物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究

牟長斌

（貴州省航電開發(fā)投資有限公司）

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)的聯(lián)系

智能電網(wǎng)是一種利用數(shù)字控制、監(jiān)測與通信技術(shù)提高發(fā)電、輸電、配電網(wǎng)能力的網(wǎng)絡(luò)。智能電網(wǎng)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(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施具備更多的智能功能，并能從設(shè)備中提取有價值的、實際可用的數(shù)據(jù)，需要戰(zhàn)略性地部署新的數(shù)字設(shè)備和裝置，即所謂的“能耗因特網(wǎng)”[1]。物聯(lián)網(wǎng)的真正價值在于它能使現(xiàn)有的無關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)發(fā)揮價值，并能在電力供應(yīng)鏈的每一個環(huán)節(jié)上收集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)運(yùn)營商可以使用功能強(qiáng)大的分析、模擬模型和假定情景，更準(zhǔn)確地預(yù)測從電網(wǎng)狀態(tài)到天氣狀況等各種因素的影響。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對智能電網(wǎng)建設(shè)的意義

2.1 降低成本

利用智能電網(wǎng)，可以更加精確地對整個電網(wǎng)進(jìn)行配網(wǎng)。公司可以減少不必要的發(fā)電容量，以通過負(fù)荷預(yù)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(fèi)用，獲得運(yùn)行的最佳解。

2.2 提高管理能力

通過對消費(fèi)模式的深入了解，以及更加準(zhǔn)確的預(yù)測能力，企業(yè)可以實施更多的節(jié)能方案，包括需求響應(yīng)、時段使用費(fèi)以及動態(tài)定價等。這樣可以幫助平衡供求關(guān)系，減少由于過度配置基本負(fù)載或峰值負(fù)載造成的浪費(fèi)。

2.3 提高新能源利用

可將更多陸上和海上可再生能源發(fā)電納入能源結(jié)構(gòu)。企業(yè)在保證電力供應(yīng)安全的前提下，可有效應(yīng)對大規(guī)?？稍偕茉撮g歇性問題，實現(xiàn)小型分布式發(fā)電。

2.4 降低維護(hù)成本

利用數(shù)據(jù)監(jiān)測各種發(fā)電、輸電、配電網(wǎng)資產(chǎn)的活動，幫助企業(yè)實施遠(yuǎn)程故障診斷，降低現(xiàn)場接入率，提高預(yù)測故障的能力，高效提供技術(shù)支持，使工程隊伍能集中精力在專業(yè)領(lǐng)域[2]。

2.5 增強(qiáng)客戶參與

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

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)關(guān)鍵要素

3.1.1 安全性

如果不具備安全性，智能電網(wǎng)將和所有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)一樣，無法正常工作。電網(wǎng)是需要提供保護(hù)以防范網(wǎng)絡(luò)威脅的重要目標(biāo)。作為一個大型分布式和互聯(lián)系統(tǒng)，智能電網(wǎng)非常容易成為攻擊對象，對關(guān)鍵元件的任何成功攻擊都會危害電網(wǎng)安全，導(dǎo)致整個系統(tǒng)斷電。保護(hù)智能電網(wǎng)所需的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)和措施包括防火墻、入侵防御系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計，深度防護(hù)和系統(tǒng)強(qiáng)化。

3.1.2 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

和任何其他數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)一樣，智能電網(wǎng)的最終成功取決于各個設(shè)備和系統(tǒng)安全、可靠地互聯(lián)，并相互共享信息的能力。在智能電網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)連接主要有兩種：在內(nèi)部封閉的環(huán)境中傳輸數(shù)據(jù)所需的連接；從外網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸回數(shù)據(jù)中心的連接。這涉及各種協(xié)議，包括2G、3G、LTE、5G、LTN 和WAN，這就需要專業(yè)電信服務(wù)提供商、硬件和軟件公司的參與。通過開放行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通用框架，使電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)營商無需將電網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)與任何公司的解決方案相關(guān)聯(lián)，亦能保證操作的連接性。

3.1.3 可分析性

電網(wǎng)中可收集各種數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析，包括可提高維護(hù)計劃效率的實時運(yùn)營可視化，以及可實現(xiàn)更精準(zhǔn)發(fā)電計劃和負(fù)載平衡的預(yù)測分析。從大量數(shù)據(jù)中獲取有效信息。在新能源發(fā)電中，可使用計算密集型仿真模型準(zhǔn)確預(yù)測能源需求，考慮天氣條件并優(yōu)化容量。

3.1.4 可管理性

基于智能電網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)、最終用戶的各種設(shè)備以及包含各種軟件和硬件的技術(shù)，設(shè)備和通信的可管理性是打造成功智能電網(wǎng)的關(guān)鍵要素?？晒芾硇院w三大領(lǐng)域：設(shè)備、軟件和安全性，并且可以延伸到管理現(xiàn)場員工的移動電腦和平板電腦上。遠(yuǎn)程診斷、控制和維修能力可顯著提高設(shè)備可用性，提升維護(hù)和運(yùn)營效率。

