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劉細(xì)鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要: 對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行體系架構(gòu)的探究,對(duì)面向配電網(wǎng)的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行條分縷析,就泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與配電網(wǎng)的融合情形或者說典型應(yīng)用進(jìn)行具體展望。
關(guān)鍵詞:泛在電力物聯(lián)網(wǎng);配電系統(tǒng);智能算法
引言
隨著時(shí)代的發(fā)展,配電網(wǎng)的角色在發(fā)生轉(zhuǎn)變:由單純的單向電能供應(yīng)轉(zhuǎn)向復(fù)雜的雙向能流服務(wù),如分布式發(fā)電的接入、用戶側(cè)多樣需求的滿足等。但受制于歷史發(fā)展情狀,規(guī)模龐大的配電網(wǎng)難以立即適應(yīng)新角色,特別在信息化和自動(dòng)化水平上存在長(zhǎng)足進(jìn)展空間。正是基于此,內(nèi)蒙古電力公司積極響應(yīng)打造泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略目標(biāo),其實(shí)質(zhì)是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心,充分吸納人工智能、大數(shù)據(jù)分析等要素,達(dá)成電力生產(chǎn)到電力消費(fèi)各環(huán)節(jié)中各類對(duì)象的信息互聯(lián)共享,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知與精細(xì)調(diào)控。但泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的研究尚不成熟,其與配網(wǎng)的融合更處于起步階段,需要進(jìn)行有益探索。
1、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概念及體系架構(gòu)
在社會(huì)高度電氣化的當(dāng)下,推進(jìn)電網(wǎng)信息化智能化的升級(jí)己成為世界各共識(shí)。美、歐盟、日韓等發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體均提出了相關(guān)愿景展望及工作計(jì)劃。我是電力大和電力強(qiáng),在電網(wǎng)發(fā)展的前沿陣地自然占有席之地。內(nèi)蒙古電力公司關(guān)于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的理解:將“源- 網(wǎng)- 荷”層面的人、物、設(shè)備等充分連接以達(dá)成泛在感知,借助可靠通信和高性能信息處理將海量數(shù)據(jù)在發(fā)、供、用之間共享,實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)“能量流、信息流、業(yè)務(wù)流”的體化融合,為價(jià)值服務(wù)提升提供有效平臺(tái)。感知層。它是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)末梢”,其物理形態(tài)主要是廠站端各類互感器、電能表、集中器以及用戶側(cè)智能電器。通過該層的全景式感知,控制決策單元將在廣度和深度上洞悉電網(wǎng)運(yùn)行各環(huán)節(jié)的情狀,為各類電力應(yīng)用奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
圖1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)分層架構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)層。該層負(fù)責(zé)為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的各型業(yè)務(wù)提供的信息交互通道,具體方式按實(shí)況、傳距、成本等考量因素進(jìn)行擇定。
圖2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的通信方式
平臺(tái)層。該層承載海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新、科學(xué)分析、共享管理,打破了信息孤島,解決了信息碎片化存儲(chǔ)問題,助力電力系統(tǒng)向電力和數(shù)據(jù)并重的轉(zhuǎn)型。應(yīng)用層。該層的功能是基于全景大數(shù)據(jù)搭建各類新型應(yīng)用平臺(tái),達(dá)成電力系統(tǒng)各參與方的感知互動(dòng)。
2、面向配用電系統(tǒng)的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)
2.1 感知層關(guān)鍵技術(shù)
