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基于泛在物联网的智能配电系统应用探究

发布时间:2020-07-23   点击次数:96次

摘要:本篇文章首先对泛在电力物联网在智能配电系统应用意义进行阐述,从感知层、网络层、平台层、应用层等方面,对泛在电力物联网体系架构进行介绍,并结合泛在电力物联网在智能配电系统应用技术,提出泛在电力物联网在智能配电系统应用展望。 

关键词:电力物联网;智能电网;智能配电系统

 

随着社会发展及人们生活水平的提升,对电力需求量不断增多,为了更好满足群众用电需求,电力企业开始逐步加大电网建设力度。在电网规模逐渐扩充的环境下,发电设备容量随之升高,并且诸多分布式新能源出现,电网连接主体数量增加,已经成为能源改革的核心要点,对其灵活应用和智能化发展提出严格标准。通过建设泛在电力物联网,能够有效处理电网建设发展中各项问题,是电力企业关注和改革的方向。把泛在电力物联网应用在智能配电网系统中,对提升电网运行质量,促进电网企业稳定发展有着现实性意义。

1、泛在电力物联网在智能配电系统的应用意义

配电网是连接输电和用户的重要方式,其运行将直接影响整个电力系统运行和用电。随着智能电网系统的出现,促进了配电网应用功能的转变,特别是高比例分布式电网的出现,给配电网系统运行提出更高标准。配电网已经由之前单向电能提供商朝着双能量流动趋势改变。当前配电网存在覆盖面积小、网架结构不平稳等特点,已经无法满足用户用电需求。所以提高配电网信息化水平,实现对配电网运行情况的智能监控,向用户提供多元化用电服务,已经成为电力行业发展迫切要求。

从配电网自身角度来说,将泛在电力物联网应用到智能配电系统中,在某种程度上有效增强配电网运行能力,保证分布式能源充分连接,提高新型荷载承载能力,满足各个用户用电需求,让电网运营商朝着共享型、智能型方向发展。                                             

2、泛在电力物联网体系架构介绍

2.1感知层

感知层作为泛在电力物联网的神经末梢,其发挥的功能在于,通过利用各种类型传感器设备,实现感知处理。感知层设备包含电网一层系统,如电压电流互感器、电能表等,通过泛在感知层获取泛在电力物联网运行情况,让电网在面对各种间歇性能源并网中稳定运行,实际找出存在的问题,对问题进行评估。与此同时,通过调整电网拓展,实现对电源的把控,优化用户用电模式,提升电网运行效率,减少不必要问题出现。

2.2、网络层 

网络层具备的功能就是在泛在电力物联网各种类型业务中,提供专业的服务信息,保证通信服务质量。网络层根据级别和数据类型,将其划分成内部专网及互联外网,具体通信方式需要结合实际情况、传输距离、经济情况等灵活选择,其中包括移动空中网、传统互联网等。电力线载波和230MHz无线通信给电力通信系统提供了通信方式,随5G 时代的来临,给泛在电力物联网运行提供了新的通信形式。

2.3、平台层

针对平台层来说,承载了诸多电网运行数据、用户用电能数据和其他能源数据等,实现了各类数据信息的保存和处理。平台层的功能在于将传统能源运行生产过程中出现的信息碎片化保存问题处理,及时解决信息“孤岛”现象,实现信息的传递和共享。通过建立数据平台,在该平台的作用下实现网络层数据传递和获取,对上层大数据信息进行保存,并提供跨区域共享数据资源,实现电力系统功能的完善促进电力系统发展方向转型。

2.4、应用层

应用层作为电力系统枢纽,具有枢纽型、平台型等特点,具备的功能在于基于海量电网运行数据和用户用电数据信息下,对电网运行情况进行及时追踪和监管,整合综合能演系统运营业务,通过建设应用平台,实现电网和用户系统相互感动和传递。

3、泛在电力物联网在智能配电系统应用技术

3.1、智能化终端技术

结合当前情况来说,电力物联网业务终端一般包含了智能电表、输变电监测系统、配电自动化系统、调度自动化系统等。当前具有的终端标准各不相同,需要结合实际情况,科学构建统一架构体系,统一智能化终端研发标准,形成统一的业务终端系统在应用过程中,应该结合智能业务终端要求,对接口协议及数据格式重新优化,根据智能芯片进度要求,促进新型业务模式的转型升级,实现存量终端更新换代处理。与此同时,应该加强对跨专业数据资源采集,优化多终端功能,提高业务终端应用效率。

