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

李來存

（上海邦德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海 200444）

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在人們生活及商業(yè)發(fā)展中得到廣泛應(yīng)用，而應(yīng)用到智能電網(wǎng)卻是近幾年發(fā)展起來的，目的是充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部資源的有效連接和整合，對智能電網(wǎng)輸配電、變電及用電加以科學(xué)管理，做到電能的實(shí)時(shí)傳輸和供應(yīng)，在滿足日常生產(chǎn)生活用電的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)電能節(jié)約，推動電力產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)的內(nèi)涵

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是物理和網(wǎng)絡(luò)信息融合下的產(chǎn)物，通過傳感器技術(shù)、GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接及信息的相互傳遞，掌握客觀事物的具體內(nèi)容，借助自動化分析和判斷，了解事物特點(diǎn)或需求，達(dá)到智能化管理目的。物聯(lián)網(wǎng)是大數(shù)據(jù)時(shí)代發(fā)展的必然產(chǎn)物，隨著信息技術(shù)的不斷升級，應(yīng)用范圍的擴(kuò)張，物聯(lián)網(wǎng)在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，與人們生活的聯(lián)結(jié)也愈加緊密。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的重要組成部分，還可以滿足標(biāo)準(zhǔn)、可交互操作等通信協(xié)議要求，是目前重要的終端設(shè)備系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的高頻識別、傳感器和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)物品間的有效銜接，真正滿足物物相連的要求，為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營及人們生活提供更多便利［1］。

1.2 智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)是當(dāng)前電力企業(yè)發(fā)展的主流形式，智能電網(wǎng)中融入了信息通信、傳感測量、自動化、智能化控制技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)，除可以保證電網(wǎng)日常運(yùn)營外，還可以實(shí)現(xiàn)自動化檢測和維護(hù)、科學(xué)抵抗和管理等任務(wù)目標(biāo)，滿足現(xiàn)代化社會發(fā)展需求。智能電網(wǎng)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的全面化、自動化監(jiān)督和管控，做到故障實(shí)時(shí)監(jiān)控和準(zhǔn)確判斷，解決傳統(tǒng)模式帶來的弊端，提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，優(yōu)化管理水平。在智能電網(wǎng)中融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不但可以提高電網(wǎng)運(yùn)營管理水平及日常作業(yè)效率，還能對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)行優(yōu)化調(diào)整，使得整體管控更加科學(xué)有效。

2 智能電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢和作用

2.1 擴(kuò)展業(yè)務(wù)范圍

電力系統(tǒng)管理過程中，供電到用電消費(fèi)的整個(gè)過程會消耗較多勞動力，加上電力設(shè)備的操作、監(jiān)管及調(diào)節(jié)工作，所需人力數(shù)量相對較大。目前，電力部門人員配備有所限制，導(dǎo)致部分工作因?yàn)槿藛T不足、工作壓力大而出現(xiàn)疏忽現(xiàn)象，使得電網(wǎng)運(yùn)行中信息數(shù)據(jù)收集不及時(shí)、不精準(zhǔn)，出現(xiàn)問題后很難第一時(shí)間予以快速處理和解決，降低了電網(wǎng)整體運(yùn)行效率，進(jìn)而帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失和能源消耗。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)中的融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)系統(tǒng)的自動化、智能化管理和控制，能夠結(jié)合運(yùn)行情況及用電需求，做到及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化處理，既保證了電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量，又解決了人員不足存在的各類問題及資源消耗，強(qiáng)化了電網(wǎng)系統(tǒng)的整體運(yùn)行效果。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動下，智能電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)逐漸完善，工作效率明顯提升，失誤率大大下降［2］。

2.2 實(shí)現(xiàn)多能源交互目標(biāo)

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了長足進(jìn)步，通信效率顯著提升，融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)在發(fā)電等業(yè)務(wù)活動中逐漸呈現(xiàn)多樣化特征，不僅降低了作業(yè)人員的工作壓力，提高了智能電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)效率，還能對電能輸出科學(xué)把控，保障電能分配的合理性與有效性。如：白天可以借助太陽能、風(fēng)能等綠色資源的收集與轉(zhuǎn)化，達(dá)到電網(wǎng)發(fā)電的目的；夜晚可采取水力或火力發(fā)電的方式，保證電能正常供應(yīng)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的輔助作用下，可對智能電網(wǎng)的運(yùn)行情況加以實(shí)時(shí)動態(tài)化的了解和監(jiān)督，對用電裝置實(shí)行科學(xué)調(diào)整和處理，保證電能傳輸質(zhì)量。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推動下，智能電網(wǎng)對自身用電設(shè)備也加大了監(jiān)督和管控力度，加強(qiáng)了故障處理的有效性和及時(shí)性［3］。

