电力物联网对电网稳定性的作用

陈浩龙

（甘肃工业职业技术学院电信学院，甘肃 天水 741025）

摘 要：通过深入分析智能电网的相关特性，联系新兴的物联网技术，进而提出将物联网植入到电网中构建智能电网，并将物联网技术应用到电网的发电、变电和输电环节中，以期利用物联网的特性，实现实时监测和智能控制，进而提高电网的稳定性，旨为当今电力行业提供相应的指导。

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关键词 ：电网稳定性；物联网；智能电网

中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1000-8772-（2015）02-0234-02

随着社会和电力工业的发展，以及电力市场的开放，大容量发电机组、变压器一旦发生故障会严重影响电网稳定性，而且输电线路的故障高发对稳定性也有冲击，新能源的不稳定性导致在并网过程中对电网冲击影响稳定性。电网作为整个社会正常运行的基础保障，其运行情况直接关系到社会生产和百姓生活质量。电网的正常运行依赖于其稳定性，一旦失去稳定性会导致电力系统的崩毁，继而造成重大的经济损失，所以电网稳定性研究势在必行。

一、物联网

物联网（Internet of Things IOT）是基于互联网和传统电信网等信息承载体，将所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络，最早于1999年由美国麻省理工大学Auto-ID研究中心提出[1]。利用嵌入式技术，将物理对象连接至互联网上，是基于微处理器、嵌入式系统和互联网在高级阶段交叉融合的产物。物联网具有智慧性、实时性、广域性与虚实交互性的特点[2]。

所谓微处理器，是一个归一化的智能内核，它以通用计算机与嵌入式系统方式指挥物联网所有节点终端和服务器，微处理器的数量巨大，并且具有智慧，进而具有极大的指挥能力，这突现了物联网智慧特征。实时性特征，是嵌入式系统物联必备的基本要求，将嵌入式系统与物理对象相连，就可以实现物理参数的感知、物理对象的控制、人物交互、物物交互等，而这些都是实时性的任务进程。由于互联网可以实现无限时空与多种接入形式连接，这使物联网具有广域性的特点，即物联网可以在无限时空的状态下发挥作用，也可以实现不同介质状态的网络互联，如电信网、计算机网、电视网、智能电网等。物联网具有虚实交互性，是物联网二元化世界的空间交互特性，物联网构建了一个无限时空的虚拟世界，嵌入式系统则将互联网延伸到真实世界的物理对象上，物联网时代，原先虚拟世界中的许多交易行为都可以无缝地延伸到真实世界，实现虚拟世界与真实世界的交互。基于物联网的这些优点，我们将物联网植入电网中，可以很好地继承这些特性，从而使电网可以实现自我调控，实时动作与反应，还能够实现人机交互等功能。

二、智能电网和电网稳定性

智能电网又叫电网智能化，是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的先进的设备技术、传感和测量技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，具有自愈性、激励性和安全性的特征，并且能够可靠提供高质量电能，可以包容多种发电和蓄电形式和建立繁荣电力市场，进而可以优化电力设备运行，合理降低电网运行和维护费用[3]。电网稳定性是指某一给定运行条件下的电网，在受到扰动后，重新回到运行平衡状态的能力[4]。电网稳定性运行的重要标志是系统的功角稳定，包括静态稳定、暂态稳定性和动态稳定性三个方面，电网稳定性是电网正常高效运行的保证。

三、电力物联网

电网在实际运行中可能会经常性地发生设备和线路的故障造成的短路情况，也会遇到负荷冲击以及发电机解列等情况，这些问题都对电网的稳定运行有极大地影响。对于这些问题，现行的电网并不能够很好地解决，这就对未来的智能电网提出需求，要求智能电网能够在这些情况下保证整个电网的稳定运行，最好能够在这些情况发生之前就发现问题并解决[5]。因此，提出电力物联网的构思，从而达到建设智能电网的目标，电力物联网结构图如图1所示。

对应物联网的三层，电力物联网的结构也分成三层，在电力物联网的感知层，通过大量的传感器获取信息，然后经过无线传感技术将信号通过电力系统专用的通信网络传输到智能专家系统中，然后专家系统对于接收到的信息进行筛选、识别，对可能引起故障的信息进行处理和预警，最后将解决方案通过无线信号的方式传送给故障单元。

1.电力物联网对发电厂部分稳定性作用

发电厂作为电能的制造单位，是整个电网的支柱，没有稳定的发电环节，整个电网的稳定性无从谈起。电力物联网在发电厂设置大量的温度传感器、压力传感器、速度传感器、位移传感器、振动传感器和电流电压传感器等，对发电厂中发电机和变压器等设备进行实时监测，将实时信息发送到厂级系统中，系统对信息进行分析，迅速发现和解决异常情况，并进行预警动作。

