物聯網技術在智能電網中的應用研究

牟長斌

（貴州省航電開發投資有限公司）

1 物聯網技術與智能電網的聯系

智能電網是一種利用數字控制、監測與通信技術提高發電、輸電、配電網能力的網絡。智能電網不僅能提供實時、雙向的電力流，而且能支持雙向的自動化信息流。要使現有基礎設施具備更多的智能功能，并能從設備中提取有價值的、實際可用的數據，需要戰略性地部署新的數字設備和裝置，即所謂的“能耗因特網”[1]。物聯網的真正價值在于它能使現有的無關聯基礎設施的數據發揮價值，并能在電力供應鏈的每一個環節上收集數據，系統運營商可以使用功能強大的分析、模擬模型和假定情景，更準確地預測從電網狀態到天氣狀況等各種因素的影響。

2 物聯網技術對智能電網建設的意義

2.1 降低成本

利用智能電網，可以更加精確地對整個電網進行配網。公司可以減少不必要的發電容量，以通過負荷預測滿足高峰需求，并確保最有效的分配方案，以最小化傳輸費用，獲得運行的最佳解。

2.2 提高管理能力

通過對消費模式的深入了解，以及更加準確的預測能力，企業可以實施更多的節能方案，包括需求響應、時段使用費以及動態定價等。這樣可以幫助平衡供求關系，減少由于過度配置基本負載或峰值負載造成的浪費。

2.3 提高新能源利用

可將更多陸上和海上可再生能源發電納入能源結構。企業在保證電力供應安全的前提下，可有效應對大規模可再生能源間歇性問題，實現小型分布式發電。

2.4 降低維護成本

利用數據監測各種發電、輸電、配電網資產的活動，幫助企業實施遠程故障診斷，降低現場接入率，提高預測故障的能力，高效提供技術支持，使工程隊伍能集中精力在專業領域[2]。

2.5 增強客戶參與

隨著競爭的加劇，為了滿足市場的節能目標，公司可以更準確地了解客戶的使用模式，提供更具針對性、競爭性的產品和服務。

3 物聯網技術在智能電網中的應用

3.1 基于物聯網的智能電網關鍵要素

3.1.1 安全性

如果不具備安全性，智能電網將和所有數據網絡一樣，無法正常工作。電網是需要提供保護以防范網絡威脅的重要目標。作為一個大型分布式和互聯系統，智能電網非常容易成為攻擊對象，對關鍵元件的任何成功攻擊都會危害電網安全，導致整個系統斷電。保護智能電網所需的網絡安全技術和措施包括防火墻、入侵防御系統、網絡安全設計，深度防護和系統強化。

3.1.2 網絡互聯

和任何其他數據網絡一樣，智能電網的最終成功取決于各個設備和系統安全、可靠地互聯，并相互共享信息的能力。在智能電網中，網絡連接主要有兩種：在內部封閉的環境中傳輸數據所需的連接；從外網將數據傳輸回數據中心的連接。這涉及各種協議，包括2G、3G、LTE、5G、LTN 和WAN，這就需要專業電信服務提供商、硬件和軟件公司的參與。通過開放行業標準的通用框架，使電網系統運營商無需將電網生態系統與任何公司的解決方案相關聯，亦能保證操作的連接性。

3.1.3 可分析性

電網中可收集各種數據，并進行分析，包括可提高維護計劃效率的實時運營可視化，以及可實現更精準發電計劃和負載平衡的預測分析。從大量數據中獲取有效信息。在新能源發電中，可使用計算密集型仿真模型準確預測能源需求，考慮天氣條件并優化容量。

3.1.4 可管理性

基于智能電網基礎架構、最終用戶的各種設備以及包含各種軟件和硬件的技術，設備和通信的可管理性是打造成功智能電網的關鍵要素。可管理性涵蓋三大領域：設備、軟件和安全性，并且可以延伸到管理現場員工的移動電腦和平板電腦上。遠程診斷、控制和維修能力可顯著提高設備可用性，提升維護和運營效率。

