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

劉 銳

（中國(guó)通信建設(shè)第二工程局有限公司，陜西 西安 710119）

0 引言

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，電力企業(yè)開(kāi)始建設(shè)智能電網(wǎng)，其基于高效、智能的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為生產(chǎn)生活帶來(lái)了安全、可靠、穩(wěn)定的用電服務(wù)。將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在智能電網(wǎng)中能夠?qū)﹄娏υO(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、提升電力生產(chǎn)管理效率、調(diào)整優(yōu)化電力服務(wù)，全面提高智能電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量與效率。

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

物聯(lián)網(wǎng)是利用信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)開(kāi)展通信，以完成對(duì)物體的智能化跟蹤、管理的網(wǎng)絡(luò)形式。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)實(shí)社會(huì)與互聯(lián)網(wǎng)的有效整合。物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的設(shè)備、人員進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，以提升資源利用效率與質(zhì)量，改善生產(chǎn)生活[1]。智能電網(wǎng)即為由不同類(lèi)別的自動(dòng)化輸電、配電設(shè)備與系統(tǒng)構(gòu)成的電力系統(tǒng)，能夠短時(shí)間內(nèi)響應(yīng)電力市場(chǎng)需求，擁有智能化結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)雙向的實(shí)時(shí)信息互通，為用戶(hù)提供可靠、安全的電力服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)與智能電力之間關(guān)系密切，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是智能電網(wǎng)的智能化主要表現(xiàn)為可實(shí)時(shí)控制、可數(shù)據(jù)分析、可智能決策，而物聯(lián)網(wǎng)也能夠起到控制、分析與決策的作用?？梢钥闯觯悄茈娋W(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)之間關(guān)系密切，有著一系列的共性技術(shù)。這些共性技術(shù)主要表現(xiàn)在感知與觀(guān)測(cè)中，如常用的傳感器技術(shù)、GPS技術(shù)等；二是智能電網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用平臺(tái)之一。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域眾多，如智能家具、智能交通、智能金融、智能城市等。但智能電網(wǎng)與上述領(lǐng)域存在一系列不同之處，即為智能電網(wǎng)自身以就是以網(wǎng)絡(luò)形式組成，使用金屬材質(zhì)線(xiàn)纜用于傳遞信號(hào)。智能電網(wǎng)是基于傳統(tǒng)電網(wǎng)形式之上，且與人們的生產(chǎn)生活密切聯(lián)系，為物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供了十分廣闊的平臺(tái)；三是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。為了發(fā)揮智能電網(wǎng)的各項(xiàng)功能，突出智能電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，必須運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。如智能電網(wǎng)與用戶(hù)之間的互動(dòng)溝通是智能電網(wǎng)的特色之一，能夠轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)電網(wǎng)形式下用戶(hù)信息與電網(wǎng)的單向傳遞。智能電網(wǎng)互動(dòng)的實(shí)現(xiàn)就必然需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持。只有快速全面的數(shù)據(jù)收集與傳遞，才能夠讓電網(wǎng)與用戶(hù)進(jìn)行智能溝通與交流；四是智能電網(wǎng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了更高的要求[2]。智能電網(wǎng)不僅僅為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用提供了廣闊的發(fā)展空間，同時(shí)也對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了更多元化、更高水準(zhǔn)的要求，反向推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。智能電網(wǎng)的應(yīng)用對(duì)傳感設(shè)備有著豐富的類(lèi)型需求，需要傳感設(shè)備用于采集電流、溫度、濕度等數(shù)據(jù)信息。且智能電網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸有一定要求，由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，途徑地理環(huán)境復(fù)雜，要求穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)條件，這對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了綜合要求。

