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

白雪杰，郭雷崗，姜麗鴿

（1.平高集團(tuán)儲能科技有限公司，天津 300304；2.鄭州電力高等專科學(xué)校，河南 鄭州 450000；3.河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467000）

0 引 言

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于社會生產(chǎn)生活的方方面面，各行業(yè)也在不斷挖掘物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)在潛力，有力推動我國產(chǎn)業(yè)改革和升級工作的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與各行業(yè)的結(jié)合已成為當(dāng)今時代的重要發(fā)展潮流。近些年，隨著人們生活水平的不斷提升，人們對供電質(zhì)量和總量的要求也在不斷提高，相關(guān)企業(yè)和主管部門正不斷加大力度完善能源供應(yīng)體系和供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展更是成為電力行業(yè)亟需解決的重要難題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)技術(shù)的有效融合，可充分展現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)據(jù)信息收集以及資源綜合利用層面的優(yōu)勢。這些數(shù)據(jù)信息的采集和分析，可有效提高智能電網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)水平，滿足復(fù)雜多元化的供電需求，實(shí)現(xiàn)智能化供電的最佳效果。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一門復(fù)雜學(xué)科，其不單指某一項(xiàng)技術(shù)，而是不同技術(shù)的融合。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將不同學(xué)科融為一體，如電子信息、生物科學(xué)、機(jī)械等。在傳統(tǒng)模式下，這些技術(shù)毫不相關(guān)，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)卻可將這些技術(shù)的優(yōu)勢綜合利用、完美結(jié)合，構(gòu)成AI智能機(jī)器人等全新技術(shù)。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的有效交流，技術(shù)人員在對其進(jìn)行開發(fā)和優(yōu)化后，可適用于各類社會生產(chǎn)和生活場景，進(jìn)一步改善人們的生活質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的場景適應(yīng)能力很強(qiáng)，對社會生產(chǎn)力的提升更是十分明顯，其市場前景十分廣闊。

現(xiàn)階段，因物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自身具有的高度兼容性與發(fā)展空間，尚未對其形成明確定義，人們只是籠統(tǒng)地把信息技術(shù)與其他產(chǎn)業(yè)技術(shù)結(jié)合后的產(chǎn)物叫做物聯(lián)網(wǎng)，而實(shí)際融合的技術(shù)資源以及對應(yīng)的產(chǎn)業(yè)類別卻是千變?nèi)f化。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可對相關(guān)設(shè)備和物體進(jìn)行掃描，獲取與其相關(guān)的各類數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而讓信息技術(shù)與物體連接成為可能，輔以數(shù)據(jù)交換以及遠(yuǎn)程操作等手段，可進(jìn)一步提高人與物、物與物的交互效率。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)

近些年，電網(wǎng)智能化發(fā)展已成為整個供電系統(tǒng)管理工作的重要趨勢，產(chǎn)業(yè)工作者為提高整個供電系統(tǒng)管理智能化水平和安全系數(shù)，也在不斷嘗試更多的新興技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可為智能電網(wǎng)建設(shè)的有效開展提供技術(shù)支持，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)的結(jié)合又被稱之為電力物聯(lián)網(wǎng)。電力物聯(lián)網(wǎng)借助信息傳感設(shè)備以及分布式識讀設(shè)備，可搭建人與電力機(jī)電設(shè)備實(shí)時溝通協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。電力物聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)對不同元素以及具體行為的感知和識別，并將這些行為聯(lián)系到一起，最終實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)智能化控制目標(biāo)。電力物聯(lián)網(wǎng)功能主要體現(xiàn)在三個層面，分別為感知層面、網(wǎng)絡(luò)層面和應(yīng)用層面。感知層面可完成感知控制和通信延伸等操作要求，并可對各類元素的信息進(jìn)行收集。網(wǎng)絡(luò)層面承擔(dān)數(shù)據(jù)傳遞以及數(shù)據(jù)安全保障，在智能電網(wǎng)內(nèi)部保障數(shù)據(jù)信息安全是一項(xiàng)工作難點(diǎn)，而電力物聯(lián)網(wǎng)會借助電力通信網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)信息的傳遞以及對各類機(jī)電設(shè)備的控制。應(yīng)用層面主要涵蓋各類基礎(chǔ)設(shè)施、中間件以及各類應(yīng)用服務(wù)等，通過這些資源可對感知過程采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，滿足可視化需求，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用優(yōu)勢。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心要點(diǎn)在于不同元素之間的信息交流，因此信息資源的傳遞和溝通效率就成為評價(jià)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用水平的關(guān)鍵指標(biāo)。與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)類型有很多，如交換技術(shù)、無線技術(shù)和網(wǎng)關(guān)技術(shù)等，這些技術(shù)的優(yōu)化和發(fā)展也是提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)場景適應(yīng)能力的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)中，M2M技術(shù)是一種機(jī)器對機(jī)器的信息技術(shù)，這種技術(shù)可在控制系統(tǒng)與機(jī)器設(shè)備之間創(chuàng)建一條科學(xué)的溝通渠道。因此，M2M技術(shù)的應(yīng)用會進(jìn)一步改善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用水平。配合使用WiFi技術(shù)等近距離數(shù)據(jù)信息傳遞手段以及GPRS技術(shù)等遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可進(jìn)一步減少M(fèi)2M技術(shù)的應(yīng)用限制?，F(xiàn)階段，M2M技術(shù)僅局限于機(jī)器與機(jī)器的溝通，這讓技術(shù)應(yīng)用受到很大限制，技術(shù)人員應(yīng)加大M2M技術(shù)在各類行業(yè)的滲透，加快發(fā)展短程信息無線交換技術(shù)，進(jìn)而推動物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)工作的升級和創(chuàng)新。

