張春林 潘慶慶

摘要：隨著時代進步和科學技術的革新，物聯(lián)網(wǎng)技術逐漸出現(xiàn)，它可以深度融合信息通信和智能電網(wǎng)，提升電力工業(yè)的信息化、自動化和智能化水平，對于電力工業(yè)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)升級起到了很大的推動作用。文章簡要介紹了物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)的相關概念和發(fā)展前景，并根據(jù)國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)的研究現(xiàn)狀提出對智能電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)，為物聯(lián)網(wǎng)技術在智能電網(wǎng)中的應用研究提供了參考。

關鍵詞：智能電網(wǎng);物聯(lián)網(wǎng);融合

引文

近年來，隨著地球可利用資源的不斷消耗和減少，同時人們對能源利用的要求越來越高，尤其是清潔能源開發(fā)呼聲的日益高漲，怎樣合理高效地利用能源就成了一個熱點問題。而電網(wǎng)是能源輸送的最重要的方式，因此合理有效地配置電力輸送就成了一個迫切需要解決的問題。在這樣的背景下，依靠現(xiàn)代的信息技術，新材料技術和智能控制技術基礎上的智能電網(wǎng)的概念應用而生。

1、物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)在國際上又稱為傳感網(wǎng)，是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。它是利用互聯(lián)網(wǎng)和局部網(wǎng)等通信手段把人員、物、機器、控制器和傳感器通過新的方式聯(lián)在一起，形成物與物、物與人和人與機器之間的相互聯(lián)系，從而實現(xiàn)信息化、智能化和遠程管理控制的智能網(wǎng)絡。

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的基本特征：

1.1.1 可感知。隨著傳感技術的成熟和大規(guī)模應用，感知能力逐漸乘務物聯(lián)網(wǎng)的基本要素;

1.1.2 可互聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)上各點之間通過某種通信協(xié)議進行有線或無線的數(shù)據(jù)傳輸，為“感觀數(shù)據(jù)”提供可靠的信息傳遞服務;

1.1.3 智能化。通過接入各種中間件、應用系統(tǒng)、管理軟件等智能處理平臺，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能化信息處理能力。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

要想實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智能化的特點，必須采用先進的智能化技術，而物聯(lián)網(wǎng)的關鍵性技術主要有以下幾個方面構(gòu)成。

1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)具有先進的數(shù)據(jù)采集技術

在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集技術中，目前較為流行的技術分別是傳感器技術和嵌入式系統(tǒng)技術。通過在電網(wǎng)設備中嵌入傳感器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，然后利用計算機將采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理，轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。

1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)具有及時的信息傳輸技術

物聯(lián)網(wǎng)中的信息傳輸技術可包括近距離通信技術和遠程信息傳輸技術。在近距離通信技術中，可采用無線藍牙技術和無線射頻識別技術。通過在可跟蹤的電網(wǎng)設備上植入射頻標簽，利用特定設備讀取相關數(shù)據(jù)，從而獲得需要采集的設備相關的數(shù)據(jù)信息。遠程信息傳輸技術分為有線信息傳輸技術和無線信息傳輸技術，有線信息傳輸技術中主要采用以電話線為傳輸媒質(zhì)的傳輸技術組合和無源光纖網(wǎng)絡技術，遠程無線信息傳輸技術主要采用的是GPRS、3G和WLAN技術等。

1.2.3 物聯(lián)網(wǎng)具有強大的數(shù)據(jù)分析技術和智能控制技術

物聯(lián)網(wǎng)是建立在計算機技術基礎上的，可利用云計算強大的功能，對采集的數(shù)據(jù)進行分析和整合，把分析之后的數(shù)據(jù)及時反饋給決策者和物聯(lián)網(wǎng)控制的物和設備，通過最優(yōu)化的決策，實現(xiàn)對電網(wǎng)的智能控制。

2、面向智能電網(wǎng)應用的物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)

