基于物聯網技術的統一采集與集中監控的智能配電臺區研究

祝習宇，宋慶旭，羅 軍

（國網青海省電力公司黃化供電公司，青海 黃南州 811200）

0 引 言

國家電網在電源建設方面持續穩定增長。2017年，全國全口徑發電設備容量為1.78×109kW，同比增長了7.9%，增速稍有下滑；2018年前11個月，全國全口徑發電設備新增容量為9.877×107kW，全國全口徑發電設備達到1.88×109kW，依然保持穩定的增長態勢。

1 配電臺區的概念和現狀

1.1 配電臺區的概念分析

在電力系統中，配電臺區主要是指變壓器的供電范圍或區域，是電力經濟運行管理過程中非常重要的組成部分。圖1為單柱式配電臺區架，組成部分包括電桿、配電箱、支架、避雷裝置、保險、變壓器和第一接地線。其中，標號為3的結構即為變壓器，所能供電的范圍由標號為12的供電線所決定，即為配電臺區。

1.2 配電臺區的現狀分析

隨著經濟社會的發展，人們生產生活的用電范圍和用電量在持續增多。在這樣的背景下，如何提高供電服務和配電臺區管理水平是現階段電網公司發展需要解決的重點問題。表1是某農村配電臺區用電概況。該村共有950臺變壓器，其中130臺變壓器存在不同程度的過載現象，長此以往可能會影響住戶用電安全。

圖1 單柱式配電臺區架

表1 某農村配電臺區統計表

2 基于物聯網技術的統一采集與集中監控的智能配電臺區的優勢

2.1 信息資源整合程度高

在智能配電臺區的管理方面，可以利用物聯網技術的智能數據存取優勢，有效整合配電臺區的工作數據資源，從而實現對智能配電臺區的統一采集與集中監控，有利于在最大程度上減少智能配電臺區的故障發生概率，提高電力輸送效率。

2.2 信息獲取更加方便快捷

為了實現對智能配電臺區的有效管理，應該借助物聯網技術的智慧數據收集優勢，根據自動生成的智能清單有效追蹤配電臺區工作情況，從而使得信息獲取更加方便快捷，提高對配電臺區的管理水平。

2.3 運行維護的方式更加多樣

在智能配電臺區的運行維護方面，可以利用物聯網技術的智慧機器溝通和流程優化優勢，有效簡化配電臺區的日常檢查維護流程，通過電網建設的物聯網裝置實現數據的有效交互，加強對配電臺區運行維護的必要性分析，從而實現對智能配電臺區的有效監控。

3 基于物聯網技術智能配電臺區的建設思路分析

3.1 基于物聯網技術的智能配電臺區的整體框架設計

在進行整體框架設計時，要根據配電臺區的組成構建一個基于物聯網技術的一體化監測管控體系，主要包含4部分內容[1]。

（1）設計總控制平臺，也可以稱為智能控制終端。建設時可以根據配電臺區管理的具體內容，充分利用現階段先進的計算機網絡技術和云平臺技術建立一個數據平臺終端，方便展示采集信息和監控信息。

（2）整體架構方面，可以采用物聯技術分站模式，設置主站和下級用戶站點。配電臺區系統結構如圖2所示，應該利用有線或無線網絡作為媒介，將多個數據采集裝置并聯，從而有利于信息的匯總，最終將匯總完成的信息傳輸至數據分析工作站或手提式PC端進行數據查看和分析。其中，主站方面（即數據分析工作站）主要是對下級用戶站點的信息進行總結和分析，而下級用戶站點方面要完成信息的采集和傳輸。

圖2 配電臺區系統結構圖

（3）設計智能配電臺區管理系統的通信部分。主要通過現階段先進的光纖網絡進行連接，實現兩者之間的實時信息通信，在提高監控效率和監控準確性的基礎上，加快故障問題處理的速度。

（4）下級用戶站點中信息收集和監控的布局設計。它主要是對配電臺區中的配電變壓器和低壓配電箱進行監控和信息采集，從而保證供電的安全穩定性，提高用戶的用電體驗，增強配電臺區管理的水平。以基于WiMAX通信的智能配電臺區通信方案為例，借助OPNET仿真軟件進行不同規模臺區系統的搭建，并依據相應的網絡參考模型，有效優化和調整智能配電臺區的網絡實體和接入業務網絡即ASN和連接業務網絡（CSN），并根據SS和MSS的IP網絡開關科學分配PoA地址。為了準確獲取智能配電臺區的IP地址，應該采用DHCP動態主機配置協議進行查找，從而實現對智能配電臺區通信部分的有效設計。

