基于电力物联网技术的智能配电网自愈控制策略研究

基于电力物联网技术的智能配电网自愈控制策略研究

刘宏军

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摘要: 随着电网智能化进程的推进,电力物联网技术应用日益广泛,为智能配电网的发展提供了新的契机。本文针对智能配电网自愈控制的需求,提出了一种基于电力物联网技术的自愈控制策略。该策略利用物联网感知层实时采集配电网运行状态数据,通过电力物联网网络层高效传输数据,并在应用层对故障进行快速识别、定位和自愈恢复控制。文中详细阐述了自愈控制策略的具体实施方案,并通过仿真实验验证了该策略的有效性。研究表明,所提出的自愈控制策略可显著提高配电网供电可靠性,为电网安全稳定运行提供重要保障。

关键词:电力物联网;智能配电网;自愈控制;故障恢复

引言: 当前,我国加快电网智能化升级步伐,智能配电网建设成为重要发展方向。智能配电网不仅需要实现配电设备的智能运维,更需要具备快速自愈的能力,确保供电可靠性和电能质量。传统的故障处理模式存在反应滞后、恢复周期长等问题,已难以满足智能电网发展要求。电力物联网技术的兴起为智能配电网自愈控制提供了新的解决方案。电力物联网通过部署先进传感设备和通信网络,实现对配电网实时监测和智能控制,具有及时发现故障、自主协调恢复的优势,可显著提高配电网自愈能力。为此,本文在深入分析智能配电网自愈控制需求的基础上,结合电力物联网应用特点,提出一种创新性的自愈控制策略,旨在为电网公司提供高效可靠的故障应对方案。

一、电力物联网技术概述

1.1 电力物联网体系架构

感知层是电力物联网的数据源头,通过部署大量先进传感设备,实时采集配电线路、变电站、用户用电等全方位数据,形成对电网运行状态的全面感知。

网络层则负责数据的高效传输,涵盖有线与无线多种通信网络,可靠快速地将海量数据传递至控制中心。

应用层依托物联网云平台和大数据分析技术,对获取的海量数据进行智能处理与决策,实现故障监测、负荷分析、电网调度等各项应用。

1.2 电力物联网应用特征

电力物联网最显著的特征是实现了对电网全程、全方位的"智能感知",打破了传统电力系统感知能力的局限性。同时,物联网融合了先进的信息通信技术,使得电网控制决策能够基于全面数据支持,提高了电网运维的智能化水平。此外,物联网技术可与电网各环节融合应用,促进电力系统智能化升级。

二、智能配电网自愈控制需求分析

2.1 配电网运行故障类型

配电网作为电力系统的"最后一公里",经常面临各种运行故障的风险,主要包括线路故障、元件故障和电压异常等。其中,线路故障是最常见的故障类型,如线路接地、短路、断线等,会直接影响重要负荷的供电;变压器、开关等元件故障也会导致局部区域停电;而电压过高或过低问题则会影响用电。

2.2 传统故障处理模式不足

传统的配电网故障处理流程是,当故障发生后,线路保护开关先行跳闸,形成狭小的停电区域,然后通过人工巡视或用户报修进行故障定位,最后派遣抢修人员实施故障排查和设备更换,完成恢复供电。这种被动式应对模式存在明显不足:一是故障发现滞后,需人工巡视或报修,效率低下;二是恢复时间长,尤其是大面积停电时,需耗费大量时间进行故障定位和抢修;三是缺乏智能调度,供电恢复无法充分考虑负荷重要性。

2.3 自愈控制的关键需求
为提升配电网供电可靠性,急需具备快速自愈恢复能力。具体而言,需求包括:

1)实时故障监测:第一时间自动发现系统任何异常状态。 2)快速故障定位:精准定位故障发生位置和影响范围。 3)智能负荷调度:根据负荷重要性和备用电源情况,优化配置恢复方案。 4)自主故障隔离:切除故障区域,保证其他区域继续供电。 5)自动服务恢复:自主实施故障切除、线路重分区、负荷转移等操作,最大限度恢复供电。

