物联网技术与智能电网的融合

张春林 潘庆庆

摘要：随着时代进步和科学技术的革新，物联网技术逐渐出现，它可以深度融合信息通信和智能电网，提升电力工业的信息化、自动化和智能化水平，对于电力工业的结构转型和产业升级起到了很大的推动作用。文章简要介绍了物联网、智能电网的相关概念和发展前景，并根据国内物联网的研究现状提出对智能电网物联网的架构，为物联网技术在智能电网中的应用研究提供了参考。

关键词：智能电网;物联网;融合

引文

近年来，随着地球可利用资源的不断消耗和减少，同时人们对能源利用的要求越来越高，尤其是清洁能源开发呼声的日益高涨，怎样合理高效地利用能源就成了一个热点问题。而电网是能源输送的最重要的方式，因此合理有效地配置电力输送就成了一个迫切需要解决的问题。在这样的背景下，依靠现代的信息技术，新材料技术和智能控制技术基础上的智能电网的概念应用而生。

1、物联网概述

物联网在国际上又称为传感网，是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。它是利用互联网和局部网等通信手段把人员、物、机器、控制器和传感器通过新的方式联在一起，形成物与物、物与人和人与机器之间的相互联系，从而实现信息化、智能化和远程管理控制的智能网络。

1.1 物联网的基本特征：

1.1.1 可感知。随着传感技术的成熟和大规模应用，感知能力逐渐乘务物联网的基本要素;

1.1.2 可互联。物联网上各点之间通过某种通信协议进行有线或无线的数据传输，为“感观数据”提供可靠的信息传递服务;

1.1.3 智能化。通过接入各种中间件、应用系统、管理软件等智能处理平台，实现物联网的智能化信息处理能力。

1.2 物联网的关键技术

要想实现物联网智能化的特点，必须采用先进的智能化技术，而物联网的关键性技术主要有以下几个方面构成。

1.2.1 物联网具有先进的数据采集技术

在物联网数据采集技术中，目前较为流行的技术分别是传感器技术和嵌入式系统技术。通过在电网设备中嵌入传感器，实现数据的采集，然后利用计算机将采集的数据进行数字化处理，转变成数字信号。

1.2.2 物联网具有及时的信息传输技术

物联网中的信息传输技术可包括近距离通信技术和远程信息传输技术。在近距离通信技术中，可采用无线蓝牙技术和无线射频识别技术。通过在可跟踪的电网设备上植入射频标签，利用特定设备读取相关数据，从而获得需要采集的设备相关的数据信息。远程信息传输技术分为有线信息传输技术和无线信息传输技术，有线信息传输技术中主要采用以电话线为传输媒质的传输技术组合和无源光纤网络技术，远程无线信息传输技术主要采用的是GPRS、3G和WLAN技术等。

1.2.3 物联网具有强大的数据分析技术和智能控制技术

物联网是建立在计算机技术基础上的，可利用云计算强大的功能，对采集的数据进行分析和整合，把分析之后的数据及时反馈给决策者和物联网控制的物和设备，通过最优化的决策，实现对电网的智能控制。

2、面向智能电网应用的物联网的基本架构

为了满足物联网的异构需求，物联网需要一个开放的、分层的、可扩展的网络架构。面向智能电网的物联网大致分为感知层、网络层和应用层三个层次。

2.1 感知层

感知层是物联网实现“物物相联，人物互动”的基础，通常分为感知控制子层和通信延伸子层。其中，感知控制子层实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理及自动控制;通信延伸子层通过通信终端模块或其延伸网络将物理实体联接到其上面两层。

2.2 网络层

网络层在以电力光纤网为主的基础上，辅以电力线载波通信网和无线宽带网，负责转发从感知层设备采集到的数据，以及物联网与智能电网专用通信网络之间的接入。因此，网络层主要用来实现信息的传递、路由和控制，可以将网络层化分为接入网和核心网，以保证物联网与电网专用通信网络的互联互：通。

2.3 应用层

应用层主要由应用基础设施和各种应用两大部分组成。其中，应用基础设施为物联网应用提供信息处理、计算等通用基础服务设施及资源调用接口，并在此为基础上实现物联网的各种应用。面向智能电网物联网的应用涉及智能电网生产和管理中的各个环节，通过运用智能计算、模式识别等技术来实现电网相关数据信息的整合分析处理，进而实现智能化的决策、控制和服务，有效提升电网各应用环节的智能化水平。

