基于物聯網技術的新能源電網運行狀態監測方法探究

國網冀北電力有限公司超高壓分公司 徐興華 國網冀北綜合能源服務有限公司 姚 陽

1 物聯網技術在電力領域中的關鍵技術形式

當前，物聯網技術已經在電力領域中實現了較為廣泛的應用，且存在多種關鍵技術形式。

1.1 傳感器技術

作為一種監測裝置，傳感器可有效感知待測量信息，此后通過相應的規律對信息加以變化，完成信息輸出。對于物聯網而言，傳感器技術是一種可有效獲取外界信息的途徑。電力領域中傳感器技術的應用主要體現為無線傳感網絡的形式，其可借助節點內置傳感器，對傳感網絡覆蓋范圍內的目標信息進行收集與處理。現階段，無線傳感器網絡已經在多種電網數據收集場景中實現了廣泛應用，包括設備故障診斷、遠程系統監控、無線自動抄表等。

1.2 通信技術

電力領域中應用的通信技術包含多種形式。

5G通信技術。該技術是一項較為關鍵的物聯網技術，能夠實現龐大無線通信需求的有效滿足。憑借自身具備的多重優勢，例如低功耗、低延時、超大容量帶寬、高傳輸速率等，5G通信技術能夠在監測分布式電源發電狀況之中發揮良好的作用，從而實現能源利用效率的有效提升。不僅如此，評估電纜狀態中同樣可進行5G通信技術的應用，實現故障發現與預防的及時化。此外，在配電自動化、變電站機器人、智能變電站中，5G通信技術也可以起到積極的作用[1]。

寬帶載波通信技術。該技術形式依托于現代化的正交頻分復用技術，將其應用到電力領域之中能夠將多臺變信號串擾問題加以有效解決，為用電智能化發展提供更加可觀的支撐力量。另外，當開展智能配電網信息收集工作時，寬帶載波通信技術也能夠為工作的順利開展提供可靠性、高速性的信息通道。

1.3 云計算技術

其應用到電力領域中時主要涉及兩個層面：智能電網調度系統。憑借這一系統，可以實現共享數據、支撐系統運行、大計算量需求的滿足、存儲并管理海量信息數據；大數據分析平臺。該平臺涵蓋三項內容，分別為數據載入與處理、數據組織與存儲、數據交互式分析與展示，能夠實現有效處理和分析數據的目的。

2 以物聯網技術為基礎的新能源電網運行狀態監測方法設計

案例新能源電網運行過程中會產生大量的系統參數，比如光伏組件參數、蓄電池運行參數、環境監測參數等，參數結構各異、體量龐大，監控處理難度相對較大。本次主要引入前端傳感監測模塊+ZigBee短程通信+4G遠程通信+應用層監測管控的物聯網設計思路，對電網運行狀態數據進行高效率采集識別。其中，ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議，根據該協議規定，這一技術為短距離、低功耗的無線通信技術，可以對通信網絡中的樹形與網狀網絡進行選取。

同時，以新能源電網現場的實際情況和要求，將監測器節點安裝在檢測區間，并進行攝像頭的安裝。基于新能源電網現場實際情況和分布位置的考量，在實際開展監測器節點安裝的過程中，出于優化檢測器節點采集轉臺數據精準程度的目的，在電網電路中的各段中均進行監測器的安裝。在此之中，需要對監測器節點定位高度予以控制，常規情況下，每兩個節點的定位高度需要低于500m。同時，在各個輸電段路徑之上相隔相應的距離，進行數據節點的安裝，這一設施的主要功能為對各個線路上各個檢測器節點采集的數據信息進行采集。

本次使用的節點傳感器主要包含5類，其中風速傳感器測量范圍為0～32.4m/s；溫濕度傳感器測量范圍為-40～80℃和0～100%RH；輻照傳感器測量范圍為0～1500W/m2；電壓互感器和電流互感器測量范圍分別為0～300V和0～80A。在將物聯網技術應用到新能源電網運行狀態監測中時，能夠以差異化的運行狀態指令作為依據，對各個檢測器采集的新能源電網運行狀態數據進行分別采集。

2.1 新能源電網運行狀態監測模型的搭建方法

運行數據收集完畢后，還需要借助專門的狀態監測算法進行數據整合、處理和分析，計算模型搭建如下。

2.1.1 對運行狀態原因與過程進行分析

以多元影響因素理論作為基礎，同時與新能源電網的特征加以有機結合，按照傳感器所采集的各類數據信息，對新能源電網出現多種運行狀態的具體原因進行分析，一般來說，存在的原因基本有運行環境、電網設備性能、工作人員操作、控制方法、維護措施?；谶@種情況，將上述五點原因作為運行狀態評價指標體系中的具體構成要素[2]。在構建這一指標體系的過程中，需要進行一級評價指標和二級評價指標的制定，后者是對前者的一種具體化解釋。

具體來說，將以上五點原因作為一級評價指標，二級評價指標則包含各種新能源電網的運行特征，例如施工材料運輸量大、現場安裝機械設備數量多、復雜化與立體化的建設內容較多、大量新能源材料、對施工人員素質要求較高、新能源技術應用較頻繁、建設周期較長，等等。在描述運行狀態評估相關因子集合時，可應用如下公式：

