周春雷

(北京華麒通信科技有限公司)

1 引言

目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在民用、商用等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)的發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等各個(gè)環(huán)節(jié)有效的整合智能電網(wǎng)中的資源。電力行業(yè)直接關(guān)系到國(guó)計(jì)民生,對(duì)可靠性和安全性的要求很高,將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入智能電網(wǎng)，更好的實(shí)現(xiàn)了智能電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)。

2 物聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)的概念

2.1 物聯(lián)網(wǎng)概念

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在逐步發(fā)展，與此同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也被越來(lái)越多的人所了解。我們可以將物聯(lián)網(wǎng)理解為“物物相連”的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要是通過(guò)傳感器、無(wú)線射頻識(shí)別、GPS等技術(shù)手段進(jìn)行信息的實(shí)時(shí)提取、鑒別和傳遞,主要采集的信息有：聲、電、光、熱、力學(xué)、化學(xué)、位置等信息。按照協(xié)議,將物品信息連接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的交換和溝通,通過(guò)無(wú)線和有線網(wǎng)絡(luò)融合傳遞信息，利用云計(jì)算和模式識(shí)別等智能技術(shù)可以達(dá)到智能化的跟蹤定位、識(shí)別區(qū)分、監(jiān)控管理等目的。

2.2 智能電網(wǎng)概念

智能電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，應(yīng)用先進(jìn)的信息通信、傳感測(cè)量、分析決策、能源配置、自動(dòng)控制等與電網(wǎng)相關(guān)的技術(shù),并且通過(guò)在終端傳感器、電網(wǎng)公司、客戶間形成網(wǎng)絡(luò)互連形成新型現(xiàn)代電網(wǎng)。電能傳輸不僅要考慮到安全性、傳輸損耗、新能源電力入網(wǎng)、用戶監(jiān)測(cè)和管理、電能調(diào)度優(yōu)化、維護(hù)成本，還應(yīng)考慮到由能源供給不均帶來(lái)的電量消耗高、電網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用高等遠(yuǎn)距離傳輸問(wèn)題。智能電網(wǎng)具有智能化、開放性、信息的共享性，優(yōu)于傳統(tǒng)的高壓輸變電方式主要體現(xiàn)在可觀測(cè)、兼容、實(shí)時(shí)分析決策、可控制、自適應(yīng)和自愈等方面。智能電網(wǎng)在靈活電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、降低損耗、優(yōu)化電網(wǎng)控制、優(yōu)化資源配置、提升電網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量等方面都有明顯的改善，實(shí)現(xiàn)資源的合理分配、優(yōu)化資產(chǎn)的利用，為用戶提供清潔、經(jīng)濟(jì)、可靠的電力供應(yīng)和增值服務(wù)。

3 面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心技術(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）技術(shù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有提綱挈領(lǐng)的作用，是其他層面技術(shù)的整合。面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)分為三個(gè)層次：

1）感知層

感知能力逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)的基本要素。它主要是利用各種射頻識(shí)別技術(shù)、傳感器、微機(jī)電系統(tǒng)和二維碼技術(shù)等,對(duì)信息進(jìn)行收集。感知層收集信息后利用識(shí)別技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化信息識(shí)別。在有線和無(wú)線通信基礎(chǔ)上對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行傳遞保證運(yùn)行的數(shù)據(jù)安全可靠且具有傳輸效率。

2）網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)是傳遞采集、識(shí)別以及控制的信息，也可以稱之為傳輸層。為了保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)覆蓋全面和精確，網(wǎng)絡(luò)層以電力光纖網(wǎng)為主，輔以通信網(wǎng)無(wú)線網(wǎng)、寬帶網(wǎng)，連接物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)專用通信網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)需要靈活采用通信方法進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和設(shè)備接入。接入網(wǎng)和核心網(wǎng)組成的網(wǎng)絡(luò)層保證了物聯(lián)網(wǎng)與電網(wǎng)專用通信網(wǎng)絡(luò)的高速和雙向。

