基于物联网的智能电网信息化建设研究

闫 亮

（国网河北省电力有限公司沧县供电分公司，河北 沧州 061000）

0 引 言

智能电网的提出，打破了传统电网单一的供应模式，开放式的供应模式成为智能电网的主要特点。但是电力系统开放式的供应模式，需要在智能电网精确的测量以及监控下完成。开放式的供应模式，具有非常突出的动态性特征。因此，保证智能电网的精确测量与调控成为关键，应当智能化的分配和控制各个设备和节点的能量。本文将结合实践，基于智能电网输变电、配电及用电等各方面的业务实际要求，引入物联网技术进行探讨，并提出物联网与智能电网信息化建设的体系构架以及功能应用。充分考虑智能电网信息化建设的实际情况，分析了智能电网中应用物联网技术的一些重要问题。

1 电力物联网

物联网与电力系统的融合，可以有效识别电网设施以及人员所处的环境，对其进行感知、互联，达到良好的控制作用。可与物联网的感知层、网络层及应用层进行一一对应。

（1）感知层。它是由感知控制子层以及通信延伸子层所组成。前者于智能电网中，借以传感器以及相关的智能采集设备等来有效地采集智能电网不同环节的环境情况、机械状态及电量情况等。后者在通信终端模块的基础上，对延伸网络进行组成或者直接延伸，在应用层与网络层进行物理实体连接。

（2）网络层。信息通过该层进行有效传递、路由及控制，由核心网和接入网所组成。智能电网应用过程中需要保证数据的安全性，同时保证其可靠实时的传输。物联网下，通过电力通信网来有效的传递信息，并汇聚和控制，对于一些特殊的条件可通过公众电信网来实现。

（3）应用层。该层主要由不同的应用以及中间件和相应的基础设施所组成。信息通过中间件与基础设施进行有效处理，并在计算的前提下，达到可视化的效果。同时，在此前提下，实现智能电网中物联网技术的高级应用。

2 电力物联网的功能应用

2.1 电力设备状态监测与状态检修的一体化

状态监测与状态评价是进行设备状态检修的前提，电力设备运行参数可基于物联网进行有效采集，并达到全面控制的效果。

智能电网设备与物联网的有效融合，监测电力设备状态过程中，对状态信息的横向以及纵向之间的联系性进行充分考虑，在分析在线电力设备状态情况、离线情况以及静态资产情况的基础上，对设备是否存在运行异常进行分析，判断异常是否严重，并判断其发展趋势，对故障发生的早期征兆进行有效识别，针对性地开展维护工作，达到对电力设备进行全寿命管理的效果，促进电网运行安全[1]。

2.2 电力系统外部广域信息监视和预警

外界环境对电力设备的运行有着非常重要的影响，基于气象部门所提供的气象信息能够对气象数据进行宏观性获取。此外，需要在线监测电力设备的外部温湿度、气压、风力、光辐射及降雨信息等。通过后端系统将上述数据和易发生的故障气象条件进行对比。最后通过数学模型以及人工智能技术对短期及中长期情况进行预测。

2.3 基于射频识别技术和移动终端的资产管理

通过电子标签录入基本的电力资产信息，让电力资产与电子标签信息进行有效对应；射频通信链路在电子标签的基础上通过阅读器而建立，进而有效采集电力资产信息，并实现对这这些信息的监控；通过无线通信网将标签信息采集后向数据监控管理中心进行传输；实现信息在移动终端和与监控管理中心之间的互相交互。在电子标签中存储资产信息，并通过无线射频进行识别具有非常大的优势。

（1）能够同步实时地对检修资产进行有效地管理，使调配资产的效率得到大幅提升，更加明确其目的性。

（2）能够实时动态地跟踪监测资产的全寿命周期，促进综合的监控管理，避免了人为因素的干扰。

（3）在调配资产以及企业投资决策中发挥着重要作用，促进资产的合理使用，提升了投资的边际效应。

2.4 信息共享与智能用电服务平台

智能电网信息化建设中应用物联网技术，使得交互服务在智能用电中得到了体现，同时还可采集用电信息，实现智能化家居，提升管理能效。双向互动在电网与用户间得到了体现，从而更好地满足智能电网前提下人们多样化与个性化的用电服务需求。

