物联网技术与智能电网都是近几年兴起的新学科, 都是具有挑战性的课题, 能否将二者相结合, 以及如何在二者的结合中充分发挥各自的优势, 一直是从事物联网领域与电网技术领域人员共同思考的问题。当前状况下, 物联网技术已经取得了相当广泛的应用, 但主要是在民用、商用等领域, 而电力作为直接关系到国计民生的重要行业, 对可靠性和安全性的要求很高, 物联网技术能否满足要求并在当前正在建设发展中的智能电网发挥作用, 是非常值得研究的课题。
物联网可以被理解为“物物相连”的网络, 主要通过射频识别、传感器、GPS等进行信息的提取、鉴别和传递, 按照规定的协议, 将物品与网络进行连接, 从而进行信息的交换和通信, 可以实现智能化的识别区分、跟踪定位、监控管理等功能。物联网的网络构架, 被划分为三层, 即感知层、网络层和应用层。其中感知层主要是利用各种传感器和射频识别技术等, 对所需要获取的信息进行收集, 进而提供给网络层。网络层负责信息的传递, 可以采用的传递方法包含当前的各种信息通信方法, 根据需要灵活采用。应用层的作用是对获得的信息进行存储、计算、挖掘、整理、呈现等, 高级应用更可以体现为给出智能的分析结果, 为人员提供决策上的帮助。
智能电网是将先进的传感测量、信息通信、分析决策、自动控制、能源配置等与电网相关的技术, 与电网基础设施相结合而形成的新型现代电网。其智能化, 或者说与目前电网的区别, 主要体现在可观测、可控制、实时分析决策、自适应和自愈等方面。与传统电网相比, 智能电网在优化电网控制, 电网结构灵活性、优化资源配置、提升电网服务质量方面都有明显的提高。因此, 智能电网具有坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化等特征。
从对物联网技术和智能电网的介绍中可以看出, 二者有很多相似之处, 比如都重视信息的获取、突出了灵活性、强调信息通信技术在其中重要地位等。这是与当前社会技术发展相适应, 在当前信息经济发展的趋势中, 只有更多的获取信息, 才能更好地应用于分析和处理, 只有充分利用现有的通信技术, 才能更好的保障信息渠道的畅通, 而最终归结于实际应用的效果。
因此, 从目前来讲, 物联网在智能电网中取得应用, 主要可以在以下两个方面进行研究。
当前的电网中, 传感器广有应用, 但主要是机电类传感器, 其获取的方法往往是物理方法和传递的信号往往是模拟量, 这也就决定了传输途径往往是通过电缆进行传输。智能传感器是不但涉及传感技术、还与微机械、微电子、数字信号处理、网络通信直接相关。如其获取信息的方式往往是通过将所需获取的信息直接转变为光信号或者电信号, 输出为数字量。再如智能传感器具有一定的信息存储和分析能力, 可以对信息进行初级加工再向上一级传递, 避免了上级设备对于信息的处理量过大, 也节省了网络流量。
物联网技术中, 信号传输一般为光缆, 对于设备内部的状态量等不便于直接连线连接的信号, 还可以采用无线传输, 保证数据的实时性。在主站, 由于传输来的数据为数字量, 也避免了繁杂的数据转换和处理工作。这些优势应当发挥, 但是, 电网对于信息的可靠性要求很高, 特别在信息传输方面。如果是在民用或者商用行业, 信息传递的可靠性要求较低, 物联网当前的可靠性水平便可以胜任。但对于电网来说, 错误信息传递的结果是严重的, 可能导致电网中自动装置的错误动作, 切断正常运行的大量负荷, 或者电能计量出现重大失误等等。在可靠无法保证的情况下, 物联网的技术的重要优势——信息传递将难以发挥作用, 这也就相应导致了在网络层之上的应用层无法应用于智能电网。
如果物联网能够保证信息获取和传递的可靠性, 那么其在智能电网中的应用空间是巨大的。以当前正在快速发展电力设备的状态监测和状态检修为例进行说明。电力设备状态检修的对象是智能电网中各个电压等级、各个环节的电力设备。从在电网中的位置和作用的划分, 可分为发电设备、输电设备、变电设备和配电设备的状态检修。这其中不但包含一次设备 (如:发电机、变压器、母线、输电线路、电动机等) 的状态检修, 还包括二次设备 (如:继电保护装置、监控装置等) 的状态检修。
一次设备的状态监测, 关键在于对设备的实时状态进行监测, 以及如何确定状态是否在正常范围内。如果不在正常范围内, 则需要考虑设备在此状态下能够运行的时间, 是否会继续恶化, 已经能够采取的缓解或解决措施。必要时, 应根据情况确定检修计划。在此以高压断路器和隔离开关的状态监测进行说明, 并介绍了结合物联网技术后, 断路器性能的提高。
