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摘要：经济在快速的发展，社会在不断的进步，泛在电力物联网（UPIoT）建设是电网企业转型升级的重要内容和关键环节。为此，论文首先介绍了输配电设备物联网建设的总体架构，概述了应用层、平台层、网络层和感知层4个层级的构成和基本功能；然后从设备的角度分析了输电、变电和配电设备的运行特点和监测需求，提出了其对应的物联网建设方案和应用场景；最后根据泛在物联网的发展情况，分别从管理、应用模式和技术3个层面对其发展趋势进行了分析，指出泛在电力物联网将取代传统的设备巡视和运维手段，围绕数据将衍生出多种应用模式，电力物联网的建设将带动取能、传感、通信、数据应用等多方面的进步。研究结果可为后续泛在电力物联网的研究和实践提供参考。
关键词：输配电设备；泛在电力物联网；建设思路；发展趋势
引言
配电网作为连接输电与用户的关键环节，其安全可靠运行对电力系统稳定以及用户体验的重要性不言而喻。随着“坚强智能电网”、“能源互联网”等战略部署和建设的稳步推进，配电网需要承载的功能正在发生改变。尤其是高比例分布式可再生能源集群效应凸显、电动汽车普及、异质能源系统融合、用户侧多样性用能需求增长，配电网的角色已由传统单向电能提供商向双向能量流动与高级服务转变。现行配电网存在量测覆盖率低、网架结构不灵活、配网设备规模庞大但标准化程度低、间歇性能源与可变新型负荷接纳能力不足、用户多样化需求服务能力不足等诸多问题。因此，全面提升配电网的信息化与自动化水平，实现对配网运行状态的实时感知与精细化控制，并在此基础上向用户提供多样化差异性的用能服务成为当前配电网改造升级的当务之急。国家电网有限公司于2019年正式提出“打造全业务泛在电力物联网”的战略目标，其实质在于综合应用先进物联网（internetofthings，IoT）技术、人工智能技术、大数据存储与分析技术等新兴技术，与坚强智能电网深度融合，实现从能源生产、输送、调配、消费各环节中人与人乃至人与物、物与物的信息互联共享，全面提升电力系统优化运行水平，促进电力系统由原先单一电能供应商向智慧综合能源服务提供商角色转变。
1物联网技术
物联网是一种信息传感设备，需要实时监控、连接和交互，并通过互联网形成一个庞大的网络。目的是维持人与网络之间的关系，并进而识别、管理和控制。物联网的技术和架构是成熟的，对智能电网的发展有着重要的推动作用。物联网架构可划分为3层，即感知层、网络层和应用层。传感器层包括各种传感器，比如温度和湿度传感器、RFID标签、读取器、相机、GPS传感终端等。感知层的作用是识别物体并收集信息。网络层由互联网、宽网格、网络管理系统和云计算平台组成，它是物联网的中心，负责对感知层获取的信息进行处理。应用层是物联网和用户界面，与行业需求相结合。
2物联网在智能电网中的应用
2.1电力设备的状态监测
国家对输配电设备、智能电网电力输配电和转换设备的操作和控制提出了新的要求，以实现可视化、控制平台虚拟化、密集、信息交互为目标，实现设备的良好运行，可以监控生产过程，建立智能风险预警信息系统。电网设备状态检修根据整个生命周期优化灵活的经营方式，实现预警、决策支持、在线仿真和实时电网设备的持续改进等。输电线路的在线状态监测是实现物联网的重要应用之一，物联网技术的使用可以改善输电线路的感知操作条件，可以监视的内容主要包括微风、地面振动、结冰、温度变化和表面凹陷、输配电线导体损坏、季风、污染等。设备监测采集的信息不仅包括设备状态信息，比如设备健康状况、设备运行曲线等，还包括电网运行情况的实时信息，比如机组工作条件和电网棒等件。
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2.2通信组网架构
1）无线接入侧传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，经过多跳路由到汇聚节点，最后到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。2）核心网侧智能电网中的传感器通过网关或直连方式连接到无线接入网，并承载网络可能通过交互网关与服务器相连。智能电网中的各类传感器通过网关或直连方式连接至无线接入网，通过移动核心网与后台智能电网应用平台服务器（MTCServer）对接，并由MTCServer提供智能电网必需的管理、控制及各种业务能力。在智能电网的各类应用中，需获取各类传感终端接入的有关信息，如接入时间、离线时间、接入位置点等。根据上述信息，MTCServer可以精准判断终端的各种状态，例如，是否将传感器设备专用SIM卡插入非传感器终端、终端是否在非许可时间接入网络、终端是否在非许可位置点接入网络、终端异常离线等状态。
2.3提升配网运行效率
1）状态全息感知与信息融合贯通通过在环网柜、配变、分支箱、户表、充电桩、分布式能源等关键节点应用低成本的智能识别和感知技术，对配电网的运行工况、设备状态、环境情况等信息全面采集。应用配用电统一模型、物联网通用标准协议，实现配电侧、用电侧各类感知终端互联互通互操作，通过线路拓扑、电源相位、户变关系的自动识别支持“站–线–变–户”关系自动适配，推动跨专业数据同源采集，实现配电网状态全感知、信息全融合、业务全管控。2）故障快速处置与精准主动抢修发挥“边”与“端”的就地化计算和执行功能，快速处理区域内故障，同时通过“边”与“云”协同实时跟踪分析，判断故障处理是否执行成功，提升配电网智能处置和自愈能力。“云”端结合电网拓扑模型和地理信息，开展故障停电分析，展示故障点和停电地理分布，综合考虑人员技能约束、物料可用约束，通过智能优化算法，制定抢修计划，变被动抢修为主动服务，提高故障抢修效率与优质服务水平。
2.4应用模式
电力设备运行数据是行业相关各方信息的集中体现，围绕着电力运行数据可衍生出多种应用模式，尤其是电网对外部企业的应用模式，详细如下：1）设备供应商关系。电网公司的缺陷/故障相关的运行数据是设备质量重要的信息反馈，设备制造厂家可向电网公司购买自身或同类产品的运行数据以实现自身产品质量的提升、商业竞争等应用。同时上述产品的运行情况、供应商履约情况是评价设备供应商能力的重要依据。2）行业分析。每年电网企业的场站设计规模、设备招投标规模，以及不同地域的工商业用电特性都集中反映了电力行业或某特定区域的经济形式，针对上述数据脱敏后形成的行业分析报告可供政府、投资机构和设备制造企业来调整其生产经营行为，以便更加准确地判断行业形势。
结语
1）通过泛在电力物联网的建设实现万物互联，降低数据获取的边际成本，进一步开发数据的价值形成完整的能源生态体系，是新形势下电网企业转型为优秀能源企业的有效手段。2）泛在电力物联网的建设可分为基础建设和数据应用2步：第一步实现“万物互联、数据可用”；第二步，随着应用场景的不断开发和实践，形成相对固定的应用模式，最终固化成业内的应用标准。3）数据应用必将是不断更新的过程，在深入理解电力行业数据特征的基础上，挖掘电力数据的价值将会是万物互联时代科技、产业创新的主战场。
参考文献：
［1］郭登峰，徐正山，李坤，等.物联网技术撑起智能电网［J］.华北电业，2010（02）.
［2］李勋，龚庆武，乔卉.物联网在电力系统的应用展望［J］.电力系统保护与控制，2010，38（22）.
论文作者:徐鹏,徐广
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第22期
论文发表时间:2019/7/16
标签：电网论文; 设备论文; 传感器论文; 数据论文; 智能论文; 节点论文; 电力论文; 《建筑模拟》2019年第22期论文;