物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)的融合

張春林 潘慶慶

摘要：隨著時(shí)代進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的革新，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸出現(xiàn)，它可以深度融合信息通信和智能電網(wǎng)，提升電力工業(yè)的信息化、自動(dòng)化和智能化水平，對(duì)于電力工業(yè)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)升級(jí)起到了很大的推動(dòng)作用。文章簡(jiǎn)要介紹了物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)的相關(guān)概念和發(fā)展前景，并根據(jù)國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)的研究現(xiàn)狀提出對(duì)智能電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究提供了參考。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);物聯(lián)網(wǎng);融合

引文

近年來，隨著地球可利用資源的不斷消耗和減少，同時(shí)人們對(duì)能源利用的要求越來越高，尤其是清潔能源開發(fā)呼聲的日益高漲，怎樣合理高效地利用能源就成了一個(gè)熱點(diǎn)問題。而電網(wǎng)是能源輸送的最重要的方式，因此合理有效地配置電力輸送就成了一個(gè)迫切需要解決的問題。在這樣的背景下，依靠現(xiàn)代的信息技術(shù)，新材料技術(shù)和智能控制技術(shù)基礎(chǔ)上的智能電網(wǎng)的概念應(yīng)用而生。

1、物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)在國(guó)際上又稱為傳感網(wǎng)，是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。它是利用互聯(lián)網(wǎng)和局部網(wǎng)等通信手段把人員、物、機(jī)器、控制器和傳感器通過新的方式聯(lián)在一起，形成物與物、物與人和人與機(jī)器之間的相互聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)信息化、智能化和遠(yuǎn)程管理控制的智能網(wǎng)絡(luò)。

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的基本特征：

1.1.1 可感知。隨著傳感技術(shù)的成熟和大規(guī)模應(yīng)用，感知能力逐漸乘務(wù)物聯(lián)網(wǎng)的基本要素;

1.1.2 可互聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)上各點(diǎn)之間通過某種通信協(xié)議進(jìn)行有線或無線的數(shù)據(jù)傳輸，為“感觀數(shù)據(jù)”提供可靠的信息傳遞服務(wù);

1.1.3 智能化。通過接入各種中間件、應(yīng)用系統(tǒng)、管理軟件等智能處理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能化信息處理能力。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

要想實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智能化的特點(diǎn)，必須采用先進(jìn)的智能化技術(shù)，而物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵性技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面構(gòu)成。

1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)中，目前較為流行的技術(shù)分別是傳感器技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。通過在電網(wǎng)設(shè)備中嵌入傳感器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，然后利用計(jì)算機(jī)將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。

1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)具有及時(shí)的信息傳輸技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)中的信息傳輸技術(shù)可包括近距離通信技術(shù)和遠(yuǎn)程信息傳輸技術(shù)。在近距離通信技術(shù)中，可采用無線藍(lán)牙技術(shù)和無線射頻識(shí)別技術(shù)。通過在可跟蹤的電網(wǎng)設(shè)備上植入射頻標(biāo)簽，利用特定設(shè)備讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，從而獲得需要采集的設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。遠(yuǎn)程信息傳輸技術(shù)分為有線信息傳輸技術(shù)和無線信息傳輸技術(shù)，有線信息傳輸技術(shù)中主要采用以電話線為傳輸媒質(zhì)的傳輸技術(shù)組合和無源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，遠(yuǎn)程無線信息傳輸技術(shù)主要采用的是GPRS、3G和WLAN技術(shù)等。

1.2.3 物聯(lián)網(wǎng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析技術(shù)和智能控制技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上的，可利用云計(jì)算強(qiáng)大的功能，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整合，把分析之后的數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給決策者和物聯(lián)網(wǎng)控制的物和設(shè)備，通過最優(yōu)化的決策，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的智能控制。

2、面向智能電網(wǎng)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)

為了滿足物聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)需求，物聯(lián)網(wǎng)需要一個(gè)開放的、分層的、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)大致分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個(gè)層次。

2.1 感知層

感知層是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“物物相聯(lián)，人物互動(dòng)”的基礎(chǔ)，通常分為感知控制子層和通信延伸子層。其中，感知控制子層實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的智能感知識(shí)別、信息采集處理及自動(dòng)控制;通信延伸子層通過通信終端模塊或其延伸網(wǎng)絡(luò)將物理實(shí)體聯(lián)接到其上面兩層。

2.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層在以電力光纖網(wǎng)為主的基礎(chǔ)上，輔以電力線載波通信網(wǎng)和無線寬帶網(wǎng)，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)從感知層設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，以及物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)專用通信網(wǎng)絡(luò)之間的接入。因此，網(wǎng)絡(luò)層主要用來實(shí)現(xiàn)信息的傳遞、路由和控制，可以將網(wǎng)絡(luò)層化分為接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，以保證物聯(lián)網(wǎng)與電網(wǎng)專用通信網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互：通。

2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要由應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施和各種應(yīng)用兩大部分組成。其中，應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供信息處理、計(jì)算等通用基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施及資源調(diào)用接口，并在此為基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的各種應(yīng)用。面向智能電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用涉及智能電網(wǎng)生產(chǎn)和管理中的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過運(yùn)用智能計(jì)算、模式識(shí)別等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的整合分析處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能化的決策、控制和服務(wù)，有效提升電網(wǎng)各應(yīng)用環(huán)節(jié)的智能化水平。