3、物联网技术与智能电网的融合

3.1 电网数据的实时量测和采集

在对电网系统实施数据的采集过程中，主要采集结构化数据和和非结构化数据。结构化数据主要指的是用电量、电网调度和控制需要的实时数据，同时还包括大量的各种设备状态运行过程中产生的静态和动态信息数据，非结构化数据主要包括视频监控、图像处理过程中产生的数据，这些数据不方便用数据库二维逻辑的形式来表示。由于需要采集的数据量巨大，先需要通过先进的参数量测技术获得数据并将其转换成数据信息，然后由各电网的终端将这些数据按照统一的标准上传到数据中心，这实际上构成了一定规模的物联网系统。通过这些数据来评估用电量分布、电网设备的健康状况和电网的完整性。

3.2 智能电网设备的有效诊断和控制

在电网运行过程中，最重要的是保证电网运行的稳定和安全。因此实现对智能电网设备的有效诊断就变得非常重要。利用物联网中各种数据的采集，当智能电网出现故障时，由各变电站录波器记录故障录播数据，将这些数据通过物联网的通讯传输设备，传输到电网子站的数据库，这些数据包括静态和动态的数据，然后通过物联网强大的云计算能力，对电网中可能的故障进行识别，并对数据进行预处理，从而确定造成电网出现故障可能的设备和原因，再将这些数据有调度中心，通过数据解压和解释模块，實现实时诊断，最终由各电网终端形成故障简报，并将故障简报送达决策者，从而实现对电网故障的最终诊断。在智能电网中，智能控制中心是整个智能电网的核心，为了实现智能电网绿色高效的运行，这就需要获取可靠的数据，并及时对大量的数据进行智能化的分析和整理，以便作出正确的决策，以实现对智能电网实时高效的控制。

3.3 电力资产全寿命周期管理

将射频识别和标识编码系统应用于电力设备，可进行资产身份管理、资产状态监测、资产全寿命周期管理，这样就能够自动识别目标对象并获取数据，为实现电力资产全寿命周期管理、提高运转效率、提升管理水平提供技术支撑。而通过安装智能传感器也能够确定变压器、断路器、配电自动化设备和开关等资产的剩余使用寿命和预计失效时间;同时，通过在变电站和变压器上安装智能配电网设备，即能够自动监测配电变压器的运行情况，包括变压器是否过载和实时负荷水平;通过断路传感器，能够自动检测电路断路器的运行情况，包括故障电流峰值、动作计数等。基于上述信息，能够采取主动的资产管理方式，提高资产管理水平，最终在物联网技术应用的基础上，实现资产的全寿命周期管理。

3.4 智能用电管理

利用物联网技术有助于实现智能用电的双向交互服务、用电信息采集、家居智能化、家庭能效管理、分布式电源接入以及电动汽车充放电，为实现用户与电网的双向互动、提高供电可靠性与用电效率以及节能减排提供技术保障。通过在电动汽车、电池、充电设施中设置传感器和射频识别装置，可以实时感知电动汽车的运行状态、电池使用状态、充电设施状态以及当前网内能源供给状态，实现电动汽车及充电设施的综合监测与分析，保证电动汽车的稳定、经济、高效运行。物联网技术有助于实现家居智能化，通过在各种家用电器中内嵌智能采集模块和通信模块，可实现家用电器的智能化和网络化，完成对家用电器运行状态的监测、分析以及控制，例如通过安装门磁报警、窗磁报警、红外报警、可燃气体泄漏监测、有害气体监测等传感器实现家庭安全防护;或通过无线、低压电力线载波技术实现水、电、气表自动抄收;也可以通过光纤复合低压电缆、电力线载波以及智能交互终端，实现用户与电网的交互，提供通信服务、视频点播和娱乐等

4、结束语

随着信息化时代的到来，物联网作为信息化发展阶段的重要标志之一，如何在现代的电力系统中实现物联网与电网的有机结合，成为一个重要的研究课题。在智能电网中实现与物联网技术的融合，必将大大提高对电网数据的采集，通过对数据的高效分析，必将提高电网的运行效率，及时对电网在运行中出现的问题进行有效诊断，给出最优化解决问题的方案，有效整合电力系统各种资源，从而提高电力系统信息化水平、安全运行水平和供电的可靠性水平，同时实现电力资源的最优化配置。

参考文献：

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