基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電網(wǎng)系統(tǒng)分析

劉 丙 午， 周 鴻

（北京物資學(xué)院，北京市 101149）

一、引言

智能電網(wǎng)[1]、[2]是將信息技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)與原有輸配電基礎(chǔ)設(shè)施高度集成而形成的新型電網(wǎng)，具有提高能源效率、減少對環(huán)境的影響、提高供電安全性與可靠性、減少輸電網(wǎng)電能損耗等很多優(yōu)點。智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)[3]涉及諸多領(lǐng)域，其中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是其核心技術(shù)之一，是其實現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)，貫穿發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度六大應(yīng)用環(huán)節(jié)。智能電網(wǎng)的智能體現(xiàn)在可觀測性、可控制性、分布式智能、高級分析、自適應(yīng)性、自愈性等方面，其各方面的實現(xiàn)都有賴于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)[4]（Internet of Things）指借助裝置在各類物體上的電子標(biāo)簽（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)（GPS）和二維碼等設(shè)備，通過接口與無線網(wǎng)絡(luò)相連，從而給物體賦予智能，既可以實現(xiàn)人與物體的溝通和對話，也可以實現(xiàn)物體與物體之間的溝通和對話，同時進(jìn)行數(shù)據(jù)與信息的交換和通信，以實現(xiàn)對物品的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控、管理等一系列智能化活動的網(wǎng)絡(luò)。

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域從面向企業(yè)的智能交通、物流調(diào)度追蹤、基站監(jiān)控等擴(kuò)展到了面向公眾的智能電網(wǎng)、個人醫(yī)療、智能家居等，遍及各行各業(yè)，但目前還處于起步階段，尚未大規(guī)模普及。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)覆蓋了傳感感知、傳輸通道、運算處理、行業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域，其中涉及射頻識別、傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸、高性能計算、智能控制等技術(shù)。在智能電網(wǎng)行業(yè)中，無處不在利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備來實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化，它們之間早已實現(xiàn)了相互融合與滲透。物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展將大力推動智能電網(wǎng)的發(fā)展，智能電網(wǎng)行業(yè)現(xiàn)已被公認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展落到實際應(yīng)用最能取得成功的優(yōu)先行業(yè)之一。

二、物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)是一個開放的體系結(jié)構(gòu)，[5]、[6]需要多種技術(shù)的支撐，主要包括射頻識別技術(shù)、中間件技術(shù)、物流管理技術(shù)、通信技術(shù)等各個方面。其關(guān)鍵技術(shù)主要涉及三個方面：一是感知技術(shù)，指利用射頻識別技術(shù)、二維碼、全球定位系統(tǒng)、攝像頭、傳感器、傳感器網(wǎng)絡(luò)等感知、捕獲、測量技術(shù)手段，隨時隨地對物體進(jìn)行信息采集與獲?。欢切畔鬟f技術(shù)，指利用各種電信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的深度融合，實現(xiàn)物品信息的實時、準(zhǔn)確傳遞；三是智能處理技術(shù)，指利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術(shù)，對海量的跨地域、跨行業(yè)、跨部門數(shù)據(jù)與信息進(jìn)行分析處理，對物品實施智能化控制。

結(jié)合前面對物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的分析，在物聯(lián)網(wǎng)的總體技術(shù)體系架構(gòu)中，應(yīng)保證物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模性、流動性、安全性三個方面。現(xiàn)階段由于物聯(lián)網(wǎng)在我國的應(yīng)用還比較零散，沒有形成規(guī)模化、體系化的發(fā)展態(tài)勢，因此為突破應(yīng)用規(guī)?；恼系K，推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)由啟動期向成長期轉(zhuǎn)變，應(yīng)在產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)、應(yīng)用形成系統(tǒng)的認(rèn)識層面建立一套開放、擴(kuò)展性強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)。面向智能電網(wǎng)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)主要可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用服務(wù)層。感知層主要通過傳感器、射頻識別等技術(shù)手段，實現(xiàn)對相關(guān)信息的采集；網(wǎng)絡(luò)層依托電力信息通信網(wǎng)，實現(xiàn)感知層各類電力信息的傳輸；應(yīng)用服務(wù)層主要采用智能計算、模糊識別等技術(shù)實現(xiàn)電網(wǎng)信息的綜合分析與處理，實現(xiàn)智能化的決策、控制與服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)的總體技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集層主要由二維碼標(biāo)簽和識讀器、射頻識別標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、傳感器、全球定位系統(tǒng)以及傳感器網(wǎng)關(guān)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備和技術(shù)組成。這一層由各種類型的采集和控制模塊組成，主要功能是完成物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的信息感知、數(shù)據(jù)采集與設(shè)施控制，是物聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)。依靠物聯(lián)網(wǎng)建立的數(shù)量龐大的終端傳感器等采集設(shè)備，運維管理人員可以從發(fā)、輸、配電側(cè)到用電側(cè)的各類設(shè)備上采集所需的數(shù)據(jù)信息。

