物聯網技術在構建智能電力監控系統的研究分析

安科瑞 劉邁

 摘要：近年來物聯網技術得到了快速的發展，在電力行業中也可以采用物聯網技術以提高電力生產的效率和電力監控系統的安全性。為此本文分析了物聯網技術與電力監控系統之間的關聯和適用性，之后對物聯網技術在構建智能電力監控系統應用進行了闡述，對于提高物聯網技術在電力行業中的應用范圍具有一定的價值。

關鍵詞：物聯網技術；智能；電力；監控系統

　　引言

　　物聯網應用在電力監控系統中，可以實現直接或間接的數據采集，將采集到的電氣設備運行數據進行上傳，構建智能化電力監控平臺、性能分析與維護，并可實現對電氣設備的預測性維護，提前發現電網設備在運行過程中存在的安全隱患。此外，物聯網技術還可以工業視覺功能，應用在電力監控系統中，可以實現對電力圖像信息的采集與傳輸。

　　一、物聯網技術概述

　　物聯網技術具有較強的計算與智能分析能力，利用大數據、人工智能、高性能內存分析、從邊緣技術到平臺技術，分級計算滿足不同層次的需要，所采用的算法也較為靈活。物聯網技術可以實現分布式時序數據存儲，不需要頻繁離線歸檔，具有高壓縮比、高吞吐、高穩定性、高可靠性等特點，還具有強勁的數據接入與處理能夠，故符合電力監控系統的需求。

　　二、智能電力監控系統

　　電氣設備在運行的過程中，需要借助電力監控系統才能掌握電氣設備的實時運行狀況，同時采用監控網絡系統可提高變電站的自動化水平和智能化水平。實現電力監控的功能，需要采用相應的保護測控裝置。綜合保護測控裝置在變電站中是屬于二次電氣設備，能夠保護電網中的線路、變壓器等設備，一般綜合保護測控裝置都是成套設備，位于主控室內的各個屏柜中。在變電站中，采用了大量的光纖作為設備之間的連接通道，而降低了電纜在升壓站中的使用量，這樣從變電站的建設成本方面具有較高的經濟性。

　　在變電站的監控網絡系統中，所采用的網絡通信協議一般為61850協議。在變電站中的繼電保護裝置建模的過程中采用這種協議，可以使得保護裝置中的各類信號進行合理的傳遞和共享，提高了保護動作的效率和可靠性，降低了保護誤動的概率。連續信號一般是有合并單元進行采集，主要包括的模擬量包括電流、油溫、功率等數據[2]，并通過通信管理機進行上送到主站。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備，實現對一次設備的遠程遙控。

　　三、物聯網技術在構建智能電力監控系統應用

　　物聯網技術在構建智能電力監控系統中能夠應用的方面較多，以與用戶具有廣泛而緊密聯系的配電網為例，其中用戶端智能配電系統是適用于各行業用戶端供配電監控和運行管理的產品，通過對用戶配電網絡和電氣設備提供不間斷保護和監控功能，可以提高配電網的供電可靠性和供配電系統的自動化水平，并可構建可靠、安全、高能的供配電系統。

