物联网技术在智能电网建设中的应用研究

梁芷铭

[摘要]物联网是一个多元、复合、虚实结合的网络结构，其最大的价值是将网中所有实体和虚体通过智能设备或软件系统进行集成实现网络中资源的交互。物联网技术在智能电网的应用更要体现电网中各实体或虚拟物体之间的交互。本文围绕物联网技术在电网建设中的适用性，分析和阐述了物联网与智能电网的技术结合、技术应用，并列举了一些物联网技术在智能电网中节点的应用。

[关键词]物联网；智能电网；技术结合

[中图分类号]F426[文献标识码]A[文章编号]1005-6432（2014）18-0022-03

物联网是通过射频识别（RFID）、红外感应、全球定位、激光扫描等信息传感设备，遵循一定的技术协议把实物与互联网、电信网或通信专网等通信信息网连接起来的智能网络，其主要的功能在于通过信息交互实现对实物的识别、定位、跟踪、监控和管理服务。物联网通过智能传感设备与通信信息网构建的智能网络使得实物之间形成协同和互动，相互感知、实时反馈。物联网技术的适用性非常广泛，畜牧溯源、无线种植、机场防入侵、个人保健、城市安全、数字家庭、文物保护、空间海洋探索、智能电网领域等。而物联网技术与智能电网的融合将为电网建设提供更大的发展空间，在电力生产、电力输送、电网管理等领域发挥重要作用。2012年，作为我国电网行业全面推进智能电网建设的第二年，智能电网互动化、信息化、智能化的建设已进入关键时期。智能电网的核心在于，构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统，可对电网与客户用电信息进行实时监控和采集，且采用最经济与最安全的输配电方式将电能输送给终端用户，实现对电能的最优配置与利用，提高电网运行的可靠性和能源利用效率。由此可见，物联网技术将成为智能电网最重要的技术支撑。

1物联网技术结构体系

物联网要实现规模化的应用，整个产业链需要进行系统的分析和梳理，达成共识，才能形成合力，形成技术和产业的突破。对概念和体系架构形成系统的、一致的认识，我们可以把物联网划分为一个多层次技术组成的体系。从物联网的定义及各类技术所起的作用来看，物联网的关键核心技术应该是无线传感器网络（WSN）技术，WSN技术贯穿物联网的全部层次，是其他层面技术的整合应用，对物联网的发展有提纲挈领的作用。WSN技术的发展，能为其他层面的技术提供更明确的方向。从技术体系来看，核心技术之感知层包括传感器技术、射频识别技术、二维码技术、微机电系统和GPS技术；核心技术之信息汇聚层包括传感网自组网技术、局域网技术及广域网技术；核心技术之传输层包括通信网、互联网、3G网络、GPRS網络、广电网络、NGB；核心技术之运营层包括专家系统、云计算、API接口、客户管理、GIS、ERP等；核心技术之应用层则包括垂直行业应用、系统集成、资源打包等。从现实角度来讲，应用层主要是根据行业特点，借助互联网技术手段，开发各类的行业应用解决方案，将物联网的优势与行业的生产经营、信息化管理、组织调度结合起来，形成各类的物联网解决方案，构建智能化的行业应用。如交通行业，涉及的就是智能交通技术；电力行业采用的是智能电网技术；物流行业采用的是智慧物流技术等。行业的应用还要更多涉及系统集成技术、资源打包技术等。

2物联网技术和智能电网的技术结合

智能电网的本质是能源替代和兼容利用，它需要在开放的系统和共享信息模式的基础上，整合系统中的数据，优化电网的运行和管理。信息流的控制是整个智能电网的核心，我们讲的物联网其实有三个大的要素：信息的采集、信息的传递和信息的处理，其中，关键性的技术可能是在信息采集上面。物联网最大的革命性变化就是信息采集手段的不同，即通过传感器等实时获取需要采集的物品、地点及其属性变化等信息。

智能电网主要是通过终端传感器在客户之间、客户和电网公司之间形成即时连接的网络互动，实现数据读取的实时、高速、双向的效果，从而整体提高电网的综合效率。智能电网实现电力流、信息流、业务流高度一体化的前提，在于信息的无损采集、流畅传输、有序应用。各个层级的通信支撑体系是智能电网信息运转的有效载体。通过充分利用智能电网多元、海量信息的潜在价值，可服务于智能电网生产流程的精细化管理和标准化建设，提高电网调度的智能化和科学决策水平，提升电力系统运行的安全性和经济性。

3智能电网中物联网技术应用分析

智能电网建设的价值目标主要体现在四个方面，一是让现有的输电能力和各级电力设备利用率，能够通过更好的监控，提高输电利用率；二是通过监控降低冗余从而提高电网设备的利用率；三是加强用户端需求监控和检测，保证用户的用电质量，进而提供更好的用电服务；四是便于大规模可再生能源的接入。