信息交換層首先要基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)，如移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等，是各種通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合形成的網(wǎng)絡(luò)，包括信息中心、物聯(lián)網(wǎng)管理中心、專家系統(tǒng)、云計算平臺等負(fù)責(zé)對海量信息進(jìn)行智能處理的部分。因此，網(wǎng)絡(luò)層不僅要具備網(wǎng)絡(luò)運營能力，還要具有提升信息運營效率的能力，它是推動物聯(lián)網(wǎng)成為普遍服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)據(jù)采集層的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)信息交換層及其上層的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行傳遞和交換，為發(fā)、輸、配電側(cè)應(yīng)用到用電側(cè)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持，使電網(wǎng)更加堅固和智能。

應(yīng)用層是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、行業(yè)專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)充分結(jié)合，以實現(xiàn)廣泛智能化應(yīng)用的解決方案集合。通過應(yīng)用層，物聯(lián)網(wǎng)最終實現(xiàn)信息技術(shù)、行業(yè)專業(yè)技術(shù)的深度融合。應(yīng)用層位于最上層，也是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的最終目的。它由各種服務(wù)器組成，其主要功能包括對采集數(shù)據(jù)的匯集、轉(zhuǎn)換、分析，以及用戶層呈現(xiàn)的適配和事件觸發(fā)等?；谖锫?lián)網(wǎng)，有著為數(shù)眾多的智能電網(wǎng)的應(yīng)用，包括數(shù)字化運營調(diào)控方面的用電信息采集、電能優(yōu)化分配自動化等，精益化資產(chǎn)管理方面的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備運行預(yù)警等，企業(yè)資源管理方面的供應(yīng)商管理庫存（VMI）感知、智能化信息運維監(jiān)控等。

三、智能電網(wǎng)系統(tǒng)總體功能分析

圖1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系架構(gòu)

智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用功能需求[7]主要體現(xiàn)在發(fā)、輸、變、配、用等電力生產(chǎn)運行的各個環(huán)節(jié)，如在輸電環(huán)節(jié)，在輸電線路監(jiān)控、桿塔防護(hù)、智能變電站等方面有著廣泛的應(yīng)用功能需求。智能電網(wǎng)的功能需求大致如表1所示。本文在分析智能電網(wǎng)系統(tǒng)功能時，主要從用戶側(cè)的智能用電、電網(wǎng)電力設(shè)備監(jiān)測、電網(wǎng)公司智能化運營監(jiān)測平臺三個角度入手。

1．智能用電系統(tǒng)的基礎(chǔ)應(yīng)用功能需求

在智能用電方面，[8]用電信息采集（AMI）基礎(chǔ)設(shè)施平臺包含主站、通信信道、采集終端、電表及輔助設(shè)備四大組成部分，在智能電表等終端設(shè)備與電網(wǎng)公司之間提供一種自動雙向流通的系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)支持實時采集、計量、分析用戶用電情況，并通過通信層允許數(shù)據(jù)上傳和下發(fā)。在用電信息采集平臺的功能需求中，主要包括傳輸層和應(yīng)用層兩個部分。其中，傳輸層主要是從電力公司各單位到用戶家中智能電表的數(shù)據(jù)雙向傳輸，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性、及時性、可靠性等功能需求；應(yīng)用層主要關(guān)注對全網(wǎng)范圍內(nèi)計量數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控和控制，電網(wǎng)公司通過對計量數(shù)據(jù)的分析，可以及時了解分析售出電能的使用情況，同時又可確保電網(wǎng)可靠、安全的輸配電方案，實現(xiàn)遠(yuǎn)程智能抄表計量計費、遠(yuǎn)程電路通斷控制、線路損耗監(jiān)測管理、盜電監(jiān)測、高頻數(shù)據(jù)采集與分布。