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

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

物聯(lián)網(wǎng)下的智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可劃分為感知層、傳輸層和應(yīng)用層3部分，每層實(shí)用技術(shù)各不相同，技術(shù)間的有效融合可以滿足智能輸變電、配電及用電的要求。

3.1.1 感知層

感知層是進(jìn)行物識別的重要部分，運(yùn)用的技術(shù)以光纖通信、無線傳感技術(shù)為主，利用智能電網(wǎng)中傳遞的電信號開展采集、分析和控制工作，了解電能傳輸質(zhì)量，加強(qiáng)電能供應(yīng)的可靠性。在該結(jié)構(gòu)層內(nèi)，利用新型傳感器設(shè)備及射頻識別技術(shù)，能夠?qū)χ悄茈娋W(wǎng)內(nèi)部信息予以快速識別和處理。感知層是智能電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)潛能發(fā)揮最為突出的結(jié)構(gòu)，以嵌入方式對整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行加以把控，利用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)信息的快速獲取和利用，增強(qiáng)智能電網(wǎng)運(yùn)行的有效性。

3.1.2 傳輸層

傳輸層也稱為網(wǎng)絡(luò)層，利用電力光纖網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對感知層內(nèi)信息信號的接收，位于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的中間部分，可保證信息傳遞過程的安全性、及時(shí)性。目前傳輸層的設(shè)置可以加大無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用頻率，充分利用該技術(shù)對傳輸層結(jié)構(gòu)實(shí)行優(yōu)化調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)無線或有線連接，加快傳輸速度。同時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的靈活性較強(qiáng)，雖然使用的小型傳感器數(shù)量多，但連接較為便利，調(diào)整速度快，可促進(jìn)傳輸層內(nèi)部的良好運(yùn)行。此外，目前傳輸層中還將新型的ZIG-REE技術(shù)應(yīng)用其中，用以強(qiáng)化無線通信傳輸效果。該技術(shù)優(yōu)勢為傳輸距離短、成本低、能耗小、容量高、安全性強(qiáng)及短時(shí)延，應(yīng)用在傳輸層內(nèi)，能夠在電力系統(tǒng)運(yùn)行中快速與感知層中的智能傳感器有效連接，加快信息數(shù)據(jù)的采集和融合速度。

3.1.3 應(yīng)用層

在智能電網(wǎng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)依靠GIS數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)揮作用。這些數(shù)據(jù)的快速處理可以為電力信息平臺運(yùn)行提供有效支撐和保障，并在此基礎(chǔ)上完善平臺結(jié)構(gòu)體系，增強(qiáng)業(yè)務(wù)能力，更好地處理電力系統(tǒng)運(yùn)行中的各項(xiàng)問題。智能電網(wǎng)運(yùn)行中，智能發(fā)電、輸電及用電均有著不同要求和方案計(jì)劃，如在智能輸電中，需要明確了解導(dǎo)線和桿塔狀態(tài)，通過天氣變化特征預(yù)測可能出現(xiàn)的輸電風(fēng)險(xiǎn)隱患，之后在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)指令的下達(dá)，提前開展防控工作，保證電網(wǎng)運(yùn)行安全性。

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)在智能電網(wǎng)應(yīng)用中，用于獲得外界信息及信號指令的重要技術(shù)手段。相較傳統(tǒng)的傳感器，智能傳感器的及時(shí)性和精準(zhǔn)性更好，而且自身有較強(qiáng)的抗干擾能力，在諸多環(huán)境下能保持良好運(yùn)行，適應(yīng)性較強(qiáng)。在現(xiàn)階段小型智能電網(wǎng)中，傳感器技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，加快了信息采集、分析、處理、傳遞速度，設(shè)備安裝便利，抗干擾能力強(qiáng)，可以提高信息準(zhǔn)確度和及時(shí)性。微型智能傳感器在智能電網(wǎng)感知層中的運(yùn)用，可以解決大量數(shù)據(jù)處理面臨的困難，解決電壓檢測難度大、功耗大等問題。此外，無線傳感器在如今的智能電網(wǎng)中也較常出現(xiàn)，對于強(qiáng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控效果、實(shí)現(xiàn)智能化抄表起到了良好的促進(jìn)作用。

3.2.2 通信技術(shù)