網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)可為物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)建一條穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)交換橋梁，而各類物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用也同樣離不開信息通信系統(tǒng)的支持。因此，針對網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，是保障物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的重要前提，也使物聯(lián)網(wǎng)向社會生產(chǎn)生活更深層次融合成為可能。

3.2 傳感器技術(shù)

傳感器承擔(dān)數(shù)據(jù)信息收集工作，數(shù)據(jù)采集又是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得以應(yīng)用的前提。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，傳感器技術(shù)工藝也在不斷進(jìn)步，這就讓數(shù)據(jù)采集變得更為精準(zhǔn)可靠。如果沒有傳感器的幫助，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)收集環(huán)節(jié)就會出現(xiàn)問題，數(shù)據(jù)采集效率和準(zhǔn)確性會受到很大影響，而數(shù)據(jù)采集效率太慢，也會給后續(xù)信息處理和分析帶來干擾。這種情況下，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將無法發(fā)揮其本質(zhì)效用，系統(tǒng)完整性會被破壞，各項(xiàng)控制和溝通命令更無法得到有效執(zhí)行。

傳感器技術(shù)在與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合過程中，工作人員需要將感知收集信息功能作為系統(tǒng)研發(fā)的突破口，盡可能提高數(shù)據(jù)采集質(zhì)量和效率，為后續(xù)處理和各項(xiàng)命令執(zhí)行打好基礎(chǔ)。此外，系統(tǒng)研發(fā)過程也要注重傳感器自身的網(wǎng)絡(luò)信息化，由不同傳感器組成特定的數(shù)據(jù)采集體系?，F(xiàn)如今，傳感器已被應(yīng)用于社會生產(chǎn)生活的各個環(huán)節(jié)，發(fā)展前景廣闊，技術(shù)應(yīng)用效果十分良好，傳感器自身也實(shí)現(xiàn)了技術(shù)層面的創(chuàng)新和升級。多元化和集成化的智能傳感器以及生物信息傳感器的廣泛應(yīng)用，更凸顯了傳感器技術(shù)的綜合性和功能特征，傳感器技術(shù)的發(fā)展高度更是成為評價(jià)各項(xiàng)高新技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。例如，我國某國際機(jī)場在搭建防入侵系統(tǒng)過程中，共布置3萬多個傳感器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)地面和低空領(lǐng)域的全面覆蓋，這種超大范圍的傳感器網(wǎng)絡(luò)更是說明傳感器技術(shù)的應(yīng)用已非常普遍。

4 智能電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

智能電網(wǎng)的設(shè)備狀態(tài)預(yù)測和調(diào)控、資產(chǎn)全壽命周期管理的信息決策、電力網(wǎng)絡(luò)與用戶之間的智能互動等行為均需要依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完成，這些智能化控制和管理工作使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)的聯(lián)系更為緊密。依照當(dāng)前行業(yè)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，智能電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個層面：

（1）可實(shí)時提供各發(fā)電機(jī)組和各類機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)，進(jìn)而提高發(fā)電過程中的運(yùn)行維護(hù)水平。

