基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的智能變（配）電監(jiān)控系統(tǒng)

楊兆權(quán) 賈麗峰 李釗 史麗珍 劉斌 李紅衛(wèi) 樊元龍

關(guān)鍵詞：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)? 智能變配電? 監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的智能變（配）電監(jiān)控系統(tǒng)是在在配電環(huán)節(jié)部署具有一定感知、計(jì)算、執(zhí)行和通信等功能的大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。利用電力信息通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)上的智能終端、設(shè)備信息的高效傳輸、分析、處理，從而進(jìn)一步提高智能電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)的信息感知深度和廣度、電力系統(tǒng)分析、預(yù)警、自愈及防范災(zāi)害的能力以及電網(wǎng)安全運(yùn)行水平，實(shí)現(xiàn)電力從生產(chǎn)到消費(fèi)各環(huán)節(jié)的精細(xì)化管理，達(dá)到節(jié)能降耗、經(jīng)濟(jì)高效的目的，其本質(zhì)是智能電網(wǎng)建設(shè)的進(jìn)一步深化。

1、研究背景

智能電網(wǎng)建設(shè)是我國(guó)在能源領(lǐng)域的重要戰(zhàn)略部署，將逐步推動(dòng)我國(guó)電力基礎(chǔ)生產(chǎn)模式的改變，定位于先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的國(guó)際領(lǐng)先、自主創(chuàng)新、中國(guó)特色的智能電網(wǎng)，是電力行業(yè)的發(fā)展方向。智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，首先依賴(lài)于電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)重要運(yùn)行參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)信息掌控，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為推動(dòng)智能電網(wǎng)發(fā)展的重要技術(shù)手段。

國(guó)家智能電網(wǎng)建設(shè)中，輸變電系統(tǒng)的智能化信息化已具備相當(dāng)高的水平，而配電網(wǎng)由于其使用環(huán)境和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使得智能化信息化水平較低，隨著智能電網(wǎng)工作的進(jìn)一步深入，配網(wǎng)智能化信息化已成為下一步的主要工作之一。國(guó)家電網(wǎng)于2011年把配電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)列入技術(shù)導(dǎo)則，但是由于存在信息采集種類(lèi)繁多，缺少傳輸通道，缺少綜合的主站軟件等原因，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少。針對(duì)這一問(wèn)題，利用現(xiàn)代最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像技術(shù)、安防監(jiān)控和防盜報(bào)警、安全環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)，提出的基于泛在物聯(lián)網(wǎng)的智能變（配）電監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)區(qū)域配電系統(tǒng)實(shí)施全面的集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控管理。

2、研究?jī)?nèi)容

基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的智能變（配）電監(jiān)控系統(tǒng)是利用配電物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，按照感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，對(duì)變配電系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)站、配電站房、戶外環(huán)網(wǎng)箱、箱式變電站、電纜及電纜井、柱上變壓器和柱上開(kāi)關(guān)等設(shè)備的各類(lèi)環(huán)境和設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)展示和故障預(yù)警。

系統(tǒng)主要架構(gòu)如下圖所示：

配電物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為三個(gè)層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

（1）感知層

主要利用多種傳感器實(shí)現(xiàn)信息的采集、識(shí)別和匯聚，包括傳感器層與數(shù)據(jù)匯聚層兩部分，需滿足對(duì)配電設(shè)備監(jiān)測(cè)服務(wù)要求。

（2）網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備主要接入網(wǎng)關(guān)組成，配電物聯(lián)網(wǎng)感知的數(shù)據(jù)既可已通過(guò)APN/4G/5G專(zhuān)用/光纖網(wǎng)絡(luò)上傳，也可以借助DTU/FTU的通信接口通過(guò)配電網(wǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)上傳。

網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸，包括終端上行發(fā)送的采集數(shù)據(jù)、應(yīng)答信號(hào)和網(wǎng)絡(luò)心跳等信息，以及物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)下發(fā)的控制命令、廣播信息和應(yīng)答信息等功能。

（3）應(yīng)用層

應(yīng)用層主要由各類(lèi)系統(tǒng)主站及各類(lèi)數(shù)據(jù)、應(yīng)用服務(wù)組成，主要用于從接入網(wǎng)關(guān)接收傳感器采集上傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行抽取、分析、展示等處理工作，共同構(gòu)成一個(gè)完整的智能配電物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)一體化信息平臺(tái)系統(tǒng)。

基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的智能變（配）電監(jiān)控系統(tǒng)按照功能來(lái)講，可以分為動(dòng)態(tài)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、智能門(mén)禁管理系統(tǒng)、功能性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能綜合在線監(jiān)控主站系統(tǒng)。

（1）動(dòng)態(tài)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)：

配置紅外探測(cè)器，配電室入口處安裝探測(cè)器用于入室監(jiān)測(cè)，防止入侵;

配置液位或水浸傳感器，監(jiān)測(cè)電纜溝內(nèi)是否進(jìn)水，并在電纜溝內(nèi)進(jìn)行防火封堵措施;

配置溫濕度變送器均分布用于監(jiān)測(cè)設(shè)備溫度和濕度，環(huán)境溫度和濕度;

配置SF6+O2傳感器用于監(jiān)測(cè)配電房SF6氣體是否超標(biāo)，防止運(yùn)檢人員進(jìn)入造成傷害;

配置可燃?xì)怏w、有毒氣體檢測(cè)報(bào)警傳感器，甲烷、硫化氫、一氧化碳等有害氣體上發(fā)服務(wù)器報(bào)警;