相較于輸電網(wǎng),配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更為復(fù)雜、入網(wǎng)設(shè)備更為多樣,為了實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)測(cè),傳感設(shè)備高度集成化:充分考量尺寸、兼容等因素研發(fā)新型設(shè)備;重點(diǎn)是底層傳感器部署技術(shù)的深化。
2.2 網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)
配電網(wǎng)點(diǎn)多面廣,“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”有線通信方式難以鋪開,應(yīng)采用“有線+ 無線”互補(bǔ)的模式,并重視防御的落實(shí)。
底層自組網(wǎng)與核心通信網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)。配電通信系統(tǒng)承載多種業(yè)務(wù)的信息傳輸任務(wù)( 需滿足多款QoS 需求),且接入對(duì)象不斷豐富化( 如分布式發(fā)電、電動(dòng)汽車、智能終端、海量傳感器等),為應(yīng)對(duì)泛在感知信息在數(shù)據(jù)量和呈現(xiàn)維度的指數(shù)式攀升,需設(shè)計(jì)健壯的自組網(wǎng)路由策略來確保底層接入網(wǎng)的狀態(tài)量和控制量獲得及時(shí)傳輸。在這方面,依托健壯性測(cè)度的構(gòu)建提出網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充的相關(guān)算法;基于通信系統(tǒng)與配網(wǎng)系統(tǒng)的耦合關(guān)系,以拓?fù)鋭?shì)概念為抓手,提出配網(wǎng)CPS系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃方法。
訪問與信息控制技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入會(huì)在定程度上帶來信息風(fēng)險(xiǎn)。解決途徑:身份認(rèn)證與訪問控制技術(shù)(提出的基于哈希函數(shù)與非對(duì)稱加密技術(shù)的雙向身份認(rèn)證與訪問控制協(xié)議) ;數(shù)據(jù)加密技術(shù)。即對(duì)傳輸數(shù)據(jù)施以加密算法,由接收方解密;路由技術(shù)。主要要借助路由協(xié)議的合理設(shè)計(jì)來保證信息的“源→宿”路徑可被正確發(fā)現(xiàn)。
2.3 平臺(tái)層關(guān)鍵技術(shù)
數(shù)據(jù)融合技術(shù)。通過泛在感知的海量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是多源、異構(gòu)、高冗余,必須依托數(shù)據(jù)融合技術(shù)來進(jìn)行前置處理(圖3);數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理與挖掘分析技術(shù)。為應(yīng)對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新存儲(chǔ),可采取策略:基于Hadoop 平臺(tái)的數(shù)據(jù)壓縮方法;采用NoSQL 技術(shù)對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式存儲(chǔ)管理。為提取大數(shù)據(jù)蘊(yùn)含價(jià)值,可吸納K-means聚類來分析用電行為,可借助Apriori 算法尋找誘發(fā)諧波的主要原因等。
2.4 應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)
泛在電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,諧波注入、潮流雙向流動(dòng)、頻率/ 電壓波動(dòng)加劇等情況會(huì)較普遍,需要采取新技術(shù)予以克服:態(tài)勢(shì)感知技術(shù)。就是通過“態(tài)勢(shì)察覺→態(tài)勢(shì)理解→態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)”來達(dá)成對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別、分析及處置??刹扇》椒榛陔妷航捣匠毯突貧w分析方法;主動(dòng)化運(yùn)行技術(shù)。為應(yīng)對(duì)新型能源與負(fù)荷的大規(guī)模接入,提升現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)節(jié)容量和調(diào)控靈活性,發(fā)展方向:依托泛在電力物聯(lián)網(wǎng)高性能硬件進(jìn)行運(yùn)行方式的實(shí)時(shí)計(jì)算和網(wǎng)架元件的精細(xì)化調(diào)控;經(jīng)由價(jià)格激勵(lì)提高系統(tǒng)備用容量。
圖3 三個(gè)層級(jí)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)
3、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與配電網(wǎng)的融合
泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與配電網(wǎng)業(yè)務(wù)的融合將*改變現(xiàn)階段供用電情形,展望于三大層面(圖4)。
