物联网技术及其在智能电网建设与调度控制中的应用

方子正

（国网西安供电公司， 陕西 西安 710032）

0 引言

当前， 计算机信息技术以及网络技术得到了迅猛发展，在社会生产生活随处都能看见物联网技术的身影，各行各业也不断加大了对物联网技术内在潜力的挖掘力度，为我国产业升级与改革工作的开展奠定了坚实基础。在各行各业中运用物联网技术已成为大势所趋。 最近几年，人们的生活水平越来越高，对供电能力和质量提出了更高的要求， 相关主管部门以及企业已积极完善了能源供应体系和供电系统， 供电系统持续稳定发展已成为现阶段电力行业的亟待解决的问题。 融合智能电网建设和物联网技术， 可以将物联网技术在数据信息收集以及资源综合利用方面的优势最大化突显出来。 采集和分析这些数据，可以促进智能电网运转水平有效提升，增强电网调控能力，使多样化、复杂化的供电需求得到满足，确保智能化供电效果最佳化。

1 物联网和智能电网的概述

1.1 物联网的概述

物联网，即借助传感器、全球定位系统（GPS）、射频识别技术（RFID）等技术密切连接物体和物联网的技术，物联网可以为实现信息通信与交流提供保证， 是互联网技术应用日益深化的表现。 物联网被视为今后互联网的大势所趋，其中物联网中的全部物体均是有标识、有属性的个体，利用智能接口，立足于一定的通信协议密切连接互联网[1]。

从整体上来说，物联网具有下述特征：第一，标识和感知。 物联网可以利用技术标识物体，如RFID 和传感器等，并借助上述技术对研究目标进行感知或捕获，采集该物体的相关信息。 第二，信息处理。 可以利用计算机计算与分析物联网所获取的信息，从而掌握有价值的信息，以便于更好地开展控制与决策工作。 第三，信息交流。 和互联网技术一样，物联网同样能够实时共享数据，在网络的作用下将系统信息数据传输到系统中心。

1.2 智能电网

从本质上来说，智能电网是一种电力网络，利用电力网络，可以补充线路电网系统，使电网系统得到丰富，确保操作过程更加便捷。利用信息化的方式与手段，更加高效、合理地使用与开发能源，在用电问题上可以统一解决流程，从售电、供电、配电等环节中做到精准智能交流，促进了电网使用效率显著提高，有效节省了用电成本。

以美国能源局提出的发展报告为基础可以看出，新时代背景下， 智能电网应具有更强的能力和更丰富的要求，确保用电更加稳定和准确。智能电网需要具有良好的自我修复能力。在构建智能电网中，需要加深用户对使用智能电网优势的认识，给予更多的人鼓励，让其积极主动使用智能电网。 而智能电网本身需要具备较强的保护能力避免电网受到侵害，还要确保优质电量供应的充足性，用良好的设备对电量使用中遇到的难题进行优化[2]。

从现阶段的发展趋势与形势来看，在智能电网中运用物联网技术已成为今后的一种发展趋势。 密切结合两者可以大大提高智能电网的管理和操作效率，能够促进服务水平与管理快速发展，确保今后能源的充足性，促进能源使用效率提升，所以需要密切结合智能电网与物联网技术。

2 物联网技术在智能电网建设中的重要作用

物联网概念的问世，从理论层面上有力支持了信息技术在社会发展中的有效运用。物联网技术的运用，充分借助了信息技术的监控、智能化以及管理等功能。物联网利用应用层、传输层和感知层逐一展开，密切联系了物和人、物和物，促进了信息技术良好发展[3]。现阶段，信息技术普及力度持续加大， 物联网技术在各行各业中均得到了广泛应用，从技术上为物联网相关产业的发展提供了保障。随着物联网产业发展速度日益加快， 不断增强了物联网相关产业的竞争力， 并为物联网相关产业的发展提供了保障，确保了产业结构最优化。 物联网的运用，为我国社会生活的进步以及经济的发展提供了源源不断的动力。

