物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在智能電網(wǎng)建設(shè)與調(diào)度控制中的應(yīng)用

方子正

（國(guó)網(wǎng)西安供電公司， 陜西 西安 710032）

0 引言

當(dāng)前， 計(jì)算機(jī)信息技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，在社會(huì)生產(chǎn)生活隨處都能看見物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的身影，各行各業(yè)也不斷加大了對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)內(nèi)在潛力的挖掘力度，為我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)與改革工作的開展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在各行各業(yè)中運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已成為大勢(shì)所趨。 最近幾年，人們的生活水平越來越高，對(duì)供電能力和質(zhì)量提出了更高的要求， 相關(guān)主管部門以及企業(yè)已積極完善了能源供應(yīng)體系和供電系統(tǒng)， 供電系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展已成為現(xiàn)階段電力行業(yè)的亟待解決的問題。 融合智能電網(wǎng)建設(shè)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 可以將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)據(jù)信息收集以及資源綜合利用方面的優(yōu)勢(shì)最大化突顯出來。 采集和分析這些數(shù)據(jù)，可以促進(jìn)智能電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)水平有效提升，增強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)控能力，使多樣化、復(fù)雜化的供電需求得到滿足，確保智能化供電效果最佳化。

1 物聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)的概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概述

物聯(lián)網(wǎng)，即借助傳感器、全球定位系統(tǒng)（GPS）、射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）等技術(shù)密切連接物體和物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)可以為實(shí)現(xiàn)信息通信與交流提供保證， 是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用日益深化的表現(xiàn)。 物聯(lián)網(wǎng)被視為今后互聯(lián)網(wǎng)的大勢(shì)所趨，其中物聯(lián)網(wǎng)中的全部物體均是有標(biāo)識(shí)、有屬性的個(gè)體，利用智能接口，立足于一定的通信協(xié)議密切連接互聯(lián)網(wǎng)[1]。

從整體上來說，物聯(lián)網(wǎng)具有下述特征：第一，標(biāo)識(shí)和感知。 物聯(lián)網(wǎng)可以利用技術(shù)標(biāo)識(shí)物體，如RFID 和傳感器等，并借助上述技術(shù)對(duì)研究目標(biāo)進(jìn)行感知或捕獲，采集該物體的相關(guān)信息。 第二，信息處理。 可以利用計(jì)算機(jī)計(jì)算與分析物聯(lián)網(wǎng)所獲取的信息，從而掌握有價(jià)值的信息，以便于更好地開展控制與決策工作。 第三，信息交流。 和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一樣，物聯(lián)網(wǎng)同樣能夠?qū)崟r(shí)共享數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)的作用下將系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)中心。

1.2 智能電網(wǎng)

從本質(zhì)上來說，智能電網(wǎng)是一種電力網(wǎng)絡(luò)，利用電力網(wǎng)絡(luò)，可以補(bǔ)充線路電網(wǎng)系統(tǒng)，使電網(wǎng)系統(tǒng)得到豐富，確保操作過程更加便捷。利用信息化的方式與手段，更加高效、合理地使用與開發(fā)能源，在用電問題上可以統(tǒng)一解決流程，從售電、供電、配電等環(huán)節(jié)中做到精準(zhǔn)智能交流，促進(jìn)了電網(wǎng)使用效率顯著提高，有效節(jié)省了用電成本。

以美國(guó)能源局提出的發(fā)展報(bào)告為基礎(chǔ)可以看出，新時(shí)代背景下， 智能電網(wǎng)應(yīng)具有更強(qiáng)的能力和更豐富的要求，確保用電更加穩(wěn)定和準(zhǔn)確。智能電網(wǎng)需要具有良好的自我修復(fù)能力。在構(gòu)建智能電網(wǎng)中，需要加深用戶對(duì)使用智能電網(wǎng)優(yōu)勢(shì)的認(rèn)識(shí)，給予更多的人鼓勵(lì)，讓其積極主動(dòng)使用智能電網(wǎng)。 而智能電網(wǎng)本身需要具備較強(qiáng)的保護(hù)能力避免電網(wǎng)受到侵害，還要確保優(yōu)質(zhì)電量供應(yīng)的充足性，用良好的設(shè)備對(duì)電量使用中遇到的難題進(jìn)行優(yōu)化[2]。

從現(xiàn)階段的發(fā)展趨勢(shì)與形勢(shì)來看，在智能電網(wǎng)中運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已成為今后的一種發(fā)展趨勢(shì)。 密切結(jié)合兩者可以大大提高智能電網(wǎng)的管理和操作效率，能夠促進(jìn)服務(wù)水平與管理快速發(fā)展，確保今后能源的充足性，促進(jìn)能源使用效率提升，所以需要密切結(jié)合智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的重要作用

