面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)與應(yīng)用方案研究

段英杰

摘要：近幾年隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)使人們的生活習(xí)慣和行為方式發(fā)生了巨大的改變，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的使用已經(jīng)擴(kuò)展到了利用所有可用的連接技術(shù)連接所有計算設(shè)備、智能設(shè)備甚至是所有可以連接的物體對象上，在這樣的大背景下，物聯(lián)網(wǎng)的基本思想正在逐步地形成并完善。智能電網(wǎng)是電網(wǎng)的智能化，它是建立于集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上的傳感知測量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，能夠使電網(wǎng)更加的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高校，為用戶提供所需的電能質(zhì)量，允許各種不同發(fā)電形式的接入。物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)概念與電網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)電力行業(yè)的發(fā)展，因此，對于智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和應(yīng)用方案進(jìn)行研究有著十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)；應(yīng)用方案

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）30-0171-02

如今，智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展越來越受到了人們的關(guān)注，國家也將發(fā)展智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)提到了戰(zhàn)略決策等方面，怎樣能夠使智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)相互之間更好的結(jié)合成為了電力行業(yè)發(fā)展中非常重要的問題，在這一過程中，不僅需要對電力通信網(wǎng)重新的整合，還需要利用各種網(wǎng)絡(luò)信息資源處理好傳感器網(wǎng)絡(luò)拓展中的物與物之間的直接通信方式，從而有效地增強(qiáng)電網(wǎng)的效率，提高電網(wǎng)的安全度。

1 物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)的關(guān)系

1） 物聯(lián)網(wǎng)的概念

目前物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)被列為國家的五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，被列入了十一屆全國人大三次會議政府工作報告。在2005年國際電信聯(lián)盟發(fā)布的同名報告中，物聯(lián)網(wǎng)的定義和范圍發(fā)生了改變，其覆蓋的范圍較之前有了更大的拓展，不再只是指基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)。中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟將物聯(lián)網(wǎng)重新定位為了當(dāng)下幾乎所有技術(shù)與計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)物與物之間的環(huán)境以及狀態(tài)信息的實施共享和智能化的收集、傳遞、處理、執(zhí)行。從廣義的角度，目前涉及信息技術(shù)的應(yīng)用范圍內(nèi)的，都可以被列入物聯(lián)網(wǎng)的范疇。

2） 智能電網(wǎng)的概念

中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟認(rèn)為智能電網(wǎng)是由智能配電網(wǎng)、智能電能表、智能調(diào)度、智能用電樓宇、智能發(fā)電系統(tǒng)、智能城市用電網(wǎng)等。國家電網(wǎng)中國電力科學(xué)研究院認(rèn)為智能電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測量技術(shù)、信息技術(shù)、通訊技術(shù)和控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)與智能電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)，它能夠滿足用戶對電力的需求，優(yōu)化資源的配置，保證電能的質(zhì)量，適應(yīng)電力市場的發(fā)展。

3） 物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)的關(guān)系

從物聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)的概念中可以發(fā)現(xiàn)，智能電網(wǎng)其實就是物聯(lián)網(wǎng)的子系統(tǒng)，在智能電網(wǎng)中的物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用中包含了應(yīng)用的服務(wù)層以及網(wǎng)絡(luò)層和感知層，其中的應(yīng)用服務(wù)層是利用了模式識別等技術(shù)，完成了對智能電網(wǎng)內(nèi)信息的分析和系統(tǒng)化的處理，從而能夠完成決策的智能化，實現(xiàn)良好的控制與服務(wù)，增強(qiáng)智能電網(wǎng)中不同部分的科技化、智能化；網(wǎng)絡(luò)層則是將電力光纖網(wǎng)作為了主要的基礎(chǔ)，通過無線寬帶網(wǎng)和電力線載波通信網(wǎng)完成了智能電網(wǎng)體系中的信息交換；感知層利用了RFID等技術(shù)將智能電網(wǎng)中的各部分的信息整合。不論是在電網(wǎng)中的發(fā)電部分、電能生產(chǎn)部分、能源監(jiān)控部分、環(huán)境監(jiān)控部分、輸電部分、變電部分等等方面，都能夠體現(xiàn)出面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

2 面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

目前國內(nèi)的電力行業(yè)中的智能化技術(shù)應(yīng)用為促進(jìn)電力行業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展起了重要的促進(jìn)作用。但是現(xiàn)在電力信息通信的平臺還不能夠完全符合電力行業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的要求，所以需要從一個新的角度重新確定新時期信息通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的建設(shè)，促使智能電網(wǎng)的ICT平臺能夠朝向更加可靠、穩(wěn)定、適用的方向發(fā)展。

如圖1為智能電網(wǎng)的體系架構(gòu)，體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)體系化進(jìn)程的發(fā)展。