　　用戶端智能配電系統可以建立供電網絡仿真模型，模擬配電網絡運行，監測故障，實現無人值班模式。系統在配電發生故障時，能在很短的時間內切除故障，保護一次設備，縮小停電范圍。對于發生故障的部分，能協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備的場合，發生故障時還能在很短的時間內有選擇性的自動使用備用電源或者設備，提高系統供電可靠性。此外，系統還提供大量的圖形和報表等分析統計工具，幫助管理者提高運行效率。而要實現該功能，需要采用物聯網技術進行組網。以光纖星型以太網為例，光纖星型以太網適用于面積大、分散的供配電系統，比如大型廠區、商業廣場的智能配電系統，包含一個總降變電站或開閉所以及多個10kV的變電所。為了提高系統可靠性，站級控制層以太網和現場總線都可以采用雙網冗余設計。同時，也可以組成光纖環網。和光纖星型以太網一樣,光纖環網也適用于大面積的分散的配電網絡，尤其適用于高速公路、地鐵、隧道監控這樣的直線型分布的智能配電系統。此外，以變電中的保護功能為例，對于變電站中的綜合保護測控裝置，一般是采用成套保護測控裝置，模塊化安裝和運行，可以提高繼電保護動作的成功率。在保護測控中，所采用的協議為61850，在該協議中對于繼電保護模塊，將智能電子裝置分為邏輯節點、邏輯設備、服務器等層次，通過對繼電保護裝置中的各個功能模塊進行模擬，構建基于IEC61850協議的數字化變電站中的繼電保護裝置模型，實現保護數據的通信和共享，提高繼電保護動作的靈敏性。若采用物聯網技術通過邊緣設備采集實時數據，通過數據分析建立保護動作特征，實現對電氣設備的數據采集、保護動作參數的優化和安全預警等功能，可以明顯提高電力監控系統的安全性和保護動作的可靠性。

　　4 安科瑞產品介紹

　　4.1概述

　　Acrel-2000電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發出的一套分層分布式變電站監控管理系統。該系統是應用電力自動化技術、計算機技術和信息傳輸技術，集保護、監測、控制、通信等多功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網、農網變電站和用戶變電站，可實現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、穩定、經濟運行提供了堅實的保障。

　　4.2 系統結構

　　Acrel-2000電力監控系統采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網絡通信層和現場設備層，組網方式可為標準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環網網絡結構，根據用戶用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網方式。

圖1電力監控系統組網方式

　　4.2.1 實時監測

　　安科瑞Acrel-2000電力監控系統人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，10kV配電系統中監測的開關量主要有：斷路器分、合閘信號，手車工作、試驗位置信號，遠方/就地切換位置信號、彈簧儲能狀態信號、接地刀合分信號、變壓器超溫跳閘信號、高溫報警信號，保護跳閘信號和事故預告信號；400V低壓進線回路電參量主要有：開關狀態、三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；400V低壓出線回路主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警、三相（單相）電流、三相功率。

4.2.2 詳細電參量查詢

　　在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量，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、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

　　查詢各回路或設備時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、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電力監控系統具有實時報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發出告警。系統還具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警。

4.2.5 歷史事件查詢

　　安科瑞Acrel-2000電力監控系統能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

4.2.6 電能統計報表

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

　　4.2.7 用戶權限管理

　　安科瑞Acrel-2000電力監控系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

　　4.2.8 電能質量監測

　　安科瑞Acrel-2000電力監控系統可以對整個配電系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。例如配電系統維護人員可以通過諧波分析界面掌握配電系統的諧波含量，及時采取相應的措施提高配電系統的可靠性，減少因諧波造成的供電事故的發生。

　　4.2.9 Web訪問

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

　　實時數據曲線可監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測變壓器的狀態，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，電能環比， 用電排名。運維管理-通信狀態顯示監測接入系統設備的通信狀態。

　　4.2.10 APP訪問

　　設備數據頁面顯示各設備的電參量數據以及曲線。

　　4.3 相關產品

　　五、結論

　　物聯網技術在電力監控系統中的應用較為廣泛，其中通過將電氣設備與物聯網設備進行連接，借助實時流處理架構和大數據技術，可實現電氣設備缺陷的自動檢測，提高電氣設備運行的可靠性和電力生產的效率。

　　參考文獻：

　　[1]王思齊.基于物聯網的智能電網監控系統研究[J].電源技術，2018，42(1):125-127

　　[2]李文忠.物聯網技術在電網多級調度中的應用研究[J].數字通信世界，2017(7):169-170

　　[3]智能電網用戶端電力監控/電能管理/電氣安全（產品報價手冊）.2023.01版

　　[4]企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.