摘要：变电设备物联网是物联网技术在输变电设备领域的融合应用，具有智慧化、多元化、生态化的特征，是泛在电力物联网战略的重要组成部分。以110kV变电站智能物联网综合应用系统的试点建设为例，探索研究了变电站泛在电力联网系统建设的整体方案，试点应用了多种类型的底层传感设备，采用有线专网与无线专网相结合的方式保证了电力物联网系统的安全通信，利用LoRa无线技术解决了传感器的低功耗与传输距离问题。
关键词：泛在电力物联网；变电站；展望
泛在电力物联网不仅是技术创新，更是管理创新。建设泛在电力物联网可以全面感知源网荷储设备运行状态和环境信息，用市场办法引导用户参与电力系统调峰调频，通过虚拟电厂和多能互补提高分布式新能源友好并网水平和电网可调容量占比，缓解弃风弃光，促进清洁能源消纳。常规发电厂、大型风电场、光电站等已经和电力系统连接了，调度可以直接控制；泛在电力物联网的主要任务是连接负荷和分散式发电，尤其是可控负荷。利用泛在电力物联网，协同控制风电光电、可控负荷、分散式发电等，可以提高风电光电利用率，实现能源转型目标。电动汽车是可控负荷中最容易实现可控的，其次是热水器、电热锅炉和空调等。利用泛在电力物联网可以组织可控负荷参与电力系统调峰调频。
1概述
社会对电的依赖，要求更高的供电可靠性、优质性、经济性，电网规模越来越大，电网的形态发生变化，使供电压力越来越大；电力市场逐渐开放，输配电价格日益降低、电量增长减速，电网业务面临激烈的市场竞争；5G网络、低功耗器件、人工智能、边缘计算等高新技术的快速发展，促使了全面感知、全程在线、全要素互联的能源电力新业态的形成和发展，也迫使国家电网打破传统行业态势，发展运用新技术的新型运营模式。为此，“三型两网”的战略目标在2019年两会报告上被提出，其中，“两网”指的是坚强智能电网和泛在电力物联网。下文将介绍泛在电力物联网的概念和建设意义，并对泛在电力物联网在电力系统方面的应用进行展望。
2泛在电力物联网在电力系统中应用
2.1利用数据打下服务基础
建设泛在电力物联网首先需要充分挖掘利用电力系统中的数据。采集变电站、输电线路、用电信息等各个方面的数据，并利用好能源互联网的信息通信理论，结合通信原理与图论等处理办法，对数据进行归一化、降维、重建等处理，从而为电力系统的优化运行和协调规划打下坚实基础。数据采集的主要方法是将充分兼容的感知装置广泛布置在电力系统的各个环节，对关键电力设备的运行状况进行感知、测量、监控，从而为电网公司电力设备的管理提供了极大的数据支撑和便利。随着5G时代的到来，网络的通信速度将会更快速、稳定，可以实现数据的实时、高速、双向传输。边缘计算技术在4G/5G网络的加入以后，会使数据处理更加方便，资源共享更加迅速，网络构建更加全面。同时覆盖地面的电力卫星、无线专网的建立、骨干网的形成等多层次电力通信网络将进一步满足网络信息交互需求，实现泛在化的连接。此外，边缘计算还将和云计算互补协同，进一步提高分析处理数据的快速性和准确性，让用户和电网以及用户和用户之间实时交互。搭建好数据服务以及数据传输平台以后，在数据的有效利用上可以衍生出新的业务，比如对数据进行租赁、出售等。金融行业、科研机构、高校对电力行业的原始数据有巨大需求，在泛在电力物联网完备的体系下，数据将不会成为掣肘行业发展的壁垒，可以实现相关行业的快速发展，也可以促进泛在电力物联网的不断完善。
2.2变压器监测设备
变压器在线监测设备主要包括变压器油色谱分析、铁芯夹件接地电流、超声波局放、本体振动等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆变压器振动监测与故障诊断系统结构，通过部署变压器振动监测传感器与故障诊断程序，对运行中的变压器进行实时在线监测与状态评估，及时发现变压器异常、故障及损伤，预防变压器发生突发事故。在每台变压器8个位置测点采集振动信号，用多振动测点的特征矩阵来表征变压器整体机械振动状态，变压器振动检测法是一种有效方法，对变压器的机械结构特征反映灵敏。在排除直流偏磁、过负荷运行等异常工况后，提取变压器特定的振动特性参量，能够有效反映出绕组变形、松动和移位等机械结构参数的变化，从而判断绕组、铁芯是否失稳等变压器机械特性状况。