在能源接入需求方面，智能電網(wǎng)應(yīng)該能夠讓可再生能源發(fā)電等新類型電力入網(wǎng)，比如分布式發(fā)電的入網(wǎng)。供電源彼此獨立且相對不好預(yù)測，要求配電網(wǎng)從被動式單向網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)為從多個方向主動管理電流的系統(tǒng)。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，可通過信息共享及時預(yù)測分布式電源功率的變化，從而確保分布式電源的出力保持在控制范圍之內(nèi)，滿足智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的需要。

在輸配電調(diào)度需求方面，需要通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)掌握遍布電網(wǎng)的傳感器，及時感知電網(wǎng)內(nèi)部運行情況，將全局系統(tǒng)電能損耗情況反饋給調(diào)度系統(tǒng)，并輔助調(diào)度人員對系統(tǒng)運行方式進(jìn)行調(diào)度，在保證安全的前提下優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)運行。

在智能用電家居需求方面，要求實現(xiàn)智能用電雙向交互服務(wù)、用電信息采集、家居智能化、家庭能效管理、分布式電源接入、電動汽車充放電等功能，實現(xiàn)用戶與電網(wǎng)的雙向互動，提高供電可靠性與用電效率以及為節(jié)能減排提供技術(shù)保障。這方面可通過在電網(wǎng)設(shè)施中設(shè)置傳感器與射頻識別裝置，實時感知當(dāng)前電網(wǎng)內(nèi)的能源供給狀態(tài)。同時，可以通過在各種家用電器中內(nèi)嵌智能采集模塊和通信模塊，實現(xiàn)家用電器的智能化與網(wǎng)絡(luò)化。通過在家庭中安裝門磁報警、窗磁報警、紅外報警、可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測等傳感器，實現(xiàn)家庭安全防護(hù)；通過應(yīng)用無線、電力線載波技術(shù)，實現(xiàn)水、電、氣表自動抄收；通過光纖復(fù)合低壓電纜、電力線載波以及智能交互終端，實現(xiàn)用戶與電網(wǎng)的交互。

表1 智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)功能需求

2．電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵需求

在輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測[9]方面，智能電網(wǎng)對輸變電設(shè)備運維與管控提出了新要求，以狀態(tài)可視化、管控虛擬化、平臺集約化、信息互動化為目標(biāo)，實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)可觀測、生產(chǎn)全過程可監(jiān)控、風(fēng)險可預(yù)警的智能化信息系統(tǒng)。功能需求包括如下方面：電網(wǎng)系統(tǒng)級的全景實時狀態(tài)監(jiān)測、電網(wǎng)設(shè)備全壽命周期狀態(tài)檢修、基于態(tài)勢的最優(yōu)化靈活運行方式、及時可靠的運行預(yù)警、實時在線仿真與輔助決策支持、電網(wǎng)裝備持續(xù)改進(jìn)等。輸電線路狀態(tài)在線監(jiān)測是物聯(lián)網(wǎng)重要的應(yīng)用之一，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提高對輸電線路運行狀況的感知能力，可監(jiān)測的內(nèi)容主要包括：氣象條件、覆冰、導(dǎo)地線微風(fēng)振動、導(dǎo)線溫度與弧垂、輸電線路風(fēng)偏、鐵塔傾斜、污穢度等。設(shè)備監(jiān)測不僅包含電網(wǎng)裝備的狀態(tài)信息，如設(shè)備健康狀態(tài)、設(shè)備運行曲線等，還包含電網(wǎng)運行的實時信息，如機(jī)組工況、電網(wǎng)工況等。

電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測還包括常規(guī)機(jī)組內(nèi)部監(jiān)測、水電站壩體監(jiān)測、風(fēng)能和太陽能等新能源發(fā)電設(shè)備監(jiān)測等。提高一次設(shè)備的感知能力，并很好地結(jié)合二次設(shè)備，提高電網(wǎng)的技術(shù)水平與智能化程度。

在變電設(shè)備巡檢方面，主要指借助電力設(shè)備、桿塔上安裝的射頻識別標(biāo)簽，記錄該設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，包括編號、建成日期、日常維護(hù)、修理過程及次數(shù)，此外還可記錄桿塔相關(guān)地理位置和經(jīng)緯度坐標(biāo)，以便構(gòu)建基于地理信息系統(tǒng)的電力網(wǎng)分布圖。在電力巡檢管理方面，通過射頻識別、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)及無線通信網(wǎng)，監(jiān)控設(shè)備運行環(huán)境，掌握運行狀態(tài)信息，通過識別標(biāo)簽輔助設(shè)備定位，實現(xiàn)人員的到位監(jiān)督，指導(dǎo)巡檢人員按照標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化的工作流程，進(jìn)行輔助狀態(tài)檢修與標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)等。

