物联网技术在智能电网中的应用研究

牟长斌

（贵州省航电开发投资有限公司）

1 物联网技术与智能电网的联系

智能电网是一种利用数字控制、监测与通信技术提高发电、输电、配电网能力的网络。智能电网不仅能提供实时、双向的电力流，而且能支持双向的自动化信息流。要使现有基础设施具备更多的智能功能，并能从设备中提取有价值的、实际可用的数据，需要战略性地部署新的数字设备和装置，即所谓的“能耗因特网”[1]。物联网的真正价值在于它能使现有的无关联基础设施的数据发挥价值，并能在电力供应链的每一个环节上收集数据，系统运营商可以使用功能强大的分析、模拟模型和假定情景，更准确地预测从电网状态到天气状况等各种因素的影响。

2 物联网技术对智能电网建设的意义

2.1 降低成本

利用智能电网，可以更加精确地对整个电网进行配网。公司可以减少不必要的发电容量，以通过负荷预测满足高峰需求，并确保最有效的分配方案，以最小化传输费用，获得运行的最佳解。

2.2 提高管理能力

通过对消费模式的深入了解，以及更加准确的预测能力，企业可以实施更多的节能方案，包括需求响应、时段使用费以及动态定价等。这样可以帮助平衡供求关系，减少由于过度配置基本负载或峰值负载造成的浪费。

2.3 提高新能源利用

可将更多陆上和海上可再生能源发电纳入能源结构。企业在保证电力供应安全的前提下，可有效应对大规模可再生能源间歇性问题，实现小型分布式发电。

2.4 降低维护成本

利用数据监测各种发电、输电、配电网资产的活动，帮助企业实施远程故障诊断，降低现场接入率，提高预测故障的能力，高效提供技术支持，使工程队伍能集中精力在专业领域[2]。

2.5 增强客户参与

随着竞争的加剧，为了满足市场的节能目标，公司可以更准确地了解客户的使用模式，提供更具针对性、竞争性的产品和服务。

3 物联网技术在智能电网中的应用

3.1 基于物联网的智能电网关键要素

3.1.1 安全性

如果不具备安全性，智能电网将和所有数据网络一样，无法正常工作。电网是需要提供保护以防范网络威胁的重要目标。作为一个大型分布式和互联系统，智能电网非常容易成为攻击对象，对关键元件的任何成功攻击都会危害电网安全，导致整个系统断电。保护智能电网所需的网络安全技术和措施包括防火墙、入侵防御系统、网络安全设计，深度防护和系统强化。

3.1.2 网络互联

和任何其他数据网络一样，智能电网的最终成功取决于各个设备和系统安全、可靠地互联，并相互共享信息的能力。在智能电网中，网络连接主要有两种：在内部封闭的环境中传输数据所需的连接；从外网将数据传输回数据中心的连接。这涉及各种协议，包括2G、3G、LTE、5G、LTN 和WAN，这就需要专业电信服务提供商、硬件和软件公司的参与。通过开放行业标准的通用框架，使电网系统运营商无需将电网生态系统与任何公司的解决方案相关联，亦能保证操作的连接性。

3.1.3 可分析性

电网中可收集各种数据，并进行分析，包括可提高维护计划效率的实时运营可视化，以及可实现更精准发电计划和负载平衡的预测分析。从大量数据中获取有效信息。在新能源发电中，可使用计算密集型仿真模型准确预测能源需求，考虑天气条件并优化容量。

3.1.4 可管理性

基于智能电网基础架构、最终用户的各种设备以及包含各种软件和硬件的技术，设备和通信的可管理性是打造成功智能电网的关键要素。可管理性涵盖三大领域：设备、软件和安全性，并且可以延伸到管理现场员工的移动电脑和平板电脑上。远程诊断、控制和维修能力可显著提高设备可用性，提升维护和运营效率。

3.2 智能电网中物联网关键技术的应用

3.2.1 传感器技术

智能传感器是物联网技术中获取外部信息的一种重要手段。与传统传感器相比，智能传感器具有可靠性高、精度相对较高、适应性强等优点。其中，小型智能电网中传感器的应用最为广泛，它具有采集信息、分析信息、传递信息的能力，安装方便，抗干扰能力强。将微型智能传感器应用于物联网的感知层，可以在智能电网中完成对大量数据的测量和采集。它是智能电网中透明电网的重要基础单元，在电力系统中广泛存在着电压检测困难、功耗大等问题。除小型智能传感器外，无线传感网络也广泛应用于智能电网中。随着智能电网无线传感器技术的发展，越来越多地被应用于智能自动抄表、远程监控等领域。

3.2.2 通信技术

1）宽带载波通信技术

宽带载波通信技术相较窄带载波技术，具有较强抗干扰能力、速率高、通信延时小，可以为智能电网提供更好的服务。而宽带载波通信技术可以为智能电网在运行过程中所需的信息采集提供安全稳定的信息通道。采用宽带载波通信技术，可以满足智能配电系统对大容量数据传输的要求，提高通信效率[3]。

2）5G通信技术

5G通信技术是物联网的关键技术之一，它具有高传输速率、大容量、低延迟等特点，可应用于智能电网中对电力生产的实时监测，提高电能的利用率。并能根据电缆的运行状况进行评估，及时发现安全隐患。5G通信技术的应用可以实现无人机巡线传输，智能电网运行过程的图像和视频拍摄，提高巡线传输的智能化和可靠性[4]。

3.2.3 云计算技术

云计算技术具有很强的网络传输能力，而且存储容量大、计算量小，可应用于智能电网的智能调度、智能电网数据分析等领域，对海量数据进行存储和处理。

1）智能电网调度

随着智能电网的完善，电网结构也变得越来越复杂，规模越来越大。要实现智能电网的实时监测和合理调度，就必须采用物联网技术实现电网运行数据的采集、传输和分析。基于物联网的云计算技术，可以以总线技术为基础，对分布在不同地区的调度系统进行功能整合，实现系统结构的高度集成，从而构建出实时、全面、准确的电网调度平台，存储海量数据，完成智能电网调度。

2）智能电网数据分析

随着智能电网的发展，智能电表、传感设备、信息系统等各类数据不断涌现，最终形成海量数据。将云计算与物联网相结合，可以实现对电网用户、电力设备状况的数据分析。智能网的数据分析可以进一步提高电网透明度，从而更好地对智能网服务进行调整、优化。

3.2.4 智能化电力设备

智能化电力设备能以数字方式全面提供系统的各种状态信息，并具有自我诊断和自适应的控制能力。物联网可在几个方面实现电力设备智能化。

1）信息感知

物联网技术可有效实现电量和非电量监测信号的分布式传感、传输与处理，进而实现电流的非接触测量。

2）智能诊断

对电力设备状态进行检测与故障诊断，是提高设备可靠性、保障系统安全运行的重要途径。物联网技术可在信号采集、信号传输、信号处理等方面辅助智能诊断。

3）智能操作

研究不同工况下的开关最佳运动特性，及基于数字化的实现方法和技术，这是电力设备的智能操作。物联网技术可以实现智能操作中的实时状态采集、操作模式决策等功能。

4）信息交互网络

信息交互网络是智能电网的基本环节和纽带。物联网的无线组网技术可应用到电力设备较集中的环境中，利用无线通信技术简化系统构成，使得根据需要灵活自动重构网络，提高了供配电系统的安全性和可靠性。

4 结语

智能电网的各种结构都与物联网技术密切相关，并不断推动着智能化、自动化的发展。伴随物联网技术的不断发展，物联网越来越多地应用于智能电网，智能电网也向更自动化、更智能化的方向发展。