3.2、通信网优化技术

通信网作为泛在电力物联网网络层中不可或缺的一部分,根据泛在电力物联网建设及应用要求,通信网在骨干光缆纤芯数量及光纤覆盖方面出现的问题,无线专网技术选择和建设存在一定滞后性,不能迎合泛在电力物联网对业务宽甸应用要求。

(1)通信网架构优化

 结合建设标准优化省级传输网络结构,建设OTN双平面,提高省市互联互通功能。通过完善骨干光缆网架结构,有效处理骨干断面无空余光缆纤芯问题。通过对城市传输网结构改革,强化“PTN+SDH”网络架构,建设完善的网络结构,增强组网接入灵活性和承载能力,实现可持续发展地区网络传输。进行县域传输网络升级改革,处理县域传输网络覆盖范畴少、低宽带问题,满足泛在电力物联网设备大规模连接和控制电网生产业务应用需求。

(2)无线通信网技术研究

5G作为一种新的移动通信技术发展趋势,是无线接入的重要发展方向。在5G 时代背景下,应该应用软件定义网络及边缘计算技术,探究应用 5G 技术满足业务跟新终端接入速率及低业务栓术时延要求。在宽带上,可以满足调度、运检等电网业务升级要求。在时延方面,能够满足配电自动化业务发展要求;在连接方面,可以满足泛在化、多样化终端设备接入要求。

3.3、大数据分析技术

要想将泛在电力物联网应用价值充分发挥,在进行泛在电力物联网建设过程中,需要在能源数据分析平台作用下进行,通过应用数据挖掘、数据建模及数据仿真等技术作用下,实现大数据分析技术的广泛应用,提高大数据技术应用价值,增强数据融合能力,辅助相关部门及电力企业协同发展。随着能源互联网技术的快速发展,能源管理主要是把能源互联网当作核心,把电能当作主体,综合冷、热、电等分布式能源,科学建设“源-网-荷”互动的区域型能源互联网络。通过构建能源大数据分析平台,促进数据传递和共享,实现能源协调管理,引导能源行业健康发展。

4、泛在电力物联网在智能配电系统应用展望

4.1提升电网运行性

在泛在电力物联网快速发展的环境下,有效的处理当前我国在能源分配不均衡、电网结构设定不合理等问题。一方面,通过应用数据传递和大数据分析等现代化技术,依托于运检智能分析系统,促进电网运维检修水平的提升,实现电网运行的智能化和数字化,给电网设备实时监控、自动预警、智能等提供支持。另一方面,对风能、太阳能等应用情况实施监管,统一完善电力能源调度系统,提升电网运行的灵活性和专业性。除此之外,在泛在电力物联网的作用下,实现电网设备统一规划和设计,促进上下游信息联通,提升精益化管理水平,保证电网系统稳定运行。

4.2减少能源消耗

从对当前情况来说,随着国家社会快速发展,对能源应用消耗力度不断大,为了实现能源的稳定发展,国家发展可再生能源,如太阳能、风能等。因为风能发电自身具有间歇特点,一些区域缺少调频调相设备、电网灵活度不强,从而造成弃风、弃电现象出现。在泛在电力物联网的作用下,通过将建设模拟电厂智能控制平台,利用分布式清洁能源数据及用电负荷信息,优化并改革分布式能源调度系统,完善电力交易互联网平

台,实现区域协调控制,根据实际需求增减负荷,减少分布式能源并网带来的冲击,促进清洁型能源的应用。

4.3推动综合能源服务

根据泛在电力物联网,建设把“用户为中心”的综合性能源服务平台,给电网企业和用户之间提供广阔的交流平台。综合性能源服务平台主要结合能效管理、需求响应及电力交易等内容进行,提供能源互联网用户服务,拓展能源消耗模式,更好的满足各个电力用户自身需求,引导用户参与其中,感受良好的综合能源服务体验,引导综合能源模式的快速发展。