智能电网从功能上可以分层解构为中间物理系统、高层控制中心及周边监控系统。智能电网与传统电网的区别在于增加智能传感设备，采集更多的数据和信息，消除电网检测的盲点。现阶段电网中仅有对电站的电流电压和量测的装置，通常220千伏以上的节点才有，所以必须进一步提升节点分布，增加智能传感设备，分层分区进行数据采集。同时要增加一些检测控制，加强传感测量的保护。目前的电网在通信网络方面已进行了很多融合应用，如果要提升电网的智能化水平，必须基于物联网智能监控增加互联网、通信网络方面的信息采集，从调度中心的角度，现在EMS调度中心需要增加更加智能的分析决策和智能化的执行。

从智能电网或物联网的发展来看，两者都必须具备基础架构特性，所谓基础架构特性简言之即为工业化、标准化、层次化和结构化的技术体系。从应用价值来看，基础架构对工业经济发展起支撑作用；从应用体验来看，具备基础架构特性的技术才能提供更加便利和经济的服务。所以物联网若要在智能电网中大规模应用，势必要将两张网进行工业化、标准化、层次化和结构化融合，让物联智能电网成为一个一体化的技术体系。由于智能电网是多元化的系统集成体，其硬件、软件包括软硬件的集成都需要构建交互渠道，传统的互联网技术构建的软件内部的交互无法满足智能电网多元化的交互需求，且由于软硬件的模式、标准存在差异性和多元性，势必需要打通这种差异和多元的交互瓶颈，所以软件方面要通过中间件技术提炼架构特性。智能电网的信息流同样是软硬件多元的流动渠道，传感网要把传感器获取的信息加进到架构里面，这就需要加强从传感到控制的实时配合，把数据中心和用户紧密结合起来，加强两者之间的信息流动，可以使数据中心的资源提供给用户。

物联网是感知、控制、执行的全过程技术体系，网中所有的资源、设备、元件必须通过一定的中间件载体进行集成。从现阶段来看，这种中间件载体的发展还无法满足大规模集成应用。如果要形成一个系统的基础架构解决方案，务必需要一个更理想的中间件来打通所有环节。至少要把嵌入式的传感器实时计算实时传输、海量数据中心、用户移动终端设备这三方面很好地結合起来。这就需要对用户进行移动数据终端拓展，对数据源传感器两边进行拓展，从而做到一定程度的集成应用。从目前的实例应用来看，大电网光域气网的阻尼控制系统，基于海量的实测数据，能够对系统的运行状态，进行实时的分析和辨识，考虑电网的相关设备的性能，对是否出现低频振荡，是否出现稳定性方面的隐患，能够形成预警，以形成相应的决策措施，在事故发生时能够使装置进行协调工作，能够恢复策略，能够协调措施。

物联网是一个集感知、通信、网络、计算控制系统为一体的数物复合型系统，物联网发展就是基础架构智能化的过程，需要从基础架构学的角度进行科学、系统研究。物联网是否成功取决于行业应用是否成功，智能电网是其中的典型代表。物联网的感知和控制是通过通信、网络和计算的环节集成在一起，有效的物联网软件中间件是其中的关键。物联网软件中间件实现嵌入式计算的实时性，数据中心的高效性和终端设备的移动性的完美结合。

4物联网技术在智能电网中的应用体现

其一，物联网将电厂设备纳入监控。电厂的生产设备采用并联结构，每条生产线路上都进行了相应的编号，当某一路设备出现故障时，如线路电压的不稳定，炉膛压力异常情况，希望通过采集器采集到的各种数据，如有功功率，主蒸汽等数据，经判断后将必要的预警和报告信息准确发送至相关负责人。通过电厂生产监控系统，协助电厂从定时的人工监控转变为全时的自动监控。其二，物联网让配电网络更智能。配网自动化终端由配网设备和移动数据终端构成，采用RS485/232接口和配网设备连接，将相应监控数据通过GPRS网络传输到M2M终端监控管理系统。应用中心系统采用专线或隧道的方式，与M2M终端监控管理系统联结。 M2M终端监控管理系统负责接收配网设备上传的业务数据和网络管理数据。业务数据也可通过移动数据终端接收后，直接上传到应用中心系统。该应用方案中，通过物联网技术可以对变压器的各相电表电度量、大用户用电情况等信息进行监视；通过分析配电终端监控器上传的信息，来判断故障区域；还可以及时发现存在故障的设备点，并基于配变控制终端实施远程控制操作，进行故障区段与非故障区段配电网的隔离；对于监测到的跳闸等异常状态，可以快速实施远程合闸动作。其三，物联网让设备巡检更便捷。在电力设备、杆塔上安装RFID标签，RFID标签就像身份证一样，记录其一切信息，包括编号，建成时间、日常维护、修理过程及次数，此外还可以记录杆塔相关地理位置和经纬坐标，以便构建基于GIS的电力网分布图。根据基于GIS的电力网分布图来查看设备、杆塔分布，以便快速确定问题杆塔的地理位置，从而为巡检人员提供有效的标示信息。此外，通过物联网可以实时采集电表运行指标给抄表平台，实现对电表的实时计费管理，真正实现对最终用户用电量调度管理。

