物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電臺(tái)區(qū)中的應(yīng)用與思考

國網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中心 黃 正 劉 松

近年來，我國計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，帶動(dòng)了我國其他高精尖技術(shù)的快速革新網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的不斷進(jìn)步，促使互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在社會(huì)各個(gè)行業(yè)當(dāng)中廣泛應(yīng)用，尤其對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過和電網(wǎng)的運(yùn)行管理工作之間進(jìn)行有效銜接，較好解決了傳統(tǒng)設(shè)施下電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)管工作存在的各種問題。由于電網(wǎng)設(shè)備類型相對(duì)比較復(fù)雜，在實(shí)際工作過程中對(duì)于設(shè)備的監(jiān)測(cè)存在較大的困難，如果電網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障問題，在排查工作時(shí)間上較長，投入的人力物力資源較大。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)供配電系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，可以幫助工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的各種電力故障問題，確保故障問題得以快速解決，降低工作人員的工作強(qiáng)度，提高電力企業(yè)單位的供電工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國電力事業(yè)不斷朝著更高目標(biāo)和方向上發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

1 配電臺(tái)區(qū)的主要功能

1.1 低電壓配網(wǎng)的全面感知

配電臺(tái)區(qū)通過在線路側(cè)以及用戶側(cè)的系統(tǒng)關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行介入，通過改造或者直接部署等方法，保證一次設(shè)備、二次裝置、智能傳感裝置、視頻監(jiān)控設(shè)備等，可以全面實(shí)現(xiàn)低壓配網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行工作狀態(tài)，可以對(duì)各種電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)性運(yùn)行工作情況，外部環(huán)境變化情況以及其他干擾性影響因素等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，對(duì)各種電氣運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。基于寬帶載波IP 化以及微功率無線通信技術(shù)的有效應(yīng)用，組建出低壓臺(tái)區(qū)連接線的網(wǎng)絡(luò)總結(jié)構(gòu)，并且通過采取統(tǒng)一化的信息通信接口，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)性的交互與傳輸，有效解決低壓智能設(shè)備類型復(fù)雜、數(shù)量較多、安裝工作位置分散、布線工作難度較大以及施工過程中產(chǎn)生停電等各種問題的影響，實(shí)現(xiàn)各種電力設(shè)備相互之間的有效關(guān)聯(lián)[1]。

1.2 數(shù)據(jù)應(yīng)用就地化管控

首先，配電臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)信息控制工作需要實(shí)現(xiàn)就地化管控工作模式，隨著配電臺(tái)區(qū)對(duì)于信息化技術(shù)的使用層次不斷提升，臺(tái)區(qū)內(nèi)部所生成的系統(tǒng)參數(shù)、數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)總量正在快速上漲，僅國網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中的智能化電表，在一天時(shí)間范圍內(nèi)收集到的參數(shù)信息總量可以達(dá)到6TB 以上，如果所有的監(jiān)測(cè)站當(dāng)中的數(shù)據(jù)信息全部集中上傳到主站系統(tǒng)內(nèi)部，將會(huì)消耗掉大量的通信資源以及主站內(nèi)部的各項(xiàng)資源，同時(shí)因電網(wǎng)異常問題產(chǎn)生的頻率相對(duì)較低，因此大量正常的運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)不需要全部傳輸?shù)街髡緝?nèi)部進(jìn)行處理，如果配電臺(tái)區(qū)可以實(shí)現(xiàn)智能數(shù)據(jù)信息的處理，則至少超過一半的數(shù)據(jù)信息不需要直接上傳到主站內(nèi)部。