高压断路器在电力系统中担负着控制和保护的双重任务, 电能直接需要从断路器通过, 因此直接关系着电力系统的安全运行。高压断路器数量庞大, 且其可靠性非常重要, 因此断路器的检修量直接影响了电力设备总体检修工作量的大小。断路器的使用寿命始终为人所关心。当前已经提出根据断路器的内部触头和喷口开断时的质量损耗, 具有线性上升的弧压降特性, 和电弧能量计算断路器电寿命等方法的综合判断方法。但断路器动作特性的分散性很大, 开断电流的大小往往与电磨损量表现成非线性关系, 这就导致在断路器使用寿命累计时, 需要根据不同情况进行不同的加权处理。常见的高压断路器故障类型有:SF6气体泄漏、机械性故障、真空断路器的爆压故障等, 应注意到不同类型的断路器的常见故障不同, 不同断路器的可视性也不同。因此需要对不同电压等级及开关种类采取不同的监测方法。如对于SF6断路器, 需要对开关触头进行监测, 需要记录开关断开次数以及监测开关机械动作次数, 要关注断路器内部外部的灼伤、污染、破损等可见缺陷;而对于6k V~35k V真空断路器, 需要监测机构动作次数, 强化开关频繁动作的管理, 应特别注意监测真空灭弧室的真空度;对于油断路器, 需要监测并记录断路器断开次数, 监测油的密封和电气性能, 以及内外部的油污、污染、破损等缺陷;液压机构是常见的故障部位, 由于其性能不稳定, 经常发生渗漏油故障, 因此需严密监视其外部油污、污染情况。而隔离开关的特点是具有明显的断开点、不存在气体及渗漏油等问题, 但机械机构出现问题的情况较突出, 因此需要对主要缺陷及故障如触头异常发热、操作机构运行不畅、部件生锈腐蚀等特别关注。对于触头可采用红外线测温。
智能电网中采用的智能断路器, 其已经部分采用了物联网技术, 例如可移动的探头、X射线、红外监测窗口。智能断路器在一般断路器的基本功能外, 增加和强化了检测和诊断等辅助功能。由于对通过电流的检测功能, 智能断路器可以在不依靠继电保护的前提下, 自助判断故障是瞬时性的还是永久性的, 从而决定是否需要重合, 即智能重合闸功能。智能断路器还可以实现分、合闸相角控制, 实现选相跳、合闸功能。这些举措, 可以削弱了跳合闸, 特别是避免了重合于故障时会对系统造成的冲击, 从而提高了电力系统的稳定性。
当前的一次设备已具有一定的监测装置, 可以提供相当多的一次设备状态信息。如电流/电压互感器获取的电流/电压, 温/湿度计提供的温/湿度等, 因此一次设备的状态检修已经有了相当的发展。物联网技术可以在二次设备的状态检修中取得突破, 特别是是继电保护系统的状态检修上。当前二次设备状态检修的难点主要体现在两个方面: (1) 二次设备本身就是一次设备的信息接受测, 本身能提供的信息量较小。 (2) 继电保护设备对于可靠性的要求更好, 一旦出现问题, 将直接导致一次设备失去保护或者误跳闸的重大运行事故。而状态检修的关键是信息的获取。物联网技术在状态检修应用中的核心即为对状态监测水平的提高。因此, 需要采用不对二次设备正常运行产生影响的传感器, 还要在信息传递时避免对原有设备的干扰。
得到物联网获取的数据信息后, 需要对数据进行分析处理, 已判断是否需要检修, 这便可以为物联网的应用层提供发展空间, 分析的方法主要包括。
(1) 电网设备可能发生故障机理的分析。
(2) 对可疑设备或部位进行重点监测获得进一步详细准确数据。
(3) 过往数据的提取、整理, 对故障特征量对比参照
(5) 故障类型与故障位置的确定。
(6) 设备是否需要停电检修的决策
物联网技术和智能电网结合的主要途径, 应当是物联网技术的优势在智能电网中得到发挥。如为智能电网提供新的感知设备, 提供更加准确和数据, 为全面系统的分析提供了信息支持。文中还对物联网应用于智能电网需要进行的改进提出了要求, 为物联网技术应用于智能电网寻找了一个有效的突破点, 即状态检修, 并对此进行了分析。
摘要：物联网技术和智能电网相互结合的方式, 应当是物联网技术借助其优势在智能电网中发挥作用。在对物联网和智能电网进行介绍之外。还对物联网应用于智能电网的当前研究进行了说明。并为物联网技术应用于智能电网寻找了一个有效的突破点, 即状态检修。
关键词：物联网,智能电网,传感器,状态检修
[1] 胡士.数据挖掘技术在电力设备状态检修中的应用研究[D].北京:华北电力大学, 2007.
[2] 林其雄, 李刚.GIS状态监测与状态检修初探[J].高电压技术, 2002, 38 (2) :52～53, 55.
[3] 卢志俊, 黄若函, 周招洋.物联网技术在智能电网中的应用[J].电力系统通信, 2010.
推荐阅读：
物联网在医疗的应用09-16
智能物联网管理系统06-27
物联网应用和发展前景09-17
物联网介绍06-12
遥感技术在城市环境监测中的应用06-24
信息技术在生物课堂教学中的应用07-26
研究信息技术在英语教学中的应用09-12
互联网技术软件工程论文06-23
微电子技术在航空电子系统中的应用07-27
物联网是发展趋势06-14