（2）可實(shí)時監(jiān)控水力發(fā)電站壩體各部位壓力變化，以傳感器群的方式監(jiān)控壩體變形現(xiàn)狀，進(jìn)而為規(guī)避水庫調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)提供數(shù)據(jù)支持。

（3）利用氣象傳感器可快速完成風(fēng)力發(fā)電廠和光伏發(fā)電廠所在區(qū)域的各類氣象數(shù)據(jù)的收集，如風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、氣壓、降水量、光照強(qiáng)度等，進(jìn)而為新能源發(fā)電體系提供有效輔助，提高整體發(fā)電效率。

（4）輸電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控過程中，借助傳感器可實(shí)時觀測變電站和輸電設(shè)備的微氣象環(huán)境、線路覆冰、導(dǎo)線溫度和弧垂幅度、輸電線路風(fēng)偏、桿塔傾斜度、絕緣子表面污漬程度等信息，將這些信息與電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)組合，可及時發(fā)現(xiàn)輸電網(wǎng)絡(luò)存在的隱患，最大限度提升電力能源網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性。

（5）工作人員可在輸電桿塔、輸電線路以及各類機(jī)電設(shè)備上設(shè)置多類別傳感器，完成目標(biāo)識別以及侵害行為的具體分析和定位，提高對電力設(shè)備的全方位防護(hù)效能。

（6）物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)配屬的傳感器可實(shí)時監(jiān)測電力作業(yè)現(xiàn)場人員、設(shè)備以及環(huán)境等信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與人員的智能互動，盡可能減少人為因素對電力網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的破壞，消除安全隱患，提升作業(yè)質(zhì)量。

（7）智能電網(wǎng)借助智能監(jiān)控和實(shí)時反饋功能，可實(shí)時獲取不同用戶的用電需求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能用電雙向交互服務(wù)，有效改善供電可靠性和用電效率，為節(jié)能減排工作的順利開展奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

（8）傳感器可實(shí)時監(jiān)測智能電網(wǎng)中各類機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時獲取設(shè)備狀態(tài)信息，維護(hù)人員借助這些信息可有效評估不同設(shè)備的可用時長，滿足周期成本最優(yōu)控制決策需求，實(shí)現(xiàn)電廠資產(chǎn)全壽命周期管理，提高電網(wǎng)運(yùn)行和管理水平。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)的深度融合，其作用范圍可覆蓋電廠、電網(wǎng)和用戶側(cè)。多端資源的高效配合和互動讓智能電網(wǎng)在信息化、自動化和互動化層面更具優(yōu)勢，智能電網(wǎng)服務(wù)水平的進(jìn)一步改進(jìn)會極大程度改善人們的生活品質(zhì)，生產(chǎn)生活過程更顯智能和節(jié)能。

5 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用策略

5.1 確保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的科學(xué)完備

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)建設(shè)時，對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自身的完備性要求很高。以當(dāng)前技術(shù)發(fā)展水平角度分析，電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用主要集中于控制能力和水平的提升，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)滿足智能電網(wǎng)的調(diào)控需求。對于智能電網(wǎng)系統(tǒng)而言，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可進(jìn)一步提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，滿足多類別用戶的用電需求，適應(yīng)多種供電場景，并及時應(yīng)對供電網(wǎng)絡(luò)變化?，F(xiàn)階段，我國智能電網(wǎng)建設(shè)工作可分為發(fā)電、輸電、配電等多個環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)的相互配合和協(xié)調(diào)是智能電網(wǎng)不斷升級的根本。因此，政府相關(guān)部門應(yīng)不斷加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用推廣宣傳工作，提高對產(chǎn)業(yè)的整體調(diào)控和監(jiān)督，加大研發(fā)資金投入，設(shè)立專項(xiàng)資金項(xiàng)目，使先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備得到有效利用，提高智能電網(wǎng)對社會生產(chǎn)生活的保障效用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的推廣和應(yīng)用，是完善我國供電事業(yè)體系的重要機(jī)制。因此，物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)與供電企業(yè)之間應(yīng)加強(qiáng)合作，快速推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力產(chǎn)業(yè)層面的系統(tǒng)研發(fā)和實(shí)施，發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)力量。