為了滿足物聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)需求，物聯(lián)網(wǎng)需要一個開放的、分層的、可擴展的網(wǎng)絡架構(gòu)。面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)大致分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層三個層次。

2.1 感知層

感知層是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“物物相聯(lián)，人物互動”的基礎，通常分為感知控制子層和通信延伸子層。其中，感知控制子層實現(xiàn)對物理世界的智能感知識別、信息采集處理及自動控制;通信延伸子層通過通信終端模塊或其延伸網(wǎng)絡將物理實體聯(lián)接到其上面兩層。

2.2 網(wǎng)絡層

網(wǎng)絡層在以電力光纖網(wǎng)為主的基礎上，輔以電力線載波通信網(wǎng)和無線寬帶網(wǎng)，負責轉(zhuǎn)發(fā)從感知層設備采集到的數(shù)據(jù)，以及物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)專用通信網(wǎng)絡之間的接入。因此，網(wǎng)絡層主要用來實現(xiàn)信息的傳遞、路由和控制，可以將網(wǎng)絡層化分為接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，以保證物聯(lián)網(wǎng)與電網(wǎng)專用通信網(wǎng)絡的互聯(lián)互：通。

2.3 應用層

應用層主要由應用基礎設施和各種應用兩大部分組成。其中，應用基礎設施為物聯(lián)網(wǎng)應用提供信息處理、計算等通用基礎服務設施及資源調(diào)用接口，并在此為基礎上實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的各種應用。面向智能電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的應用涉及智能電網(wǎng)生產(chǎn)和管理中的各個環(huán)節(jié)，通過運用智能計算、模式識別等技術來實現(xiàn)電網(wǎng)相關數(shù)據(jù)信息的整合分析處理，進而實現(xiàn)智能化的決策、控制和服務，有效提升電網(wǎng)各應用環(huán)節(jié)的智能化水平。

3、物聯(lián)網(wǎng)技術與智能電網(wǎng)的融合

3.1 電網(wǎng)數(shù)據(jù)的實時量測和采集

在對電網(wǎng)系統(tǒng)實施數(shù)據(jù)的采集過程中，主要采集結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要指的是用電量、電網(wǎng)調(diào)度和控制需要的實時數(shù)據(jù)，同時還包括大量的各種設備狀態(tài)運行過程中產(chǎn)生的靜態(tài)和動態(tài)信息數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括視頻監(jiān)控、圖像處理過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不方便用數(shù)據(jù)庫二維邏輯的形式來表示。由于需要采集的數(shù)據(jù)量巨大，先需要通過先進的參數(shù)量測技術獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，然后由各電網(wǎng)的終端將這些數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的標準上傳到數(shù)據(jù)中心，這實際上構(gòu)成了一定規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。通過這些數(shù)據(jù)來評估用電量分布、電網(wǎng)設備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性。

3.2 智能電網(wǎng)設備的有效診斷和控制

在電網(wǎng)運行過程中，最重要的是保證電網(wǎng)運行的穩(wěn)定和安全。因此實現(xiàn)對智能電網(wǎng)設備的有效診斷就變得非常重要。利用物聯(lián)網(wǎng)中各種數(shù)據(jù)的采集，當智能電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，由各變電站錄波器記錄故障錄播數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)的通訊傳輸設備，傳輸?shù)诫娋W(wǎng)子站的數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)包括靜態(tài)和動態(tài)的數(shù)據(jù)，然后通過物聯(lián)網(wǎng)強大的云計算能力，對電網(wǎng)中可能的故障進行識別，并對數(shù)據(jù)進行預處理，從而確定造成電網(wǎng)出現(xiàn)故障可能的設備和原因，再將這些數(shù)據(jù)有調(diào)度中心，通過數(shù)據(jù)解壓和解釋模塊，實現(xiàn)實時診斷，最終由各電網(wǎng)終端形成故障簡報，并將故障簡報送達決策者，從而實現(xiàn)對電網(wǎng)故障的最終診斷。在智能電網(wǎng)中，智能控制中心是整個智能電網(wǎng)的核心，為了實現(xiàn)智能電網(wǎng)綠色高效的運行，這就需要獲取可靠的數(shù)據(jù)，并及時對大量的數(shù)據(jù)進行智能化的分析和整理，以便作出正確的決策，以實現(xiàn)對智能電網(wǎng)實時高效的控制。

