物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

安琪 王立慶

我國(guó)的供能和用能模式的巨大改變是國(guó)家倡導(dǎo)和實(shí)行低碳經(jīng)濟(jì)的結(jié)果，而電力系統(tǒng)的改變是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。電力系統(tǒng)的改變重點(diǎn)體現(xiàn)在其智能化建設(shè)部分，把最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在建設(shè)智能電網(wǎng)方面，可以大幅度提高電力企業(yè)的管理能力，使得電力系統(tǒng)能夠更加安全和穩(wěn)定地運(yùn)行。鑒于此，本文先闡述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)每個(gè)階段的不同應(yīng)用，以期為研究本課題的學(xué)者提供理論參考。

物聯(lián)網(wǎng);關(guān)鍵技術(shù);智能電網(wǎng)

近年來(lái)，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求量持續(xù)增長(zhǎng)，可持續(xù)發(fā)展成為社會(huì)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)，電力工業(yè)也正力求實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展。在此背景下，智能電網(wǎng)成為全球電力工業(yè)應(yīng)對(duì)未來(lái)挑戰(zhàn)的共同選擇。與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)進(jìn)一步優(yōu)化各級(jí)電網(wǎng)控制，通過集中與分散相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)全景信息的獲取，以堅(jiān)強(qiáng)、可靠全面完整的物理電網(wǎng)和信息交互平臺(tái)為基礎(chǔ)，整合各種生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)信息，為運(yùn)行和管理人員提供全面完整的決策參考。

從結(jié)構(gòu)上分析，我國(guó)的智能電網(wǎng)主要是以特高壓電網(wǎng)為主要支干，各級(jí)電網(wǎng)為分支的協(xié)調(diào)發(fā)展型電網(wǎng)。通過先進(jìn)的通信和信息控制等技術(shù)來(lái)構(gòu)建自動(dòng)化、可互動(dòng)和信息化的智能電網(wǎng)。此電網(wǎng)一定是自主創(chuàng)新、體現(xiàn)中國(guó)特色且在世界排在領(lǐng)先地位的。其最主要的特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)信息共享、可互動(dòng)和完全自動(dòng)化。和它相吻合的物聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)是全面感知、安全傳遞和快速處理。所以，物聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上具備一些共通點(diǎn)。

從實(shí)現(xiàn)方法來(lái)分析，智能電網(wǎng)的建成需要經(jīng)過末端傳感器在客戶和電網(wǎng)公司之間、客戶和客戶之間實(shí)現(xiàn)隨時(shí)互動(dòng)的連接網(wǎng)絡(luò)，以確保雙向數(shù)據(jù)的及時(shí)和精確地讀取，以此保證電網(wǎng)的效率得到提高。而建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)也需要龐大的傳感終端網(wǎng)絡(luò)來(lái)作為感應(yīng)末梢，用安全且強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)當(dāng)作軀干，用控制和智能處理等技術(shù)當(dāng)作信息化大腦。因此，物聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)在實(shí)現(xiàn)方法上也有很多的相似之處，可以相互參考和借鑒。

2.1全球定位技術(shù)

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）的組成是地面信號(hào)連接點(diǎn)、用戶信號(hào)接收裝置以及空間衛(wèi)星三個(gè)部分，可以全天候把高精度的速度、時(shí)間以及位置信息傳送給用戶，GPS的實(shí)時(shí)功能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用相對(duì)于定位功能來(lái)說(shuō)更加廣泛和實(shí)用。電力系統(tǒng)中的保護(hù)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)時(shí)間的精準(zhǔn)度的要求非常高，甚至要求其達(dá)到精確同步的地步。比如調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)及安全自動(dòng)裝置系統(tǒng)、故障錄波事故記錄儀等。電網(wǎng)等電力系統(tǒng)的快速發(fā)展使其對(duì)于時(shí)間的精準(zhǔn)度要求更高，力求分毫不差。

2.2紅外感應(yīng)技術(shù)