整體來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)帶來(lái)更優(yōu)質(zhì)、更高效的服務(wù)。首先，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠的進(jìn)行電力大數(shù)據(jù)分析。伴隨著智能電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，海量電力信息數(shù)據(jù)給電網(wǎng)監(jiān)控與管理帶來(lái)了挑戰(zhàn)。而利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則可以將傳感器收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄茈娋W(wǎng)控制中心，工作人員通過(guò)可視化數(shù)據(jù)分析則可以及時(shí)判斷智能電網(wǎng)潛在的問(wèn)題，以便及時(shí)處理。其次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠進(jìn)一步推動(dòng)智能電網(wǎng)與用戶(hù)的交互。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用可以更好地進(jìn)行用戶(hù)側(cè)管理，利用物聯(lián)網(wǎng)可以對(duì)用戶(hù)與電網(wǎng)的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷，為保證電力服務(wù)的穩(wěn)定性。最后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠減少分布式電源等新能源帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。伴隨著新能源在電網(wǎng)中的應(yīng)用，電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生了改變。如分布式電源存在的波動(dòng)性會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)功率不穩(wěn)定。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)分布式電源進(jìn)線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，快速響應(yīng)調(diào)整，能進(jìn)一步穩(wěn)定用戶(hù)的電能質(zhì)量。

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

2.1 基于智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

當(dāng)前基于智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層。第一，感知層主要用于感知識(shí)別設(shè)備，獲取設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)信息。通過(guò)裝設(shè)在設(shè)備上的傳感器接收器來(lái)獲取對(duì)象的溫度、用電數(shù)據(jù)、地理位置等信息，再通過(guò)使用RFID技術(shù)、激光掃描技術(shù)等方式將信息傳遞給網(wǎng)絡(luò)層。與物聯(lián)網(wǎng)其他應(yīng)用環(huán)境不同，智能電網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景較為復(fù)雜，安設(shè)在設(shè)備上的裝置需要承受惡劣復(fù)雜的自然環(huán)境。第二，網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層用于接收感知層獲取的信息。智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層是電力通信網(wǎng)，可以用于解決電網(wǎng)、線(xiàn)路的各項(xiàng)狀況。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠推動(dòng)智能電網(wǎng)通信信息的增長(zhǎng)，拓展電網(wǎng)信息容量，滿(mǎn)足用戶(hù)需求。第三，應(yīng)用層。應(yīng)用層主要分別對(duì)應(yīng)信息系統(tǒng)，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)層輸送的信息進(jìn)行加工處理，根據(jù)數(shù)據(jù)模型或參數(shù)來(lái)為設(shè)備進(jìn)行智能決策提供依據(jù)[3]。應(yīng)用層結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)的使用需求，能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)的高度融合。

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

2.2.1 傳感器

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的智能傳感器是其獲取外界信息的關(guān)鍵途徑。相對(duì)于傳統(tǒng)傳感器來(lái)說(shuō)，智能傳感器的可靠性強(qiáng)、精度相對(duì)較高，且適應(yīng)能力水平較高。在智能電網(wǎng)中小微傳感器的應(yīng)用最為廣泛，其擁有采集信息、分析信息、傳遞信息的能力，安裝便捷、抗干擾性能強(qiáng)。在物聯(lián)網(wǎng)中的感知層中應(yīng)用小微智能傳感器能夠在智能電網(wǎng)中完成海量數(shù)據(jù)的測(cè)量與收集。其作為智能電網(wǎng)中透明電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)單元，當(dāng)前還存在電壓測(cè)量難度大、功率較大等情況。除了小微智能傳感器外，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用也十分普及。在智能電網(wǎng)中無(wú)線(xiàn)傳感器已經(jīng)逐漸開(kāi)始被用于收集數(shù)據(jù)，如進(jìn)行智能自動(dòng)抄表、遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)控等。

2.2.2 通信技術(shù)