3.智能化運營監(jiān)控平臺建設(shè)

智能電網(wǎng)的關(guān)鍵[10]是實現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)的無縫銜接，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)機(jī)房、主機(jī)、存儲設(shè)備之間的物聯(lián)網(wǎng)，通過感知溫度、濕度等的變化，實現(xiàn)機(jī)房自動化管理，支持容災(zāi)切換與應(yīng)急響應(yīng)，建立智能化的運維監(jiān)控體系，從而保障信息化基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化配置與高效運行。智能化運營監(jiān)控平臺主要包括以下幾個方面：

（1）信息化運營監(jiān)控子平臺。在發(fā)、輸、變、配、用等電力生產(chǎn)運行的各個環(huán)節(jié)，構(gòu)建智能變電站與智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)，支持系統(tǒng)利用傳感器對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸，對電廠生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。如發(fā)電廠基礎(chǔ)建設(shè)、分布式電廠監(jiān)控、廠區(qū)污染物監(jiān)控及氣體排放監(jiān)控、能耗監(jiān)控、煤料監(jiān)控、抽水蓄能監(jiān)控、風(fēng)電廠監(jiān)控、功率預(yù)測、儲能監(jiān)控等，通過電廠生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，協(xié)助電廠從定時的人工監(jiān)控轉(zhuǎn)變?yōu)槿珪r的自動監(jiān)控。在現(xiàn)場作業(yè)人員的調(diào)動指揮方面，應(yīng)進(jìn)行身份識別、電子工作票管理、環(huán)境信息監(jiān)測、遠(yuǎn)程監(jiān)控。在電力巡檢管理方面，利用射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)及無線通信網(wǎng)，對設(shè)備運行環(huán)境及運行狀態(tài)進(jìn)行信息化監(jiān)測。

（2）智能化精益資產(chǎn)管理。在生產(chǎn)運維方面，有設(shè)備巡檢、設(shè)備防盜、異常監(jiān)測等需求，可通過基于物聯(lián)網(wǎng)的傳感器技術(shù)，對生產(chǎn)運行過程中的各個環(huán)節(jié)加以監(jiān)控。對電子資產(chǎn)進(jìn)行身份管理、資產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測、資產(chǎn)全壽命周期管理，自動識別目標(biāo)對象并獲取數(shù)據(jù)，可為實現(xiàn)電力資產(chǎn)全壽命周期管理、提高運轉(zhuǎn)效率、提升管理水平提供技術(shù)支撐，實現(xiàn)電網(wǎng)電力資源的統(tǒng)一調(diào)配。

（3）智能電網(wǎng)的安全監(jiān)控。比如，在安全監(jiān)控與繼電保護(hù)方面，實時感知各種電力設(shè)備的受力，在接近臨界狀態(tài)的情況下實時報警；實時感知電網(wǎng)內(nèi)部的運行狀況，如電壓、電流的變化，預(yù)測故障的發(fā)生，通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，將故障遏制在萌芽狀態(tài)，并實時將信息反饋給調(diào)度中心，實現(xiàn)智能電網(wǎng)自愈功能，能夠自動配置啟動方案，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，保證電網(wǎng)安全運行。

四、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

智能電網(wǎng)[11]是綜合應(yīng)用通信、高級傳感器、分布式計算技術(shù)等，提高輸配電網(wǎng)絡(luò)安全性、可靠性與效率的手段，涵蓋發(fā)電、調(diào)度、輸變電、配電、用戶等各個環(huán)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)技術(shù)主要涉及參數(shù)量測、智能電網(wǎng)通信、云計算、智能調(diào)度和信息安全、分布式能源接入等。

1．參數(shù)量測技術(shù)

參數(shù)量測技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部分。先進(jìn)的參數(shù)量測技術(shù)獲得數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，供智能電網(wǎng)各個方面使用。參數(shù)量測技術(shù)主要應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)的感知技術(shù)，如電子標(biāo)簽用于對采集的信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)識，數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制通過射頻識別讀寫器、二維碼識讀器等實現(xiàn)。在數(shù)據(jù)采集和處理階段，主要是采用各類傳感器技術(shù)、射頻識別技術(shù)以及二維碼等信息采集技術(shù)，對物品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，之后接收上層傳遞過來的控制信號，產(chǎn)生響應(yīng)，進(jìn)而完成相應(yīng)的動作，對信息進(jìn)行處理。它們評估電網(wǎng)設(shè)備健康狀況和電網(wǎng)完整性，進(jìn)行表計讀取、電費評估、防止竊電、緩減電網(wǎng)阻塞以及與用戶溝通。

