基于末端物联感知技术的配电网数字化建设

随着“双碳”目标的推进与能源互联网的深入发展，配电网正从传统的单向供电网络向多能互补、双向互动的智能网络转型。末端设备作为配电网与用户交互的神经末梢，其感知能力与数字化水平直接决定了电网对分布式能源接入、电动汽车充电、用户侧能源管理等新型业务的支撑能力。然而，当前配电网存在末端设备感知覆盖率低、数据交互不实时、故障定位不准确等问题，难以满足新型电力系统对“源网荷储”协同调控的需求。

一、末端物联感知技术的配电网应用价值

1. 提升配电网可观性与可控性

末端物联感知技术通过在配电变压器、开关设备、电缆线路等位置部署微型化、低功耗的智能传感器，实现对电压、电流、温度、振动等多维参数的高频采集（采样频率可达 1kHz 以上）。这些实时数据通过边缘计算节点进行预处理，提取关键特征后上传至云端平台，构建起配电网“全息感知 - 边缘计算 - 云端协同”的三层数据处理架构。以配电变压器为例，通过部署绕组温度传感器与油色谱传感器，可实时监测变压器内部故障早期特征，将故障预警准确率提升至 90% 以上，相比传统定期巡检，可提前感知故障。

2. 优化故障定位与自愈能力

基于末端物联感知技术构建的配电网故障定位系统，可利用分布式传感器网络采集的暂态行波、电流突变等信息，结合行波定位算法与拓扑识别技术，实现故障点的精准定位，定位误差可控制在 50 米以内。在某城市配电网改造项目中，通过部署 1200 余个末端感知节点，将故障平均定位时间从传统方法的 20 分钟缩短至 3 分钟，故障处理效率提升 85% 。同时，感知数据与开关设备的联动控制，可实现故障的自动隔离与非故障区域的快速恢复，自愈时间从小时级缩短至分钟级，大幅提升供电可靠性。

3. 支撑新型业务模式发展

末端物联感知技术为分布式能源接入、电动汽车充电等新型业务提供了数据支撑与控制接口。在分布式光伏并网场景中，通过在并网点部署智能感知终端，实时监测光伏出力波动与电压偏差，结合边缘计算模块的本地决策能力，可实现光伏电源的动态无功补偿与电压调节，将并网点电压偏差控制在 ±2%以内，满足电网接入要求。在电动汽车充电管理方面，感知终端可采集充电桩运行状态与负荷需求，通过云端平台的优化调度，实现充电桩的有序充电，降低配电网峰谷差，某园区试点数据显示，有序充电可使配电网负荷峰谷差降低15%-20%。

4. 推动配电网数字孪生构建

末端感知数据作为配电网数字孪生模型的“血液”，为虚拟电网的实时更新提供了物理基础。通过将感知数据与地理信息系统（GIS）、电网拓扑模型融合，可构建高保真的配电网数字孪生体，实现设备状态仿真、故障演化模拟与调度策略优化。例如，在数字孪生系统中输入末端感知的实时负荷数据与设备参数，可仿真不同工况下配电网的潮流分布与设备温升情况，为设备容量升级与网络重构提供决策支持，相比传统经验设计，投资决策准确率提升 30% 以上。

二、基于末端物联感知技术的配电网数字化建设框架

1. 感知层：多元异构设备协同部署

感知设备选型与布局优化根据配电网设备重要性与故障风险等级，采用“核心设备全面感知、一般设备重点感知”的策略。对于配电变压器、重要开关站等核心设备，部署包含电气量、非电气量的多参数传感器，如高精度电流电压传感器、油色谱传感器、振动传感器等；对于柱上开关、电缆分支箱等一般设备，重点部署故障指示器与简易状态传感器，实现故障的快速识别。在布局上，结合配电网拓扑结构与故障概率模型，利用遗传算法优化感知节点位置，在保证感知覆盖率的同时，将节点数量减少 20%-30% ，降低建设成本。

2. 网络层：混合通信网络融合优化

多通信技术协同组网针对配电网末端通信需求，构建“无线 + 有线 + 电力载波”的混合通信网络。在城市区域，采用 5G、Wi-Fi 6 等无线通信技术，满足高带宽、低延迟的业务需求，通信延迟可控制在 20ms 以内；在农村及偏远地区，采用 NB-IoT、LoRa 等低功耗广域网技术，解决覆盖不足问题，通信成功率可达 99% 以上；同时，保留电力载波通信作为备份，在无线通信中断时保障关键数据传输。通过软件定义网络（SDN）技术，实现不同通信网络的动态切换与资源优化配置。

3. 应用层：业务场景化开发与价值挖掘

配电网智能运维平台构建基于云端大数据平台，开发配电网智能运维应用，实现设备状态评估、故障预警、检修计划优化等功能。通过机器学习算法对历史感知数据进行训练，构建设备健康状态评估模型，如配电变压器健康指数模型，综合考虑电气量、非电气量、运行环境等因素，将设备状态分为“正常 -注意 - 异常 - 严重”四级，预警准确率达 92% 。在检修计划优化中，结合设备状态与气象预测数据，采用强化学习算法生成最优检修策略，相比传统定期检修，检修成本降低 25% ，设备可用率提升至 99. 98% 。

4. 安全保障体系：全链条安全防护机制

建立“设备 - 网络 - 应用 - 数据”的全链条安全保障体系。在设备层，采用硬件安全芯片实现感知设备的身份认证与密钥管理；在网络层，部署安全网关与数据加密传输协议；在应用层，开发用户权限管理与操作审计功能；在数据层，采用区块链技术实现关键数据的不可篡改存证。通过安全态势感知平台，实时监测网络安全威胁，自动生成处置策略，实现安全事件的“发现 -分析 - 处置 - 追溯”闭环管理。

三、结论

末端物联感知技术作为配电网数字化建设的核心支撑，通过构建“全面感知、边缘智能、泛在互联、安全可控”的新型配电网体系，有效解决了传统配电网感知不足、通信不畅、控制不精等问题。研究表明，基于末端物联感知技术的配电网数字化建设可显著提升电网的可靠性、经济性与智能化水平，为新型电力系统建设提供关键支撑。未来，随着传感器技术、通信技术与人工智能的不断发展，末端物联感知技术在配电网中的应用将向更深度、更广度拓展。同时，需关注新型业务场景下的感知需求，如虚拟电厂、综合能源服务等，推动配电网向“智慧能源枢纽”转型，助力“双碳”目标实现。

参考文献：

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