基于LPWA无线物联网技术的配电网运营管理研究

胡俊+陈绵璞

摘 要： 随着配电网规模增大、网架复杂，用户对供电安全要求的不断提升，需要通过自动化技术扩大配电网的供电能力、提高供电可靠性和供电质量，避免“盲调”和避免灾害性事故造成的长时间大面积停电。

通过综合分析，选用基于LPWA的无线物联网技术，具有广域覆盖、超低功耗、强抗干扰、组网维护简单等优势，非常适合用于低功耗长期电池使用的定位与监测类应用。

关键词： LPWA；物联网；配电

1.研究背景

随着配电网建设及规模日趋增大、网架日趋复杂，用户对供电安全和可靠性要求的不断提升，配电网面临的外界压力将越来越大，需要进一步通过自动化技术扩大配电网的供电能力、提高供电可靠性、供电经济性和供电质量，避免“盲调”和避免灾害性事故造成的长时间大面积停电。同时开展信息整合工作，提高信息和数据的共享性，为自动化的高级应用功能提供基础。

结合国网配网自动化建设 “统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进”工作原则，采取“主站一体化、终端和通信差异化”的模式，全面推进配电自动化建设，着力提升配电自动化应用水平，全面支撑配电网精益管理和精准投资，不断提高配电网供电可靠性、供电质量和效率效益。通过研究，存在以下4方面问题：

如何实现配电网通信设备可观可控？

如何增强配电网通信设备故障快速响应能力？

如何提高配电网通信设备故障主动抢修能力以及设备状态管控能力？

如何提升配电网通信设备精益化管理水平？

为有效支撑配电网，达到配电网运行维护的要求，结合实际情况，我们选择对LPWA无线物联网技术的配电网运营管理研究。

2.LPWA技术概述

随着智能电网的发展，智能配电网已经是智能电网的重要组成部分，而智能配电网中含有大量的传感设备和通信设备，使配电网运营管理的设备种类繁多，专业跨度更大。针对配电网的这些特点，本研究采用具有低功耗、长距离、大量连接的LPWA（Low Power Wide Area Network）新技术，实现对配电网智能运营管理。

LPWA技术由2015年开始兴起，发展非常快，得益于最近几年物联网的快速发展。物联网是最近几年发展起来的解决物与物、人与物、人与人之间的互连的网络，是通过各种传感技术、各种通讯手段，将任何物体与互联网相连接，以实现远程监视、自动报警、控制、诊断和维护，进而实现“管理、控制、营运”一体化的一种网络，已广泛应用于智能楼宇、智能家居、智能交通等领域。

物联网的核心在低功耗和无线传输，目前已有的几种无线传输技术（LPWA＼RFID＼Zigbee＼WALN＼LTE-M）对比如下表：

从上表中我们可以看出，现在应用最多的WIFI、蓝牙、ZigBee等无线物联网传输技术，覆盖能力有限、只适合短距离通信。而LTE-M等移动蜂窝网技术，虽然可以满足大范围或者移动性的应用需求，但存在依赖运营商网络、部分地区无法覆盖、以及成本高的问题。LPWA具有以下优点：

1. 广域覆盖（市区5公里，郊区15公里，高穿透性）

2.超低功耗（大多数场景终端可以使用3年甚至10年）

3. 强抗干扰（-140dbm接受灵敏度，可低于噪声传输）

4. 组网维护简单（以太网传输、可行业自行运营）

非常适合用于低功耗长期电池使用的定位与监测类应用。

针对配电网运营管理和LPWA技术的特点，设想运用物联网LPWA技术组建通信专网，在配网设备（如开关、杆塔等）上粘贴或悬挂LPWA终端，对配电网通信设备的在位状态进行检测，為巡检维护人员提供准确的设备信息及设备现状报告；同时可以在LPWA终端扩充配电网通信设备状态监测功能和运行环境监测功能，根据设备运行参数及环境参数分析设备故障概率，做到主动排查、主动消除，真正做到防患于未然；另外也可搭建业务管理平台，运用中心数据库的采集数据及数据分析结果，为配电网通信设备安全科学运行提供必要的保障。

3.如何降低设备运维中的故障

目前省内各地市局可能存在不同品牌的信息设备，但是其原理与硬件信息基本一致，与其他地区维护人员交流的过程中发现，我们花费了很大的精力去排除的故障，其它地区也许出现过相同的故障，如果在故障出现之前我们就交流过的话，那么对于这个故障的修复会节省大量的时间。我们可以设想一下，每天的维护数据填写在I6000服务器之后，服务器实时的对这些数据进行分析处理，包括故障产生的原因以及如何修复等，全省性的大数据分析更具有普遍性和说服力，服务器会定期给每个维护人员推送设备维护相关的知识，就像微信推送服务一样简单方便，这会使得设备维护工作的效率大大提高，减少排故时间，更有可能查找出设备运行中的隐患，降低设备运行中的故障率。

4.如何利用系统及硬件进行维护

每年都会有新员工参加工作，而新入职的员工对于信息安全及设备维护一知半解，很容易出现一些低级的错误，造成不必要的损失，然而大数据的出现可以打破这种模式，它以更加客观、真实的内容呈现在各个员工面前，人们可以获取他需要的任何内容，而且我们可以设定需要学习的内容，通过周报月报等统计方式向全局以新闻的模式普及一些常见的软件、硬件故障，一些周期性会突发的情况如何去预防方案。利用I6000、桌面系统全面采集现有设备，硬件设施，网络状态，使用软件信息，通过日常维护收集故障率等信息，利用大数据挖掘技术对相关设备进行多样化的性能分析和性能预测，对故障率多的用户进行有针对性的培训。

大数据给公司带来的好处不仅如此，大数据是每个维护人员的集思广益的综合体，它给维护人员的维护过程制定了标准，对于故障，维护人员可以准确、有效的应对，还能预防一些故障的出现，对于人为的”错、忘、漏“能够有效的避免，这是天天开会都无法达到的效果。

可以预见，若干年以后，大数据的技术会更加成熟，在信息维护中起到的作用也会更加重要，作为信息维护人员，应该更好的去主动接触、学习相关的知识，为信息维护工作打下坚实的基础。

5.实施之后实现功能

通过实施，发现具有以下功能特点：

1实现配电网通信设备可观可控；

2增强配电网通信设备故障快速响应能力；

3增强配电网通信设备故障快速响应能力；

4提高配电网通信设备故障主动抢修能力以及设备状态管控能力；

5提升配电网通信设备精益化管理水平。

6.长期计划

1运用于主网设备管理：运用LPWA技术，我们将能够预知主网设备的设备及板卡状态，在出现故障前进行维护，大大降低主网故障风险。

2运用于电采系统：运用LPWA技术，可优化远程抄表，降低电量数据丢失风险。

3提供配网自动化备用通信通道：具备配电网通信设备传输功能，组网简单，成本较低。

7. 综述

为提高配电网运营管理水平提供了一个较好的方向，丰富了运维管理成效。数据中心平台建设的构想为设备运行积累大量的数据，为数据挖掘及分析打下良好的基础，也为以后的运营模拟仿真提供条件。

物联专网建设、运行的构想可为电力物联专网建设积累经验、开拓更多的业务模式并发掘更多的物联网应用。

参考文献

[1] 刘振亚.智能电网技术[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2] 中国电机工程学会.中国电力大数据发展白皮书[R].北京：中国电机工程学会，2013.

作者简介 蔡翔宇（1984年3月），男，河南信阳人，本科，工程师，国网河南省电力公司信阳供电公司职工，主要从事网络与信息安全工作。endprint