泛在电力物联网在智能配电系统应用

泛在电力物联网在智能配电系统应用

张浩，赵平顺

国网山东省电力公司曹县供电公司 山东菏泽 274400

摘要：在社会经济和科学技术不断发展中，配电网实现了角色转变，传统的单向供电服务形式已经被双向能流服务形式取代，社会多样化的用电需求也得以有效满足。随着物联网技术的发展，泛在电力物联网开始应用于当今的电力系统。本文分析泛在电力物联网在智能配电系统中的应用，希望可以为相关分析与研究提供参考。

关键词：泛在电力物联网；智能配电系统；应用

随着时代的发展，配电网的角色在发生转变：由单纯的单向电能供应转向复杂的双向能流服务，如分布式发电的接入、用户侧多样需求的满足等。但受制于历史发展情况，规模庞大的配电网难以立即适应新角色，特别在信息化和自动化水平上存在长足进展空间。正是基于此，电力企业积极响应打造泛在电力物联网的战略目标，其实质是以物联网技术为核心，充分吸纳人工智能、大数据分析等要素，达成电力生产到电力消费各环节中各类对象的信息互联共享，从而实现对配网运行状态的实时感知与精细调控。但泛在电力物联网的研究尚不成熟，其与配网的融合更处于起步阶段，需要进行有益探索。

1.泛在电力物联网概念及体系架构

在社会高度电气化的当下，推进电网信息化智能化的升级己成为世界各国共识。美国、欧盟、日韩等发达经济体均提出了相关远景展望及工作计划。我国是电力大国和电力强国，在电网发展的前沿阵地自然占有一席之地。电力公司关于泛在电力物联网的理解：将“源-网-荷”层面的人、物、设备等充分连接以达成泛在感知，借助可靠通信和高性能信息处理将海量数据在发、供、用之间共享，最终实现全网“能量流、信息流、业务流”的一体化融合，为价值服务提升提供有效平台。

针对集物联网技术、大数据技术、数据库存储技术等多种技术手段为一体的复杂物联网系统，泛在电力物联网多呈现出明显的能量流、信息流与业务流交互耦合的特征，并可分为感知层、网络层、平台层以及应用层等四个架构维度。

1.1感知层

感知层是泛在电力物联网的“神经末梢”。其重要功能在于，采用多种类型的传感器深入设备，实现全面感知。感知层设备包括电网一次系统的电压电流互感器和二次系统的电能表、集中器等各类终端，以及用户侧多种多样的智能电器。通过泛在感知所获取的海量数据使控制决策单元能够以前所未有的广度和深度获知电网各个环节运行状态，使电网在面对诸如间歇性新能源并网、随机负荷投切、电动汽车时空集群效应时，能够实时掌握系统状态，及时发现故障隐患，评估安全运行风险;同时，通过灵活调整电网拓扑，实时控制电源出力，优化用户用能模式，从而提高电网对高比例分布式新能源与新型负荷的接纳能力，强化电网应对突发故障的容灾性。

1.2网络层

网络层多用于保障泛在电力物联网中业务通信服务的整体质量，多分为内部专网和互联专网两种类型，且由于不同系统的通信距离和经济成本往往有所不同，因此其所适用的通信方式也会存在较大差异。例如，对于电力通信系统，其网络层以电力线载波和230MHz无线通信最为常见，同时考虑到5G技术的飞速发展，以5G技术为核心的通信方式已经成为现阶段泛在电力物联网的主要发展趋势。此外，从乌克兰电网黑客攻击事件不难看出，针对泛在电力物联网网络层所进行的安全管理往往是保证整个智能配电系统运行稳定性的关键所在，因此一般需以不同类型的通信协议为依托来有效降低智能配电系统所存在的互联网攻击风险。

1.3平台层

泛在电力互联网的平台层最大的作用在于能够实现系统数据的交互融合，依托于大数据存储与分析技术，智能配电系统管理人员能够就传统能源生产模式下的信息存储碎片化问题进行有效解决，不仅可从根本上消除信息孤岛问题，同时也可借助在线信息平台和云数据中心的构建实现对电网运行数据的实时收集和整理，最终有助于保障电网发展决策的科学性和合理性，并能够在电力数据共享机制的帮助下促进配电系统数据处理模式的快速转型。