物聯(lián)網(wǎng)概念的問世，從理論層面上有力支持了信息技術(shù)在社會(huì)發(fā)展中的有效運(yùn)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用，充分借助了信息技術(shù)的監(jiān)控、智能化以及管理等功能。物聯(lián)網(wǎng)利用應(yīng)用層、傳輸層和感知層逐一展開，密切聯(lián)系了物和人、物和物，促進(jìn)了信息技術(shù)良好發(fā)展[3]?，F(xiàn)階段，信息技術(shù)普及力度持續(xù)加大， 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各行各業(yè)中均得到了廣泛應(yīng)用，從技術(shù)上為物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了保障。隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度日益加快， 不斷增強(qiáng)了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力， 并為物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了保障，確保了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)最優(yōu)化。 物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)用，為我國(guó)社會(huì)生活的進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了源源不斷的動(dòng)力。

新時(shí)代背景下，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度日益加快，已成為當(dāng)前國(guó)際物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中不可或缺的一部分。 信息技術(shù)為國(guó)家各項(xiàng)科技項(xiàng)目和計(jì)劃提供了重要保障。 國(guó)家借助開展傳感技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)等項(xiàng)目，促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用意義有效增強(qiáng)。當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已在我國(guó)醫(yī)療、災(zāi)情監(jiān)測(cè)、物流、交通等方面得到了廣泛應(yīng)用，為各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中體系架構(gòu)

通信技術(shù)是對(duì)現(xiàn)階段智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展造成制約的重中之重，作為智能電網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)在面向智能電網(wǎng)的體系架構(gòu)上分為應(yīng)用層、傳輸層和感知層。詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

3.1 應(yīng)用層

物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用層主要由兩類構(gòu)成， 即基礎(chǔ)設(shè)備和應(yīng)用的集合[4]。 前者可以提供給物聯(lián)網(wǎng)一個(gè)平臺(tái)，以第一時(shí)間快速對(duì)資料與信息等內(nèi)容進(jìn)行處理， 同時(shí)立足于此使各種應(yīng)用順利實(shí)現(xiàn)的一種工具內(nèi)容。 其會(huì)囊括智能電網(wǎng)中管理與生產(chǎn)的相應(yīng)環(huán)節(jié)內(nèi)容， 并有效處理與整合數(shù)據(jù)和信息。

3.2 傳輸層

在傳輸層中，主要任務(wù)是向應(yīng)用層運(yùn)輸感知層采集、控制和識(shí)別的物體信息。 應(yīng)用層可以處理信息，所以，信息傳遞是傳輸層的主要功能。現(xiàn)階段，主要是借助通信網(wǎng)絡(luò)、電力光纖網(wǎng)絡(luò)以及無線寬帶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，如此便可以促使設(shè)備接入與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的目的順利實(shí)現(xiàn)。在傳輸層，細(xì)化核心網(wǎng)和接入網(wǎng)這兩個(gè)方面， 如此才可以更好地聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)和電網(wǎng)系統(tǒng)[5]。電力通信網(wǎng)為物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)用提供了重要支持，如此便可以獲取豐富信息，與此同時(shí)，在傳遞過程中可以確保傳輸過程順利完成。在傳輸層，可以對(duì)電力寬帶通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行充分利用， 如此可以確保在一個(gè)高速、雙向的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境平臺(tái)上構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)而為傳輸數(shù)據(jù)的質(zhì)量提供保證。

3.3 感知層

在物體識(shí)別中，感知層占據(jù)著尤為重要的位置，其主要是借助光纖通信和無線傳感技術(shù)， 利用智能電網(wǎng)中傳遞的電信號(hào)開展控制、分析和采集工作，加深對(duì)電能傳輸質(zhì)量的了解，確保電能供應(yīng)更加可靠。 在這一結(jié)構(gòu)層中，利用新型傳感器設(shè)備以及射頻識(shí)別技術(shù)， 可以第一時(shí)間對(duì)智能電網(wǎng)中的信息進(jìn)行有效處理和識(shí)別。 針對(duì)智能電網(wǎng)而言，感知層是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)潛能發(fā)揮最突出的結(jié)構(gòu)，運(yùn)用嵌入方式把控整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，借助先進(jìn)設(shè)備與技術(shù)，快速獲取和利用信息，確保智能電網(wǎng)運(yùn)行更加有效[6]。