5、安科瑞变电所运维云平台及硬件的选型

5.1、云平台简介

随着国家电网改革政策的逐步推进和落实,普通线下运维模式已无法满足市场需求,迫切需要配套智能化线上运维管理和服务平台,安科瑞变电所运维云平台(AcrelCloud-1000)根据市场需求反馈,运用互联网和大数据技术,为电力运维公司提供配套线上运维服务该平台作为连接运维单位和用电企业的纽带,监视用户配电系统的运行状态和电量数据,为客户提供更好的运维服务,平台提供系统总览、电力数据监测、电能质量分析、用电统计分析和日/月/年电能统计报表、异常预警、事故报警和事件记录、运行环境监测、运维巡检派单等功能,并支持多平台、多终端数据访问

5.2、应用场所:

(一)电力运行维护企业;

(二)连锁商业、门店;

(三)物业管理企业;

(四)集团企业;

(五)院校主管单位;

(六)智慧社区

5.3、平台结构

 

5.4、平台主要功能

 

 

5.5、云平台配置

现场硬件配置

应用场合

型号

功    能

高压进线

AM5/AM5SE

三段式过流/零序过流、过负荷保护(告警/跳闸)、PT断线告警、三相一次重合闸、低频减载、后加速过流、逆功率保护

AEM96

三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量,总正反向有功电能统计,正反向无功电能统计;2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量(电压、电流、功率);电流规格3×1.5(6)A,有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级

ACR230EFLH

三相(I、U、kW、kvar、kVA、kWh、Kvarh、Hz、cosΦ),四象限电能计量,THDu,THDi,2~31次各次谐波分量,CF(电压波峰系数),THFF(波形因子),KF(电流K系数),εu(电压不平衡度),εi(电流不平衡度)计算,电网电压电流正、负、零序分量(含负序电流)测量,平均值,RS485/Modbus,大屏幕点阵式LCD图形显示,全中文菜单

APM810

三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序电流In;四象限电能;电流、电压不平衡度;负载电流柱状图显示;66种报警类型及外部事件(SOE)各16条事件记录,支持SD卡扩展记录;2-63次谐波;2DI+2DO

RS485/Modbus;LCD显示

高压出线

AM5/AM5SE

三段式过流/零序过流、过负荷保护(告警/跳闸)、PT断线告警、三相一次重合闸、低频减载、后加速过流、逆功率保护

AEM96

三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量,总正反向有功电能统计,正反向无功电能统计;2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量(电压、电流、功率);电流规格3×1.5(6)A,有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级

APM810

三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序电流In;四象限电能;电流、电压不平衡度;负载电流柱状图显示;66种报警类型及外部事件(SOE)各16条事件记录,支持SD卡扩展记录;2-63次谐波;2DI+2DO

RS485/Modbus;LCD显示

ACR220EFL

三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),RS485/Modbus,四象限电能,LCD显示

低压进线

APM810

三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序电流In;四象限电能;电流、电压不平衡度;负载电流柱状图显示;66种报警类型及外部事件(SOE)各16条事件记录,支持SD卡扩展记录;2-63次谐波;2DI+2DO

RS485/Modbus;LCD显示

ACR230EFLH

三相(I、U、kW、kvar、kVA、kWh、Kvarh、Hz、cosΦ),四象限电能计量,THDu,THDi,2~31次各次谐波分量,CF(电压波峰系数),THFF(波形因子),KF(电流K系数),εu(电压不平衡度),εi(电流不平衡度)计算,电网电压电流正、负、零序分量(含负序电流)测量,平均值,RS485/Modbus,大屏幕点阵式LCD图形显示,全中文菜单

低压出线

AEM96

三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量,总正反向有功电能统计,正反向无功电能统计;2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量(电压、电流、功率);电流规格3×1.5(6)A,有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级

APM810

三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序电流In;四象限电能;电流、电压不平衡度;负载电流柱状图显示;66种报警类型及外部事件(SOE)各16条事件记录,支持SD卡扩展记录;2-63次谐波;2DI+2DO

RS485/Modbus;LCD显示

ACR220EFL

三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),RS485/Modbus,四象限电能,LCD显示

AEW100

三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量,总正反向有功电能统计,总正反向无功电能统计;2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量(电压、电流、功率);RS485接口、470MHz无线通讯、红外通讯;电流规格3×1.5(6)A,有功电能精度1级,无功电能精度2级