其次，配電臺(tái)區(qū)快速分析決策需要實(shí)施就地化管控工作模式，在部分業(yè)務(wù)控制執(zhí)行實(shí)時(shí)性要求標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較高，比如配電變壓器設(shè)備的保護(hù)以及故障判斷等在數(shù)據(jù)信息的分析控制邏輯方面，需要根據(jù)傳統(tǒng)的自動(dòng)化終端系統(tǒng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性收集。通過主站內(nèi)部的系統(tǒng)架構(gòu)作為支撐，有效滿足通信業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性工作要求和標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于內(nèi)業(yè)工作任務(wù)方面，配電臺(tái)區(qū)需要有效引入新型的計(jì)算機(jī)構(gòu)架，保證配電臺(tái)區(qū)當(dāng)中低壓配網(wǎng)的運(yùn)行工作狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性在線監(jiān)測(cè)，通過智能化分析和決策之后來進(jìn)行控制，全面緩解全覆蓋區(qū)域高頻數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性。通信信息儲(chǔ)存以及基層工作所產(chǎn)生的壓力，可提高臺(tái)區(qū)運(yùn)維工作速率和管控工作質(zhì)量，針對(duì)外業(yè)臺(tái)區(qū)內(nèi)部的云主站和邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間資源信息需要進(jìn)行系統(tǒng)化處理，同時(shí)企業(yè)單位、電力客戶、科研機(jī)構(gòu)、政府單位以及其他主體單位，需要為其提供出數(shù)據(jù)共享以及相關(guān)服務(wù)[2]。

2 供電系統(tǒng)內(nèi)部物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)分層體系結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)構(gòu)體系下，供電網(wǎng)絡(luò)的整體結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，主要包含感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層等幾個(gè)重要層面所組成，具體如下：

首先是應(yīng)用層。主要是對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行過程中所收集到的參數(shù)數(shù)據(jù)，以及用戶用電量數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析和使用。針對(duì)用戶方面和相關(guān)供電運(yùn)營業(yè)務(wù)等建立起相應(yīng)的目標(biāo)工作平臺(tái)，可以充分實(shí)現(xiàn)供電網(wǎng)絡(luò)用戶單位、電廠單位以及各種能源供應(yīng)單位之間的有效銜接，全面提高能源的綜合使用效率。

其次是網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層作為互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部提供出安全方便的信息通道，為物聯(lián)網(wǎng)各項(xiàng)信息傳輸工作提供出專用的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。在物聯(lián)網(wǎng)通信工作過程中，根據(jù)供電單位的實(shí)際工作狀況，供電距離長短供電成本以及供電效率等多方面因素進(jìn)行綜合分析和選擇，其中重點(diǎn)包含了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、光纖網(wǎng)絡(luò)、同軸電纜以及最新開始推廣使用的5G 通信技術(shù)。

最后是平臺(tái)層。平臺(tái)層屬于一種信息儲(chǔ)存和管理的工作單元，主要負(fù)責(zé)電網(wǎng)的供電運(yùn)行，以及用戶用電等各方面數(shù)據(jù)的收集和分析。通過平臺(tái)層的建設(shè)有效解決了傳統(tǒng)供電系統(tǒng)運(yùn)行信息比較零散、信息不集中等多方面問題，充分實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)信息之間的互聯(lián)互通，方便各個(gè)環(huán)節(jié)的工作信息得以快速共享和使用。通過建立起數(shù)據(jù)中心云平臺(tái)等形式，可以充分實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性搜集和使用，充分發(fā)揮出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在供電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的作用。

3 配電臺(tái)區(qū)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用策略分析

3.1 實(shí)現(xiàn)配電臺(tái)區(qū)運(yùn)維管理工作的自動(dòng)化

隨著我國供電電網(wǎng)的智能化水平和層次的不斷提高，人們對(duì)于電網(wǎng)供電運(yùn)行工作需求量也在不斷上漲，電網(wǎng)設(shè)備及其線路檢修工作過程中，從以往的停電檢修逐漸提升到現(xiàn)階段的正常狀態(tài)檢修，電力企業(yè)通過廣泛開展網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建立起更加智能化的系統(tǒng)控制模式，確保物聯(lián)網(wǎng)對(duì)整個(gè)配電臺(tái)區(qū)實(shí)施監(jiān)測(cè)，并且保證配電網(wǎng)的運(yùn)行工作穩(wěn)定性。針對(duì)配電網(wǎng)的工作狀態(tài)實(shí)施數(shù)據(jù)信息收集與整合，可以提前發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)內(nèi)部產(chǎn)生的故障問題，可以幫助工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的安全隱患及時(shí)進(jìn)行檢修和處理，為人們的日常生活用電提供保障，并且避免出現(xiàn)電力資源浪費(fèi)情況，為整個(gè)配電臺(tái)區(qū)設(shè)備狀態(tài)檢查工作提供出有效依據(jù)和參考[3]。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能化巡檢工作

