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电力通信技术在智能电网中的应用翟建峰

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：翟建峰殷向辉崔建新

[导读] 摘要：随着电网规模和电力需求的不断扩大，电力系统实时监测与维护受到广泛关注。

        河南鼎力杆塔股份有限公司河南驻马店 463900
        摘要：随着电网规模和电力需求的不断扩大，电力系统实时监测与维护受到广泛关注。近年来，智慧电网在各电力企业得到了广泛应用。它是一个全自动化的供电系统，在实际工作过程中，能够严格监督每一个工作过程，保证每一项工作都能够顺利完成。智慧电网中的先进技术将各类设备和相关人员的工作有机的结合起来，从而不断提高企业的服务质量。智慧电网的应用，可解决我国电力企业现存的问题，缓解电力资源紧张现象。以往的供电系统在用电高峰期极易出现供电紧张问题，但是，使用智慧电网后能够有效解决这一问题。在实际工作过程中，智慧电网的应用能够在最大程度上保证电网的安全性和稳定性。
        关键词：电力通信技术；智能电网；应用
        引言
        我国的电力一直采用集中纵向供电的模式，这种发电模式是建立一个大型发电厂，作为电网中的一个小节点，掌控大电网调配给用户供电。但随着我国经济的不断发展，对环境的要求不断提高，这种发电模式转换到了分布式发电，分布式发电是建立在用户端的电力供应方式上的，不仅可以独立运行也可以并入到电网中运行，而且发电方式很环保。在电网中实行决策管控，强调的是对电网管理活动的控制。通过设计流程与制度，智能决策多层级电网的运行、输送，解决电网输电过程中出现的问题。研究跨区域电网多层级智能决策方法可以帮助跨区域电网层级智能实现电力分配。电力通信技术是为电力商业运营提供优质服务，实现电力系统的自动控制，为电力网络的商业管理创造基础保障条件。国家电网有限公司通过建设电力物联网，形成一个状态全面感知、信息高效处理以及应用灵活便捷的电力系统，为电网的实时监测技术发展提供了新机遇。物联网的应用，使得电力系统各环节实现广泛互动，提高电力系统的监测范围。大量的智能终端设备接入电网，传统的云计算集中处理模式无法快速精确地完成大量数据的处理，同时造成了传输信道的堵塞，给信息传输和数据存储技术带来挑战。因此，亟须建立更加快捷的信息传输方式。
        1电力通信与智能电网的关系
        电力通信与智能电网的关系主要指的是以下方面：由于电力系统涉及的范围很广，运转过程比较复杂，为了确保电力系统稳定可靠的运转，要建设好电力通信与智能电网。电力系统是依托电力通信技术来管理每一个环节的，整合传输每一个环节的信息，并将数据信息发送到系统，有效地控制电力系统。智能电网和电力通信相互协作，推动整个电力系统的可持续发展。
        2智能电网技术
        智能电网技术主要涉及到以下方面具体内容：（1）对于自愈性特点来说，就是在电网运行中出现故障或事故之后可以在几乎不需要人为干预或者很少人为干预的情况下自动开展对异常元器件的检测和分析，并做出相应保护或隔离等动作，以此来保证整个电网系统的正常运行，减少此异常情况所造成的危害，此特点也有助于提升智能电网运行的可靠性和稳定性。（2）针对兼容性特点来说，在目前我国不断调整能源结构的发展过程中，表现出电力能源结构中的风电、光伏发电以及水电等比例在持续增加，而上述不同的发电形式以及目前我国主要的火力发电形式则可以在智能电网中共同并网运行，满足分布式发电和微电网并网运行的需求。也就是说，智能电网的兼容性特点可以同时兼容多种不同类型电源储能装置，从而满足目前多样化电力市场的需求。