1.4应用层

应用层是电力系统向枢纽型、平台型和共享型变革的外在表现。其功能在于，基于海量电网运行数据与用户侧用能大数据，并针对电网运营业务(如智能运维、电能结算、配电自动化)、用户用能业务(如个性化用能推荐、电动汽车智能充电、需求侧响应)及综合能源系统运营业务(如协调规划、储能市场)等，搭建各类针对性应用平台，实现电网与用户及其他能源系统的感知互动。

2.泛在电力物联网在智能配电系统中的关键技术

2.1应用于感知层的关键技术

对于泛在电力物联网来说，感知层的主要作用在于保障系统感知数据的准确性和及时性，而在现代智能配电系统发展过程中，感知层的监测对象愈发多样，监测数据愈发复杂，因此应在感知层呈现集成化发展态势的基础上就感知层技术进行进一步创新，以满足现代智能配电系统的具体感知要求。针对新型电力物联网设备研发技术，新的感知设备应满足尺寸、环境、电磁兼容等多方面因素要求，并尽可能贴合当前阶段电力行业的发展特点；针对底层传感器部署技术，除了应完善部署方案确保对配电系统所有设备的全覆盖监测外，还应在空间正四面体传感器节点部署等部署思想的指导下合理发挥多种传感器的应用价值，并以此提升感知层的整体感知效果。

2.2应用于网络层的关键技术

因为当今的配电网有着点多面广的特点，所以如果依然按照传统点对点形式的通信方法进行设计，将很难将网络层全面铺开。在设计网络层进行的过程中，应该应用有线模式和无线模式两者互补的方式来实现，同时应该注重落实所有的安全防御工作。

首先，应该注重底层自组网和核心通信网规划技术的应用，因为配电通信系统中通常承载着大量的业务传输任务，意味着通信系统需要符合很多种的QoS需求。随着通信系统中的接入对象越来越丰富，泛在感知信息的数据量和呈现维度将出现指数式上升趋势。为了有效应对这样的情况，需要让自组网的路由策略变得更加“健壮”。通过这样的方式，可以有效保障底层接入网的控制量和状态量，进而实现海量信息的及时传输。在此过程中，可以通过网络扩充的相关算法，将配网系统和通信系统之间的耦合关系作为基础，并从拓扑概念入手，对信息物理系统（Cyber-PhysicalSystems，CPS）进行协同规划。

2.3平台层关键技术

数据融合技术。通过泛在感知的海量数据的特点是多源、异构、高冗余，必须依托数据融合技术来进行前置处理；数据存储管理与挖掘分析技术。为应对泛在电力物联网海量数据的实时更新存储，可采取策略：基于Hadoop平台的数据压缩方法；采用NoSQL技术对实际数据进行分布式存储管理。为提取大数据蕴含价值，可吸纳K-means聚类来分析用电行为，可借助Apriori算法寻找诱发谐波的主要原因等。

2.4应用层关键技术

对于泛在电力物联网的应用层来说，其以态势感知技术和主动优化运作技术最为关键。态势感知技术通过分析配电系统大数据来就智能配电系统中的各种安全风险进行实时预警和响应处置，能够在将智能配电系统态势感知分为态势察觉、态势理解和态势预测的基础上始终确保配电系统的最优化运行；主动优化运作技术最大的应用价值体现于用户侧角度的决策调整，如通过调整供电价格来提升电力企业的经济效益等，进而在保障智能配电系统发展决策科学性及适用性的基础上确保用户满意度的有效提升。

3.结束语

综上所述，在当今的电气化时代，社会经济与科学技术的发展对各行各业的发展起到了有效的推动作用，其中电力行业的发展十分可观。但是，当今的电力行业智能配电系统依然在自动化和信息化方面存在着不足。将泛在电力物联网技术应用于智能配电系统，将有效弥补其存在的不足，利用先进技术为智能配电系统的发展提供动力，进一步提升我国电力行业的发展。

参考文献

[1]姚涛，钮彬，王从春，等.低压PLC技术在泛在电力物联网中的应用[J].通讯世界，2019，（12）：192-193.

[2]徐震，王云鹏，李海.泛在电力物联网智能传动技术[J].农村电气化，2019，（9）：27-30.