面向智能电网的物联网技术及其应用

周春雷

(北京华麒通信科技有限公司)

1 引言

目前物联网技术在民用、商用等领域广泛应用。将物联网技术应用于智能电网的发电、输电、变电、配电和用电等各个环节有效的整合智能电网中的资源。电力行业直接关系到国计民生,对可靠性和安全性的要求很高,将物联网技术引入智能电网，更好的实现了智能电网的优势。

2 物联网和智能电网的概念

2.1 物联网概念

移动通信网络和计算机技术在逐步发展，与此同时物联网技术也被越来越多的人所了解。我们可以将物联网理解为“物物相连”的网络。物联网技术主要是通过传感器、无线射频识别、GPS等技术手段进行信息的实时提取、鉴别和传递,主要采集的信息有：声、电、光、热、力学、化学、位置等信息。按照协议,将物品信息连接入网络进行信息的交换和沟通,通过无线和有线网络融合传递信息，利用云计算和模式识别等智能技术可以达到智能化的跟踪定位、识别区分、监控管理等目的。

2.2 智能电网概念

智能电网是以物理电网为基础，应用先进的信息通信、传感测量、分析决策、能源配置、自动控制等与电网相关的技术,并且通过在终端传感器、电网公司、客户间形成网络互连形成新型现代电网。电能传输不仅要考虑到安全性、传输损耗、新能源电力入网、用户监测和管理、电能调度优化、维护成本，还应考虑到由能源供给不均带来的电量消耗高、电网建设费用高等远距离传输问题。智能电网具有智能化、开放性、信息的共享性，优于传统的高压输变电方式主要体现在可观测、兼容、实时分析决策、可控制、自适应和自愈等方面。智能电网在灵活电网结构、降低损耗、优化电网控制、优化资源配置、提升电网服务质量等方面都有明显的改善，实现资源的合理分配、优化资产的利用，为用户提供清洁、经济、可靠的电力供应和增值服务。

3 面向智能电网的物联网的基本架构

物联网技术的核心技术是无线传感器网络（WSN）技术。无线传感器网络技术对物联网的发展有提纲挈领的作用，是其他层面技术的整合。面向智能电网的物联网分为三个层次：

1）感知层

感知能力逐渐成为物联网的基本要素。它主要是利用各种射频识别技术、传感器、微机电系统和二维码技术等,对信息进行收集。感知层收集信息后利用识别技术进行自动化信息识别。在有线和无线通信基础上对监控数据进行传递保证运行的数据安全可靠且具有传输效率。

2）网络层

网络层的任务是传递采集、识别以及控制的信息，也可以称之为传输层。为了保证传输的数据覆盖全面和精确，网络层以电力光纤网为主，辅以通信网无线网、宽带网，连接物联网与智能电网专用通信网络，并根据需要灵活采用通信方法进行数据转发和设备接入。接入网和核心网组成的网络层保证了物联网与电网专用通信网络的高速和双向。

3）应用层

应用层主要负责对获得的信息进行存储、挖掘、计算、整理、呈现等,高级应用还可以给出智能的分析结果,为作业人员提供决策上的参考。应用层的基础设施为智能电网提供通用基础服务、信息处理及资源调用接口。面向智能电网的物联网技术涉及智能电网的发电、输电、用电等各个环节。为了电网智能化的控制、决策和服务运用智能计算、模式识别等技术实现对电网相关数据的分析整合处理。

4 物联网技术在智能电网中的应用

物联网在电力系统中的应用是广泛的，它将服务于电力输送的各个环节：从发电环节的接入到检测，变电站的生产管理、安全评估与监督，以及配电自动化、用电采集及营销都离不开物联网。运用物联网技术智能控制和优化配置，实现核发电、潮汐发电、太阳能发电、生物发电、风力发电等各种发电形式并网，提高国家电网电力规划的管理能力，在整个智能电网体系的建设中将发挥巨大作用。

4.1 设备状态检测

利用基于物联网技术的传感器和微电子技术实时监测运行设备，获取设备运行中各种技术指标和参数，并根据对发电站、变电站的设备实时检测数据得出检测报告、预测运行状况，实时检修。不但可以对传统电力设备的各个电压等级、各个环节进行检测还可以对风力发电、太阳能发电等新能源的各个环节设备进行稳态特性和动态特性监测、控制和功率预测。例如在水电站坝体设置传感器监测坝体的变化情况，避免水库可能存在溃坝等的危险。

4.2 输电线路状态在线监测

对输电线路状态在线监测也是物联网技术的重要作用。利用物联网技术在每个节点上的监控能力可以监测输电线路区域的覆冰、气象、导线温度和垂弧、线路电容、导地线微风振动、杆塔倾斜等的情况，提高对输电线路运行情况的感知能力。智能电网在发现遭受破坏或者不正常时进行自我治愈并为用户提供持续供电，避免维护滞后出现的断电问题。

4.3 电力生产管理

电力生产管理具有一定的复杂性，将电力生产管理利用物联网技术纳入监控。电力生产过程中的关键步骤、重要设备利用物联网技术全时自动监控，每条生产线路进行相应的编码，利用身份识别技术避免他人误操作或恶意操作，通过人工智能数据库的建立还可以使设备智能拒绝部分误操作，一旦出现炉膛压力异常等状况及时准确报送负责人。

4.4 电力故障的监测与排除

随着电网资产规模的扩大，设备数量的增加，对于电力设备的状态检测提出了更高的要求。以气候为条件在电力设备通电运行状态下利用物联网技术进行线路动态评级。这项技术可以在发生变压器油温过高、过负荷等突发状况时实时发现并自动调用应急预案，进行电网、通信网故障的自诊断和自愈。一旦自我修复失败立即定位故障现场，提供辅助预案、规划路径开展抢修。

4.5 智能用电

由于我国国土辽阔这一国情，将物联网技术应用于智能电网中，可以对配电网络中的电力设备运行情况、配电现场作业情况进行实时检测和安全防护，有助于实现电网与用户双向交互、家庭能效管理、节能减排、智能化家居等。还可以对低压电用户进行能量信息采集与远程监控、经济调度、供给侧管理，为医院、学校等高用电量场所提供电力应急供应与智能化电能调度。

5 结语

我国对物联网技术的研究稍晚于发达国家，且我国的电力市场输配电并没有分离的自身特点，将物联网技术融合在智能电网中难度比较大，因此，相关的技术人员要有根据我国国情加大研究力度开发出适于我国国情的自主技术，更好的促进电网运行水平的提高。