物联网技术在智慧电网中应用研究

周扬帆

摘   要：智慧电网将是最具代表性的物联网技术应用行业之一，智慧电网采用相关物联网技术能实现可观测、可控制、实时处理、实时分析等功能。文章例举了物联网技术在智慧电网中应用案例。

关键词：物联网技术  智慧电网  应用

中图分类号：TM76;TN929.5;TP391.44      文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）06（a）-0140-02

电网是智慧城市发展的重要基础之一，亦是智慧城市建设的重要内容之一。目前，电网的建设逐渐向“智慧”迈进，并发展迅速。智慧电网是采用先进的设备和技术，侦测电力使用者的用电状况和电力供应者的供电状况，对电网进行监测、分析以及决策控制，能实现“智慧”供电与用电，并具有自愈、互动功能的电网。

物联网技术在智慧电网发挥了重要作用：采用先进的量测与传感技术，能实现“智慧”观测;对供电与用电状态进行监控，能实现“智慧”控制;利用实时处理技术，能实现“智慧”处理;对供（用）电大数据进行采集与挖掘，能实现“智慧”决策;运用嵌入式技术，能实现“智慧”自适应和自愈等等。

1  基于物联网的智慧用电服务系统

1.1 基于物联网的智慧用电信息采集系统

基于物联网的智慧用电信息采集系统是利用无线传感网络、电力线宽带通信、TD-SCDMA（Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access，时分-同步码分多址）以及电力专用宽带通信网络，建设以双向、宽带通信信息网络及AMI（Advanced Metering Infrastructure，高级计量架构）为基本特征的用电信息实时采集与管理应用系统，实现计量装置在线监测和用户负荷、电量、计量状态等重要信息的实时采集，及时、准确、完整地为电力营销信息系统及智能配电网络提供基础数据。

1.2 基于物联网的智慧用电服务系统

基于物联网的智慧用电服务系统是结合PLC（Power Line Communication，电力线通信）、FTTH（Fiber To The Home，光纤到户）、无线宽带通信等通信方式，拥有包括智能交互机顶盒、智能交互终端、智能插座等主要硬件设备，用于实现智慧用电管理通信的系统。

1.3 基于物联网的电动汽车用电管理平台

汽車的能源消耗和废气排放是造成全球石油危机和温室效应的主要原因之一，电动汽车的出现对解决日益紧缺的石油资源和日益严重的环境污染问题具有重要的意义。电动汽车代表了新能源汽车的发展方向，并已将其提升到各国产业竞争的战略高度。纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车是当前主要的电动汽车几种类型。我国工信部、科技部和国家发改委形成的共识是将纯电动汽车作为未来新能源汽车发展的主要方向。

纯电动汽车的充电问题是电动汽车普及的一个非常现实的障碍。目前市场上绝大多数电动汽车一次充电后的续航里程有限，与传统燃料汽车的模式不同，电动汽车的电池由于体积和重量原因很难手工转移，单次充电时间比较长，充电设施数量少。

利用物联网技术可以提高电动汽车的运行状态监测、安全行驶监测、充电站运行环境、安全运行监测等信息感知和综合分析能力。一个基于物联网的电动汽车充电和充电站管理平台的感知层包括电动汽车和充电站两部分。通过电动汽车传感器及自组网络技术收集电动汽车当前位置、运行状态、电池设备型号和电池能量状态等参数，通过GPRs等无线传输技术将车辆运行信息实时上报。而充电站通常部署包括专有的充电站、替换电池等设施上的传感器，充电站区域内温、湿度、气体浓度、振动幅度等传感器以及安防视频传感器等，通过电力光纤或电力线载波等将信息传输到后台，实现对当前电动汽车运行网内能源供给状态和充电站运行状况的实时监测。

后台处理中心通过GIS（Geographic Information System，地理信息系统）空间分析能力综合各种检测信息做出判断，为电动汽车和充电站、备用电池等进行综合分析，在保证电动汽车运行在稳定、经济、高效的状态下，提供最高效、最经济的充电方案调度，提高能源使用效率和电动车的运行效率。

2  基于物联网的输电线路在线监测系统

2.1 基于物联网的输电线路在线监测系统结构

基于物联网的输电线路在线监测系统分为两大部分，即杆塔状态监测和线路状态监测。传感器网络通过网关与移动通信网相联，将传感器获得的状态信息传送给状态监测智能管理系统。系统在实时接收各种传感信息的基础上，综合分析融合各类传感数据，经由数据库科学数据模型的分析，对输电线路现场状况和故障原因做出准确判断，高效精确地实现了智能化预测预警，还能根据输电线路现场情况对监测策略做出相应调整，智能适应各种监测需求。