圖4 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在配電網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景
A 層面。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)擁有健壯的通信系統(tǒng),可實(shí)時(shí)感知各類設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),再依托它的數(shù)據(jù)挖掘特長(zhǎng),就能不依靠電氣量提取或人工現(xiàn)場(chǎng)巡查來快速辨識(shí)系統(tǒng)潛伏性異常、評(píng)估電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)程度,從而規(guī)避當(dāng)下電力設(shè)備隨壞隨修的不利局面,使得狀態(tài)檢修能夠在真正意義上開展。
B 層面。在時(shí)代快速發(fā)展的當(dāng)下,電網(wǎng)與用戶間的界限逐漸模糊,異質(zhì)能源日趨混雜并協(xié)同應(yīng)用,這需要提升配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行的靈活性:基于各類感知到的大數(shù)據(jù),建立高精細(xì)的負(fù)荷分布及預(yù)測(cè)模型,借助邊緣計(jì)算技術(shù),提升不確定環(huán)境下配電網(wǎng)運(yùn)行彈性;借助云計(jì)算技術(shù)對(duì)異質(zhì)能源進(jìn)行各類分析,目的是達(dá)成多種能源的合理應(yīng)用。
C 層面。為形成用戶合理用能局面,并使用戶以充分的深度和廣度參與配電網(wǎng)運(yùn)行,應(yīng)基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)制定個(gè)性化用能服務(wù):以智能算法分析用戶用能習(xí)慣,達(dá)成個(gè)性化用能(圖5)?;谂潆娋W(wǎng)主動(dòng)化運(yùn)行技術(shù)與價(jià)格激勵(lì)機(jī)制,實(shí)現(xiàn)“源- 荷”體化調(diào)度(圖6)。
圖5 用戶用電行為分析技術(shù)框架
圖6 配電網(wǎng)協(xié)同化控制架構(gòu)
4、安科瑞配電系統(tǒng)智能運(yùn)維產(chǎn)品選型及平臺(tái)介紹
近兩年來,安科瑞已經(jīng)陸續(xù)參與各縣市電力公司的用戶端能源管理平臺(tái)、云南省網(wǎng)綜合能源服務(wù)平臺(tái)、上海嘉定區(qū)147所學(xué)校電力運(yùn)維平臺(tái)等相關(guān)平臺(tái)的建設(shè),提供了包括云平臺(tái)、智能網(wǎng)關(guān)、終端設(shè)備等產(chǎn)品,各類用戶端云平臺(tái)在全各地運(yùn)行案例700多套,并且根據(jù)用戶需求不斷完善產(chǎn)品功能,這些都是未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的部分。安科瑞可為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層提供相應(yīng)的產(chǎn)品,采用有線及網(wǎng)線的模式,達(dá)到各環(huán)節(jié)信息共享。
4.1安科瑞智能網(wǎng)關(guān)、終端設(shè)備選型
名稱 | 型號(hào) | 功能 | 應(yīng)用 |
智能網(wǎng)關(guān) | ANet-1E2S1-4G | 嵌入式linux系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)通訊方式具備Socket方式,支持XML格式壓縮上傳,提供AES加密及MD5身份認(rèn)真等需求,支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳,支持Modbus,ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101/103/104 | 網(wǎng)絡(luò)層 |
ANet-2E4S1 | |||
ANet-2E8S1 | |||
多功能電表 | APM830 | 具有全電量測(cè)量,電能統(tǒng)計(jì),采用模塊化設(shè)計(jì),開關(guān)量輸入輸出,模擬量輸入輸出,SD卡記錄,以太網(wǎng)通訊可定制,開孔安裝 | 感知層 |
DTSD1352 | 具有全電量測(cè)量,電能統(tǒng)計(jì),80A以內(nèi)可直接接入,導(dǎo)軌式安裝 | ||
物聯(lián)網(wǎng)電表 | ADW2XX | ADW2XX系列導(dǎo)軌式物聯(lián)網(wǎng)儀表主要用于低壓三相回路全電參量測(cè)量,調(diào)試可選擇四個(gè)回路的電流輸入。可直接或間接測(cè)量電壓、電流、功率、功率因數(shù)、相角、不平衡度、諧波等參數(shù)。還可通過其RJ45接口擴(kuò)展輔助功能,實(shí)現(xiàn)DI、DO、測(cè)溫、剩余電流測(cè)量,以及4G、LORA、lorawan、NB-Lot無線通信功能。 | |