第一，寬帶載波通信技術(shù)。寬帶載波通信技術(shù)是一種通信編碼技術(shù)，其相對(duì)于窄帶載波技術(shù)而言抗干擾能力強(qiáng)，速率較高，通信延時(shí)少，能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)提供更好的服務(wù)。且寬帶載波通信技術(shù)能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)運(yùn)作時(shí)需要進(jìn)行的信息采集提供安全穩(wěn)定的信息渠道。將寬帶載波通信技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)的合適區(qū)域能夠滿(mǎn)足智能配電系統(tǒng)中大量數(shù)據(jù)的傳輸需求，提升通信效率。第二，5G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，其傳輸速率較高、容量大、延時(shí)低，可以用于智能電網(wǎng)中電源發(fā)電情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提升電能的利用率。且能夠針對(duì)電纜的工作情況進(jìn)行評(píng)估，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患。5G通信技術(shù)的運(yùn)用能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人機(jī)巡檢輸電線(xiàn)路，對(duì)智能電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行圖片與視頻拍攝，提升巡檢的智能性與可靠性。第三，低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)。低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)可以針對(duì)M2M通信場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化，以星型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行覆蓋，單節(jié)點(diǎn)最大覆蓋范圍高達(dá)100 km。低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)覆蓋范圍廣、功耗低、寬帶低。且在應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)配置較為靈活，能夠支持定位服務(wù)與移動(dòng)對(duì)象，且抗干擾能力理想。低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中可以用于電氣設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)、配電故障指示等。

2.2.3 云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算技術(shù)擁有強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)傳輸能力，且儲(chǔ)存容量大、計(jì)算能力強(qiáng)，在智能電網(wǎng)中改技術(shù)可以用于進(jìn)行智能電網(wǎng)調(diào)度、智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析等，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與處理。第一，智能電網(wǎng)調(diào)度。伴隨著智能電網(wǎng)的完善，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也愈加復(fù)雜，規(guī)模也不斷增加。為了對(duì)智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控并合理調(diào)度，則需要利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、分析。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的云計(jì)算技術(shù)能夠以總線(xiàn)技術(shù)將分布于不同區(qū)域調(diào)度系統(tǒng)的功能，利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化進(jìn)行高度整合，以打造實(shí)時(shí)、全面、準(zhǔn)確的電網(wǎng)調(diào)度平臺(tái)，以存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)，完成智能電網(wǎng)調(diào)度。第二，智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析。智能電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，伴隨而來(lái)的智能電表、傳感設(shè)備、信息系統(tǒng)等不同數(shù)據(jù)持續(xù)產(chǎn)生，最終形成海量數(shù)據(jù)。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的云計(jì)算技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)用戶(hù)、電力設(shè)備情況的數(shù)據(jù)分析。智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析能夠進(jìn)一步強(qiáng)化電網(wǎng)的透明度，從而更好地調(diào)節(jié)、優(yōu)化智能電網(wǎng)服務(wù)。

2.2.4 邊緣計(jì)算技術(shù)

邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用在智能電網(wǎng)中主要用于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)延遲的情況，并提升任務(wù)的執(zhí)行效率，以便快速響應(yīng)用戶(hù)的請(qǐng)求。邊緣計(jì)算技術(shù)可以將控制轉(zhuǎn)移至邊緣，以完成對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的分析[4]。如智能電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行異常或出現(xiàn)故障，邊緣計(jì)算技術(shù)可以一改將海量信息傳輸?shù)郊惺较到y(tǒng)的傳統(tǒng)形式，而是將其轉(zhuǎn)移至邊緣，從而提升數(shù)據(jù)處理能力。例如，當(dāng)前配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)繁復(fù)，點(diǎn)多面廣,大多數(shù)解決策略是把所采集的圖片信息上傳到服務(wù)器中進(jìn)行分析。但由于圖片傳輸量相對(duì)較大，且有價(jià)值的信息含量低，會(huì)占用網(wǎng)絡(luò)資源。利用邊緣計(jì)算技術(shù)則可以配備高能力的計(jì)算單元，通過(guò)建立模型來(lái)消除部分無(wú)用數(shù)據(jù)傳輸。邊緣計(jì)算技術(shù)憑借著數(shù)據(jù)分析效率高的特點(diǎn)尤其適宜開(kāi)展數(shù)據(jù)分析與智能自動(dòng)處理[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將智能電網(wǎng)的各個(gè)結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系起來(lái)，持續(xù)推動(dòng)電力系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化發(fā)展。其中，傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)與邊緣計(jì)算技術(shù)能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)提供穩(wěn)定的電力服務(wù)起到重要作用，實(shí)現(xiàn)了智能電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、及時(shí)調(diào)整與穩(wěn)定優(yōu)化。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，其在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，智能電網(wǎng)也將朝向更加自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。