变压器温度监测

ARTM-8

8路温度巡检,热电阻信号输入,RS485接口,2路继电器输出

线缆剩余电流/温度监测

ARCM300-J1/T4

1路剩余电流监测,4路温度监测,1路继电器输出,事件记录,LCD显示,1路RS485/Modbus通讯

无线测温

ASD-320

一次动态模拟图、语音提示、带电显示及闭锁、温湿度数字控制、液晶显示、分合闸、储能、远方/就地、柜内照明操作、人体感应,无线测温功能(标配3点),RS485/Modbus

ARTM-Pn

可以单独安装在高压柜、低压抽屉柜内,每台装置可以接收3、6、9、12、18个传感器的数据,传感器型号可选配ATE100、ATE200、ATE300。装置带有一路485接口,可将采集到的温度数据上传到监控。

ATC-200/400

一款带有一路485接口的温度收发器,可同时接收ATE100/200/300传感器发射的数据并将采集到的数据上传到监控。

ARTM-100

可以嵌入式安装在高压柜、低压抽屉柜内,每台装置可以接收240个传感器的数据,可与ATE100、ATE200、ATE300三种传感器选配使用。装置带有一路485接口、可选配一路以太网口,可将采集到的温度数据上传到监控。

环境温湿度

WHD96-22

测量并显示控制2路温度、2路湿度。

水浸

RS-SJ-*-2 接触式水浸传感器

接触式水浸传感器,监测变电所、电缆沟、控制室等场所积水情况,工作电源:DC 10-30V 工作温度:-20~+60℃ 工作湿度:0%RH~80%RH  响应时间:1s  继电器输出:常开触点

摄像机

CS-C5C-3B1WFR

支持720P高清图像,支持分辨率可达到130万像素(1280*960)内置麦克风与扬声器具有语音双向对讲功能,支持萤石云互联网服务,通过手机、PC等终端实现远程互动和视频观看

烟雾传感器

BRJ-307

光电式烟雾传感; 电源正极(DC 12V):+12V

继电器输出:常开触点

门禁

MC-58(常开型)

常开型;感应距离:30-50mm 材质:锌合金,银灰色电度 干接点输出

配套附件

ARTU-K16  

16路开关量输入

KDYA-DG30-24K  

输出 DC 24V 24V电源

KDYA-DG30-12K  

 输出 DC 12V;12V电源

网关

ANet-YW1E2/2G

1路10M/100M以太网口  2路RS485,1路2G(移动)上传通道,工作电源:24V直流

用于安科瑞电力运维系统,支持能耗管理系统

ANet-YW1E2/4G

1路10M/100M以太网口  2路RS485,1路4g(全网通)上传通道,工作电源:24V直流

用于安科瑞电力运维系统,支持能耗管理系统

ANet-YW1E1

1路10M/100M以太网口  1路RS485,1路4G(移动)上传通道,工作电源:24V直流  仅支持采集点数100个点,用于安科瑞电力运维系统,支持能耗管理系统

ANet-YW2E4

2网4串   工作电源:24V直流

用于安科瑞电力运维系统,支持能耗管理系统

平台系统

变电所运维云平台

平台提供用户概况、电力数据监测、电能质量分析、用电分析、日/月/年用能数据报表、异常事件报警和记录、运行环境监测、设备台账、售电服务、运维派单等功能,并支持多平台、多终端数据访问。

6结束语

总而言之,通过把泛在电力物联网应用到智能电网中,可以促进我国能源互联网高水平发展,这也是当前我国电网企业成功转型的重要方向。在泛在电力物联网作用下,通过突破智能化终端、通信网优化技术难关,科学构建泛在电力物联网系统,引导电网系统稳定运行,促进清洁型能源应用,引导综合能源服务快速发展,给全球能源互联网建设和发展打下良好基础。

参考文献

[1]王海全.泛在电力物联网在智能配电系统应用综述及展望探究.

[2]企业微电网设计与应用手册.2019.11.

[3] 安科瑞用户变电站综合自动化与运维解决方案.2020.01版.

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