物聯(lián)網(wǎng)電表 | ADW300 | ADW300無線計(jì)量?jī)x表主要用于計(jì)量低壓網(wǎng)絡(luò)的三相有功電能,具有RS485通訊和LORA無線通訊功能,方便用戶進(jìn)行用電監(jiān)測(cè)、集抄和管理??伸`活安裝于配電箱內(nèi),實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項(xiàng)電能計(jì)量,統(tǒng)計(jì)和分析。 |
4.2 安科瑞智能運(yùn)維平臺(tái)介紹
平臺(tái)結(jié)構(gòu)
變配電站通過安裝多溫濕度傳感器,水浸傳感器,煙霧傳感器,門磁開關(guān)等傳感器,通過網(wǎng)關(guān)經(jīng)無線(3G/4G)或有線的方式將數(shù)據(jù)上傳云服務(wù)器上,并將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)、統(tǒng)管理。具有權(quán)限的用戶可通過PC、PAD、移動(dòng)端等各類終端設(shè)備訪問數(shù)據(jù)、接收?qǐng)?bào)警信息,監(jiān)控變配電站環(huán)境狀態(tài)。
平臺(tái)功能
安科瑞變電所運(yùn)維云平臺(tái)(AcrelCloud-1000)根據(jù)市場(chǎng)需求反饋,運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù),為電力運(yùn)維公司提供配套線上運(yùn)維服務(wù)。該平臺(tái)作為連接運(yùn)維單位和用電企業(yè)的紐帶,監(jiān)視用戶配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和電量數(shù)據(jù),為客戶提供更好的運(yùn)維服務(wù),平臺(tái)提供系統(tǒng)總覽、電力數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量分析、用電統(tǒng)計(jì)分析和日/月/年電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表、異常預(yù)警、事故報(bào)警和事件記錄、運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)、運(yùn)維巡檢派單等功能,并支持多平臺(tái)、多終端數(shù)據(jù)訪問。
通過矢量配電圖監(jiān)測(cè)變電所用電情況,畫面響應(yīng)遙信變位、遙測(cè)越限報(bào)警,點(diǎn)擊某個(gè)配電回路后可以查詢?cè)撆潆娀芈返母黝愒敿?xì)用電參數(shù),包括實(shí)時(shí)值、平均值;
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器運(yùn)行情況,包括功率、負(fù)荷率、需量、繞組溫度等。
提供多種類型的查詢報(bào)表,可以查詢各配電回路的各類電力參數(shù)(電壓、電流、功率、頻率、諧波、三相不平衡度等),系統(tǒng)可以對(duì)某電力參數(shù)按照天、月進(jìn)行極值統(tǒng)計(jì)。
可實(shí)現(xiàn)漏電監(jiān)測(cè)、線纜及母排溫度監(jiān)測(cè)。
平臺(tái)可配置遙信變位報(bào)警(水浸、煙霧、門磁、開關(guān)跳閘等)、遙測(cè)越限報(bào)警(過壓、欠壓、過流、線纜溫度過高、繞組溫度過高等)、運(yùn)行報(bào)警(儀表離線、網(wǎng)關(guān)離線等),并將接收到的報(bào)警通過短信、網(wǎng)頁推送,報(bào)警上下限可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活配置。
按照配電回路、區(qū)域、部門、分項(xiàng)(照明、空調(diào)、動(dòng)力等)統(tǒng)計(jì)每時(shí)、每天、每月、每年用電數(shù)據(jù),并進(jìn)行同環(huán)比分析;
按尖、峰、平、谷統(tǒng)計(jì)各配電回路的用電量及用電金額;
統(tǒng)計(jì)四象限電能并計(jì)算每天、每月的平均功率因數(shù);
按月統(tǒng)計(jì)每個(gè)回路的需量及發(fā)生值,為需量申報(bào)提供依據(jù)。
l 設(shè)備檔案
系統(tǒng)可配置每個(gè)變電所內(nèi)變壓器、進(jìn)線柜、出線柜、計(jì)量柜、高壓電纜等設(shè)備信息,記錄設(shè)備的廠家、型號(hào)、投運(yùn)日期等,并可靈活定義設(shè)備的巡檢項(xiàng)、缺陷類別等信息。
l 巡檢消缺
通過系統(tǒng)編制巡檢計(jì)劃,并將計(jì)劃下發(fā)到巡檢人員移動(dòng)端上,巡檢人員在變電所現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)巡檢要求執(zhí)行巡檢任務(wù),如果在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)缺陷,可記錄缺陷并在系統(tǒng)中生成消缺任務(wù)。
l 用戶報(bào)告
通過移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)配電圖查看、視頻監(jiān)視及回放、電力參數(shù)查詢、需量統(tǒng)計(jì)、用能分析,并可通過移動(dòng)端接收?qǐng)?bào)警、執(zhí)行巡檢、記錄缺陷.
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介:劉細(xì)鳳,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司