新时代背景下，我国物联网产业发展速度日益加快，已成为当前国际物联网发展中不可或缺的一部分。 信息技术为国家各项科技项目和计划提供了重要保障。 国家借助开展传感技术、传感器网络实验等项目，促进了物联网技术的应用意义有效增强。当前，物联网技术已在我国医疗、灾情监测、物流、交通等方面得到了广泛应用，为各个领域的发展奠定了基础。

3 物联网技术在智能电网中体系架构

通信技术是对现阶段智能电网技术发展造成制约的重中之重，作为智能电网的传输网络，物联网在面向智能电网的体系架构上分为应用层、传输层和感知层。详细结构如图1 所示。

3.1 应用层

物联网中的应用层主要由两类构成， 即基础设备和应用的集合[4]。 前者可以提供给物联网一个平台，以第一时间快速对资料与信息等内容进行处理， 同时立足于此使各种应用顺利实现的一种工具内容。 其会囊括智能电网中管理与生产的相应环节内容， 并有效处理与整合数据和信息。

3.2 传输层

在传输层中，主要任务是向应用层运输感知层采集、控制和识别的物体信息。 应用层可以处理信息，所以，信息传递是传输层的主要功能。现阶段，主要是借助通信网络、电力光纤网络以及无线宽带网络进行传输，如此便可以促使设备接入与数据转发的目的顺利实现。在传输层，细化核心网和接入网这两个方面， 如此才可以更好地联通物联网和电网系统[5]。电力通信网为物联网的运用提供了重要支持，如此便可以获取丰富信息，与此同时，在传递过程中可以确保传输过程顺利完成。在传输层，可以对电力宽带通信网络进行充分利用， 如此可以确保在一个高速、双向的网络环境平台上构建物联网技术，进而为传输数据的质量提供保证。

3.3 感知层

在物体识别中，感知层占据着尤为重要的位置，其主要是借助光纤通信和无线传感技术， 利用智能电网中传递的电信号开展控制、分析和采集工作，加深对电能传输质量的了解，确保电能供应更加可靠。 在这一结构层中，利用新型传感器设备以及射频识别技术， 可以第一时间对智能电网中的信息进行有效处理和识别。 针对智能电网而言，感知层是物联网技术潜能发挥最突出的结构，运用嵌入方式把控整个系统运行，借助先进设备与技术，快速获取和利用信息，确保智能电网运行更加有效[6]。

4 物联网在智能电网建设中的应用

作为新一代信息技术， 物联网技术逐渐受到了人们的密切关注， 同时也在工业生产以及社会生活的各个方面得到了广泛应用， 在诸多领域中所发挥的作用日益显著。现阶段，很多国家均针对智能电网建设提出了宏观构想，甚至将其作为国家重要发展战略，我国也不例外。 与我国电网建设的实际情况相结合， 融合物联网技术和智能电网建设，是智能电网发展的必然趋势。 详细来说，可以从下述入手：

4.1 电力系统状态监测和控制

在电力系统监控中，物联网发挥着“末梢神经”的作用， 将数据采集系统以及电力系统监视控制的基础有效构成，有利于顺利实现遥调、遥视、遥控、遥信、遥测，促进了电力系统的控制、监测和灵活调度能力有效增强。

（1）发电环节。 就常规机组，可以借助在机组中安装的传感监测点，第一时间加深对机组运行中振动、温度、力矩、转速等技术指标与相关参量的了解，提高对机组的实时监控能力，与电网运行的情况相结合，促使深度调峰与快速调节的目标顺利实现， 促进机组稳定控制水平以及运行灵活性提升。就太阳能发电系统，可以借助气象数据采集装置以及光敏传感装置， 让太阳能电池以天气以及日照变化情况为基础，随时调整工作状态，确保光能利用率最大化，促使功率预测目的顺利实现[7]。同样，物联网还可以对等各种新能源发电系统展开功率预测、 状态控制和监测，如潮汐发电、风力发电、核电等。