(1）寬帶載波通信。相較傳統(tǒng)的窄帶載波通信技術(shù)，寬帶載波通信技術(shù)的抗干擾能力更強(qiáng)、傳輸速度更快、通信存在的延時(shí)性更小。應(yīng)用在智能電網(wǎng)中，能夠保證指令下達(dá)的及時(shí)性、可靠性，減少不必要的麻煩產(chǎn)生。寬帶載波通信技術(shù)可加快智能電網(wǎng)運(yùn)行全過程信息采集速度，保障信息安全，提高通信效率。

(2）5G通信技術(shù)。5G通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中較為重要且新型的技術(shù)，具備大容量、高效率、低延遲的傳輸特點(diǎn)，在智能電網(wǎng)中能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測和管控，對于智能電網(wǎng)整體運(yùn)行情況及時(shí)給出科學(xué)評估和考量，有效控制運(yùn)行中故障等問題的產(chǎn)生。另外，5G通信技術(shù)可促進(jìn)無人機(jī)巡線傳輸模式的落實(shí)，實(shí)時(shí)獲取影像、圖片信息，為現(xiàn)場監(jiān)控及調(diào)整提供保障。

3.2.3 云計(jì)算

云計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)是目前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)，云計(jì)算的存儲容量較大，計(jì)算量小，網(wǎng)絡(luò)傳輸能力強(qiáng)，將其融入智能電網(wǎng)，可強(qiáng)化系統(tǒng)運(yùn)行的自動化、智能化效果，做到電能科學(xué)調(diào)度及數(shù)據(jù)的快速分析。

(1）智能電網(wǎng)調(diào)度。智能電網(wǎng)建設(shè)的愈加完善，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜性也越來越強(qiáng)。隨著規(guī)模擴(kuò)大，如果不能對其展開科學(xué)調(diào)度，很容易阻礙智能電網(wǎng)運(yùn)行，影響供電效果，所以要運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)做到科學(xué)管控。云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用為智能電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控及調(diào)度工作的開展提供了依據(jù)，加快數(shù)據(jù)收集、分析及傳輸速度，實(shí)時(shí)掌握智能電網(wǎng)運(yùn)行效率?；谖锫?lián)網(wǎng)的云計(jì)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)實(shí)行功能整合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度集成，從而構(gòu)建出實(shí)時(shí)、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）數(shù)據(jù)分析。智能電網(wǎng)中涵蓋的設(shè)備信息較多，如智能電表、傳感設(shè)備等，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息巨大，對于這些數(shù)據(jù)信息的處理和利用，需要運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)加以科學(xué)處理。準(zhǔn)確了解智能電網(wǎng)運(yùn)行狀況，快速找出問題所在并解決，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)整，提高電網(wǎng)透明度。

3.2.4 智能化技術(shù)

智能化技術(shù)下的電力設(shè)備不僅能夠準(zhǔn)確提供數(shù)字化信息，還能開展自我診斷及自我調(diào)整，增強(qiáng)設(shè)備適應(yīng)能力，科學(xué)把控智能電網(wǎng)，智能化電力設(shè)備的出現(xiàn)為智能電網(wǎng)發(fā)展帶來更多助力和支持。智能化技術(shù)的運(yùn)用能夠?qū)﹄娏颗c非電量監(jiān)測信號的分布情況、傳輸及處理效果加以實(shí)時(shí)掌握，開展非接觸下的測量工作；利用智能技術(shù)可對電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)加以檢測，自動開展故障診斷工作，判斷設(shè)備的穩(wěn)定性，并在發(fā)現(xiàn)問題后自動上報(bào)和處理。該技術(shù)下，電力設(shè)備能夠加快信息采集和信號接收處理速度，增強(qiáng)智能診斷的有效性；智能電氣設(shè)備下可實(shí)現(xiàn)開關(guān)最佳時(shí)間管控，促進(jìn)數(shù)字化管理的有效落實(shí)，通過信息的快速收集和處理，為決策下達(dá)及設(shè)備操控提供依據(jù)；信息交互網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建更加完善，信息數(shù)據(jù)傳輸及共享的效率逐漸提升，拓展無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以彰顯信息傳輸及時(shí)性，為供配電管控提供保障。