4 物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

作為新一代信息技術(shù)， 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸受到了人們的密切關(guān)注， 同時(shí)也在工業(yè)生產(chǎn)以及社會(huì)生活的各個(gè)方面得到了廣泛應(yīng)用， 在諸多領(lǐng)域中所發(fā)揮的作用日益顯著。現(xiàn)階段，很多國(guó)家均針對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)提出了宏觀構(gòu)想，甚至將其作為國(guó)家重要發(fā)展戰(zhàn)略，我國(guó)也不例外。 與我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的實(shí)際情況相結(jié)合， 融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能電網(wǎng)建設(shè)，是智能電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 詳細(xì)來說，可以從下述入手：

4.1 電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制

在電力系統(tǒng)監(jiān)控中，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮著“末梢神經(jīng)”的作用， 將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)監(jiān)視控制的基礎(chǔ)有效構(gòu)成，有利于順利實(shí)現(xiàn)遙調(diào)、遙視、遙控、遙信、遙測(cè)，促進(jìn)了電力系統(tǒng)的控制、監(jiān)測(cè)和靈活調(diào)度能力有效增強(qiáng)。

（1）發(fā)電環(huán)節(jié)。 就常規(guī)機(jī)組，可以借助在機(jī)組中安裝的傳感監(jiān)測(cè)點(diǎn)，第一時(shí)間加深對(duì)機(jī)組運(yùn)行中振動(dòng)、溫度、力矩、轉(zhuǎn)速等技術(shù)指標(biāo)與相關(guān)參量的了解，提高對(duì)機(jī)組的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力，與電網(wǎng)運(yùn)行的情況相結(jié)合，促使深度調(diào)峰與快速調(diào)節(jié)的目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)， 促進(jìn)機(jī)組穩(wěn)定控制水平以及運(yùn)行靈活性提升。就太陽能發(fā)電系統(tǒng)，可以借助氣象數(shù)據(jù)采集裝置以及光敏傳感裝置， 讓太陽能電池以天氣以及日照變化情況為基礎(chǔ)，隨時(shí)調(diào)整工作狀態(tài)，確保光能利用率最大化，促使功率預(yù)測(cè)目的順利實(shí)現(xiàn)[7]。同樣，物聯(lián)網(wǎng)還可以對(duì)等各種新能源發(fā)電系統(tǒng)展開功率預(yù)測(cè)、 狀態(tài)控制和監(jiān)測(cè)，如潮汐發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、核電等。

（2）輸配電環(huán)節(jié)。 在電網(wǎng)中，輸配電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)占據(jù)著尤為重要的位置，借助在各個(gè)位置分布的傳感器，可以感知和監(jiān)測(cè)高壓電氣設(shè)備、輸電線路、桿塔的運(yùn)行狀態(tài)信息、機(jī)械狀態(tài)信息以及環(huán)境狀態(tài)信息，借助結(jié)合信息通信網(wǎng)絡(luò)，最終實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的信息傳輸、綜合處理和判斷功能， 促進(jìn)電網(wǎng)的智能化水平以及穩(wěn)定運(yùn)行保障能力提升，確保運(yùn)行管理和控制最優(yōu)化，提供高質(zhì)、可靠的電力，使損害降低，促進(jìn)服務(wù)質(zhì)量提升。 例如在線監(jiān)測(cè)輸電線路狀態(tài)，如圖2 所示，借助在線路與桿塔上對(duì)傳感器進(jìn)行設(shè)置，預(yù)警與監(jiān)測(cè)覆冰、降雨、溫度、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象條件以及導(dǎo)線的隨風(fēng)振動(dòng)、桿塔傾斜、線路風(fēng)偏、導(dǎo)線溫度和弧垂等物理技術(shù)參量，同時(shí)還可以借助可視系統(tǒng)，對(duì)偷盜桿塔組件和輸電線路、絕緣子污穢、線路周圍的危險(xiǎn)施工作業(yè)和樹木生長(zhǎng)等情況進(jìn)行監(jiān)察，全時(shí)段、全面地有效防護(hù)桿塔和輸電線路等設(shè)備。

圖2 輸電線路在線監(jiān)測(cè)示意圖

（3）調(diào)度控制環(huán)節(jié)。 在發(fā)電以及輸配電的環(huán)節(jié)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⒏黝悓?shí)時(shí)數(shù)據(jù)及凍結(jié)數(shù)據(jù)完整地呈現(xiàn)給各級(jí)電力調(diào)度控制機(jī)構(gòu)， 使得各級(jí)調(diào)控員能夠?qū)σ酝臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析和總結(jié)， 為不同季節(jié)不同時(shí)段的電網(wǎng)運(yùn)行方式提供有針對(duì)性的指導(dǎo)。 以2022 年西安電網(wǎng)為例，夏季最高峰值負(fù)荷超過了1000 萬kW，達(dá)到了西安地區(qū)史上的最大負(fù)荷。 但即使如此，也并非所有變電站、配電線路均處于重過載狀態(tài)。通過分析峰值負(fù)荷時(shí)的數(shù)據(jù)，可以提前調(diào)整有重過載可能的變電站及線路的運(yùn)行狀態(tài)，保障電網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行。