2.3促进新能源消纳
能源的产生、消费、传输环节都在由于社会的进步而发生转变，近年来，大量的分布式电源接入电网，但由于风能和太阳能资源的间歇性、波动性、随机性，使得电网的安全稳定运行面临巨大挑战，同时也造成了大量的弃风弃光。泛在电力物联网的建设和发展，为电网的安全稳定运行，促进新能源消纳开辟了新的思路。利用人工智能技术，对新能源进行短期发电预测，降低调度的难度；异质能源间可以进行信息交互，充分发挥能源互补优势，提高电力系统的灵活性，平抑风电、光伏发电的不确定性，有效解决弃风弃光问题，实现资源的优化利用；通过数据交互，动态重构配电网，实现最小弃风弃光等优化目标；通过电力市场手段，引导用户的用电行为，实现削峰填谷的目标；通过增设储能装置，基于数据共享平台，实现源网荷储协同优化，发挥储能装置的时效性，减少电网消纳的压力。
2.4无线温湿度传感器
变电站中的端子箱、机构箱、汇控柜等户外箱柜作为电气设备的重要附属设施，其安全稳定运行是变电站一次设备正常运行、二次设备正确动作的基本条件，户外箱柜一旦发生凝露、渗水、积水、潮湿等问题，将会直接导致各种一、二次设备的故障和缺陷。本方案通过在变电站户外箱柜内布置LoRa无线智能温湿度传感器来实时监测箱柜内温湿度环境，传感器定时自动采集温湿度数据并上传给LoRa网关，经由无线专网进入变电站智能物联网综合应用系统，若系统显示温湿度超过预警值，可实现自主报警，让运维人员第一时间作出应对措施。另外，采用LoRa无线传输技术的智能温湿度传感器具有功耗低（电池可使用5-10年）、传输距离远、免维护等特点。
2.5设备状态全面感知
系统利用主变在线监测传感器、视频监控、温湿度传感器等设备，实现变电设备状态的全方位自我实时感知，根据阈值等标准初步判断数据是否正常。当设备数据异常时，可通过系统实时获取该设备的所有信息，实现历史数据纵向分析、各相设备和同类同型设备横向比较，对设备状态进行初步诊断，从而实现设备状态的自主快速感知和预警。对于异常设备，及时向运行人员推送预警信息，调整状态监控策略，并上传至平台层进行更精确的诊断和分析。
结语
综上所述，本文对泛在电力物联网的基本概念和发展意义进行阐述。对未来泛在电力物联网的发展进行展望，其间涉及到主要三个层面：数据服务，电网的经济安全运行和新能源消纳，并将终端泛在接入、信息通信、数据增值服务、电力系统运行规划、建设智慧服务平台，新能源消纳等融入其中。需要指出，泛在电力物联网在数据的处理与分析、信息安全、商业模式的变化、基础设施的建设、高新技术的研究等方面还有许多亟待攻克的技术难关。不过，随着国家政策的扶持以及相关行业专家的探索，已经逐步形成了一套初步的支撑建设的信息通信理论体系。未来，通过社会各方的密切合作，通过理论创新、技术研究和模式变革，终将实现建设世界一流能源互联网这一目标。
参考文献:
[1]泛在电力物联网建设大纲（节选）[J].华北电业，2019（03）：20-29.
[2]彭帆，刘伟东，吴法辉，等.NB-loT技术在电力行业的应用研究[J].无线通信，2018，8（4）:189-197.
论文作者:蒋红音,刘永笑
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/12
标签：电力论文; 变压器论文; 数据论文; 设备论文; 电网论文; 变电站论文; 电力系统论文; 《电力设备》2019年第13期论文;