3.2 智能電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

3.2.1 傳感器技術(shù)

智能傳感器是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中獲取外部信息的一種重要手段。與傳統(tǒng)傳感器相比，智能傳感器具有可靠性高、精度相對較高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點。其中，小型智能電網(wǎng)中傳感器的應(yīng)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(qiáng)。將微型智能傳感器應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的感知層，可以在智能電網(wǎng)中完成對大量數(shù)據(jù)的測量和采集。它是智能電網(wǎng)中透明電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)單元，在電力系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)也廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)中。隨著智能電網(wǎng)無線傳感器技術(shù)的發(fā)展，越來越多地被應(yīng)用于智能自動抄表、遠(yuǎn)程監(jiān)控等領(lǐng)域。

3.2.2 通信技術(shù)

1）寬帶載波通信技術(shù)

寬帶載波通信技術(shù)相較窄帶載波技術(shù)，具有較強(qiáng)抗干擾能力、速率高、通信延時小，可以為智能電網(wǎng)提供更好的服務(wù)。而寬帶載波通信技術(shù)可以為智能電網(wǎng)在運(yùn)行過程中所需的信息采集提供安全穩(wěn)定的信息通道。采用寬帶載波通信技術(shù)，可以滿足智能配電系統(tǒng)對大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，提高通信效率[3]。

2）5G通信技術(shù)

5G通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，它具有高傳輸速率、大容量、低延遲等特點，可應(yīng)用于智能電網(wǎng)中對電力生產(chǎn)的實時監(jiān)測，提高電能的利用率。并能根據(jù)電纜的運(yùn)行狀況進(jìn)行評估，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患。5G通信技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)無人機(jī)巡線傳輸，智能電網(wǎng)運(yùn)行過程的圖像和視頻拍攝，提高巡線傳輸?shù)闹悄芑涂煽啃訹4]。

3.2.3 云計算技術(shù)

云計算技術(shù)具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸能力，而且存儲容量大、計算量小，可應(yīng)用于智能電網(wǎng)的智能調(diào)度、智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和處理。

1）智能電網(wǎng)調(diào)度

隨著智能電網(wǎng)的完善，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也變得越來越復(fù)雜，規(guī)模越來越大。要實現(xiàn)智能電網(wǎng)的實時監(jiān)測和合理調(diào)度，就必須采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、傳輸和分析?；谖锫?lián)網(wǎng)的云計算技術(shù)，可以以總線技術(shù)為基礎(chǔ)，對分布在不同地區(qū)的調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行功能整合，實現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度集成，從而構(gòu)建出實時、全面、準(zhǔn)確的電網(wǎng)調(diào)度平臺，存儲海量數(shù)據(jù)，完成智能電網(wǎng)調(diào)度。

2）智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，智能電表、傳感設(shè)備、信息系統(tǒng)等各類數(shù)據(jù)不斷涌現(xiàn)，最終形成海量數(shù)據(jù)。將云計算與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，可以實現(xiàn)對電網(wǎng)用戶、電力設(shè)備狀況的數(shù)據(jù)分析。智能網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析可以進(jìn)一步提高電網(wǎng)透明度，從而更好地對智能網(wǎng)服務(wù)進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化。

3.2.4 智能化電力設(shè)備

智能化電力設(shè)備能以數(shù)字方式全面提供系統(tǒng)的各種狀態(tài)信息，并具有自我診斷和自適應(yīng)的控制能力。物聯(lián)網(wǎng)可在幾個方面實現(xiàn)電力設(shè)備智能化。

1）信息感知

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可有效實現(xiàn)電量和非電量監(jiān)測信號的分布式傳感、傳輸與處理，進(jìn)而實現(xiàn)電流的非接觸測量。

2）智能診斷

對電力設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢測與故障診斷，是提高設(shè)備可靠性、保障系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要途徑。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(guān)最佳運(yùn)動特性，及基于數(shù)字化的實現(xiàn)方法和技術(shù)，這是電力設(shè)備的智能操作。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)智能操作中的實時狀態(tài)采集、操作模式?jīng)Q策等功能。

4）信息交互網(wǎng)絡(luò)

信息交互網(wǎng)絡(luò)是智能電網(wǎng)的基本環(huán)節(jié)和紐帶。物聯(lián)網(wǎng)的無線組網(wǎng)技術(shù)可應(yīng)用到電力設(shè)備較集中的環(huán)境中，利用無線通信技術(shù)簡化系統(tǒng)構(gòu)成，使得根據(jù)需要靈活自動重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，提高了供配電系統(tǒng)的安全性和可靠性。

4 結(jié)語

智能電網(wǎng)的各種結(jié)構(gòu)都與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)密切相關(guān)，并不斷推動著智能化、自動化的發(fā)展。伴隨物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)越來越多地應(yīng)用于智能電網(wǎng)，智能電網(wǎng)也向更自動化、更智能化的方向發(fā)展。