4.2 電力系統(tǒng)管理

在電力系統(tǒng)的各種設(shè)備中應(yīng)用RFID 技術(shù)，可以全壽命周期管理電力資產(chǎn)。在電力設(shè)備上對(duì)RFID 電子標(biāo)簽進(jìn)行設(shè)置，借助讀寫器對(duì)設(shè)備的參數(shù)、性能指標(biāo)等信息進(jìn)行錄入與變更， 可以對(duì)電力資產(chǎn)信息進(jìn)行集約化管理與身份識(shí)別，從技術(shù)上確保監(jiān)管電力設(shè)備的維護(hù)情況、電力資產(chǎn)管理的高效化、調(diào)配的職能規(guī)劃以及壽命參數(shù)變化。除了電力資產(chǎn)管理之外，智能電網(wǎng)需要的高水平生產(chǎn)管理也需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持[8]。 借助無線傳感技術(shù)后，可以促使人們?cè)囼?yàn)、 維護(hù)和測(cè)量過程中進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的機(jī)會(huì)減少，借助手中的PDA，便可以將設(shè)備上傳感器節(jié)點(diǎn)收集的技術(shù)參數(shù)以及相關(guān)信息準(zhǔn)確獲得， 同時(shí)可以借助無線通信網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)方的調(diào)度指揮人員、作業(yè)人員一起互動(dòng)，如此，既能使操作風(fēng)險(xiǎn)有效降低，同時(shí)還能促進(jìn)工作效率提升。同樣，生產(chǎn)管理人員也可以借助視頻傳輸系統(tǒng)以及GPS，加深對(duì)作業(yè)人員作業(yè)過程以及具體位置的了解， 這對(duì)展開遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)、加強(qiáng)工作監(jiān)督有利。

4.3 相關(guān)智能電表

在電力營(yíng)銷系統(tǒng)中， 電能計(jì)量占據(jù)著尤為重要的位置，其智能化水平是現(xiàn)代電網(wǎng)智能化水平的體現(xiàn)[9]。以往，電能計(jì)量主要是借助人工定期到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抄取，既需要投入諸多時(shí)間，同時(shí)也十分耗力，并且時(shí)效性不好，缺乏準(zhǔn)確性，難以使今后電力信息復(fù)雜性更強(qiáng)的智能電網(wǎng)的需要得到滿足。 以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智能表計(jì)系統(tǒng)，借助WSN 技術(shù)將電量信息準(zhǔn)確獲得，與電力載波、光纖等現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，向計(jì)量中心傳輸信息，計(jì)量中心與計(jì)算機(jī)技術(shù)以及相關(guān)智能化測(cè)量軟件相結(jié)合， 在對(duì)用電情況進(jìn)行分析與統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，第一時(shí)間為用戶反饋電量信息，做到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確計(jì)量電能。高智能化的電表，不僅可以將計(jì)量任務(wù)準(zhǔn)確完成，還能融入智能家居系統(tǒng)，加載遠(yuǎn)程醫(yī)療、安全預(yù)警以及家電管理等其他功能。 配電系統(tǒng)運(yùn)行商以各電力運(yùn)營(yíng)商掌握的電能為基礎(chǔ)，為輸電系統(tǒng)運(yùn)行者分配，最終向需電用戶輸送電能；家庭用戶可以借助智能電表，將屋頂太陽能的盈余部分并網(wǎng)接入電力交易代理機(jī)構(gòu)，同時(shí)計(jì)量售賣給電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)商。如此，便在智能電網(wǎng)的分布式電源系統(tǒng)中納入了家庭用戶。

5 結(jié)束語

總而言之，信息化時(shí)代背景下，人們?cè)诠ぷ魃钪性絹碓揭蕾嚲W(wǎng)絡(luò)，如此便對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出了較高的要求，如此才可以使人們的需求得到滿足。在電力系統(tǒng)中，國(guó)家電網(wǎng)對(duì)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)依賴程度也不斷提升， 主要是掌握專網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如此便能避免出現(xiàn)和電信網(wǎng)互聯(lián)的情況，進(jìn)而確保物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)安全， 同時(shí)也可以保證應(yīng)用環(huán)境更加安全。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)建設(shè)中的有效運(yùn)用，是一個(gè)具有一定難度的問題，因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)提高重視度，加大研究力度，如此便可以有效提升電網(wǎng)運(yùn)行水平，也能在其他方面獲得良好功效。