紅外線對(duì)于溫度敏感的物理性質(zhì)稱為紅外感應(yīng)。紅外光是紅外線的別稱，其具有散射、折射、反射、吸收以及干射等功能。所有具有一定溫度的物質(zhì)都會(huì)通過輻射產(chǎn)生紅外線，紅外線感應(yīng)器在測(cè)量物體時(shí)，可以不與物體進(jìn)行接觸，這就有效避免了摩擦和損壞的可能性，其具有響應(yīng)迅速和極度靈敏的特性。

2.3識(shí)別技術(shù)

電力物聯(lián)網(wǎng)的一項(xiàng)重要技術(shù)就是標(biāo)識(shí)技術(shù)，讓物體的可視化管理成為可能。現(xiàn)在比較多用的標(biāo)識(shí)技術(shù)有射頻標(biāo)簽和條形碼。無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）是使用無(wú)線電信號(hào)來(lái)對(duì)掃描目標(biāo)管理和識(shí)別，過程中不需要任何的接觸，在物聯(lián)網(wǎng)中的主要作用是“使能夠”。RuBee技術(shù)是這幾年國(guó)外研究出來(lái)的新型標(biāo)識(shí)傳感技術(shù)，其主要特點(diǎn)是體積小，耗能低，可以穿透水和金屬等各種介質(zhì)，形成可靠的傳輸，RFID標(biāo)識(shí)技術(shù)在這種條件下無(wú)法得到很好的應(yīng)用，RuBee技術(shù)正好彌補(bǔ)了這一點(diǎn)，同時(shí)，在高壓、廣域分布、強(qiáng)電磁干擾等各種嚴(yán)峻的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，RuBee技術(shù)都能夠具備安全可靠的監(jiān)測(cè)管理性能。

3.1發(fā)電階段

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在發(fā)電階段可以檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)、監(jiān)控風(fēng)電場(chǎng)、實(shí)現(xiàn)生物智能發(fā)電和光伏發(fā)電、管理設(shè)備、巡視和巡檢以及預(yù)測(cè)功率等。比如，使用RFID、無(wú)線通信技術(shù)、傳感測(cè)量、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息共享，時(shí)刻了解天氣變化對(duì)于分布式電源出力的作用，隨時(shí)預(yù)估分布式電源的功率變化以控制分布式電源的出力范圍，這樣可以根據(jù)系統(tǒng)需要來(lái)對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度，同時(shí)可以有效消除分布式電源給電網(wǎng)產(chǎn)生的擾動(dòng)。

3.2輸電階段

輸電階段，線路的運(yùn)行狀態(tài)可以通過電網(wǎng)中的傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將信息傳輸給調(diào)度系統(tǒng)，以方便其進(jìn)行電能損耗情況的了解和統(tǒng)計(jì)。同時(shí)可以輔助調(diào)度人員運(yùn)行相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)，在信息傳輸安全可靠的基礎(chǔ)上對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，可以有效降低傳輸網(wǎng)損，節(jié)約能源消耗，同時(shí)使得傳輸效率大大提高。

3.3變電階段

在變電階段，可以通過物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)方法進(jìn)行智能巡檢，物聯(lián)網(wǎng)具有自適應(yīng)的快速反應(yīng)和故障處理能力，對(duì)于高壓電氣設(shè)備的狀態(tài)能夠精確感知，同時(shí)對(duì)于設(shè)備能夠提供可靠的智能管理方法。建立和完善傳感網(wǎng)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，以方便全面系統(tǒng)地檢測(cè)影響變電站運(yùn)行的各種因素。在傳感網(wǎng)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)平臺(tái)上建立智能檢測(cè)和輔助系統(tǒng)，將采暖通風(fēng)、火災(zāi)報(bào)警、安全警衛(wèi)、圖像監(jiān)視等各項(xiàng)功能模塊加入系統(tǒng)中，以此實(shí)現(xiàn)變電站的智能化控制和管理，有效改善了傳統(tǒng)模式的管理煩瑣、不能智能交流和各自獨(dú)立等缺點(diǎn)。