（3）针对交互性来说，目前的智能电网运行中可以与用户的设备和行为进行交互处理，以此来充分发挥电力用户的积极作用，在保证电力系统正常运行的同时，也起到节约用电等环保效益，同时也实现电力服务质量的提升。比如可以在智能电网中通过智能计量表的应用来对不同时间段的电力使用和电费情况进行实时统计，而且也可以通过此种智能装置来储备高峰电力价格和电费费率等，有利于在电力用户中实施费率政策，并且在此政策基础上帮助电力用户优化和调整自身的电力使用策略，起到节约用电和降低用电成本的作用，实现供电服务质量的提升。
        3电力通信技术在智能电网中的应用
        3.1智能电网的关键技术
        电力通信技术在智能电网中的应用之一是智能电网的关键技术。（1）网络拓扑。正如前文所述，目前所建设和应用的智能电网具有灵活的结构以及较强的抗干扰能力，能够保证电力供应的稳定性。尤其是在目前我国的电网规模在不断扩大以及电力输送距离在不断增加的形势下，需要结合当下最为先进的技术来优化智能电网，实现对电力资源的优化配置。为此就需要应用灵活的网络拓扑模式来进行智能电网建设，满足对其运行中输电速度和输电距离的要求。（2）标准、开放的通信系统。在智能电网运行中，为了满足可以实时监控和分析电力调度的要求，以及可以及时识别和隔离处理电力系统运行故障，有效控制此故障危害程度和范围，就需要通过具有开放、标准和集成特点的通信系统的应用，分析电力系统整体运行情况并做好预测工作，保证电力调度工作的平稳和安全开展。（3）智能计量体系和智能需求侧的管理。为了保障智能电网运行中可以通过针对性的电力服务来为用户提供多样化的服务，满足其电力使用需求，就需要做好电网建设过程中的数据信息管理和分析工作。而针对其中比较重要的智能电表通信系统来说，可以及时结合用户需求做出反应，这就需要做好对智能计量体系的使用和管理工作，满足电力用户的需求，为用户提供更加优质的电能服务，实现对电能需求侧的智能管理。（4）智能调度系统和智能防护系统。在目前电力调度自动化的要求下扩展现有的调度控制中心功能，进行网络保护和紧急控制系统的构建，确保信息同步的同时，还利用多道安全防线构建综合防御体系，此系统中主要有电力系统元件保护控制和区域稳定控制系统，可以结合相应指令及时和准确做出反应，做好对故障的有效预防和处理工作。（5）电力调度调控。在智能电网的调控工作时提升电力系统运行可靠性的有效手段，比如通过调动分布式能源、调控自动发电系统以及用电负荷等方式来开展电力系统调控工作，通过与先进计算机技术的结合来调节无功电压和二次设备等不同因素，防止在电力调度运行中出现孤岛问题，提升电力调度工作效率和质量。
        3.2实现电网柔性交流输电
        电力通信技术在智能电网中的应用之二是实现电网柔性交流输电。实现电网柔性交流输电主要是为了进一步实现柔性交流输电，电力公式可采用计算机软件工程的通讯技术以及微电子技术等来创建一个输电监控系统，保证系统的功能，使电网运行的情况得到全面的管控。在计算机软件工程技术研发中，无功功率设备以及感应设备等也发挥了重要的作用，在柔性交流输电中可以带来有效帮助。结合当前的计算机软件工程技术的应用情况进行分析，在高电压变电中的使用更加广泛，要想使电力系统的使用获得清洁能源的支持，发挥出能源隔离的作用，应借助计算机工程软件技术开发来实现，进而可对电网设备的参数进行有效的调节，使电网的运行效果加强。
        3.3一些常规计算机软件工程在智能电网中的应用
