面向智能電網的物聯網技術及其應用

周春雷

(北京華麒通信科技有限公司)

1 引言

目前物聯網技術在民用、商用等領域廣泛應用。將物聯網技術應用于智能電網的發電、輸電、變電、配電和用電等各個環節有效的整合智能電網中的資源。電力行業直接關系到國計民生,對可靠性和安全性的要求很高,將物聯網技術引入智能電網，更好的實現了智能電網的優勢。

2 物聯網和智能電網的概念

2.1 物聯網概念

移動通信網絡和計算機技術在逐步發展，與此同時物聯網技術也被越來越多的人所了解。我們可以將物聯網理解為“物物相連”的網絡。物聯網技術主要是通過傳感器、無線射頻識別、GPS等技術手段進行信息的實時提取、鑒別和傳遞,主要采集的信息有：聲、電、光、熱、力學、化學、位置等信息。按照協議,將物品信息連接入網絡進行信息的交換和溝通,通過無線和有線網絡融合傳遞信息，利用云計算和模式識別等智能技術可以達到智能化的跟蹤定位、識別區分、監控管理等目的。

2.2 智能電網概念

智能電網是以物理電網為基礎，應用先進的信息通信、傳感測量、分析決策、能源配置、自動控制等與電網相關的技術,并且通過在終端傳感器、電網公司、客戶間形成網絡互連形成新型現代電網。電能傳輸不僅要考慮到安全性、傳輸損耗、新能源電力入網、用戶監測和管理、電能調度優化、維護成本，還應考慮到由能源供給不均帶來的電量消耗高、電網建設費用高等遠距離傳輸問題。智能電網具有智能化、開放性、信息的共享性，優于傳統的高壓輸變電方式主要體現在可觀測、兼容、實時分析決策、可控制、自適應和自愈等方面。智能電網在靈活電網結構、降低損耗、優化電網控制、優化資源配置、提升電網服務質量等方面都有明顯的改善，實現資源的合理分配、優化資產的利用，為用戶提供清潔、經濟、可靠的電力供應和增值服務。

3 面向智能電網的物聯網的基本架構

物聯網技術的核心技術是無線傳感器網絡（WSN）技術。無線傳感器網絡技術對物聯網的發展有提綱挈領的作用，是其他層面技術的整合。面向智能電網的物聯網分為三個層次：

1）感知層

感知能力逐漸成為物聯網的基本要素。它主要是利用各種射頻識別技術、傳感器、微機電系統和二維碼技術等,對信息進行收集。感知層收集信息后利用識別技術進行自動化信息識別。在有線和無線通信基礎上對監控數據進行傳遞保證運行的數據安全可靠且具有傳輸效率。

2）網絡層

網絡層的任務是傳遞采集、識別以及控制的信息，也可以稱之為傳輸層。為了保證傳輸的數據覆蓋全面和精確，網絡層以電力光纖網為主，輔以通信網無線網、寬帶網，連接物聯網與智能電網專用通信網絡，并根據需要靈活采用通信方法進行數據轉發和設備接入。接入網和核心網組成的網絡層保證了物聯網與電網專用通信網絡的高速和雙向。

3）應用層

應用層主要負責對獲得的信息進行存儲、挖掘、計算、整理、呈現等,高級應用還可以給出智能的分析結果,為作業人員提供決策上的參考。應用層的基礎設施為智能電網提供通用基礎服務、信息處理及資源調用接口。面向智能電網的物聯網技術涉及智能電網的發電、輸電、用電等各個環節。為了電網智能化的控制、決策和服務運用智能計算、模式識別等技術實現對電網相關數據的分析整合處理。

4 物聯網技術在智能電網中的應用

物聯網在電力系統中的應用是廣泛的，它將服務于電力輸送的各個環節：從發電環節的接入到檢測，變電站的生產管理、安全評估與監督，以及配電自動化、用電采集及營銷都離不開物聯網。運用物聯網技術智能控制和優化配置，實現核發電、潮汐發電、太陽能發電、生物發電、風力發電等各種發電形式并網，提高國家電網電力規劃的管理能力，在整個智能電網體系的建設中將發揮巨大作用。

4.1 設備狀態檢測

利用基于物聯網技術的傳感器和微電子技術實時監測運行設備，獲取設備運行中各種技術指標和參數，并根據對發電站、變電站的設備實時檢測數據得出檢測報告、預測運行狀況，實時檢修。不但可以對傳統電力設備的各個電壓等級、各個環節進行檢測還可以對風力發電、太陽能發電等新能源的各個環節設備進行穩態特性和動態特性監測、控制和功率預測。例如在水電站壩體設置傳感器監測壩體的變化情況，避免水庫可能存在潰壩等的危險。

4.2 輸電線路狀態在線監測

對輸電線路狀態在線監測也是物聯網技術的重要作用。利用物聯網技術在每個節點上的監控能力可以監測輸電線路區域的覆冰、氣象、導線溫度和垂弧、線路電容、導地線微風振動、桿塔傾斜等的情況，提高對輸電線路運行情況的感知能力。智能電網在發現遭受破壞或者不正常時進行自我治愈并為用戶提供持續供電，避免維護滯后出現的斷電問題。

4.3 電力生產管理

電力生產管理具有一定的復雜性，將電力生產管理利用物聯網技術納入監控。電力生產過程中的關鍵步驟、重要設備利用物聯網技術全時自動監控，每條生產線路進行相應的編碼，利用身份識別技術避免他人誤操作或惡意操作，通過人工智能數據庫的建立還可以使設備智能拒絕部分誤操作，一旦出現爐膛壓力異常等狀況及時準確報送負責人。

4.4 電力故障的監測與排除

隨著電網資產規模的擴大，設備數量的增加，對于電力設備的狀態檢測提出了更高的要求。以氣候為條件在電力設備通電運行狀態下利用物聯網技術進行線路動態評級。這項技術可以在發生變壓器油溫過高、過負荷等突發狀況時實時發現并自動調用應急預案，進行電網、通信網故障的自診斷和自愈。一旦自我修復失敗立即定位故障現場，提供輔助預案、規劃路徑開展搶修。

4.5 智能用電

由于我國國土遼闊這一國情，將物聯網技術應用于智能電網中，可以對配電網絡中的電力設備運行情況、配電現場作業情況進行實時檢測和安全防護，有助于實現電網與用戶雙向交互、家庭能效管理、節能減排、智能化家居等。還可以對低壓電用戶進行能量信息采集與遠程監控、經濟調度、供給側管理，為醫院、學校等高用電量場所提供電力應急供應與智能化電能調度。

5 結語

我國對物聯網技術的研究稍晚于發達國家，且我國的電力市場輸配電并沒有分離的自身特點，將物聯網技術融合在智能電網中難度比較大，因此，相關的技術人員要有根據我國國情加大研究力度開發出適于我國國情的自主技術，更好的促進電網運行水平的提高。