通过智能用电服务平台的建设，对传统的用电服务能容进行了有效扩展，使得智能电网在原来服务领域的基础上，实现了新服务领域的拓展。通过利用抽取信息与信息挖掘技术，大大提升了信息资源的利用效果，用户在Web服务的前提下，能够进行可视化互动，进一步提升用电服务能力。

3 电力物联网的关键技术

3.1 智能电表

在供应商和用户之间实现实时动态沟通的主要硬件设施是智能电表，其标识符号是可以寻址的，也是独立的，同时还具有双向通信的效果。在预测用户能源使用情况下，能够进行科学调度与规划，通过参数以及非参数的混合手段，对短期负荷进行有效预测，价格变化通过价格弹性进行描述，在用电实时短期价格弹性模型基础上，为供应商和客户之间形成有效的互动创造了条件。

3.2 智能管理和信息共享实现虚拟能量储存

可再生波动的、间歇性的能源应用，可通过智能电网的存储功能得以实现，能源需求的协调通过现代通信技术进行动态协调与分布式响应。这需要建立与电动车充放电双向潮流的虚拟能量存储功能。在供应商和用户之间建立信息共享和智能管理的虚拟能量缓冲，需求侧管理思想在动态数据驱动的虚拟能量缓冲下得到了体现。

3.3 以Web为中心的可互操作的通信

只有具备可相互操作方便快捷的网络以及标准接口，才能有效地推动智能电网的渗透，以Web为中心服务在此方面有着很大的优势。在服务器与网关之间，通过传感器实现信息交互，同时服务器不需要在网关的前提下便可进行信息交互。

3.4 云计算

相较于传统的电网状态监测，电力物联网的信息量更大。海量的数据信息可在云计算的基础上进行处理，数据存储通过分布式冗余存储系统来实现，使得数据的安全可靠性得到了大幅提升，应用程序必须要满足海量信息处理的需要。大型数据集与应用程序可通过基于列的数据管理模式进行动态化读取。

3.5 信息安全

应用系统、无线网络及传感器网络问题等都会影响物联网的安全，同时一些新的隐患也在系统的不断整合中出现。为更好地保证信息安全，必须要采取有效的措施进行应对。（1）电力设备的物理安全可通过物联网感知能力来确保其安全；（2）网络安全可通过加强机密保护、保证完整信息和控制访问以及接入认证来提升其安全性；（3）业务关键数据以及鉴别信息通过安全模块进行保存，确保本地信息的安全性；（4）通过密码机制，保护数据的机密性、新鲜性及完整性，依照需求来认证消息源，并对系统软件容错能力进一步强化。

4 物联网技术面临的挑战

智能电网中物联网有着非常大的优势，然而系统研究还不是非常的成熟，还应当进一步加强研究[2]，面对挑战还比较多。

（1）缺乏标准化的体系。智能电网信息化建设过程中，物联网技术目前还缺乏标准的技术体系，数据格式在感知终端上呈现多样化特点，通信标准在网络层尚未统一，对智能电网物联网技术的大规模发展形成了一定阻碍。现在电网在自身信息标准的基础上，冲突问题和重叠问题还普遍存在，应当积极改造通信信息模块，以促进智能电网物联网融合的相关标准建设。

（2）信息集成有待实现。信息模型以及接口标准在电网应用系统中的标准不统一，将会形成信息孤岛的情况。

（3）信息安全保障不足。国民经济中，电力的重要性不言而喻，所以必须要保证电力安全。目前的物联网技术还存在非常多的安全问题，随着信息化建设的不断开展，不可避免会出现信息泄露以及恶意窃取等安全问题，所以保证智能电网信息化建设中物联网技术应用的安全性，具有非常重要的现实意义。

5 结 论

智能化电网信息化发展中物联网技术发挥着非常重要的作用，所以应当加强物联网技术的研究工作。本文对智能电网的特性进行了充分地分析，提出了构建面向智能电网的电力物联网解决方案。但电网信息化水平以及物联网技术的发展是实现电力物联网应用的重要基础。相关的研究，应当向复杂现场环境的传感器网络、大规模异构网络等研究领域进行拓展。随着系统研究的深入与物联网技木的不断完善，将形成完整的电力物联网技术体系。