3.3 電力資產(chǎn)全壽命周期管理

將射頻識別和標識編碼系統(tǒng)應用于電力設備，可進行資產(chǎn)身份管理、資產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測、資產(chǎn)全壽命周期管理，這樣就能夠自動識別目標對象并獲取數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)電力資產(chǎn)全壽命周期管理、提高運轉(zhuǎn)效率、提升管理水平提供技術支撐。而通過安裝智能傳感器也能夠確定變壓器、斷路器、配電自動化設備和開關等資產(chǎn)的剩余使用壽命和預計失效時間;同時，通過在變電站和變壓器上安裝智能配電網(wǎng)設備，即能夠自動監(jiān)測配電變壓器的運行情況，包括變壓器是否過載和實時負荷水平;通過斷路傳感器，能夠自動檢測電路斷路器的運行情況，包括故障電流峰值、動作計數(shù)等。基于上述信息，能夠采取主動的資產(chǎn)管理方式，提高資產(chǎn)管理水平，最終在物聯(lián)網(wǎng)技術應用的基礎上，實現(xiàn)資產(chǎn)的全壽命周期管理。

3.4 智能用電管理

利用物聯(lián)網(wǎng)技術有助于實現(xiàn)智能用電的雙向交互服務、用電信息采集、家居智能化、家庭能效管理、分布式電源接入以及電動汽車充放電，為實現(xiàn)用戶與電網(wǎng)的雙向互動、提高供電可靠性與用電效率以及節(jié)能減排提供技術保障。通過在電動汽車、電池、充電設施中設置傳感器和射頻識別裝置，可以實時感知電動汽車的運行狀態(tài)、電池使用狀態(tài)、充電設施狀態(tài)以及當前網(wǎng)內(nèi)能源供給狀態(tài)，實現(xiàn)電動汽車及充電設施的綜合監(jiān)測與分析，保證電動汽車的穩(wěn)定、經(jīng)濟、高效運行。物聯(lián)網(wǎng)技術有助于實現(xiàn)家居智能化，通過在各種家用電器中內(nèi)嵌智能采集模塊和通信模塊，可實現(xiàn)家用電器的智能化和網(wǎng)絡化，完成對家用電器運行狀態(tài)的監(jiān)測、分析以及控制，例如通過安裝門磁報警、窗磁報警、紅外報警、可燃氣體泄漏監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測等傳感器實現(xiàn)家庭安全防護;或通過無線、低壓電力線載波技術實現(xiàn)水、電、氣表自動抄收;也可以通過光纖復合低壓電纜、電力線載波以及智能交互終端，實現(xiàn)用戶與電網(wǎng)的交互，提供通信服務、視頻點播和娛樂等

4、結(jié)束語

隨著信息化時代的到來，物聯(lián)網(wǎng)作為信息化發(fā)展階段的重要標志之一，如何在現(xiàn)代的電力系統(tǒng)中實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)與電網(wǎng)的有機結(jié)合，成為一個重要的研究課題。在智能電網(wǎng)中實現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)技術的融合，必將大大提高對電網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集，通過對數(shù)據(jù)的高效分析，必將提高電網(wǎng)的運行效率，及時對電網(wǎng)在運行中出現(xiàn)的問題進行有效診斷，給出最優(yōu)化解決問題的方案，有效整合電力系統(tǒng)各種資源，從而提高電力系統(tǒng)信息化水平、安全運行水平和供電的可靠性水平，同時實現(xiàn)電力資源的最優(yōu)化配置。

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