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，配電臺(tái)區(qū)當(dāng)中對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用層次越來越高，其中智能化巡檢技術(shù)是其中非常關(guān)鍵的工作方法，并且傳統(tǒng)形式下的人工巡檢技術(shù)方法逐漸被更加先進(jìn)的智能化巡檢技術(shù)所替代。在配電網(wǎng)的電力巡檢和管理工作過程中，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效應(yīng)用可以基于射頻識(shí)別技術(shù)、全球定位技術(shù)、地理信息系統(tǒng)以及一些比較先進(jìn)的通信設(shè)備等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電臺(tái)區(qū)內(nèi)部的相關(guān)電氣設(shè)備運(yùn)行工作狀態(tài)實(shí)施實(shí)時(shí)性監(jiān)控，同時(shí)可以根據(jù)識(shí)別標(biāo)簽輔助設(shè)備，對(duì)故障問題產(chǎn)生的具體位置進(jìn)行定位處理，充分實(shí)現(xiàn)人員的到崗監(jiān)督。而監(jiān)督工作人員通過參照標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的管理工作流程，對(duì)其進(jìn)行輔助狀態(tài)檢測(cè)以及實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)工作模式，有效保證電網(wǎng)運(yùn)維管理工作質(zhì)量和效果。

3.3 邊緣計(jì)算智能終端控制

在配電臺(tái)區(qū)智能配電終端系統(tǒng)當(dāng)中，通過配電出線側(cè)在邊緣計(jì)算工作方式上得到了進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)，從配電臺(tái)區(qū)監(jiān)控、配電變壓器到用戶的自動(dòng)電表之間大量運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行及時(shí)收集和處理，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的獲取具有較強(qiáng)的系統(tǒng)控制特殊性，是整個(gè)配電臺(tái)區(qū)內(nèi)部系統(tǒng)化管理工作的核心要點(diǎn)。在邊緣計(jì)算智能終端控制系統(tǒng)當(dāng)中，基于硬件平臺(tái)化、軟件APP 化的設(shè)計(jì)工作方法，對(duì)內(nèi)置邊緣計(jì)算軟件平臺(tái)屏蔽硬件差異統(tǒng)一軟件接口等位置進(jìn)行有效控制，全面支持信息的交互與傳輸，保證信息傳輸過程中的效率得到全面提升。通過部署多個(gè)電氣設(shè)備，實(shí)現(xiàn)終端系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行自動(dòng)化檢查，通過不同專業(yè)和不同的業(yè)務(wù)開展電氣設(shè)備基于事先建立好的虛擬結(jié)構(gòu)模型，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的相關(guān)目錄文件，以及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)性收集和處理，對(duì)于其他虛擬文件，可以在Linux 內(nèi)核中進(jìn)行文件進(jìn)行錄入和收集。通過系統(tǒng)在Linux 內(nèi)核當(dāng)中的命名空間，可以有效實(shí)現(xiàn)信息傳輸通道之間的相互分割形成一種獨(dú)立的信息數(shù)據(jù)空間，充分實(shí)現(xiàn)信息計(jì)算和內(nèi)存資源分配與限制，有效保證智能終端控制工作質(zhì)量和效果[4]。

3.4 提高配電網(wǎng)運(yùn)維管理工作水平

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效應(yīng)用，在配電臺(tái)區(qū)內(nèi)部可以實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化管理，可以保證配電網(wǎng)中低壓產(chǎn)生的各種工作問題可以進(jìn)行精確定位，并且?guī)椭鷻z修工作人員快速找到故障問題產(chǎn)生的具體原因，及時(shí)進(jìn)行故障問題排查。通過主動(dòng)式搶修工作方法，有效提高故障問題的搶修工作效率，減少停電時(shí)間，避免對(duì)人們的正常用電產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的配電自動(dòng)化技術(shù)的全面應(yīng)用，可以有效降低配電設(shè)備運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的維護(hù)費(fèi)用，包含設(shè)備維護(hù)成本、運(yùn)維工作人員成本、車輛設(shè)備等耗材的使用率下降等。

3.5 共享配用電數(shù)據(jù)服務(wù)

