周揚帆

摘? ?要：智慧電網(wǎng)將是最具代表性的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用行業(yè)之一，智慧電網(wǎng)采用相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能實現(xiàn)可觀測、可控制、實時處理、實時分析等功能。文章例舉了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧電網(wǎng)中應(yīng)用案例。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)? 智慧電網(wǎng)? 應(yīng)用

中圖分類號：TM76;TN929.5;TP391.44? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（a）-0140-02

電網(wǎng)是智慧城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一，亦是智慧城市建設(shè)的重要內(nèi)容之一。目前，電網(wǎng)的建設(shè)逐漸向“智慧”邁進，并發(fā)展迅速。智慧電網(wǎng)是采用先進的設(shè)備和技術(shù)，偵測電力使用者的用電狀況和電力供應(yīng)者的供電狀況，對電網(wǎng)進行監(jiān)測、分析以及決策控制，能實現(xiàn)“智慧”供電與用電，并具有自愈、互動功能的電網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧電網(wǎng)發(fā)揮了重要作用：采用先進的量測與傳感技術(shù)，能實現(xiàn)“智慧”觀測;對供電與用電狀態(tài)進行監(jiān)控，能實現(xiàn)“智慧”控制;利用實時處理技術(shù)，能實現(xiàn)“智慧”處理;對供（用）電大數(shù)據(jù)進行采集與挖掘，能實現(xiàn)“智慧”決策;運用嵌入式技術(shù)，能實現(xiàn)“智慧”自適應(yīng)和自愈等等。

1? 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧用電服務(wù)系統(tǒng)

1.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧用電信息采集系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧用電信息采集系統(tǒng)是利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)、電力線寬帶通信、TD-SCDMA（Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access，時分-同步碼分多址）以及電力專用寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)以雙向、寬帶通信信息網(wǎng)絡(luò)及AMI（Advanced Metering Infrastructure，高級計量架構(gòu)）為基本特征的用電信息實時采集與管理應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)計量裝置在線監(jiān)測和用戶負(fù)荷、電量、計量狀態(tài)等重要信息的實時采集，及時、準(zhǔn)確、完整地為電力營銷信息系統(tǒng)及智能配電網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧用電服務(wù)系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧用電服務(wù)系統(tǒng)是結(jié)合PLC（Power Line Communication，電力線通信）、FTTH（Fiber To The Home，光纖到戶）、無線寬帶通信等通信方式，擁有包括智能交互機頂盒、智能交互終端、智能插座等主要硬件設(shè)備，用于實現(xiàn)智慧用電管理通信的系統(tǒng)。

1.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車用電管理平臺

汽車的能源消耗和廢氣排放是造成全球石油危機和溫室效應(yīng)的主要原因之一，電動汽車的出現(xiàn)對解決日益緊缺的石油資源和日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題具有重要的意義。電動汽車代表了新能源汽車的發(fā)展方向，并已將其提升到各國產(chǎn)業(yè)競爭的戰(zhàn)略高度。純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池電動汽車是當(dāng)前主要的電動汽車幾種類型。我國工信部、科技部和國家發(fā)改委形成的共識是將純電動汽車作為未來新能源汽車發(fā)展的主要方向。

純電動汽車的充電問題是電動汽車普及的一個非?，F(xiàn)實的障礙。目前市場上絕大多數(shù)電動汽車一次充電后的續(xù)航里程有限，與傳統(tǒng)燃料汽車的模式不同，電動汽車的電池由于體積和重量原因很難手工轉(zhuǎn)移，單次充電時間比較長，充電設(shè)施數(shù)量少。

