随着新型电力系统建设的深入推进,配电网正经历着数字化、智能化的深刻变革。物联网技术作为实现万物互联、数据互通的核心使能技术,为配电一二次设备的深度融合与智能化升级提供了全新的解决方案,正在重塑配电系统的运行、维护与管理模式。
一、物联网技术与配电一二次融合的内涵
传统配电系统中,一次设备(如断路器、变压器、开关柜)负责电能的传输、分配与通断,而二次设备(如继电保护、测控装置)负责监测、控制与保护,两者在物理和信息层面相对独立。
“基于物联网的配电一二次融合”,是指利用物联网的感知层、网络层、平台层和应用层技术体系,将传感器、智能终端深度嵌入或高度集成于一次设备中,实现设备状态、电气量、环境参数等信息的实时、精准采集;并通过可靠的通信网络(如HPLC、RFID、5G、LoRa等)实现数据的无缝传输与汇聚;最终在云平台或边缘计算节点进行数据的融合分析与智能决策,实现对配电设备的全景感知、智能控制、协同互动与精益化管理。其核心目标是打破传统一二次设备间的信息壁垒,构建“状态全面感知、信息高效处理、应用灵活智能”的新一代智能化配电装备与系统。
二、关键技术支撑与实现路径
- 智能感知与嵌入式技术:这是融合的基础。通过将微型化、低功耗的电流/电压传感器、温度传感器、局放传感器、机械特性监测模块等,以嵌入式或外置方式与一次设备本体(如融合柱上断路器、智能环网柜)高度集成,使一次设备自身具备“感官”和“初级智能”。
- 统一信息模型与标准化通信:基于IEC 61850、IEC 61968/61970等国际标准,并结合物联网协议(如MQTT、CoAP),建立覆盖一二次设备、贯穿云边端的统一信息模型与通信接口,确保异构设备间的语义互操作与数据流畅交换。
- 边云协同计算架构:在设备侧或场站侧部署边缘计算单元,实现数据就地快速处理、边缘智能(如故障就地判别与隔离);同时与云端主站平台协同,进行海量数据存储、深度分析、模型训练与高级应用,形成“边缘实时敏捷、云端智慧强大”的算力格局。
- 信息物理深度融合与软件定义:通过“硬件标准化、软件APP化”的思路,将部分传统由专用硬件实现的二次功能(如保护、测控逻辑)上移至边缘计算单元或云端,以软件形式灵活部署与迭代,实现一二次功能在信息空间的深度耦合与动态重构。
三、主要进展与应用成效
目前,该技术已在多个领域取得实质性进展:
- 设备层面:一二次融合柱上断路器、智能融合终端(TTU/DTU)、集成智能传感器的环网柜等产品已规模化应用。这些设备集成了测量、保护、通信、监测等功能,体积更小、可靠性更高、信息更全面。
- 系统应用层面:
- 状态检修与预测性维护:通过对设备运行状态、电气参量、机械特性、环境数据的连续监测与分析,实现对设备健康状态的精准评估与故障预警,变“定期检修”为“状态检修”,极大提升了运维效率与供电可靠性。
- 快速故障处理与自愈:基于全景实时数据,融合终端与主站协同,能够快速精准定位故障区段,并自动执行或辅助执行隔离与非故障区域恢复供电,缩短停电时间。
- 拓扑动态识别与灵活运行:物联网技术可自动识别网络拓扑变化,支持分布式电源、电动汽车充电桩等多元负荷的即插即用与优化调度,增强配电网的弹性与消纳能力。
- 能效管理与增值服务:实现对台区、线路乃至用户侧电能的精细计量与损耗分析,为需求侧响应、能效提升、增值服务提供数据支撑。
四、挑战与未来展望
尽管前景广阔,但该技术的发展仍面临挑战:海量异构设备的安全可靠接入与管理、数据安全与隐私保护、长期运行可靠性验证、不同厂商设备与系统的互联互通、以及成本与投资回报等问题仍需持续攻关。
随着5G-A/6G、人工智能、数字孪生等技术与物联网的进一步融合,配电一二次融合将向更深层次发展:
- 全息感知与数字孪生:构建与物理配电系统实时同步、交互映射的数字孪生体,实现从设备到系统的全生命周期、全状态数字仿真与优化。
- 群体智能与协同自治:设备间通过物联网形成智能体网络,实现局部区域的自组织、自决策、自恢复,形成高度自治的智能配电生态。
- “源网荷储”一体化协同:基于物联网的广泛连接能力,深度融合分布式能源、柔性负荷、储能系统,推动配电网从无源网络向有源互动网络演进。
物联网技术是驱动配电一二次深度融合、实现配电网智能化升级的关键引擎。通过持续的技术创新与应用实践,基于物联网的智能配电系统必将为建设安全、可靠、绿色、高效、智能的现代电网奠定坚实基础。