LoRa®技术赋能电力物联网，共建清洁低碳、安全高效的能源体系

从明确电网体制的改革方向,到大力发展以风能、光伏为代表的清洁可再生能源电力系统,我国电力行业正朝着构建清洁低碳、安全高效的能源体系发展。中央财经委员会第九次会议提出的“要构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统”等目标,也进一步为行业转型指明方向。

　　然而,由于我国电力产业转型相对较晚,社会生产需求庞大,在建设清洁低碳、安全高效的能源体系的过程中仍面临着较大的挑战。例如,在发电环节,传统煤电仍然占据能源结构的主体位置,需要提升能效,并大幅度提高可再生能源的比重;在电网侧,需要构建稳定高效的输配电系统和储能系统;在用电方面,则需加强微电网、智能充电桩等设施的建设,实现智慧用电管理。

　　数字化和物联网技术正在加速传统电厂的智能化转型,改善电源侧和用电侧的双向电力平衡调节,实现更高效的用能。LoRa® 技术拥有强穿透力、低功耗、远距离、易部署等特点,以及“自组、安全、可控”的应用优势,2021年在国内电网市场的应用取得了倍速增长。随着电力物联网的发展,LoRa也将为我国电力行业的数字化转型带来更多创新思路,将助力实现“碳达峰”和“碳中和”目标。

　　电力物联网:技术转型,电网整合

　　电力物联网涉及能源技术与物联网技术,通过把分布式安装的太阳能、水电、火力等发电设施结合起来,并同时纳入储能设备和用电设备,进行整合调控,从而减少弃风弃光等现象,提高电网的稳定性和可靠性。LoRa技术可广泛地适用于电力物联网,支持“发、输、变、配、用”五大电力环节,目前已有落地案例。

　　发电端:支持智慧电厂建设和可再生能清洁替代

　　发电端的升级转型主要体现在传统电厂的数字化改造,以及发展可再生能源来替代煤电两大方面。其中,传统电厂向智慧电厂转型的关键,在于通过数字化手段对各个发电环节进行升级,提高能源转化效率。以发电机组为例,通过基于LoRa的发电机组状态监测系统,电厂不但可以全方位监控发电机组的运营状态,还可以做到预防性维护,从而优化机组运行,提高机组运行效率,减少煤耗量。

　　在可再生能源替代方面,智慧风电站和智慧光伏电站在国内的布局可谓是“一日千里”。风电和光伏电站的部署,需要确保在广阔区域、设备种类数量多的环境下,实现高效、稳定的发电。LoRa技术远距离、低功耗、易部署的特点,可以支持风电站和光伏电站以低成本实现无线组网控制及数据采集,帮助运维企业提高系统效率。在风机和光伏设备运营状态监控方面,LoRa支持温度、振动、位移、风速、光伏板积灰度等多种传感器数据的收集和传输,提升设备可利用率。

　　输变电物联网:抗干扰,支持严苛环境

　　220千伏及以上的输电线路输送容量大,电磁干扰较强。得益于LoRa技术强大的抗干扰能力,国家电网有限公司选择将其纳入组网方案中,用于220千伏及以上的变电站以及架装线路的环境及设备状态监测;对一些低数据量、高频次传感器采用2.4G的LoRa网关接入,并对一些数据量比较大的传感器采用Sub 1G的LoRa网关接入。

　　在变电方面,若遭遇极端天气情况,变电设施可能会因水浸、雷击等影响而出现电压过载或短路的情况。LoRa技术能够支持将温度传感器和湿度传感器接入变电设备,有效实现风险预警,在第一时间将设备异常情况告知工作人员,确保设备的及时维护和电力资源的正常稳定运行。

　　智能配用电:微电网、充电桩全局部署

　　相关数据显示,我国配电变压器损耗占输配电损耗的40%～50%,而输配电损耗又占全国发电量的6.6%左右。为了弥补这些损耗,电力企业不得不选择消耗更多燃料以产出额外的电力,由此产生了“补偿性碳排放”问题。随着我国电网布局向着数字化发展,对于更智能、高效的配电解决方案的需求也日益增加。

　　实现智慧配电,首先需要采用物联网、云计算、大数据分析及人工智能等现代信息技术,对高低压配电柜、配电箱等电气设备实施智慧化监管。电力能源管理系统网络架构可以将变电所、云端和客户端三者互联,并通过3G、4G或者以太网网关来对数据进行传输,其中LoRa主要用于支持系统监测数据的收集。

　　得益于LoRa技术的低功耗、穿透性强等特点,基于LoRa或LoRaWAN® 的多功能电表、测温仪以及电气火灾监测装置,可安装于配电箱和配电房内,为电力企业提供有关配用电管理的数据支持,也帮助表计行业简化流程、降低运营成本。

　　此外,电力行业也在加强微电网和充电桩的建设。由于微电网在搭建过程中需要监测各层面的发电数据、用电数据以及储能数据,通过将基于LoRa的传感器接入微电网中,可对分布各地的能源系统实现远距离、精准监管。在充电桩部署方面,在信号接收不佳、公网组网不便的应用场景中,LoRa能够用于自组网的智能充电桩,支持区域数据汇集、用电量监测和有序充电控制等功能。

　　低碳化与数字化正成为电力行业未来发展的关键趋势。Semtech将持续推动LoRa生态圈的发展,从电源侧清洁替代,到提高终端用能设备的电气化率、赋能数字化转型,全面助力电力行业实现“双碳”目标。单的网关固件升级来启用新功能。