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提高電動汽車的運行狀態(tài)監(jiān)測、安全行駛監(jiān)測、充電站運行環(huán)境、安全運行監(jiān)測等信息感知和綜合分析能力。一個基于物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車充電和充電站管理平臺的感知層包括電動汽車和充電站兩部分。通過電動汽車傳感器及自組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)收集電動汽車當(dāng)前位置、運行狀態(tài)、電池設(shè)備型號和電池能量狀態(tài)等參數(shù)，通過GPRs等無線傳輸技術(shù)將車輛運行信息實時上報。而充電站通常部署包括專有的充電站、替換電池等設(shè)施上的傳感器，充電站區(qū)域內(nèi)溫、濕度、氣體濃度、振動幅度等傳感器以及安防視頻傳感器等，通過電力光纖或電力線載波等將信息傳輸?shù)胶笈_，實現(xiàn)對當(dāng)前電動汽車運行網(wǎng)內(nèi)能源供給狀態(tài)和充電站運行狀況的實時監(jiān)測。

后臺處理中心通過GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）空間分析能力綜合各種檢測信息做出判斷，為電動汽車和充電站、備用電池等進行綜合分析，在保證電動汽車運行在穩(wěn)定、經(jīng)濟、高效的狀態(tài)下，提供最高效、最經(jīng)濟的充電方案調(diào)度，提高能源使用效率和電動車的運行效率。

2? 基于物聯(lián)網(wǎng)的輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)分為兩大部分，即桿塔狀態(tài)監(jiān)測和線路狀態(tài)監(jiān)測。傳感器網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)與移動通信網(wǎng)相聯(lián)，將傳感器獲得的狀態(tài)信息傳送給狀態(tài)監(jiān)測智能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)在實時接收各種傳感信息的基礎(chǔ)上，綜合分析融合各類傳感數(shù)據(jù)，經(jīng)由數(shù)據(jù)庫科學(xué)數(shù)據(jù)模型的分析，對輸電線路現(xiàn)場狀況和故障原因做出準(zhǔn)確判斷，高效精確地實現(xiàn)了智能化預(yù)測預(yù)警，還能根據(jù)輸電線路現(xiàn)場情況對監(jiān)測策略做出相應(yīng)調(diào)整，智能適應(yīng)各種監(jiān)測需求。

線路監(jiān)測系統(tǒng)通過導(dǎo)線監(jiān)測儀記錄導(dǎo)線與線夾最后接觸點外一定距離處導(dǎo)線相對于線夾的彎曲振幅、頻率等線纜狀態(tài)，獲取導(dǎo)線的運行溫升、導(dǎo)線的風(fēng)偏和擺幅等參數(shù)，狀態(tài)監(jiān)測智能管理軟件通過事先設(shè)計的輸電線路運行專家系統(tǒng)進行模式匹配，對導(dǎo)線可承載潮流做出評估，為高壓輸電線路動態(tài)增容和升溫融冰等提供決策支持。

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的桿塔狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

以220kV的高壓線路桿塔為例，桿塔狀態(tài)監(jiān)測的布置包括了在塔基外圍四周埋設(shè)地埋震動傳感器;在塔身安裝壁掛震動傳感器、傾斜傳感器、被動紅外傳感器、智能視頻傳感器、防盜螺栓、Sink節(jié)點/網(wǎng)關(guān)模塊、TD-SCDMA和電源模塊。

地埋震動傳感器埋設(shè)在桿塔周圍，這些震動傳感器周期性監(jiān)測地面震動信號，當(dāng)在桿塔周圍發(fā)生危險挖掘、填埋等土方作業(yè)時，多個傳感器會采集到這些信號并傳輸?shù)絊ink節(jié)點，Sink節(jié)點融合處理這些數(shù)據(jù)，判別威脅等級，如果判定是危險挖掘，會自動聯(lián)動智能視頻傳感器，通過TD-SCDMA通信模塊向監(jiān)控主機發(fā)送告警信號。

當(dāng)發(fā)生侵入桿塔的行為時，桿塔震動傳感器、傾斜傳感器和防盜螺栓傳感器會監(jiān)測到該行為，并將這些信息發(fā)送到Sink節(jié)點，Sink節(jié)點融合處理這些數(shù)據(jù)，自動識別攀爬桿塔、破壞桿塔、危險接近等各種安全威脅，判別威脅等級，如果判定是危險侵害，會自動聯(lián)動智能視頻傳感器，通過TD-SCDMA通信模塊向監(jiān)控主機發(fā)送告警信號。