在火电厂的生产过程中，概括的说是把煤炭中含有的化学能转变成电能的过程，整个过程可分为燃烧系统、汽水系统和电气系统三个组成部分，要使火电厂稳定运行必须保证这三个系统的稳定，电力物联网对这三个系统加上大量的传感器检测，稳定性的加强将得以实现。对磨煤机系统设置压力传感器实时监测磨煤机提供的煤炭量保证有充足稳定的燃料，并设置有可调节煤量的调节器，根据整个厂用系统的分析对煤炭量进行调节；锅炉是产生蒸汽进而推动发电机运行的，所以对于锅炉系统中应设置有温度传感器、气压传感器、液面传感器等，时刻保证锅炉产生持久稳定的蒸汽量，且监测输送蒸汽管道的情况，能及时发现可能出现的管道缝隙泄露等问题；给水泵系统能实时发送当前水输送情况，并能根据厂用系统的反馈信息调节水量；对于发电机组的监测是重中之重，要对发电机的转速、位置偏移以及发电机的油量等等信息进行跟踪监视，并能经过专家系统分析反馈操作使得发电机组能够持久的运行在一个安全稳定的环节，并对发电机可能出现的故障老化问题提前发现；升压变系统是将发电机发出的电能升高到一个比较高的电压进行输送，监测升压变系统的运行状况保证电能能够正常的输送到电网中；线路检测就是对厂内重要的线路进行监视，减少因为线路老化等原因造成的线路故障，影响电厂的生产生活。所有的信息都经过厂用专家系统进行分析，能够对一些变化进行自动化调整并能根据大电网反馈的信息进行及时的调整，通过人机交互界面操作人员能够清晰的查看系统运行和调节情况，并能调出历史记录，而系统对于必须没能通过自我调节解决的问题进行预警，联系相应地人员进行人工操作。通过厂级电力物联网可以保证发电厂内部稳定持续的良好运行，实现电能的优化生产和安全经济生产。

对于某些新能源电厂，如风电厂、太阳能电厂等，设置传感设备对实时风力和光照等进行监测和预测。在风力和光照良好的情况下优先使用新能源电站尽可能的利用，通过大电网系统减少化石燃料电厂的产能任务，在风力和光照条件差的时候提高化石燃料电厂承担负荷量，从而可以优化新能源的利用和入网。

2.电力物联网对变电站的稳定性作用

智能变电站是坚强电网的重要基础和支撑，设备信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、检修状态化是追求变电站运行维护的高效化目标的研究方向[6]。采用电力物联网构建变电站可以通过大量的传感装置和智能化分析决策辅助系统实现无人值班及区域监控中心站管理模式，可以接收执行监控中心、调度中心系统发出的指令，经安全校核正确后自动完成符合相关运行方式变换要求的设备控制；能自动生成设备和网络的安全措施卡，指导检修设备进行可靠、有效的安全隔离；通过在线监测与实时分析诊断，能对站内主要设备健康状况进行监测，尽早的发现、解决异常情况；自主生成图形图像信息，直观的反应整个变电站的所有运行信息。电力物联网的应用，对于变电站的稳定性运行有着极大的提高，相较传统变电站可以更好地保证运行的稳定性。

3.电力物联网对输电线路稳定性运行作用

除了良好稳定的发电站和变电站外，输电线路的稳定对电网的稳定性影响更大，没有持久稳定的输电线路，肯定不能拥有持久稳定的电网，所以加强输电线路的稳定运行是极其必要的。输电线路不稳定因素主要来源于输电线路故障，所以要加强输电线路的稳定性可以通过加强对故障的预防及时的发现线路的异常信息并排除异常保证电路正常运行，通过电力物联网的传感设备可以对线路进行监控，并将测量的实时信息通过无线网络传给智能化分析系统，对实时线况进行分析，尽早排查出异常情况，将解决方案再回传到调节装置进行调控，进而实现减少线路故障的要求。对于不能通过自主调节排除的异常进行报警通知运行人员进行修理。

4.电力物联网对整个电网稳定性的影响

整个电网通过电力物联网连接起来对电网的稳定性也有极大的提高。通过整个电力物联网的连接可以实现电力的优化配送，不仅能够节约电能提高电能利用率从而提高经济效益增强市场竞争力也能减少因电能分配不均匀导致的部分电网电能不足引起的不稳定；通过整个电力物联网可以实现对电能生产的控制，减少因为大电流入网冲击以及部分发电机解列引起的电压频率不稳定现象；通过电力物联网可以实现新能源的优化利用。

四、结论

综上所述，在整个智能电网中植入物联网技术所形成的电力物联网可以切实提高了电网各个环节稳定性，对整个电网的鲁棒性有着显著地增强，对于建立坚强电网有着积极的影响。电力物联网能够很好地迎合未来电网的要求，具有自愈能力、激励性、安全性以及高可靠性，对新能源较好的利用并具有很好的市场竞争能力[7]，因此电力物联网是未来电网的必然走向。

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参考文献：

[1]何利民.物联网概述第一篇:什么是物联网[J].单片机与嵌入式系统应用,2011,11(10):79-81.

[2]朱洪波,杨龙祥,于全.物联网的技术思想与应用策略研究[J].通信学报, 2010,3(11):2-9.

[3]汪洋,苏斌,赵洪波.电力物联网的理念和发展趋势[J].电信科学,2010(3):9-14.

[4]李兴源,魏巍,王渝红,等.坚强智能电网发展技术的研究[J].电力系统保护与控制, 2009,37(1):1-7.

[5]刘生春,张杰,李春来.智能电网发展趋势分析[J].科技信息,2011(16):352.

[6]李孟超,王允平,李献伟,等.智能变电站及技术特点分析[J].电力系统保护与控制, 2010,38(18):56-62.

[7]Muljadi, E; Nguyen,T.B; Pai, M. A, "Transient stability of the grid with a wind power plant " Power System Conference and Exposition[J]. PSCE,2009(9):1-7.

（责任编辑：赵媛）