3、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)的融合

3.1 電網(wǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)量測(cè)和采集

在對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)施數(shù)據(jù)的采集過程中，主要采集結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要指的是用電量、電網(wǎng)調(diào)度和控制需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)還包括大量的各種設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括視頻監(jiān)控、圖像處理過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不方便用數(shù)據(jù)庫(kù)二維邏輯的形式來表示。由于需要采集的數(shù)據(jù)量巨大，先需要通過先進(jìn)的參數(shù)量測(cè)技術(shù)獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，然后由各電網(wǎng)的終端將這些數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)上傳到數(shù)據(jù)中心，這實(shí)際上構(gòu)成了一定規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。通過這些數(shù)據(jù)來評(píng)估用電量分布、電網(wǎng)設(shè)備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性。

3.2 智能電網(wǎng)設(shè)備的有效診斷和控制

在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，最重要的是保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定和安全。因此實(shí)現(xiàn)對(duì)智能電網(wǎng)設(shè)備的有效診斷就變得非常重要。利用物聯(lián)網(wǎng)中各種數(shù)據(jù)的采集，當(dāng)智能電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，由各變電站錄波器記錄故障錄播數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)的通訊傳輸設(shè)備，傳輸?shù)诫娋W(wǎng)子站的數(shù)據(jù)庫(kù)，這些數(shù)據(jù)包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)，然后通過物聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)大的云計(jì)算能力，對(duì)電網(wǎng)中可能的故障進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，從而確定造成電網(wǎng)出現(xiàn)故障可能的設(shè)備和原因，再將這些數(shù)據(jù)有調(diào)度中心，通過數(shù)據(jù)解壓和解釋模塊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)診斷，最終由各電網(wǎng)終端形成故障簡(jiǎn)報(bào)，并將故障簡(jiǎn)報(bào)送達(dá)決策者，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)故障的最終診斷。在智能電網(wǎng)中，智能控制中心是整個(gè)智能電網(wǎng)的核心，為了實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)綠色高效的運(yùn)行，這就需要獲取可靠的數(shù)據(jù)，并及時(shí)對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化的分析和整理，以便作出正確的決策，以實(shí)現(xiàn)對(duì)智能電網(wǎng)實(shí)時(shí)高效的控制。

3.3 電力資產(chǎn)全壽命周期管理

將射頻識(shí)別和標(biāo)識(shí)編碼系統(tǒng)應(yīng)用于電力設(shè)備，可進(jìn)行資產(chǎn)身份管理、資產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、資產(chǎn)全壽命周期管理，這樣就能夠自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)電力資產(chǎn)全壽命周期管理、提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率、提升管理水平提供技術(shù)支撐。而通過安裝智能傳感器也能夠確定變壓器、斷路器、配電自動(dòng)化設(shè)備和開關(guān)等資產(chǎn)的剩余使用壽命和預(yù)計(jì)失效時(shí)間;同時(shí)，通過在變電站和變壓器上安裝智能配電網(wǎng)設(shè)備，即能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)配電變壓器的運(yùn)行情況，包括變壓器是否過載和實(shí)時(shí)負(fù)荷水平;通過斷路傳感器，能夠自動(dòng)檢測(cè)電路斷路器的運(yùn)行情況，包括故障電流峰值、動(dòng)作計(jì)數(shù)等?；谏鲜鲂畔?，能夠采取主動(dòng)的資產(chǎn)管理方式，提高資產(chǎn)管理水平，最終在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的全壽命周期管理。

3.4 智能用電管理

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)智能用電的雙向交互服務(wù)、用電信息采集、家居智能化、家庭能效管理、分布式電源接入以及電動(dòng)汽車充放電，為實(shí)現(xiàn)用戶與電網(wǎng)的雙向互動(dòng)、提高供電可靠性與用電效率以及節(jié)能減排提供技術(shù)保障。通過在電動(dòng)汽車、電池、充電設(shè)施中設(shè)置傳感器和射頻識(shí)別裝置，可以實(shí)時(shí)感知電動(dòng)汽車的運(yùn)行狀態(tài)、電池使用狀態(tài)、充電設(shè)施狀態(tài)以及當(dāng)前網(wǎng)內(nèi)能源供給狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車及充電設(shè)施的綜合監(jiān)測(cè)與分析，保證電動(dòng)汽車的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)家居智能化，通過在各種家用電器中內(nèi)嵌智能采集模塊和通信模塊，可實(shí)現(xiàn)家用電器的智能化和網(wǎng)絡(luò)化，完成對(duì)家用電器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、分析以及控制，例如通過安裝門磁報(bào)警、窗磁報(bào)警、紅外報(bào)警、可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)等傳感器實(shí)現(xiàn)家庭安全防護(hù);或通過無線、低壓電力線載波技術(shù)實(shí)現(xiàn)水、電、氣表自動(dòng)抄收;也可以通過光纖復(fù)合低壓電纜、電力線載波以及智能交互終端，實(shí)現(xiàn)用戶與電網(wǎng)的交互，提供通信服務(wù)、視頻點(diǎn)播和娛樂等

4、結(jié)束語

隨著信息化時(shí)代的到來，物聯(lián)網(wǎng)作為信息化發(fā)展階段的重要標(biāo)志之一，如何在現(xiàn)代的電力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)與電網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合，成為一個(gè)重要的研究課題。在智能電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，必將大大提高對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集，通過對(duì)數(shù)據(jù)的高效分析，必將提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率，及時(shí)對(duì)電網(wǎng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行有效診斷，給出最優(yōu)化解決問題的方案，有效整合電力系統(tǒng)各種資源，從而提高電力系統(tǒng)信息化水平、安全運(yùn)行水平和供電的可靠性水平，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電力資源的最優(yōu)化配置。

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