3.4配電階段

在配電階段實(shí)現(xiàn)智能化管理，應(yīng)該具備及時(shí)反映故障和保證電力安全供應(yīng)的功能，可以提供可視化的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)控制和管理，對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能管理，同時(shí)提供電力設(shè)施的防護(hù)和防盜預(yù)警，以及智能的設(shè)備和線路巡視等。配電網(wǎng)通信的特點(diǎn)決定了其不能使用單一的通信模式來(lái)實(shí)現(xiàn)通信，一般會(huì)使用載波通信、光纖通信、無(wú)線寬帶以及無(wú)線公眾網(wǎng)通信等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些技術(shù)不一定安全，且成本不低。而物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)配電主站和配電終端之間的通信，將配電網(wǎng)的全部部件和設(shè)備連接到物聯(lián)網(wǎng)上，以此實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)通信任務(wù)，也可以實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化的遙控、遙測(cè)和遙信等功能，現(xiàn)在使用的載波和GPRS等通信技術(shù)因?yàn)閹捲蚨鵁o(wú)法實(shí)現(xiàn)遙測(cè)和遙信的功能，同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)使得配電終端數(shù)量多和變動(dòng)頻繁的問題也得到了很好的解決。

3.5用電階段

用電階段是針對(duì)于大眾的階段，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)智能家居的功能，家具中很多用電設(shè)備，可以集成智能用電芯片，也可以安裝智能用電插座，這樣就可以按照電氣的運(yùn)行特性來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到省電節(jié)能的目的。例如，智能檢測(cè)發(fā)現(xiàn)室內(nèi)沒有人，可以自動(dòng)將照明設(shè)備關(guān)閉;自動(dòng)檢測(cè)到電價(jià)的上下浮動(dòng)，在電價(jià)較低時(shí)啟動(dòng)用電功能等。在計(jì)費(fèi)和計(jì)量部分，使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以后，計(jì)費(fèi)表可以自行統(tǒng)計(jì)和處理電量，達(dá)到各種等級(jí)電能用戶的電費(fèi)自動(dòng)劃卡繳費(fèi)的目的，有效避免了人工操作可能出現(xiàn)的誤差，節(jié)約了人力;還可以統(tǒng)計(jì)和分析電量情況來(lái)確定是否存在竊電現(xiàn)象。

3.6電力資產(chǎn)管理階段

物聯(lián)網(wǎng)可以幫助電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分布式電源并網(wǎng)后的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，同時(shí)降低互動(dòng)操作對(duì)于調(diào)度的影響，可以將電力物資和設(shè)備等編碼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行廣泛推廣，使之有一套完善的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在有標(biāo)準(zhǔn)的條件下建立電網(wǎng)資產(chǎn)標(biāo)簽編碼規(guī)范，使資產(chǎn)能夠按照身份進(jìn)行管理。通過識(shí)別技術(shù)、無(wú)線業(yè)務(wù)分組以及傳感器網(wǎng)絡(luò)等來(lái)完成電網(wǎng)資產(chǎn)管理的感知、標(biāo)識(shí)和信息的傳送功能，通過業(yè)務(wù)模塊的實(shí)現(xiàn)來(lái)采集電網(wǎng)資產(chǎn)管理中的資產(chǎn)數(shù)據(jù)，把資產(chǎn)巡檢和清查等工作全面聯(lián)系起來(lái)，以此提高電網(wǎng)的資產(chǎn)管理和控制能力。

物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在還處于起步階段，在技術(shù)和功能方面還有待提高，所以會(huì)有規(guī)劃管理不當(dāng)、產(chǎn)品不夠成熟、成本頗高以及性能有待完善等各方面的缺點(diǎn)，但作為新興的前沿技術(shù)，隨著政府及各高校及企業(yè)科研人員的共同努力、資源的傾斜、政策的扶持，各類困難及缺點(diǎn)必將得到突破，新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將在各行各業(yè)大放異彩。

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