4 智能電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用

4.1 生產(chǎn)管理應(yīng)用

傳統(tǒng)電網(wǎng)在整個(gè)運(yùn)行過程中會消耗較大勞動力來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)控、計(jì)劃、操作、調(diào)度。普通電網(wǎng)經(jīng)常因?yàn)樾畔⑻幚聿患皶r(shí)、人員配備量不足，導(dǎo)致相關(guān)工作無法順利開展，進(jìn)而降低供配電質(zhì)量，很難保證電力行業(yè)發(fā)展，增加電能消耗。智能電網(wǎng)的出現(xiàn)解決了上述問題，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的輔助，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和科學(xué)測量，保障系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。在智能電網(wǎng)中，應(yīng)用智能化傳感器可開展電氣量、開關(guān)量等信號的采集和識別工作，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建線上監(jiān)控平臺或軟件，做到動態(tài)化、移動化的監(jiān)督和管理。氣象測量元件、振動傳感器及視頻探測器等先進(jìn)設(shè)備的運(yùn)用，強(qiáng)化了電力設(shè)備的定位和測量，加大了日常巡檢力度，降低人工作業(yè)消耗，進(jìn)而緩解人員作業(yè)壓力，完善工作質(zhì)量。此外，傳感器、電力設(shè)備及自動化監(jiān)控系統(tǒng)也可為故障識別和位置判斷提供幫助，提高故障處理精準(zhǔn)度。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能幫助電網(wǎng)實(shí)行發(fā)、供、配以及用電的智能化和信息化管理，促使電網(wǎng)開展生產(chǎn)決策管理、智能化思考，提出增大能源利用率的各項(xiàng)策略，使相應(yīng)管理指令變得更加科學(xué)合理。

4.2 配電巡檢中的應(yīng)用

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，其配電設(shè)備數(shù)量及分布范圍也發(fā)生了較大改變，為巡檢工作的落實(shí)帶來較大難度。為促進(jìn)巡檢工作的順利進(jìn)行，可加大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用力度，利用地理信息技術(shù)、射頻識別技術(shù)構(gòu)建智能配電巡檢系統(tǒng)，為物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用提供保障。該結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的構(gòu)建，能快速對配電網(wǎng)開關(guān)站、配電室、架空線路、分支箱、環(huán)網(wǎng)柜等加以明確標(biāo)注，加快不同模塊下信息數(shù)據(jù)采集和處理速度，且能夠自動將收集到的數(shù)據(jù)資料傳輸?shù)街付ǚ?wù)器中，做到實(shí)時(shí)、有效，以此改進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)部信息質(zhì)量，為巡檢工作提供助力。

4.3 能源調(diào)度的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)χ悄茈娋W(wǎng)運(yùn)行中產(chǎn)生的電負(fù)荷值及負(fù)荷預(yù)測值等信息進(jìn)行收集、分析與及時(shí)反饋。參照這些參數(shù)指標(biāo)，重新對電力輸出實(shí)行調(diào)整和優(yōu)化，同時(shí)根據(jù)不同地區(qū)用戶需求，調(diào)整能源用電計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)電能的科學(xué)管控，避免過度損耗。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以獲取電網(wǎng)的實(shí)時(shí)信息，分布式撒網(wǎng)結(jié)合實(shí)際用電情況自動調(diào)節(jié)儲能裝置的充放電，合理開展智能微網(wǎng)能效管理，并自動采集電量信息，監(jiān)測異常信息和分析用電經(jīng)濟(jì)性，從各方面保證能源的最佳使用狀態(tài)。

4.4 智能用電服務(wù)的應(yīng)用

電能已經(jīng)是當(dāng)前人們生產(chǎn)生活中不可或缺的能源，隨著人們生活質(zhì)量的提高，企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，用電需求量也在不斷提升，工廠生產(chǎn)中監(jiān)控系統(tǒng)、自動門系統(tǒng)等都需要電能的有效支撐，以保證工作的順利進(jìn)行。為改善電能供應(yīng)質(zhì)量，在智能電網(wǎng)發(fā)展中，需加大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合力度，合理規(guī)劃用電量，科學(xué)調(diào)度電能，提高服務(wù)質(zhì)量。在實(shí)際作業(yè)中，可通過設(shè)置客戶端的方式，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對其予以實(shí)時(shí)監(jiān)督和把控，在智能電網(wǎng)載體作用下，配置控制器、智能插座、智能家電及安防設(shè)備，做到智能化管理，讓用戶明確了解用電情況，及時(shí)進(jìn)行問題反饋和處理，提高服務(wù)水平。

5 結(jié)語

智能電網(wǎng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用不僅可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化創(chuàng)新，還能推動電力行業(yè)逐漸向自動化、智能化方向發(fā)展，做到電能的科學(xué)把控，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。