5智能电网中物联网技术的应用价值

物联网技术将进一步助力智能电网的实现，如设备状态的预测和调控，资产全寿命周期管理的辅助决策，电网与用户间的智能互动等。具体表现为：通过在常规机组内布置各种传感器掌握机组运行状态，包括各种技术指标与参数，可提高常规机组运行维护水平；通过在坝体部署压力传感器群监测坝体变形情况，规避水库调度风险；通过各类气象传感器实时采集风电场、光伏发电厂的风速、风向、温度、湿度、气压、降雨、辐射等微气象信息，实现新能源发电的监控和预测；通过各类传感器监测输变电设备的微气象环境、线路覆冰、导线微风振动幅度、导线温度与弧垂、输电线路风偏、杆塔倾斜度、图像视频、绝缘子污秽度等信息，与电网运行信息进行融合、分析，及时发现并消除缺陷，提高电网运行水平；通过在杆塔、输电线路或重要设备上部署各种传感器，实现目标识别、侵害行为的有效分类和区域定位，提高电力设备全方位防护水平；通过传感器监测电力现场作业人员、设备、环境等方面信息，实现智能化互动，减少误操作风险和安全隐患，提高作业效率和安全性；通过智能监控和实时反馈能及时获知用户侧需求，有助于实现智能用电双向交互服务、智能家居、家庭能效管理、分布式电源接入以及电动汽车充放电，提高供电可靠性和用电效率，并为节能减排提供技术保障；通过各类传感器监测电力设备的全景状态信息，评估设备状态并预估寿命，为周期成本最优提供辅助决策等功能，实现电力资产全寿命周期管理，提高电网运行水平、管理水平。总而言之，智能电网和物联网的深度融合发展不仅能加强电厂、电网以及用户间的互联互动，提高电网信息化、自动化、互动化水平，也将使生活更智能、更节能，极大提升生活品质。

6物联网技术在智能电网中的应用现状及不足

物联网作为一个新兴产业，目前还处在起步阶段。其本身的发展及其行业应用方面都存在一定的不足。就物联网技术本身而言存在下列问题：首先，技术标准不完善、编码标准不统一。目前多种物品编码方式共存，企业无所适从，甚至很多自行编码，不利于统一管理和信息共享；海量的物品编码后，每个编码到底对应什么物品、承载什么样的信息、提供什么类型的服务、适配什么样的服务接口等，需要公共统一的解析平台进行查询、解析、翻译和定位。目前中科院计算机网络信息中心推出了“物联网标识公共服务平台”，初步实现物联网从局域到互联、企业应用从互联网到物联网的跨越，推动物联网产业从技术理念走向日常公共应用服务。其次，技术不成熟、推广应用成本高。物联网应用大多需自建，互联网环境下为企业提供了很多可选的SaaS服务，企业的运营成本较低、可选择余地较大，应用种类丰富。物联网应用大多需要企业自行建设，项目建设存在物品没有真正上网，投入资金大、运营成本高等风险。再次，物联网信息系统尚未完全开放。物品的网络没有过渡到物联网，应用系统封闭，信息不能互通。产业链上下游之间存在信息甚至应用共享的需求，同时开放和互联也是互联网的核心特征之一。需要打破信息孤岛，构建可管理、可交换、可对接的通用的应用和数据规范。最后，物联网应用信息尚存在一定安全隐患。互联网存在的信息安全问题，同样在物联网上存在，甚至物联网上还有大量潜在的信息安全风险尚未发现。物联网分为传感与M2M等部分，是传感模块和组网模块共同构成的多元复合型网络，由于网络终端海量化且信号多暴露在公共场所，一旦软件传输和软件控制出现问题，后果可能非常严重。

参考文献：

[1]党琦.基于射频识别技术的IT资产管理系统设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2009.

[2]赵雨，陈金鹰，丁然，等.物联网引领第三次信息产业革命[C].四川省通信学会2010年学术年会论文集，2010：22-25.

[3]钱彬，莫日宏.物联网：为电网装上智慧大脑[J].中国电信业，2010（10）：53-55.

[4]钱彬，莫日宏.物联网技术在智能电网中的应用[J].新材料产业，2010（12）：51-53.

[5]高远，杨小刚，倪航，等.物联网技术在电子商务网站中的应用[J].科技致富向导，2011（7）：57，36.

[6]肖荣春.物联网：人类迈向智能的传播[J].声屏世界，2011（2）：62-63.