2．智能電網(wǎng)通信技術(shù)

建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。適用于智能電網(wǎng)的通信技術(shù)應(yīng)具備雙向性、實時性、可靠性等特征。基于物聯(lián)網(wǎng)有多種技術(shù)可供選擇，它們主要可分為有線和無線技術(shù)兩大類。其中，有線技術(shù)包括數(shù)字用戶線路（DSL）、無源光纖網(wǎng)絡(luò)（PON）等；無線技術(shù)包括碼分多址移動通信技術(shù)（CDMA）、通用分組無線服務(wù)技術(shù)（GPRS）、無線局域網(wǎng)絡(luò)（WLAN）等，這些技術(shù)均已相對成熟。在物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)過程中，無線傳感網(wǎng)技術(shù)格外重要，無線傳感網(wǎng)是由大量多種類傳感器節(jié)點（集傳感、采集、處理、收發(fā)、網(wǎng)絡(luò)于一體）組成自治的無線網(wǎng)絡(luò)，它能實時、動態(tài)獲得物理世界的傳感信息，并將相關(guān)信息與通信主干網(wǎng)融合，可全方位提高智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的信息感知深度。

表2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

3．云計算技術(shù)

電網(wǎng)具有規(guī)模大、模型復(fù)雜、多級、多層次等顯著特點。特別是隨著太陽能、風(fēng)能、水能等可再生能源逐漸接入電網(wǎng)以及分布式能源技術(shù)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)的規(guī)模將更大，復(fù)雜性將更高，分布將更廣。云計算[12]是分布式計算、并行計算和網(wǎng)格計算的發(fā)展，是虛擬化、效用計算、面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（SOA）等概念混合演進(jìn)的計算方法，主要用于智能電網(wǎng)異構(gòu)資源的集成與管理、海量電網(wǎng)數(shù)據(jù)的分布式存儲與管理、快速的電力系統(tǒng)并行計算與分析等。

4．智能電網(wǎng)調(diào)度和信息安全技術(shù)

智能調(diào)度是智能電網(wǎng)建設(shè)中重要的環(huán)節(jié)，而智能電網(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)是智能調(diào)度研究與建設(shè)的核心，是提升調(diào)度系統(tǒng)資源優(yōu)化配置能力、智能化決策能力、靈活高效調(diào)控能力的技術(shù)基礎(chǔ)。在智能調(diào)度技術(shù)中，還包含信息系統(tǒng)平臺技術(shù)，智能電網(wǎng)中的信息系統(tǒng)平臺主要包括采集與處理、分析、集成、顯示、信息安全等電網(wǎng)全方位監(jiān)測體系。電網(wǎng)公司信息管理平臺應(yīng)覆蓋財務(wù)、營銷、安全生產(chǎn)、協(xié)同辦公、物資、項目管理等所有環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)管理和應(yīng)用。

智能電網(wǎng)的信息安全主要涉及智能電網(wǎng)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)系統(tǒng)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換及傳感節(jié)點安全接入技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)信息安全接入平臺總體技術(shù)架構(gòu)等方面。

5．分布式能源接入技術(shù)

分布式能源包括小水電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能電源、微型透平、燃料電池和儲能裝置（如飛輪、超級電容器、鈉硫蓄電池）等，智能電網(wǎng)的核心在于構(gòu)建具備智能判斷與自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一入網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它可對電網(wǎng)與用戶用電信息進(jìn)行實時監(jiān)控和采集，以最經(jīng)濟(jì)、最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶，實現(xiàn)電能的最優(yōu)配置與利用，提高電網(wǎng)運營的可靠性與能源利用的效率。

