安科瑞 劉邁

 摘要：近年來物聯(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)備運行數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，構(gòu)建智能化電力監(jiān)控平臺、性能分析與維護(hù)，并可實現(xiàn)對電氣設(shè)備的預(yù)測性維護(hù)，提前發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備在運行過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)視覺功能，應(yīng)用在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)對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)到平臺技術(shù)，分級計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)可以實現(xiàn)分布式時序數(shù)據(jù)存儲，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，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)備在運行的過程中，需要借助電力監(jiān)控系統(tǒng)才能掌握電氣設(shè)備的實時運行狀況，同時采用監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可提高變電站的自動化水平和智能化水平。實現(xiàn)電力監(jiān)控的功能，需要采用相應(yīng)的保護(hù)測控裝置。綜合保護(hù)測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)測控裝置都是成套設(shè)備，位于主控室內(nèi)的各個屏柜中。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)裝置建模的過程中采用這種協(xié)議，可以使得保護(hù)裝置中的各類信號進(jìn)行合理的傳遞和共享，提高了保護(hù)動作的效率和可靠性，降低了保護(hù)誤動的概率。連續(xù)信號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]，并通過通信管理機(jī)進(jìn)行上送到主站。離散信號主要是0和1信號，通過變電站中的智能終端動作與一次設(shè)備，實現(xiàn)對一次設(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)控和運行管理的產(chǎn)品，通過對用戶配電網(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)運行，監(jiān)測故障，實現(xiàn)無人值班模式。系統(tǒng)在配電發(fā)生故障時，能在很短的時間內(nèi)切除故障，保護(hù)一次設(shè)備，縮小停電范圍。對于發(fā)生故障的部分，能協(xié)助運行人員分析故障原因，快速查找和排除故障，盡量縮短停電時間。對于有備用電源或者備用設(shè)備的場合，發(fā)生故障時還能在很短的時間內(nèi)有選擇性的自動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表等分析統(tǒng)計工具，幫助管理者提高運行效率。而要實現(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)廣場的智能配電系統(tǒng)，包含一個總降變電站或開閉所以及多個10kV的變電所。為了提高系統(tǒng)可靠性，站級控制層以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線都可以采用雙網(wǎng)冗余設(shè)計。同時，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，對于變電站中的綜合保護(hù)測控裝置，一般是采用成套保護(hù)測控裝置，模塊化安裝和運行，可以提高繼電保護(hù)動作的成功率。在保護(hù)測控中，所采用的協(xié)議為61850，在該協(xié)議中對于繼電保護(hù)模塊，將智能電子裝置分為邏輯節(jié)點、邏輯設(shè)備、服務(wù)器等層次，通過對繼電保護(hù)裝置中的各個功能模塊進(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，實現(xiàn)保護(hù)數(shù)據(jù)的通信和共享，提高繼電保護(hù)動作的靈敏性。若采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過邊緣設(shè)備采集實時數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析建立保護(hù)動作特征，實現(xiàn)對電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、保護(hù)動作參數(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)自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發(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)用電力自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測、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及以下電壓等級的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實現(xiàn)對變電站多方位的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行提供了堅實的保障。

　　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，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場設(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 實時監(jiān)測

　　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行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(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。其中，10kV配電系統(tǒng)中監(jiān)測的開關(guān)量主要有：斷路器分、合閘信號，手車工作、試驗位置信號，遠(yuǎn)方/就地切換位置信號、彈簧儲能狀態(tài)信號、接地刀合分信號、變壓器超溫跳閘信號、高溫報警信號，保護(hù)跳閘信號和事故預(yù)告信號；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、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計值；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、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線。

　　4.2.3運行報表

　　查詢各回路或設(shè)備時間的運行參數(shù)，報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、總無功功率、正向有功電能等。

4.2.4 實時告警

　　安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關(guān)、接地刀分、合動作等遙信變位，保護(hù)動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。系統(tǒng)還具有實時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警。

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)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

4.2.6 電能統(tǒng)計報表

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

　　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)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(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)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、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

　　安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個配電系統(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。例如配電系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過諧波分析界面掌握配電系統(tǒng)的諧波含量，及時采取相應(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

　　展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息，設(shè)備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監(jiān)控、變壓器、通信、視頻切換到需要查看的界面。

　　實時數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個回路的線纜溫度、電壓、電流、功率曲線信息。實時變壓器曲線可監(jiān)測變壓器的狀態(tài)，某天的電壓、電流、功率、用電量等曲線信息。接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數(shù)變化，包括遙測、遙信等信息(遙信信號需要斷路供輔助觸點支持)，刷新的時間<=5s。能耗統(tǒng)計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比， 用電排名。運維管理-通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。

　　4.2.10 APP訪問

　　設(shè)備數(shù)據(jù)頁面顯示各設(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，其中通過將電氣設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行連接，借助實時流處理架構(gòu)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，可實現(xiàn)電氣設(shè)備缺陷的自動檢測，提高電氣設(shè)備運行的可靠性和電力生產(chǎn)的效率。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]王思齊.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].電源技術(shù)，2018，42(1):125-127

　　[2]李文忠.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)多級調(diào)度中的應(yīng)用研究[J].數(shù)字通信世界，2017(7):169-170

　　[3]智能電網(wǎng)用戶端電力監(jiān)控/電能管理/電氣安全（產(chǎn)品報價手冊）.2023.01版

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