配置臭氧傳感器用于測(cè)量環(huán)境中臭氣濃度，防止設(shè)備氧化過(guò)快;

配置空調(diào)控制器用于控制現(xiàn)場(chǎng)空調(diào);

配置主變超溫溫度傳感器用于監(jiān)測(cè)變壓器外殼溫度。 并在每個(gè)配電室配置環(huán)境監(jiān)控主機(jī)用于采集各傳感器狀態(tài)及數(shù)據(jù)信息，主機(jī)具有控制現(xiàn)場(chǎng)燈光、風(fēng)機(jī)、空調(diào)、除濕機(jī)等功能，數(shù)據(jù)集中整理后上傳至智能通信服務(wù)器。

視頻監(jiān)視系統(tǒng)：配置視頻監(jiān)視系統(tǒng)，用于工作人員遠(yuǎn)程對(duì)高壓室內(nèi)環(huán)境及高壓設(shè)備進(jìn)行巡視。

（2）智能門(mén)禁管理系統(tǒng)：

配置防火防盜不銹鋼門(mén)：在配電房失火或者外部入侵時(shí)保證配電房安全。

配置門(mén)禁管理系統(tǒng)：用于管理人員進(jìn)出，可遠(yuǎn)程開(kāi)門(mén)，也可以遠(yuǎn)程進(jìn)行開(kāi)門(mén)操作，系統(tǒng)具備 自動(dòng)識(shí)別智能卡上的身份信息和門(mén)禁權(quán)限信息，持卡人只有在規(guī)定的時(shí)間和在有權(quán)限的門(mén)禁點(diǎn) 刷卡后，門(mén)禁才能自動(dòng)開(kāi)門(mén)放行允許出入，否則對(duì)非法入侵拒絕開(kāi)門(mén)并輸出報(bào)警信號(hào)。并可與環(huán)境、動(dòng)力數(shù)據(jù)結(jié)合，符合開(kāi)門(mén)條件后，才可刷卡進(jìn)入。

（3）功能性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：

配置局放綜合監(jiān)測(cè)傳感器、蓄電池在線監(jiān)測(cè)傳感器、傾角傳感器、變壓器接地電阻傳感器。

（4）智能綜合在線監(jiān)控主站系統(tǒng)：

監(jiān)控中心配置 1 套智能綜合在線監(jiān)控主站系統(tǒng)，主要包括硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)，硬 件平臺(tái)包括網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備、服務(wù)器、短信報(bào)警模塊等，服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，基本任務(wù)是數(shù)據(jù)的維護(hù)和數(shù)據(jù)的處理。軟件平臺(tái)主要功能包括集中采集、管理各個(gè)站端系統(tǒng)，平面顯示各站端實(shí)時(shí)情況，包括當(dāng)?shù)氐貓D、主接線、設(shè)備工況、實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)曲線與歷史數(shù)據(jù)曲線等界面，直觀的描述現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀態(tài)。

1）平臺(tái)可采集多點(diǎn)配電房環(huán)境數(shù)據(jù)集中展示;

2）可實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún);

3）具備各配電房動(dòng)力設(shè)備的遠(yuǎn)程遙控;

4）擁有自定義報(bào)表平臺(tái)，可方面用戶構(gòu)建需要的報(bào)表數(shù)據(jù);

5）平臺(tái)具備組態(tài)系統(tǒng)功能，可任意接入其他廠家設(shè)備;

6）平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)瀏覽器遠(yuǎn)程查看系統(tǒng)，方便用戶。

3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）終端：實(shí)現(xiàn)終端泛在接入，狀態(tài)全面感知;感知終端存在感知部件覆蓋不足、快速響應(yīng)能力不足、取能技術(shù)尚待突破等問(wèn)題，“高可靠性，小型化、集成化，低功耗、無(wú)源化，高安全性。

（2）網(wǎng)絡(luò)：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全時(shí)空覆蓋，信息高效傳輸;配網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)感知的數(shù)據(jù)既可以通過(guò) APN/4G/5G 專(zhuān)網(wǎng)/光纖網(wǎng)絡(luò)上傳，也 可以借助 DTU/FTU/TTU 的通信接口通過(guò)配網(wǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)上傳。

（3）應(yīng)用：驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)持續(xù)創(chuàng)新，應(yīng)用便捷靈活;主要用于從接入網(wǎng)關(guān)接收傳感器采集上傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行抽取、分析、展示等處理工作，共同構(gòu)成一個(gè)完整的智能配電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)一體化監(jiān)管平臺(tái)系統(tǒng)。

4、結(jié)束語(yǔ)

本文基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的智能變（配）電監(jiān)控系統(tǒng)利用現(xiàn)代最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像技術(shù)、安防監(jiān)控和防盜報(bào)警、安全環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)，在配電環(huán)節(jié)部署具有一定感知、計(jì)算、執(zhí)行和通信等功能的大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。全面提升運(yùn)行、規(guī)劃、檢修等各領(lǐng)域效率水平，實(shí)現(xiàn)精益化管理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郝梓萁;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)決策級(jí)融合算法研究[D];北京交通大學(xué);2016年

[2] 智強(qiáng);變電站監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];華北電力大學(xué);2016年

[3] 林靜. 電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].通訊世界，2017，4（10）：123-125.

[4] 謝美豪. 基于EPON技術(shù)的電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)路徑分析[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2018，4（11）：55-56