五、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

建設(shè)智能電力物聯(lián)網(wǎng)一體化管理平臺是實現(xiàn)完整智能電網(wǎng)運營管理體系的最終目標(biāo)，該平臺的體系結(jié)構(gòu)包含四個層次，即電網(wǎng)設(shè)備感知層、網(wǎng)絡(luò)通信層、數(shù)據(jù)融合層、應(yīng)用平臺層。物聯(lián)網(wǎng)的信息支撐體系[13]通過對電網(wǎng)基礎(chǔ)信息分層分級的集成與整合，達(dá)到信息的縱向貫通與橫向集成，為智能電網(wǎng)提供可靠的信息支撐。其體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，具體可分為以下幾個部分：

第一，電網(wǎng)設(shè)備感知層。電網(wǎng)設(shè)備感知層包括電網(wǎng)各類需要信息傳輸與交換的元件和設(shè)備，電網(wǎng)設(shè)備感知層包括二維碼標(biāo)簽和識讀器、射頻識別標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、各種傳感器、傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）感知層的主要作用是感知和識別物體，采集并捕獲信息。對配電網(wǎng)和用戶網(wǎng)而言，其物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵點在于數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)采集過程中的智能化監(jiān)控，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的電能信息采集、用電管理以及數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)應(yīng)用。

第二，網(wǎng)絡(luò)通信層。網(wǎng)絡(luò)通信層以電力光纖網(wǎng)為主，輔以電力線載波通信網(wǎng)、無線寬帶網(wǎng)，實現(xiàn)感知層各類電力系統(tǒng)信息在廣域或局部范圍內(nèi)的信息傳輸。數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)可采用多種無線、有線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以是專用或公共的無線、有線通信網(wǎng)絡(luò)以及電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)。采集終端之間的通信為本地通信網(wǎng)絡(luò)，可采用電力線載波、微功率無線、RS485總線以及其他有線網(wǎng)絡(luò)。

第三，數(shù)據(jù)融合層。利用云計算等各種數(shù)據(jù)融合技術(shù)，對海量數(shù)據(jù)的交換與融合進(jìn)行管理，提供數(shù)據(jù)存儲以及跨分區(qū)、跨系統(tǒng)的整合、集成、訪問功能。對電網(wǎng)未來海量的各種數(shù)據(jù)等進(jìn)行大量的壓縮、存儲、加工、共享，通過建立模型、數(shù)據(jù)挖掘、在線分析等信息技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的知識管理與智能決策。其主要技術(shù)涉及數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、網(wǎng)絡(luò)分布處理、虛擬化、云計算等。

第四，智能電網(wǎng)應(yīng)用層。應(yīng)用層主要采用智能計算、模式識別、信息系統(tǒng)等技術(shù)實現(xiàn)電網(wǎng)運營的綜合分析與監(jiān)測處理，實現(xiàn)智能化的決策、控制和服務(wù)，從而提升電網(wǎng)各應(yīng)用環(huán)節(jié)的智能化水平。智能電網(wǎng)應(yīng)用層使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)的需求相結(jié)合，實現(xiàn)電網(wǎng)智能化應(yīng)用的解決方案。智能電力物聯(lián)網(wǎng)一體化管理平臺的具體實現(xiàn)在一層當(dāng)中，主要包括電網(wǎng)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)、供需平衡控制等各種運營監(jiān)測系統(tǒng)。具體參見圖2中的智能電網(wǎng)應(yīng)用層。

六、結(jié)束語

圖2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)圖

本文從物聯(lián)網(wǎng)的信息采集、信息交換、應(yīng)用等幾個層面入手，具體分析了物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)體系架構(gòu)，對用戶側(cè)的智能用電、電力系統(tǒng)側(cè)的設(shè)備監(jiān)測、智能化運營監(jiān)控等方面進(jìn)行了詳細(xì)的需求分析，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對參數(shù)量測技術(shù)、通信技術(shù)、云計算技術(shù)、智能電網(wǎng)調(diào)度和信息安全技術(shù)、分布式能源接入技術(shù)等進(jìn)行了詳細(xì)分析與研究，提出了包括電網(wǎng)設(shè)備感知層、網(wǎng)絡(luò)通信層、數(shù)據(jù)融合層、應(yīng)用平臺層四個層次的智能電網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)體系架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)作為智能電網(wǎng)末梢信息感知層和通信層的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，在電力系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)滲透到了電力輸送的各個環(huán)節(jié)，在電網(wǎng)建設(shè)、生產(chǎn)管理、運行維護(hù)、信息采集、安全監(jiān)控、計量應(yīng)用、用戶交互等方面有著十分廣泛的應(yīng)用，未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)與智能電網(wǎng)進(jìn)行更多的滲透與融合，給未來電網(wǎng)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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