3.2 智能電網中物聯網關鍵技術的應用

3.2.1 傳感器技術

智能傳感器是物聯網技術中獲取外部信息的一種重要手段。與傳統傳感器相比，智能傳感器具有可靠性高、精度相對較高、適應性強等優點。其中，小型智能電網中傳感器的應用最為廣泛，它具有采集信息、分析信息、傳遞信息的能力，安裝方便，抗干擾能力強。將微型智能傳感器應用于物聯網的感知層，可以在智能電網中完成對大量數據的測量和采集。它是智能電網中透明電網的重要基礎單元，在電力系統中廣泛存在著電壓檢測困難、功耗大等問題。除小型智能傳感器外，無線傳感網絡也廣泛應用于智能電網中。隨著智能電網無線傳感器技術的發展，越來越多地被應用于智能自動抄表、遠程監控等領域。

3.2.2 通信技術

1）寬帶載波通信技術

寬帶載波通信技術相較窄帶載波技術，具有較強抗干擾能力、速率高、通信延時小，可以為智能電網提供更好的服務。而寬帶載波通信技術可以為智能電網在運行過程中所需的信息采集提供安全穩定的信息通道。采用寬帶載波通信技術，可以滿足智能配電系統對大容量數據傳輸的要求，提高通信效率[3]。

2）5G通信技術

5G通信技術是物聯網的關鍵技術之一，它具有高傳輸速率、大容量、低延遲等特點，可應用于智能電網中對電力生產的實時監測，提高電能的利用率。并能根據電纜的運行狀況進行評估，及時發現安全隱患。5G通信技術的應用可以實現無人機巡線傳輸，智能電網運行過程的圖像和視頻拍攝，提高巡線傳輸的智能化和可靠性[4]。

3.2.3 云計算技術

云計算技術具有很強的網絡傳輸能力，而且存儲容量大、計算量小，可應用于智能電網的智能調度、智能電網數據分析等領域，對海量數據進行存儲和處理。

1）智能電網調度

隨著智能電網的完善，電網結構也變得越來越復雜，規模越來越大。要實現智能電網的實時監測和合理調度，就必須采用物聯網技術實現電網運行數據的采集、傳輸和分析。基于物聯網的云計算技術，可以以總線技術為基礎，對分布在不同地區的調度系統進行功能整合，實現系統結構的高度集成，從而構建出實時、全面、準確的電網調度平臺，存儲海量數據，完成智能電網調度。

2）智能電網數據分析

隨著智能電網的發展，智能電表、傳感設備、信息系統等各類數據不斷涌現，最終形成海量數據。將云計算與物聯網相結合，可以實現對電網用戶、電力設備狀況的數據分析。智能網的數據分析可以進一步提高電網透明度，從而更好地對智能網服務進行調整、優化。

3.2.4 智能化電力設備

智能化電力設備能以數字方式全面提供系統的各種狀態信息，并具有自我診斷和自適應的控制能力。物聯網可在幾個方面實現電力設備智能化。

1）信息感知

物聯網技術可有效實現電量和非電量監測信號的分布式傳感、傳輸與處理，進而實現電流的非接觸測量。

2）智能診斷

對電力設備狀態進行檢測與故障診斷，是提高設備可靠性、保障系統安全運行的重要途徑。物聯網技術可在信號采集、信號傳輸、信號處理等方面輔助智能診斷。

3）智能操作

研究不同工況下的開關最佳運動特性，及基于數字化的實現方法和技術，這是電力設備的智能操作。物聯網技術可以實現智能操作中的實時狀態采集、操作模式決策等功能。

4）信息交互網絡

信息交互網絡是智能電網的基本環節和紐帶。物聯網的無線組網技術可應用到電力設備較集中的環境中，利用無線通信技術簡化系統構成，使得根據需要靈活自動重構網絡，提高了供配電系統的安全性和可靠性。

4 結語

智能電網的各種結構都與物聯網技術密切相關，并不斷推動著智能化、自動化的發展。伴隨物聯網技術的不斷發展，物聯網越來越多地應用于智能電網，智能電網也向更自動化、更智能化的方向發展。