基于配電互聯(lián)網(wǎng)工作平臺(tái)，可以提出包括各項(xiàng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、咨詢業(yè)務(wù)在內(nèi)的相關(guān)信息服務(wù)規(guī)范，提供數(shù)據(jù)信息收集、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)可視化等相關(guān)技術(shù)內(nèi)容，可以讓更多用戶在用電過程中，不需要過分重視底層數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的問題和影響，更加專心的挖掘有用數(shù)據(jù)的真正價(jià)值，為電力企業(yè)的政策制定、電力企業(yè)未來決策以及人們的個(gè)人生活提供諸多便利服務(wù)。通過分析海量數(shù)據(jù)信息的工作結(jié)果，可以為用戶提供出更多診斷管理工作服務(wù)，并且對(duì)用電過程中的各項(xiàng)信息進(jìn)行咨詢，實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)單位的生產(chǎn)經(jīng)營狀況的科學(xué)化評(píng)估，拓展各項(xiàng)投資工作業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)能源保險(xiǎn)服務(wù)以及其他各項(xiàng)關(guān)聯(lián)服務(wù)等。

3.6 配電臺(tái)區(qū)設(shè)備的智能化運(yùn)行和管理

由于配電臺(tái)區(qū)內(nèi)部變電設(shè)備的種類相對(duì)比較復(fù)雜同時(shí)，在結(jié)構(gòu)原理上各有不同，各種數(shù)據(jù)收集量較大，工作方式整體的效率比較低下，同時(shí)也存在較多重復(fù)性工作，加大了工作人員的工作量。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)環(huán)境下，建立起智能巡檢管控工作平臺(tái)，可以直接通過無人機(jī)巡檢機(jī)器人、視頻監(jiān)控、紅外監(jiān)控以及系統(tǒng)在線監(jiān)控等多種設(shè)備，對(duì)配電臺(tái)區(qū)內(nèi)部的各項(xiàng)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)質(zhì)性收集和儲(chǔ)存，同時(shí)開展全過程自主化智能化以及標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。通過人工智能的控制工作方法，有效保證對(duì)工程施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)環(huán)境、作業(yè)流程以及安全工作器具等進(jìn)行全面監(jiān)控和了解，充分結(jié)合地理信息系統(tǒng)、GIS 技術(shù)以及三維可視化技術(shù)等，對(duì)整個(gè)配電臺(tái)區(qū)內(nèi)部的設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行前景顯示和監(jiān)測(cè)，以此來有效實(shí)現(xiàn)精細(xì)化設(shè)備管理，有效降低工作人員的工作強(qiáng)度。

4 物聯(lián)網(wǎng)的未來發(fā)展趨勢(shì)

物聯(lián)網(wǎng)屬于互聯(lián)網(wǎng)的一種延伸和拓展，通過傳感技術(shù)、定位技術(shù)、通信技術(shù)以及先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)物和物、物和人以及人與人之間的信息交流和連接，屬于對(duì)物理且進(jìn)行數(shù)字化反映和體現(xiàn)，并且通過數(shù)據(jù)處理工作作出相應(yīng)的反應(yīng)和操作，屬于一種比較先進(jìn)的信息通信系統(tǒng)。在工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)概念，本質(zhì)意義上屬于相同的，主要是通過打通工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)和企業(yè)經(jīng)營等各項(xiàng)管理工作內(nèi)容，推動(dòng)企業(yè)內(nèi)外部資源的合理共享，有效建立起工業(yè)生態(tài)創(chuàng)新業(yè)務(wù)工作模式，有效推動(dòng)企業(yè)的發(fā)展轉(zhuǎn)型。從整體的技術(shù)革新和發(fā)展趨勢(shì)上進(jìn)行分析，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在使用工作過程中，第一階段是以獨(dú)立運(yùn)行為主體的垂直封閉模式；第二階段是以資源共享化為特征的第一次水平化，在終端層面，可以實(shí)現(xiàn)與各類業(yè)務(wù)終端進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化介入與數(shù)據(jù)整合；第三階段主要是以能力開放為特征的二次水平化，在終端層引入邊緣計(jì)算和智能化技術(shù)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能的拓展。

5 結(jié)語

綜上，未來的發(fā)展中，傳統(tǒng)的配電臺(tái)區(qū)設(shè)備檢測(cè)和維護(hù)工作方法，將會(huì)逐漸被更加先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所取代，將會(huì)有更多工作流程被智能控制系統(tǒng)所代替，全面提高配電臺(tái)區(qū)的運(yùn)營管理工作效果，降低不必要的人力資源投入量，推動(dòng)我國電力產(chǎn)業(yè)不斷朝著更高目標(biāo)發(fā)展。