线路监测系统通过导线监测仪记录导线与线夹最后接触点外一定距离处导线相对于线夹的弯曲振幅、频率等线缆状态，获取导线的运行温升、导线的风偏和摆幅等参数，状态监测智能管理软件通过事先设计的输电线路运行专家系统进行模式匹配，对导线可承载潮流做出评估，为高压输电线路动态增容和升温融冰等提供决策支持。

2.2 基于物联网的杆塔状态监测系统

以220kV的高压线路杆塔为例，杆塔状态监测的布置包括了在塔基外围四周埋设地埋震动传感器;在塔身安装壁挂震动传感器、倾斜传感器、被动红外传感器、智能视频传感器、防盗螺栓、Sink节点/网关模块、TD-SCDMA和电源模块。

地埋震动传感器埋设在杆塔周围，这些震动传感器周期性监测地面震动信号，当在杆塔周围发生危险挖掘、填埋等土方作业时，多个传感器会采集到这些信号并传输到Sink节点，Sink节点融合处理这些数据，判别威胁等级，如果判定是危险挖掘，会自动联动智能视频传感器，通过TD-SCDMA通信模块向监控主机发送告警信号。

当发生侵入杆塔的行为时，杆塔震动传感器、倾斜传感器和防盗螺栓传感器会监测到该行为，并将这些信息发送到Sink节点，Sink节点融合处理这些数据，自动识别攀爬杆塔、破坏杆塔、危险接近等各种安全威胁，判别威胁等级，如果判定是危险侵害，会自动联动智能视频传感器，通过TD-SCDMA通信模块向监控主机发送告警信号。

视频智能监控系统的视场方向与线路走向一致，线路、杆塔的场景是相对固定不变的，当有大型施工机械进入高压走廊等危险区域、竹木生长接近高压线路时，智能视频传感器通过模式识别技术判定其威胁等级，如果是危险接近，将会自动通过TD-SCDMA通信模块向监控主机发送告警信号。

重要交跨线路的安全对整条线路的安全至关重要，如高速铁路、高速公路和过江线路等线路，在这些杆塔周围固定埋设了多个震动传感器，当附近有挖掘行为发生时，Sink节点汇聚各传感器的数据，通过数据融合处理，智能识别危险等级，如果挖掘行为判定为危险等级，就会自动发出报警信号，并且联动视频子系统，将现场图像通过TD-SCDMA通信模块发送到监控中心。

3  基于物联网的输变配电现场作业管理系统

3.1 基于物联网的输变配电现场作业管理系统的总体架构

基于物联网的输变配电现场作业管理系统主要分为包括传感器、RFID的信息采集层，各种通信方式的通信层，以及后台信息管理系统的支撑层。输变配电现场作业管理系统需要综合运用到传感器、RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）和视频等多种技术。输变配电现场作業人员，包括调度人员、安监人员、作业人员等，通过安装在作业车辆上的视频监视设备与设备上的RFID标签，远程监控作业现场情况、现场核实操作对象和工作流程（程序），可以确保各项现场工作或活动是可控、在控的，同时保障设备安全、人身安全、系统安全，减少外界因素与人为因素造成的损失。

3.2 基于物联网的输变配电巡检系统

基于物联网的输变配电巡检是输变配电现场作业管理的核心，系统主要包括感知RFID标签、无源RFID标签、手持智能设备以及后台信息管理系统。通过在输、变、配电巡检路线上使用感知RFID标签、无源RFID标签，利用手持智能终端的RFID读卡功能和GPS定位功能，及无线传感器网络技术、RFID射频技术等无线通信新技术，提高输、变、配电环节巡检智能化水平。

针对输电线路的露天环境和远距离巡查的特点，输电环节的巡检系统采用GPS定位技术精确记录巡检人员的行进路线，确认巡检人员到位和到位时间等信息，从而确保工作人员巡检路线和工作的正确性与规范性，有效提高对巡检工作的监督力度，避免巡检工作中出现的错检、漏检问题。

针对变电站、配电站内存在大量电气设备，且室内作业情况较多的特点，采用感知RFlD标签和无源RFID标签的联合部署方案，通过RFID射频识别技术实现智能化变、配电巡检系统。

智慧电网融合了信息技术、通信技术、数据融合与挖掘技术、分布式电源技术、集散控制技术、环境感知技术等多学科领域，形成了市场、运营机构、服务机构、发电厂、输电部门、配电所及用户（包括企业与家庭用户）之间的双向互动。

参考文献

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