針對上述數據脫敏后形成的行業分析報告可供政府、投資機構和設備制造企業來調整其生產經營行為，以便更加準確地判斷行業形勢。

3.科研院所及創業者關系

由于電力設備多場作用的復雜工況導致其故障機理復雜，單純的理論模型現場應用效果欠佳，泛在電力物聯網建設后，電網企業可提供設備全面的感知數據，故障案例庫將更加豐富，如何根據電網企業的故障/缺陷案例開發出基于模型+數據驅動的故障診斷算法模型，將會是科研院所和電網企業共同承擔的主要工作。電網企業數據云平臺的建設必將帶動數以萬計的APP開發公司專注電網數據的應用，從而帶動整個生態的發展。

（三）技術發展

1.取能技術

由于從環境獲取的能量較少，取能技術通常要和傳感、通信等進行一體化設計以實現最低的功耗要求，因此集成取能、采集、通信的系統級芯片(SoC)系統將會是低功耗感知的發展方向。

2.新型傳感技術

高度集成化的傳感器可以復用采集存儲和通信技術，降低單個參量的感知成本，同時提高裝置的可靠性，將會是泛在電力物聯網感知技術大規模應用的突破點。對于大量的存量設備而言，非接觸式測量可將感知和設備運行解耦，二者互不影響，從而極大地提高泛在物聯網建設的便利性。

3.衛星在電力行業的應用技術

我國北斗三代衛星、地基增強站和大量通導遙小衛星星座的建設，為電力設備狀態感知、通信和位置服務提供了更新和更加靈活的應用手段。

4.定制化芯片技術

按照國家電網公司規劃，3年內要實現20億個設備的互聯，會用到數以億級的芯片和傳感器，通過芯片化降低固定場景采集系統的低成本并提高其可靠性是降低泛在電力物聯網建設投資的有效手段，在巨大的市場驅動下，大量的電力專用芯片將面市。

結語

通過泛在電力物聯網的建設實現萬物互聯，降低數據獲取的邊際成本，進一步開發數據的價值形成完整的能源生態體系，是新形勢下電網企業轉型為優秀能源企業的有效手段。