万物互联在智能电网中的应用

杨历伟　杨历华

【摘 要】首先简要介绍了智能电网（SG）的历史和主要特点，主要阐述了SG中大数据的生成，然后介绍了物联网与发展现状，最后引入了万物互联的概念及其在SG整个生命周期中的作用。

【关键词】智能电网；万物互联；物联网

1 智能电网

智能电网（Smart Grid，SG）即以计算机和信息技术为基础，所实现的电网智能化，又可以称为电网2.0。通过对先进技术的应用以及对设备的更新，电网运行的安全性与可靠性得到了极大的提高，不仅能够有效满足当前用户的用电要求，同时也能够容许不同发电形式的接入，提高了电网的运行效率。人们对智能电网（SG）的期望中，关键特性有：它是自愈（从电源干扰事件）；它使消费者能够积极参与需求响应；它对物理和网络有弹性攻击；优化资产利用率和运营效率。

为了实现上述期望，SG涉及用数百万的智能补充电网电子设备，例如相量测量单元（PMU），故障指示器，智能电表，电动车充电器，它将发送和接收数百万件每分钟数据以产生可操作的信息和使用，这些信息增强了操作和控制电气系统。PMU不仅安装在电网节点中，也在电厂获得更好（和更便宜的）发电机特性设计这样的网格。互联网协议版本6（IPv6）消除了技术限制可连接的设备数量互联网，理论上允许数万亿（1038）越来越多的数据。预计SG的开发意味着需要解决以下任务：

1）将现有电网升级为智能配电网（SDG）；

2）微网发展及其连接（或不）可持续发展目标；

3）建立新的信息通信系统（ICT）实现双向联系消费者—零售商；

4）创建一个新的智能传感器网络；

5）建设一个新的综合能源市场。

SG意味着大数据数量的增加在网格内循环并与之交换环境。这个事实只是有关的与SG的发展。在现实中的增加大数据不仅涉及其他工业分支，而且也产生科学学科，过滤和存储不仅是数字，而且有时是模拟数据转换为数字。大模拟数据可以被认为是大数据的一个子集，但他们是不同的特点，对于他们的信息系统需要以几十千兆赫的速率进行数字化，通常在大位宽度。第二个区别是更多重要，因为大模拟数据信息不断由自然和人为来源产生。物理实验可以在每秒产生几十兆字节。例如喷气发动机或电动机的测试动力涡轮机产生相似量的数据； SG测量可以在一个月的过程中产生TB级的数据，这意味着互联网和网络产生和传递的数据量正在快速增长。每天，产生大约TB级数据。通过连接数十亿的设备互联互通，企业每年可以节省数万亿美元运营成本。连接设备的数量按以下速率增长：2006—20亿，2015—数十亿，2020—50亿和到2015年数据增长应达到90%的应用，因此有必要使用新工具用于大数据管理。有必要记住，连接一个设备意味着必须使用传感器。

2 从物联网（IoT）到万物互联（IoE）

2.1 基本注意事项

目前很多文献都讲到物联网（Internet of things， IoT），先从两个IoT定义开始：“物联网（IoT）：一个全球性的基础设施信息社会，实现先进的服务基于现有的互连（物理或虚拟）事物可互操作的信息和通信技术”。物联网是“一个动态的全球网络基础设施具有自配置功能标准和互操作通信协议物理和虚拟“事物”有身份，物理属性和虚拟个性并使用智能接口，并无缝集成到信息网络。欧洲数字议程介绍了下面的解释：“物联网（IoT）是一个技术和市场开拓基础互相连接日常物品应用程序。物联网将使智能生态系统应用和服务，这将提高和简化人们的生活”。

