物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在構(gòu)建智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的研究分析

安科瑞 劉邁

 摘要：近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，在電力行業(yè)中也可以采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以提高電力生產(chǎn)的效率和電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全性。為此本文分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與電力監(jiān)控系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)和適用性，之后對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在構(gòu)建智能電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行了闡述，對(duì)于提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用范圍具有一定的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智能；電力；監(jiān)控系統(tǒng)

　　引言

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)直接或間接的數(shù)據(jù)采集，將采集到的電氣設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，構(gòu)建智能化電力監(jiān)控平臺(tái)、性能分析與維護(hù)，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的預(yù)測(cè)性維護(hù)，提前發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中存在的安全隱患。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以工業(yè)視覺(jué)功能，應(yīng)用在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力圖像信息的采集與傳輸。

　　一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有較強(qiáng)的計(jì)算與智能分析能力，利用大數(shù)據(jù)、人工智能、高性能內(nèi)存分析、從邊緣技術(shù)到平臺(tái)技術(shù)，分級(jí)計(jì)算滿足不同層次的需要，所采用的算法也較為靈活。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)分布式時(shí)序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，不需要頻繁離線歸檔，具有高壓縮比、高吞吐、高穩(wěn)定性、高可靠性等特點(diǎn)，還具有強(qiáng)勁的數(shù)據(jù)接入與處理能夠，故符合電力監(jiān)控系統(tǒng)的需求。

　　二、智能電力監(jiān)控系統(tǒng)

　　電氣設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中，需要借助電力監(jiān)控系統(tǒng)才能掌握電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，同時(shí)采用監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可提高變電站的自動(dòng)化水平和智能化水平。實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控的功能，需要采用相應(yīng)的保護(hù)測(cè)控裝置。綜合保護(hù)測(cè)控裝置在變電站中是屬于二次電氣設(shè)備，能夠保護(hù)電網(wǎng)中的線路、變壓器等設(shè)備，一般綜合保護(hù)測(cè)控裝置都是成套設(shè)備，位于主控室內(nèi)的各個(gè)屏柜中。在變電站中，采用了大量的光纖作為設(shè)備之間的連接通道，而降低了電纜在升壓站中的使用量，這樣從變電站的建設(shè)成本方面具有較高的經(jīng)濟(jì)性。

　　在變電站的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，所采用的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議一般為61850協(xié)議。在變電站中的繼電保護(hù)裝置建模的過(guò)程中采用這種協(xié)議，可以使得保護(hù)裝置中的各類信號(hào)進(jìn)行合理的傳遞和共享，提高了保護(hù)動(dòng)作的效率和可靠性，降低了保護(hù)誤動(dòng)的概率。連續(xù)信號(hào)一般是有合并單元進(jìn)行采集，主要包括的模擬量包括電流、油溫、功率等數(shù)據(jù)[2]，并通過(guò)通信管理機(jī)進(jìn)行上送到主站。離散信號(hào)主要是0和1信號(hào)，通過(guò)變電站中的智能終端動(dòng)作與一次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備的遠(yuǎn)程遙控。

　　三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在構(gòu)建智能電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在構(gòu)建智能電力監(jiān)控系統(tǒng)中能夠應(yīng)用的方面較多，以與用戶具有廣泛而緊密聯(lián)系的配電網(wǎng)為例，其中用戶端智能配電系統(tǒng)是適用于各行業(yè)用戶端供配電監(jiān)控和運(yùn)行管理的產(chǎn)品，通過(guò)對(duì)用戶配電網(wǎng)絡(luò)和電氣設(shè)備提供不間斷保護(hù)和監(jiān)控功能，可以提高配電網(wǎng)的供電可靠性和供配電系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，并可構(gòu)建可靠、安全、高能的供配電系統(tǒng)。