智能電網(wǎng)中的ICT平臺發(fā)展的主要目標(biāo)為調(diào)整高度集成的開放式通信系統(tǒng)并將用戶、電網(wǎng)和電源的各個領(lǐng)域全覆蓋，同時還需要在資源的配置和綠色節(jié)能等方面加強(qiáng)技術(shù)的支持，從而能夠形成一個完整的體系。在數(shù)據(jù)的流傳送達(dá)上應(yīng)當(dāng)包含信息的傳輸、信息的展現(xiàn)、信息的采集等各方面；在控制和管理上應(yīng)當(dāng)包含運(yùn)行的維護(hù)、設(shè)計、技術(shù)的改造、電網(wǎng)的規(guī)劃等方面；在業(yè)務(wù)上應(yīng)當(dāng)包含生產(chǎn)的調(diào)度、技術(shù)的管理等方面。

在智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)收集的過程中仍然有許多的問題，例如：系統(tǒng)內(nèi)部的信息缺少相互間的共享；系統(tǒng)的自恢復(fù)能力完全是依靠實體的冗余；對于客戶的服務(wù)信息比較簡單和單一；對于高壓輸電線路的狀態(tài)監(jiān)控仍是依靠人工的巡檢等。種種問題導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)不能夠完全形成一個統(tǒng)一的整體，系統(tǒng)中許多部分仍然處于分裂的狀態(tài)，不利于科技化的發(fā)展。對于智能電網(wǎng)發(fā)展中存在的問題，可以利用面向智能電網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用框架，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)平臺的搭建，從而促電網(wǎng)的智能進(jìn)全面感知和全境時系統(tǒng)的建立，在智能電網(wǎng)的ICT平臺中融合進(jìn)多種技術(shù)，減少在數(shù)據(jù)的收集中問題的出現(xiàn)，增強(qiáng)智能電網(wǎng)通信平臺的實時監(jiān)控能力。

3 面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方案研究

1）智能電網(wǎng)電能生產(chǎn)方面的應(yīng)用

面向智能電網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的主要作用是能夠使電力系統(tǒng)的電能生產(chǎn)信息化水平提高，在這一過程中需要重視電網(wǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，在將數(shù)據(jù)分析處理后在ICT平臺上發(fā)出相應(yīng)的指令，利用相同的方式，將數(shù)據(jù)逆向后傳輸?shù)浇K端網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，實現(xiàn)對整個智能電網(wǎng)的監(jiān)控。圖2為面向智能電網(wǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的傳感網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

2）智能電網(wǎng)中用電方面的應(yīng)用

在智能電網(wǎng)的用戶中既有工商企業(yè)用戶、居民用戶，也有電動汽車充電系統(tǒng)用戶等，在智能電網(wǎng)中用電方面物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要是能夠連接用戶的智能雙向電表，依據(jù)用戶實際用電的場合以及用途可以選擇具有不同功能作用的智能雙向電表，以完成對電能質(zhì)量的檢測或者是對電能的計量。智能電網(wǎng)中利用智能雙向電表設(shè)備的應(yīng)用可以對普通居民用戶、工商企業(yè)用戶或者其他用戶進(jìn)行全面的負(fù)荷的管理和檢測，實現(xiàn)對用戶用電信息的收集，智能電表的主要原理是通過傳感器網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線以及電力線的載波通信利用電力接入網(wǎng)和傳輸網(wǎng)的使電表的數(shù)據(jù)傳送到用電信息收集的平臺上。而物聯(lián)網(wǎng)在電動汽車充電系統(tǒng)中的應(yīng)用是能夠?qū)τ脩舻挠秒婋娔苓M(jìn)行監(jiān)測和計量，對充電站設(shè)施、充電車輛、充電車輛的電池狀態(tài)等實現(xiàn)有效的監(jiān)控，在這其中的充電站設(shè)施包含了充電狀態(tài)檢測、視頻檢測、安防檢測、充電車位檢測等，利用在動力電池、充電設(shè)備等中設(shè)置的RFID系統(tǒng)能夠?qū)﹄妱悠嚨碾姵厍闆r和車輛行駛狀態(tài)進(jìn)行感知。充電設(shè)備會將需要充電的車輛數(shù)量以及剩余的充電車位通過物聯(lián)網(wǎng)將信息傳送給調(diào)度指揮中心，調(diào)度指揮中心會就上報信息的情況協(xié)調(diào)最近的充電設(shè)施并將就近的線路圖發(fā)給等待著充電的用戶，能夠減少用戶等待的時間，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠大大地提高電動汽車充電的效率。

4 結(jié)語

面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)能夠通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)增強(qiáng)電網(wǎng)的智能性和科技性，其中的ICT平臺是實現(xiàn)電網(wǎng)智能化的基礎(chǔ)。筆者通過面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)與應(yīng)用方案的分析，充分展示出了物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，以及其對智能電網(wǎng)中信息傳遞中實現(xiàn)了多種組網(wǎng)方式的異構(gòu)與融合，能夠?qū)笈_中大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、篩選和處理，有利于推進(jìn)智能電網(wǎng)朝向安全、高效、實用的發(fā)展方向轉(zhuǎn)變。

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