（2）输配电环节。 在电网中，输配电设备状态监测占据着尤为重要的位置，借助在各个位置分布的传感器，可以感知和监测高压电气设备、输电线路、杆塔的运行状态信息、机械状态信息以及环境状态信息，借助结合信息通信网络，最终实现有针对性的信息传输、综合处理和判断功能， 促进电网的智能化水平以及稳定运行保障能力提升，确保运行管理和控制最优化，提供高质、可靠的电力，使损害降低，促进服务质量提升。 例如在线监测输电线路状态，如图2 所示，借助在线路与杆塔上对传感器进行设置，预警与监测覆冰、降雨、温度、风向、风速等气象条件以及导线的随风振动、杆塔倾斜、线路风偏、导线温度和弧垂等物理技术参量，同时还可以借助可视系统，对偷盗杆塔组件和输电线路、绝缘子污秽、线路周围的危险施工作业和树木生长等情况进行监察，全时段、全面地有效防护杆塔和输电线路等设备。

图2 输电线路在线监测示意图

（3）调度控制环节。 在发电以及输配电的环节，物联网技术的应用能够将各类实时数据及冻结数据完整地呈现给各级电力调度控制机构， 使得各级调控员能够对以往的数据进行分析和总结， 为不同季节不同时段的电网运行方式提供有针对性的指导。 以2022 年西安电网为例，夏季最高峰值负荷超过了1000 万kW，达到了西安地区史上的最大负荷。 但即使如此，也并非所有变电站、配电线路均处于重过载状态。通过分析峰值负荷时的数据，可以提前调整有重过载可能的变电站及线路的运行状态，保障电网安全平稳运行。

4.2 电力系统管理

在电力系统的各种设备中应用RFID 技术，可以全寿命周期管理电力资产。在电力设备上对RFID 电子标签进行设置，借助读写器对设备的参数、性能指标等信息进行录入与变更， 可以对电力资产信息进行集约化管理与身份识别，从技术上确保监管电力设备的维护情况、电力资产管理的高效化、调配的职能规划以及寿命参数变化。除了电力资产管理之外，智能电网需要的高水平生产管理也需要物联网技术的支持[8]。 借助无线传感技术后，可以促使人们试验、 维护和测量过程中进入危险区域的机会减少，借助手中的PDA，便可以将设备上传感器节点收集的技术参数以及相关信息准确获得， 同时可以借助无线通信网络和远方的调度指挥人员、作业人员一起互动，如此，既能使操作风险有效降低，同时还能促进工作效率提升。同样，生产管理人员也可以借助视频传输系统以及GPS，加深对作业人员作业过程以及具体位置的了解， 这对展开远程技术指导、规范标准化作业、加强工作监督有利。

4.3 相关智能电表

在电力营销系统中， 电能计量占据着尤为重要的位置，其智能化水平是现代电网智能化水平的体现[9]。以往，电能计量主要是借助人工定期到现场对数据进行抄取，既需要投入诸多时间，同时也十分耗力，并且时效性不好，缺乏准确性，难以使今后电力信息复杂性更强的智能电网的需要得到满足。 以物联网为基础的智能表计系统，借助WSN 技术将电量信息准确获得，与电力载波、光纤等现代通信技术相结合，向计量中心传输信息，计量中心与计算机技术以及相关智能化测量软件相结合， 在对用电情况进行分析与统计的基础上，第一时间为用户反馈电量信息，做到实时准确计量电能。高智能化的电表，不仅可以将计量任务准确完成，还能融入智能家居系统，加载远程医疗、安全预警以及家电管理等其他功能。 配电系统运行商以各电力运营商掌握的电能为基础，为输电系统运行者分配，最终向需电用户输送电能；家庭用户可以借助智能电表，将屋顶太阳能的盈余部分并网接入电力交易代理机构，同时计量售卖给电力市场的运营商。如此，便在智能电网的分布式电源系统中纳入了家庭用户。

5 结束语

总而言之，信息化时代背景下，人们在工作生活中越来越依赖网络，如此便对网络技术提出了较高的要求，如此才可以使人们的需求得到满足。在电力系统中，国家电网对通信网的网络依赖程度也不断提升， 主要是掌握专网结构，如此便能避免出现和电信网互联的情况，进而确保物联网的技术安全， 同时也可以保证应用环境更加安全。物联网技术在电网建设中的有效运用，是一个具有一定难度的问题，因此，相关技术人员应提高重视度，加大研究力度，如此便可以有效提升电网运行水平，也能在其他方面获得良好功效。