5.2 提高生產(chǎn)管理工作的實(shí)效性

智能電網(wǎng)電力設(shè)備的計(jì)劃、操控和調(diào)度須消耗大量的人力和物力。如果是常規(guī)電網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)，其信息資源和人力資源極為有限，電力網(wǎng)絡(luò)無法實(shí)現(xiàn)電能的科學(xué)高效調(diào)配。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用過程中，技術(shù)人員可從這一角度入手，針對不同環(huán)節(jié)大量部署傳感器和各類感知識別設(shè)備，幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備、控制系統(tǒng)和測量設(shè)備之間的信息集成和共享。在此模式下，維護(hù)保障人員的工作壓力將得到有效控制，智能電網(wǎng)控制效率也會全面提升，與供電相關(guān)的各個環(huán)節(jié)之間實(shí)現(xiàn)有效協(xié)調(diào)，供電過程更為安全可靠。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)促使智能電網(wǎng)的智能化和自動化特征全面展現(xiàn)，并使管理和控制工作更為精準(zhǔn)有效，電力企業(yè)在制定各項(xiàng)決策時也能得到全面系統(tǒng)的信息支持，從而保障企業(yè)發(fā)展決策制定與企業(yè)發(fā)展實(shí)際完美契合。產(chǎn)業(yè)技術(shù)人員應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用模式有清晰的了解和認(rèn)知，精準(zhǔn)把控不同環(huán)節(jié)的具體需求以及相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展特性，合理運(yùn)用各類傳感器設(shè)備以及物聯(lián)網(wǎng)控制思維，提高生產(chǎn)管理工作的實(shí)效性，推動智能電網(wǎng)建設(shè)工作的可持續(xù)健康發(fā)展。

5.3 注重能源調(diào)度的科學(xué)性

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可大幅提高數(shù)據(jù)信息采集和傳輸效率，并可在智能電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；智能電網(wǎng)下不同環(huán)節(jié)的工作人員可依照這些數(shù)據(jù)信息，及時調(diào)整供電網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷，依照不同用戶的用電需求，制定科學(xué)且合理的能源供應(yīng)方案，保證智能電網(wǎng)對社會生產(chǎn)生活的服務(wù)能力，社會生產(chǎn)生活質(zhì)量也會不斷提升，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用也將更加成熟。例如，智能電網(wǎng)管理人員可針對不同發(fā)電模式的工作特性安排供電計(jì)劃，在白天使用太陽能進(jìn)行供電，在夜晚使用水電或火電進(jìn)行補(bǔ)充；如果區(qū)域環(huán)境允許，可放大清潔能源供應(yīng)占比，削減火電等高污染供電方式的供電比例。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的幫助下，可通過能源調(diào)度工作體系快速獲取電網(wǎng)實(shí)時狀況信息，快速收集不同用戶的供電需求，電網(wǎng)運(yùn)行也將變得更為高效可靠。

5.4 不斷加大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的宣傳力度

電力供應(yīng)主管部門應(yīng)充分認(rèn)識到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對智能電網(wǎng)發(fā)展的影響，積極采取各項(xiàng)有效宣傳策略，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用宣傳工作，讓供電企業(yè)真正認(rèn)識物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為其管理和服務(wù)工作帶來的改變和提升。此外，政府電力機(jī)關(guān)可定期舉辦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)展覽會，宣傳各類系統(tǒng)設(shè)備以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對電網(wǎng)的影響，并廣泛開展試點(diǎn)工作，讓企業(yè)親身驗(yàn)證物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作用和效果，從而改變企業(yè)管理思維，提高其對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重視。主管部門可專門設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)宣傳站點(diǎn)，以實(shí)際應(yīng)用為例，讓電力企業(yè)從多個層面了解到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動效用，精準(zhǔn)展現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在不同環(huán)節(jié)的應(yīng)用優(yōu)勢，強(qiáng)化對整個物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的有效編輯，為產(chǎn)業(yè)工作者提供有效的知識學(xué)習(xí)途徑。

6 結(jié) 語

隨著我國社會生產(chǎn)生活水平的提升，人們對供電系統(tǒng)的要求更高。因此，電力企業(yè)應(yīng)快速推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)的融合，多角度開展智能電網(wǎng)的科學(xué)管控，不斷改善電能的調(diào)配能力和電力能源的供應(yīng)水平，讓智能電網(wǎng)變得更具智能化特征，確保能源轉(zhuǎn)運(yùn)的安全可靠，全面推動電力產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。