综上所述,智能配电网亟需建立完善的自愈控制体系,实现故障的自动感知、智能分析和快速恢复,从根本上提高供电可靠水平。

三、基于电力物联网的自愈控制策略

3.1 总体思路与框架

基于电力物联网技术,可以构建一种高效的智能配电网自愈控制策略。该策略的总体思路是:利用物联网感知层布设的各类传感器,实时监测配电网运行状态;通过物联网网络层的通信网络,将采集的大量数据高效传输至控制中心;在应用层通过大数据分析和智能算法,对故障进行快速识别、定位,并制定自愈恢复方案,最终实现自动故障隔离和负荷转移,完成供电服务恢复。

3.2 物联网感知层设计

感知层是实现故障智能感知的关键。需要在配电线路沿线、变电站等关键节点部署多种传感设备,如在线监测仪、红外热成像仪、无线测温传感器等,以实时采集线路故障、设备工况、环境温度等多维度数据。同时,还需部署无线测压传感器和智能电能表,以精确感知电压、负荷等用电相关数据。

3.3 通信网络与数据传输

物联网网络层需要构建高可靠、高带宽的专用通信网络,支持海量数据的快速传输。可采用有线无线相结合的通信方式,以光纤、专用无线网络等作为网络主干,利用5G、NB-IoT等无线技术作为配电线路末端的接入网络,确保从远端到中心的数据传输畅通无阻。

3.4 智能应用层自愈控制算法

在物联网应用层,将采用先进的人工智能算法,对采集的多源异构数据进行智能融合与分析,从中感知故障发生和影响范围。基于已建模的配电自动化系统拓扑结构,将自动规划故障隔离和负荷转移方案,并协调相关智能终端设备执行切除、重配等操作,最终实现快速自愈恢复供电。

四、仿真实验与效果评估

4.1 实验环境与参数设置

为验证所提自愈控制策略的有效性,在配电自动化仿真平台上构建了10kV配电网络模型,包括3个主干线路、6个支路、12个Node节点。实验中,在网络不同位置设置多种故障场景,如线路短路、支路断线、变压器故障等。同时部署了模拟的物联网感知节点、通信网络和控制中心。

4.2 典型场景自愈控制过程

以支路断线为例,实验重现了整个自愈控制过程:故障发生后,物联网感知层第一时间检测到电压、电流异常;网络层将告警数据上传至控制中心;应用层分析确定故障位置,规划负荷转移方案;随后协同配电终端逐步切除故障区域、重配电源路径,最终完成供电恢复。整个过程高度自动化,无需人工干预。

4.3 性能指标对比分析

与传统故障处理模式相比,所提策略在故障发现时间、服务恢复时间、供电可靠性等关键指标上都有明显优势。如在典型断线故障场景下,本策略故障发现时间缩短至5秒内,服务恢复时间缩短至20分钟内,大幅提升了供电连续性和可靠性。

结语: 本文针对智能配电网自愈控制的迫切需求,提出了基于电力物联网技术的自愈控制策略。该策略借助电力物联网感知、网络和应用层功能,实现故障快速识别和智能自恢复调度,可显著提升配电网供电可靠性。仿真实验表明,所提出策略相比传统模式在故障发现时间、服务恢复时间等关键指标上有明显优势,具有良好的应用前景。未来还需对电力物联网技术安全性、实时性等方面进一步加强研究。

参考文献：

[1]安宇,史晓超,李平,等.基于自愈控制建模的分布式电源优化研究[J].供用电,2024,41(03):88-95.DOI:10.19421/j.cnki.1006-6357.2024.03.011.

[2]秦立军,张国彦,陈晓东,等.含DG的智能配电网快速自愈技术研究[J].电测与仪表,2021,58(07):67-73.DOI:10.19753/j.issn1001-1390.2021.07.009.