　　用戶端智能配電系統(tǒng)可以建立供電網(wǎng)絡(luò)仿真模型，模擬配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，監(jiān)測(cè)故障，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班模式。系統(tǒng)在配電發(fā)生故障時(shí)，能在很短的時(shí)間內(nèi)切除故障，保護(hù)一次設(shè)備，縮小停電范圍。對(duì)于發(fā)生故障的部分，能協(xié)助運(yùn)行人員分析故障原因，快速查找和排除故障，盡量縮短停電時(shí)間。對(duì)于有備用電源或者備用設(shè)備的場(chǎng)合，發(fā)生故障時(shí)還能在很短的時(shí)間內(nèi)有選擇性的自動(dòng)使用備用電源或者設(shè)備，提高系統(tǒng)供電可靠性。此外，系統(tǒng)還提供大量的圖形和報(bào)表等分析統(tǒng)計(jì)工具，幫助管理者提高運(yùn)行效率。而要實(shí)現(xiàn)該功能，需要采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)。以光纖星型以太網(wǎng)為例，光纖星型以太網(wǎng)適用于面積大、分散的供配電系統(tǒng)，比如大型廠區(qū)、商業(yè)廣場(chǎng)的智能配電系統(tǒng)，包含一個(gè)總降變電站或開閉所以及多個(gè)10kV的變電所。為了提高系統(tǒng)可靠性，站級(jí)控制層以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線都可以采用雙網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)。同時(shí)，也可以組成光纖環(huán)網(wǎng)。和光纖星型以太網(wǎng)一樣,光纖環(huán)網(wǎng)也適用于大面積的分散的配電網(wǎng)絡(luò)，尤其適用于高速公路、地鐵、隧道監(jiān)控這樣的直線型分布的智能配電系統(tǒng)。此外，以變電中的保護(hù)功能為例，對(duì)于變電站中的綜合保護(hù)測(cè)控裝置，一般是采用成套保護(hù)測(cè)控裝置，模塊化安裝和運(yùn)行，可以提高繼電保護(hù)動(dòng)作的成功率。在保護(hù)測(cè)控中，所采用的協(xié)議為61850，在該協(xié)議中對(duì)于繼電保護(hù)模塊，將智能電子裝置分為邏輯節(jié)點(diǎn)、邏輯設(shè)備、服務(wù)器等層次，通過(guò)對(duì)繼電保護(hù)裝置中的各個(gè)功能模塊進(jìn)行模擬，構(gòu)建基于IEC61850協(xié)議的數(shù)字化變電站中的繼電保護(hù)裝置模型，實(shí)現(xiàn)保護(hù)數(shù)據(jù)的通信和共享，提高繼電保護(hù)動(dòng)作的靈敏性。若采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)邊緣設(shè)備采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析建立保護(hù)動(dòng)作特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、保護(hù)動(dòng)作參數(shù)的優(yōu)化和安全預(yù)警等功能，可以明顯提高電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和保護(hù)動(dòng)作的可靠性。

　　4 安科瑞產(chǎn)品介紹

　　4.1概述

　　Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)化及無(wú)人值守的要求，針對(duì)35kV及以下電壓等級(jí)研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制、通信等多功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級(jí)的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站多方位的控制和管理，滿足變電站無(wú)人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

　　4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

圖1電力監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方式

　　4.2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

　　安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。其中，10kV配電系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)的開關(guān)量主要有：斷路器分、合閘信號(hào)，手車工作、試驗(yàn)位置信號(hào)，遠(yuǎn)方/就地切換位置信號(hào)、彈簧儲(chǔ)能狀態(tài)信號(hào)、接地刀合分信號(hào)、變壓器超溫跳閘信號(hào)、高溫報(bào)警信號(hào)，保護(hù)跳閘信號(hào)和事故預(yù)告信號(hào)；400V低壓進(jìn)線回路電參量主要有：開關(guān)狀態(tài)、三相電流、三相電壓、總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計(jì)值；400V低壓出線回路主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警、三相（單相）電流、三相功率。

4.2.2 詳細(xì)電參量查詢

　　在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線。

　　4.2.3運(yùn)行報(bào)表

　　查詢各回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無(wú)功功率、正向有功電能等。

4.2.4 實(shí)時(shí)告警

　　安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x開關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。系統(tǒng)還具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語(yǔ)音告警。

4.2.5 歷史事件查詢

　　安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

4.2.6 電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

　　安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)以豐富的報(bào)表體支撐量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。

　　4.2.7 用戶權(quán)限管理

　　安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫(kù)修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

　　4.2.8 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

　　安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)。例如配電系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過(guò)諧波分析界面掌握配電系統(tǒng)的諧波含量，及時(shí)采取相應(yīng)的措施提高配電系統(tǒng)的可靠性，減少因諧波造成的供電事故的發(fā)生。

　　4.2.9 Web訪問(wèn)

　　展示頁(yè)面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量等概況信息，設(shè)備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁(yè)顯示場(chǎng)站的變壓器數(shù)量、回路個(gè)數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控、變壓器、通信、視頻切換到需要查看的界面。

　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測(cè)各個(gè)回路的線纜溫度、電壓、電流、功率曲線信息。實(shí)時(shí)變壓器曲線可監(jiān)測(cè)變壓器的狀態(tài)，某天的電壓、電流、功率、用電量等曲線信息。接線圖頁(yè)面通過(guò)一次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數(shù)變化，包括遙測(cè)、遙信等信息(遙信信號(hào)需要斷路供輔助觸點(diǎn)支持)，刷新的時(shí)間<=5s。能耗統(tǒng)計(jì)頁(yè)面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢(shì)曲線，電能環(huán)比， 用電排名。運(yùn)維管理-通信狀態(tài)顯示監(jiān)測(cè)接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。

　　4.2.10 APP訪問(wèn)

　　設(shè)備數(shù)據(jù)頁(yè)面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

　　4.3 相關(guān)產(chǎn)品

　　五、結(jié)論

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用較為廣泛，其中通過(guò)將電氣設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行連接，借助實(shí)時(shí)流處理架構(gòu)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備缺陷的自動(dòng)檢測(cè)，提高電氣設(shè)備運(yùn)行的可靠性和電力生產(chǎn)的效率。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[4]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版.