3）應(yīng)用層

應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)對(duì)獲得的信息進(jìn)行存儲(chǔ)、挖掘、計(jì)算、整理、呈現(xiàn)等,高級(jí)應(yīng)用還可以給出智能的分析結(jié)果,為作業(yè)人員提供決策上的參考。應(yīng)用層的基礎(chǔ)設(shè)施為智能電網(wǎng)提供通用基礎(chǔ)服務(wù)、信息處理及資源調(diào)用接口。面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及智能電網(wǎng)的發(fā)電、輸電、用電等各個(gè)環(huán)節(jié)。為了電網(wǎng)智能化的控制、決策和服務(wù)運(yùn)用智能計(jì)算、模式識(shí)別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析整合處理。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用是廣泛的，它將服務(wù)于電力輸送的各個(gè)環(huán)節(jié)：從發(fā)電環(huán)節(jié)的接入到檢測(cè)，變電站的生產(chǎn)管理、安全評(píng)估與監(jiān)督，以及配電自動(dòng)化、用電采集及營(yíng)銷都離不開物聯(lián)網(wǎng)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能控制和優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)核發(fā)電、潮汐發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、生物發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等各種發(fā)電形式并網(wǎng)，提高國(guó)家電網(wǎng)電力規(guī)劃的管理能力，在整個(gè)智能電網(wǎng)體系的建設(shè)中將發(fā)揮巨大作用。

4.1 設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)

利用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的傳感器和微電子技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行設(shè)備，獲取設(shè)備運(yùn)行中各種技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)，并根據(jù)對(duì)發(fā)電站、變電站的設(shè)備實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)得出檢測(cè)報(bào)告、預(yù)測(cè)運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)檢修。不但可以對(duì)傳統(tǒng)電力設(shè)備的各個(gè)電壓等級(jí)、各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)還可以對(duì)風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等新能源的各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)備進(jìn)行穩(wěn)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性監(jiān)測(cè)、控制和功率預(yù)測(cè)。例如在水電站壩體設(shè)置傳感器監(jiān)測(cè)壩體的變化情況，避免水庫(kù)可能存在潰壩等的危險(xiǎn)。

4.2 輸電線路狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)

對(duì)輸電線路狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要作用。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的監(jiān)控能力可以監(jiān)測(cè)輸電線路區(qū)域的覆冰、氣象、導(dǎo)線溫度和垂弧、線路電容、導(dǎo)地線微風(fēng)振動(dòng)、桿塔傾斜等的情況，提高對(duì)輸電線路運(yùn)行情況的感知能力。智能電網(wǎng)在發(fā)現(xiàn)遭受破壞或者不正常時(shí)進(jìn)行自我治愈并為用戶提供持續(xù)供電，避免維護(hù)滯后出現(xiàn)的斷電問(wèn)題。

4.3 電力生產(chǎn)管理

電力生產(chǎn)管理具有一定的復(fù)雜性，將電力生產(chǎn)管理利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)納入監(jiān)控。電力生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵步驟、重要設(shè)備利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全時(shí)自動(dòng)監(jiān)控，每條生產(chǎn)線路進(jìn)行相應(yīng)的編碼，利用身份識(shí)別技術(shù)避免他人誤操作或惡意操作，通過(guò)人工智能數(shù)據(jù)庫(kù)的建立還可以使設(shè)備智能拒絕部分誤操作，一旦出現(xiàn)爐膛壓力異常等狀況及時(shí)準(zhǔn)確報(bào)送負(fù)責(zé)人。

4.4 電力故障的監(jiān)測(cè)與排除

隨著電網(wǎng)資產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，設(shè)備數(shù)量的增加，對(duì)于電力設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)提出了更高的要求。以氣候?yàn)闂l件在電力設(shè)備通電運(yùn)行狀態(tài)下利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行線路動(dòng)態(tài)評(píng)級(jí)。這項(xiàng)技術(shù)可以在發(fā)生變壓器油溫過(guò)高、過(guò)負(fù)荷等突發(fā)狀況時(shí)實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)調(diào)用應(yīng)急預(yù)案，進(jìn)行電網(wǎng)、通信網(wǎng)故障的自診斷和自愈。一旦自我修復(fù)失敗立即定位故障現(xiàn)場(chǎng)，提供輔助預(yù)案、規(guī)劃路徑開展搶修。

4.5 智能用電

由于我國(guó)國(guó)土遼闊這一國(guó)情，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)中，可以對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)中的電力設(shè)備運(yùn)行情況、配電現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和安全防護(hù)，有助于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶雙向交互、家庭能效管理、節(jié)能減排、智能化家居等。還可以對(duì)低壓電用戶進(jìn)行能量信息采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、供給側(cè)管理，為醫(yī)院、學(xué)校等高用電量場(chǎng)所提供電力應(yīng)急供應(yīng)與智能化電能調(diào)度。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究稍晚于發(fā)達(dá)國(guó)家，且我國(guó)的電力市場(chǎng)輸配電并沒(méi)有分離的自身特點(diǎn)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合在智能電網(wǎng)中難度比較大，因此，相關(guān)的技術(shù)人員要有根據(jù)我國(guó)國(guó)情加大研究力度開發(fā)出適于我國(guó)國(guó)情的自主技術(shù)，更好的促進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)行水平的提高。