物联网理念暗示了其他概念，如互联网（IoS），万物互联（IoE），物联网（WoT），当然代表物联网，当我们考虑M2M（人对人）的关系时，M2T（人到事），M2P（人对人），P2P（人到人）和D2D（设备到设备），我们最终到达IoE（互联网到一切）。物聯网是唯一的可识别对象及其虚拟表示形式互联网结构，而目前互联网支持仅人工连接。物联网理念吸引了科学家，工程师和一些知名公司，例如：CISCO，Google X，IBM，Intel和Oracle研发必要的软件。它导致了会议、研讨会数量的增加；欧盟支持IoT-A项目。

CISCO收集了一个列表，指定以下步骤的物联网发展：提供给条形码和RFID帮助自动化库存，跟踪和基本识别；目前：强大的连接传感器，对象，设备，数据和应用；下一步称为“认知IoT”，促进对象和跨应用程序域的数据重用，利用超连接性，互操作性解决方案语义丰富的信息分布，在不同层次，如在物体，设备，网络系统和基于证据的应用程序决策和优先级设置上，整合智能。

2.2 IOT应用领域

目前物联网可用于在各领域的人们的领域活动中，如健康，科学，技术，社会各方面，例如在以下方面可以看到物联网应用的例子，如智能/食品/水监测；智能健康；Smart Living；智能环境监测；智能制造；智能能源；智能建筑；智能交通和移动；智能工业；智慧城市，等等。

在物联网应用中，人们可以找到一个领域的概念应用——智能电网。 SG包括电力网，电网和大规模对象，设备数量，消费者连接通信和信息基础设施享受增值服务，通过智能数据处理，管理电力生产和对消费者交付电，被认为是典型的万物互联（IoE）系统。

物联网日益重要的原因是什么？让我们考虑一个带有传感器的城市交通系统。数据由每个传感器登记的信息传送到调度中心，然后被发送回传感器；如果在城市的传感器是智能的，那么信息之间的交流可以通过控制交通调度命令（危险事故除外），就可以缩短了响应时间，同时减少数据的数量。

2.3 物联网管理中的应用

CISCO执行模拟来测试IoT结果应用的未来。以下领域的结果提出：在机会上，在未来十年14.4万亿美元的价值（净利润）股权，由连接驱动未连接的P2P，M2P和M2M通过IoE（资产利用2.5万亿美元，员工生产力2.5万亿美元，供应链条和物流2.7万亿美元，客户体验3.7美元万亿，创新包括减少进入时间市场3.0万亿美元。在行业视角上，能源公司有M2M连接中最大的IoE价值。第三和最大的价值将通过提供一个机会跨越所有行业，智能电网是对主动监控和管理设备能力的基础，这是能源公司的一个强项。 IoE为公司提供了新的商业模式，其中最终意味着降低能量分配的成本，自动化计费和服务呼叫以及提供主动响应环境条件。

2.4 选定的IoT应用程序问题

虽然物联网正在扩大，但必须记得操作系统的数量使用IoT不算太高。主要原因包括：制定标准、软件，缺乏设计、安装和操作方面的物联网系统经验；非常高的投资成本。“HTTP在旧的互联网中使用请求至少需要9个TCP数据包，甚至更多如果我们考虑由于连接性差导致的分组丢失；纯文本头可以得到非常详细，不交付保证和消耗能源的开销。作为一个典型的企业安排将有数千或数百万传感器使用HTTP是没有意义和发送遥测到一些分裂任务的服务器处理数据是必要的”。今天发送100位数据消耗约5μJ，测量加速度约为50μJ，进行完整测量：测量+转换+发射消耗250-500μJ。因此，连续收获100μW，是可以进行一次完整的测量，可以在几秒内找到非常有趣的计算，收获自主无线传感器的能量处理。必须记住，根据不同的类型测量参数/过程，上面的计算可能提供不同的值。

3 讨论

智能电网的发展在早期是一个昂贵的过程，需要应用解决方案，确保降低运营成本。物联网应用在整个SG生命周期，表示可能的解决方案之一。值得将直流电应用在低智能配电网和智能建筑中，这一点将消除AC/DC和DC/AC变换的数量。

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[责任编辑：田吉捷]