        电力通信技术在智能电网中的应用之三是一些常规计算机软件工程在智能电网中的应用。当前计算机软件开发需要较多的时间，所需要的资源也比较多，开发的难度也在提升，这使软件开发的效果受到了一定的影响。我国的智能电网建设技术发展已经获得了一定的成果，但是在实际的应用中，仍然存在问题，例如突然断电等。一些特殊的用户在用电过程中对电能供应有着较高的要求，同时断电等问题对用电设备也存在影响，这使用户的正常工作遇到了阻碍。因此，技术人员可采用计算机软件工程技术来研发适用的软件技术，加强对电压及电流的控制，比如，可在受电的一端安装上小型的变电装置，使供电电压能够保持稳定，处于合理范围中。

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        3.4加强软件可靠性
        电力通信技术在智能电网中的应用之四是加强软件可靠性。软件工程开发中软件可靠性设计影响中产品的最终质量，在开发初期阶段需要加强可靠性控制，通过控制来保证软件的质量，使软件符合设计的各项要求。因此，在软件开发开始的时候就进行质量控制，使质量控制贯穿于整个过程中。软件可靠性指的是软件能正确实现各项功能的特性，一般影响软件的可靠性的因素包括人为造成的软件差错以及软件对异常情况的抵制能力，后者也叫做鲁棒性。在设计中软件的可靠性与鲁棒性之间有着密切的联系，鲁棒性的涉及范围比较大，比如异常数据处理以及控制命令处理等，加强该性质特点可使软件的容错能力提高，结合问题采用有效方式进行处理。可通过对软件开发进行全过程质量控制，选择适合的方法开发来加强软件的可靠性。
        3.5信息感知技术分析
        电力通信技术在智能电网中的应用之五是信息感知技术分析。信息感知技术本质上就是对各类信息数据做出反应，主要通过传感技术进行数据的接收和传输。当前传感设备主要通过无线传感网络接入边缘网关，运用微功率无线通信技术以及低功耗广域网络等通信技术，实现系统终端海量数据的传输与信息感知。随着配电物联网的快速发展，大量电力传感终端设备的接入导致数据的持续增长，同时通信技术发展较为薄弱，为边缘网关的信息感知技术带来以下困难：1）信息模型的不统一。电力物联网应用现场，有多种类型、多种通信模式、多厂家的传感终端设备需要接入边缘网关，但这些数据的通信协议和数据格式都不统一，给信息的采集带来困难。2）信息的不准确。当前边缘网关技术处于初始阶段，网络环境存在许多不确定的因素，导致数据在采集和传输过程中出现相应的错误，并且有可能产生噪声数据。3）信息的冗余和重复。配电物联网规模的扩大导致感知数据的增加以及数据类型的复杂化，且边缘网关自身节点资源有限，一旦数据过多，就会造成数据冗余以及数据溢出等情况的发生，影响数据传输质量。基于以上分析，边缘网关信息感知技术在不断发展中存在不少问题，需要在具体实践中进行解决。
        3.6电力通信技术在智能电网的应用
        电力通信技术在智能电网中的应用之六是电力通信技术在智能电网的应用。电力企业必须不断完善配电网络，才能为电力系统的安全、稳定运行提供保障，保证电力设备安全顺利地运行，使电力设备保持良好的运行状态。电力通信技术能够为智能电网提供良好的运行环境，尤其是在建设配电架时，电力通信技术发挥了较大的作用。电力通信技术还可解决电网运行时出现的问题，分析发生问题的原因，并制定出科学合理的解决措施。将电力通信技术引入智能电网中可以促进电网向智能化方向发展，电力通信技术采用了许多现代化科技手段。现阶段，我国电网正在向集成化、全面化方向发展，因此，要实现电网的智能化发展，必须将电子通信技术引入其中。在进行配电网自动化环网建设时，要不断提高供电的稳定性，同时，要科学合理的设计环网柜。以往维护环网柜的方式要耗费大量的人力及物力，还无法达到预期的成效。如今，电力通信技术正在不断改进和完善，实现了电网的智能化，大幅度地提升了电网的运行效率。
        3.7基于压缩感知理论的无线传感网络