3.2 硬件設備方面的設計和填充

3.2.1 主站系統方面

主站系統方面主要是根據主站的工作需要進行設計和填充。例如，可以在配電臺區增設前置服務器、數據庫、交換機、防火墻、配電加密認證裝置以及計算機顯示屏幕等設備，從而保證信息采集、轉換、儲存和運行等功能的正常，同時滿足基本的信息保密、信息展示等功能[2]。通過光纖網絡技術，實現主站與下級用戶站點和智能控制終端之間的通信聯系。在實際連接過程中，要注意先經過防火墻和數據隔離組件后，再與主站的前置服務器建立連接，從而實現業務交互通道與管理通道數據等功能。

3.2.2 配電變壓器方面

配電變壓器方面主要是在變壓器的關鍵部分安裝信息采集系統設備。首先，在選擇傳感設備時，要根據每種監測因素特點的不同，選擇對靈敏度高的傳感器設備，保證信息收集和監控的準確性，提高配電臺區管理的效率和質量。其次，信息傳輸方面。可以采用先進的信息轉換設備，把每種監控因素的數據信息轉換為電流信號，并通過架設好的通信管道傳遞到智能配電變壓終端。最后，智能配電變壓終端的安裝。安裝時，可以選擇安裝在低壓配電箱內的方式。安裝前要檢查低壓配電箱的通信功能，當低壓配電箱不具備通信功能時，要及時更換，保證信息能夠傳遞到智能配電變壓終端。更換時要注意漏電保護裝置的設置，提高配電臺區的供電穩定性。

3.2.3 下級用戶站點方面

在對下級用戶站點的硬件設備進行設計和完善時，要按照配電臺區內的電表箱數量，準備好相應數量的信息采集系統。在電表箱接線的方向安裝一臺信息采集系統，監測電表箱中總進線電壓、電流以及開關位置信號等因素，實現對配電臺區的信息采集和監控。不僅如此，在設計完善下級用戶站點的硬件設備時，還要在信息采集系統中加入本地通信模塊，從而實現智能配電變壓終端與下級用戶站點之間的信息交互，增強配電臺區管理的準確性。在智能配電變壓終端與本地通信模塊的交互過程中，應該先識別流程，將智能配電變壓終端即集中器通過路由設備RESET管腳進行復位路由，之后進行通信單元上報。過程持續約2 min，如果超出時間限制，則應該由管理員進行“本地通信模塊運行模式信息”查詢指令的下達，并通過設置主節點地址（指令為AFN=05H—F1）的方式進行命令驗證，根據運行模式參數進行智能配電變壓終端相關抄表機制的確認并結束識別流程，從而提高信息交互的有效性。

3.3 軟件功能技術方面的設計和填充

在探究基于物聯網技術的智能配電臺區時，除了更新配電臺區中的設備以外，還要設計和完善基于物聯網技術的智能配電臺區的軟件功能技術方面，從而滿足配電臺區管理的需求，提高配電臺區管理的智能化水平，促進電網企業的發展。應該根據實際情況構建低壓配電臺區采集監控體系，通過物聯網技術的鑲嵌功能，地圖式展現配電臺區的實時運行情況。要設計系統拓撲結構識別體系，加強對智能配電臺區的智慧化管理，大大降低人工工作的時間，充分發揮軟件功能技術的作用。

例如，在探究基于物聯網技術的智能配電臺區時，可以通過對智能配電臺區管理系統軟件功能方面進行設計和完善的方式，提高配電臺區管理的智能化水平。在對基于物聯網技術的智能配電臺區的軟件功能方面進行設計和完善時，要充分利用物聯網技術的優勢特點，構建全面系統的低壓配電臺區采集監控體系。可以采用門戶網站或App的方式，把配電臺區管理的相關內容鑲嵌到軟件中，實現隨時隨地進行查看和監控，從而提高配電臺區管理的便捷性[3]。例如，以配電臺區內配電變壓器與用戶站點的具體數量和位置為參考，通過分區域顯示的模式，使用類似地圖的方式進行展現。當需要查看某一地區的具體情況時，直接點擊地圖中的對應區域進入界面，明確顯示使用者的用電狀態、電壓、電流以及故障情況等信息，從而為配電臺區管理提供便利。不僅如此，還要在軟件中設置緊急報修和故障排查板塊，提高解決供電故障的效率和質量，保證用戶的用電體驗。在軟件功能方面進行設計和完善時，要展示和完善支持臺區戶表拓撲關系識別、相位識別以及表箱終端自注冊等功能，進一步支撐臺區設備資產的有序管理，提高智能配電臺區管理系統的便捷性和智能化水平。

4 結 論

為了有效解決目前在統一采集與集中監控方面出現的智能配電臺區的管理問題，更好地促進智能配電臺區工作效率的提升，應該加強對物聯網技術的有效應用。本文在對配電臺區的概念和現狀進行充分分析后，總結整合了物聯網技術在智能配電臺區應用方面的優勢，從基于物聯網技術的智能配電臺區的整體框架設計、硬件設備方面的設計和填充、軟件功能技術方面的設計和填充3方面入手，提出了相應的改進措施，以期能夠為智能配電臺區的有效管理提供借鑒。