一級評價指標：

二級評價指標：

2.1.2 借助階段分析法進行指標權重的確定并檢驗相同性

在對式（1）中各項指標的權重進行確定時，U=｛U1,U2,U3,U4,U5｝中每一個指標的權重分別表示為a1,a2,a3,a4,a5，可使用如下公式進行描述：A=[a1,a2,a3,a4,a5]，除對一級評價指標中各指標的權重進行確定時，還需要關注二級評價指標，以此類評價指標影響一級評價指標運行狀態的具體程度作為依據，進行相應權數的設計，可使用如下公式加以描述：

在此之后，將使用物聯網技術評價新能源電網運行狀態的各個評價指標劃分成4個級別，分別為Ⅰ（無法運行）、Ⅱ（不安全運行）、Ⅲ（可以運行）、Ⅳ（安全運行），在此基礎上進行評估集的構建，由此即可生成具體的針對新能源電網運行狀態的分析評價標準和具體的分析評價方法。新能源電網運行狀態分級評估標準如下：Ⅰ：[0，70]；Ⅱ：[70，80]；Ⅲ：[80，90]；Ⅳ：[90，100]。

每一級別的運行狀況可以描述為四類。Ⅰ：當處于這一運行情況時，新能源電網必須立即停止運行；Ⅱ：當處于這一運行情況時，在經濟條件和技術要求可滿足相應要求時，需要對新能源電網存在的安全問題加以有效解決；Ⅲ：當處于這一運行情況時，能夠忍受，如果與成本效益相符合，則需要將新能源電網運行期間存在的安全問題加以解決；Ⅳ：當處于這一運行情況時，新能源電網的運行狀態處于可以接受的范疇，且無需實施維護措施。

2.1.3 綜合取值4項分級評價

在這個過程中，需要以新能源電網本身的性質和具體運行狀態作為依據，完成綜合取值4項評價指標的目的，并生成對應上述內容中評價集的評價集合，使用如下公式描述：G=[g1,g2,g3,g4]，這一步操作的主要目的在于綜合取值新能源電網異常運行與安全運行狀態，在借助模糊判斷技術完成評估之后，當對階層性進行判斷時，可采取層次函數方式，如此一來，可以實現對層次間聯系狀態有效考察的目標，有效避免無法確定層次間聯系問題的產生。在使用層次函數方法時，可生成如下公式：

在上述公式中，x所表示的是公式中的變量，為劃分各評估階層時的變量，即隨著實際情況不斷變化的一項變量。在評估新能源運行狀態評價指標體系時，可以依托于量化狀態評價指標體系的形式，同時還需要通過觀測運行狀態和應用新能源電網運行狀態評價指標的方法。在評估時，滿分值為100，且以三角階層指數方法作為依據，對評價集和各項參數之間的相關程度加以確定，并在此基礎上完成模糊評價矩陣的建立，使用如下公式描述：T=[T1,T2,T3,T4]，由于其屬于模糊評價矩陣的映射，因此在表示時可采取矩陣的形式：T=｛tij｝|i=1,2,…,n,.j=1,2,…,m｝。

式中：tij所表示的含義為各個單一元素Ui與評價等級Yi之間的具體關聯程度，按照S1=W1T1，能夠通過計算獲取元素集Ui的模糊綜合評價集Si，以此為基礎實現綜合評估分值與新能源電網運行狀態等級的確定，并獲取模糊綜合評估分值。借助對綜合評價分析結果和各階層評價理論進行分析能夠發現，此次研究所建立的模型不會對電網本身產生較為明顯的影響，且該模型在實際運用之后能夠實現為安全施工提供支撐與保障的效能。由此可見，模型能夠為管理電網運行狀態產生積極影響。

2.2 新能源配電網運行狀態監測的實現方法

在完成基于物聯網技術的新能源電網運行狀態監測模型的搭建之后，可以借助使用被監測電網區域中的傳感器，實現監測區域內電網運行狀態的有效監測。在監測運行狀態時，涉及多項內容，包括控制、排序、狀態監測等，同時也可以實現調整、優化或建立電網結構的目的。在新能源電網實際開始運行之后，傳感器將會發揮監測效能，監測電網線路中各類機械設備運行期間的運行情況和電流運行情況。

系統內還配備了專門的蓄電池監測模塊，采用DS2438電池監測芯片，可以通過A/D轉換模塊進行數據指令識別，裝配5V傳感器獨立電壓以及LM2596穩壓芯片，能夠較好地完成光伏組件、儲能元件的運行參數監控?；谖锫摼W的新能源電網運行狀態監測系統投產運行1年期間，共預警重大風險事故6次，一般風險事故12次，低風險事故39次，為區域新能源電網提供了安全運行保障，具有一定的推廣應用價值。

3 結語

經過長期的研究與實踐，物聯網技術已經在電力領域中實現了有效運用，為電網的良性運行提供了一定的技術支撐。當以物聯網技術為基礎進行新能源電網運行狀態監測模型的構建時，可以發揮良好效能，該模型可以依托于新能源電網空間數據，通過收集和處理此類空間數據的形式，與物聯網技術有機結合，在這種條件下，能夠依托于某種新能源電網的運行狀態評價指標對新能源電網的運行狀態加以判斷。根據此次研究的分析可知，在新能源配電網運行期間借助物聯網技術，可實現對異常運行狀態的有效監測，因此在未來的發展中，相關領域和電力企業在監測新能源電網運行狀態時，可以積極嘗試物聯網技術的運用。