        电力通信技术在智能电网中的应用之七是基于压缩感知理论的无线传感网络。1）信息压缩。无线传感网络通过分布在空间上的传感节点监测电网终端设备的物理状态。基于以上理论，本文在传感节点加入压缩感知处理模块，通过压缩感知理论对数据进行预处理。其具体工作方式如下：终端传感设备相互独立，不需要同步，并可周期性地发射信号，发射周期为T。传感节点将收集到的结果利用感知矩阵进行数据处理，然后进行传输，最后在边缘代理设备进行数据的分析与存储。根据压缩感知理论的数学模型可知，在压缩感知理论下，可以通过获取信号的变换系数，恢复出完整的无线传感信号，而不需要获取信号x（n）完整的采样样本，从而减少了无线传感网中信息量的采集，提高了无线传感网的信息感知能力。2）信息重构。信号经过压缩后被传输至边缘网关节点，为得到完整的数据信号，需要将网关接收到的信号进行解码重构。常用的压缩感知重构算法主要分为三类：匹配追踪算法、凸松弛类算法以及组合算法。考虑到凸松弛类算法计算量较大，在进行信号重构时需要大量时间，本文采用匹配追踪算法中的正交匹配追踪算法，通过在每一次迭代过程中寻找局部最优，并通过这些最优解对原始信号进行逼近，以达到信号重构的目的。
        3.8形成标准意识
        电力通信技术在智能电网中的应用之八是形成标准意识。软件开发技术人员在开发中更加重视数据规范以及开发语言的标准，部分人员在开发过程中主要将注意力放在了系统准确性和人机界面有效性控制上，没有考虑到软件开发中的质量控制，这使软件的使用受到了影响。具有开阔思维特点的工程开发人员在开发中会参考成熟的集成模型，结合先进的开发理念来开展工作。但是大部分人员在进行软件开发的时候，不会考虑到国所规定的软件工程标准。为了保证软件开发的效果，人员应对软件工程、组织管理等相应的标准进行了解，根据自身的知识体系以及国家的标准进行开发，使软件的质量得到有效控制。在开发中软件开发技术人员应按照计算机软件工程国家标准实施各项操作，使软件开发得到管理，保证了软件的使用效果。
        3.9电力通信技术在变电领域的应用
        电力通信技术在智能电网中的应用之九是电力通信技术在变电领域的应用。智能变电站等自动化设备组成了智能电网系统的终端，电力企业可以设置一些数据信息检测设备，实现对智能变电站的自动化、智能化、网络化的管理，使整个智能变电站的运行情况能够及时反馈给控制端，帮助工作人员及时了解智能变电站的情况，可以有效避免事故的发生。现阶段，传感器技术、智能控制技术等都是我国智能变电站采用的主要技术方式，还可以使用网络化设备、智能设备实现对智能变电站的统一化管理。可以将数据信息检测设备获得的数据信息及时传送给控制中心，控制中心根据智能变电站的运作情况，发出科学合理的指令信息，以保障智能变电站安全可靠的运作。
        4发展前景
        总之，在电力混成控制理论基础上提出的智能广域机器人是一种具有自趋优化运行能力的电网系统，在结合上述理论以及电力用户的不同需求下可以有效控制电网系统和电力用户的需求状态，实现人工作业量和成本的减少，保障系统指标的完美运行。此外，通过智能电网技术的应用还可以针对其运行中容易受到的多种不可抗力因素的影响开展电网的智能化风险评估工作，分析设备故障概率模型，规避其中的潜在风险，提升电力系统运行的可靠性。
        结语
        总而言之，结合目前的先进技术推动智能电网的大规模建设和普及应用是电力行业的必然发展趋势，尤其是在电力调度自动化中应用智能电网技术，在实现电力系统跟用户双向互动的同时，也大幅度提升电网运行的可靠性，推动我国电力系统向更高智能化和自动化水平发展。
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