視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)的視場方向與線路走向一致，線路、桿塔的場景是相對固定不變的，當(dāng)有大型施工機械進入高壓走廊等危險區(qū)域、竹木生長接近高壓線路時，智能視頻傳感器通過模式識別技術(shù)判定其威脅等級，如果是危險接近，將會自動通過TD-SCDMA通信模塊向監(jiān)控主機發(fā)送告警信號。

重要交跨線路的安全對整條線路的安全至關(guān)重要，如高速鐵路、高速公路和過江線路等線路，在這些桿塔周圍固定埋設(shè)了多個震動傳感器，當(dāng)附近有挖掘行為發(fā)生時，Sink節(jié)點匯聚各傳感器的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)融合處理，智能識別危險等級，如果挖掘行為判定為危險等級，就會自動發(fā)出報警信號，并且聯(lián)動視頻子系統(tǒng)，將現(xiàn)場圖像通過TD-SCDMA通信模塊發(fā)送到監(jiān)控中心。

3? 基于物聯(lián)網(wǎng)的輸變配電現(xiàn)場作業(yè)管理系統(tǒng)

3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的輸變配電現(xiàn)場作業(yè)管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的輸變配電現(xiàn)場作業(yè)管理系統(tǒng)主要分為包括傳感器、RFID的信息采集層，各種通信方式的通信層，以及后臺信息管理系統(tǒng)的支撐層。輸變配電現(xiàn)場作業(yè)管理系統(tǒng)需要綜合運用到傳感器、RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）和視頻等多種技術(shù)。輸變配電現(xiàn)場作業(yè)人員，包括調(diào)度人員、安監(jiān)人員、作業(yè)人員等，通過安裝在作業(yè)車輛上的視頻監(jiān)視設(shè)備與設(shè)備上的RFID標(biāo)簽，遠(yuǎn)程監(jiān)控作業(yè)現(xiàn)場情況、現(xiàn)場核實操作對象和工作流程（程序），可以確保各項現(xiàn)場工作或活動是可控、在控的，同時保障設(shè)備安全、人身安全、系統(tǒng)安全，減少外界因素與人為因素造成的損失。

3.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的輸變配電巡檢系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)的輸變配電巡檢是輸變配電現(xiàn)場作業(yè)管理的核心，系統(tǒng)主要包括感知RFID標(biāo)簽、無源RFID標(biāo)簽、手持智能設(shè)備以及后臺信息管理系統(tǒng)。通過在輸、變、配電巡檢路線上使用感知RFID標(biāo)簽、無源RFID標(biāo)簽，利用手持智能終端的RFID讀卡功能和GPS定位功能，及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、RFID射頻技術(shù)等無線通信新技術(shù)，提高輸、變、配電環(huán)節(jié)巡檢智能化水平。

針對輸電線路的露天環(huán)境和遠(yuǎn)距離巡查的特點，輸電環(huán)節(jié)的巡檢系統(tǒng)采用GPS定位技術(shù)精確記錄巡檢人員的行進路線，確認(rèn)巡檢人員到位和到位時間等信息，從而確保工作人員巡檢路線和工作的正確性與規(guī)范性，有效提高對巡檢工作的監(jiān)督力度，避免巡檢工作中出現(xiàn)的錯檢、漏檢問題。

針對變電站、配電站內(nèi)存在大量電氣設(shè)備，且室內(nèi)作業(yè)情況較多的特點，采用感知RFlD標(biāo)簽和無源RFID標(biāo)簽的聯(lián)合部署方案，通過RFID射頻識別技術(shù)實現(xiàn)智能化變、配電巡檢系統(tǒng)。

智慧電網(wǎng)融合了信息技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)融合與挖掘技術(shù)、分布式電源技術(shù)、集散控制技術(shù)、環(huán)境感知技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域，形成了市場、運營機構(gòu)、服務(wù)機構(gòu)、發(fā)電廠、輸電部門、配電所及用戶（包括企業(yè)與家庭用戶）之間的雙向互動。

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