浅谈物联网在智能电网中的应用

浅谈物联网在智能电网中的应用摘要：物联网作为我国国家战略热点，已经展现出其勃勃的生机与活力。目前，物联网在电气产业的广泛应用，使得电气行业有了更好、更高的可持续发展增长点。许多人都说物联网将会彻底改变有的生活方式，带动万亿的产业发展。本文首先介绍了物联网应用于智能电网的相关背景和发展现状，其次介绍了物联网、智能电网的相关技术概要，然后介绍了物联网在智能电网中的应用，最后举出了实际的应用例子并进行总结。关键词：物联网技术；智能电网技术；应用；一、背景20世纪80年代以来，我国国民经济的迅速增长，不仅带动了人民的生活水平，而且使得社会各行业领域对电能的依赖程度越来越高，电网已成为工业化、信息化社会最重要的发展基础和组成部分。在当前的经济发展趋势下，传统电网已不能满足我国的需求[1]。根据国家电网对智能电网建造的三阶段规划，我国将与2020年建成智能电网。自动化、信息化和互动化将是其主要特征。旨在通过建设智能电网，避免出现大量的停电问题，保证用电安全。我们需要确保通过远程覆盖来解决能源紧缺问题。在这种背景下，物联网的智能和便捷的决策控制功能正好能帮助我国实现此目标。物联网技术应用于智能电网，利用其全面感知、可靠通信以及强大的海量数据处理能力,将有效地为电网发电、输电、变电、配电、用电、调度等各个环节提供技术支撑，提高电网智能化水平，促进节能减排。而智能用电服务作为智能电网用电环节的重要组成部分，是实现智能电网安全可靠、经济高效的重要保障之一。物联网技术应用于智能用电服务系统,能有效提高电网供电可靠性，并能通过电网与用户间的双向互动，为用户提供更加智能化、多元化的用电服务，提高供电服务水平,其在智能用电服务中的具体应用主要包括用户用能信息采集、智能用电双向交互服务、家庭能效管理服务、智能家居控制、分布式能源接入控制以及电动汽车充换电辅助管理等。二、国内外研究发展现状2.1国外研究发展现状美国IBM公司在马耳他岛上的试点中引进了智能电表与客户信息系统，将这些系统运用于社会基础设施的管理[2]，能实现能源消费控制，从而减少基础设施投资。该试点拟将25万个普通电表更换为智能电表，并同时在电网中建立物联网传感器网络。通过传感网络采集的用电信息，电厂将更为有效地分配电力并检测潜在问题，保障供电稳定性和安全性。从2008年12月开始，德国投资1.4亿欧元实施“E-Energy”计划，在6个试点地区开发和测试智能电网的核心要素。在卡尔斯鲁尔和斯图加特，总共有1000名用户参与了以减少排放为示范目标的试验，在小范围内对电能的生产与消耗进行调控。在亚琛，500多家试验用户可以通过智能电表查询电力来源及价格，从而做出用电策略的最优选择。在哈尔茨，通过利用物联网设备监测及分析发电厂的微气象状态,实现对分布式能源发电设备的预测控制，提高发电效率[3]。2009年，韩国韩国通信委员会通过了《物联网基础设施构建基本规划》，将物联网市场确定为经济增长新动力，并计划到2012年达到“通过构建世界最先进的物联网基础设施,打造未来广播通信融合领域超一流ICT强国”的目标，并确定了物联网基础设施建设、物联网服务发展、物联网技术研发以及营造物联网扩散环境等4个领域,共12项具体课题[4]。2.2国内研究发展现状2010年，国网信息通信有限公司建成国内首个基于物联网的电动汽车运营监控与信息化管理系统,该系统基于拥有自主知识产权的电力GIS平台构建，包括充换电网络的现场管理、充换电网络的辅助管理以及用于电动汽车的车载智能交互终端等部分。国家电网公司根据智能电网建设的总体规划,已经开始将各种信号检测、传感、无线自组网通信、PLC、无线公网通信(2G、2.5G、3G、3.5G)、安全控制等物联网技术大量用于智能电表及用电信息采集系统建设。研究并部署基于TD-SCDMA、Zigbee、电力线窄带载波、电力线宽带载波、无源光网络等通信技术混合组网的智能用电高级量测技术，适应不同应用场景及不同业务下的组网需求[5]。从发表相关的论文来看，华北电力大学赵强对基于物联网技术的电力设备状态检修[6]进行了探讨，对制定检修策略的方法及流程进行了分析，指出了其中的必要方法与过程，并对物联网技术在状态检修应用中的作用做出了评价；湖南大学朱玉生在对基于物联网的输变电设备故障诊断[7]进行了分析，将物联网引入输变电设备故障诊断中，一方面，利用物联网可靠的通信网络提高诊断的实时性，另一方面，旨在为故障诊断提供全面的设备状态信息，并借助信息融合，对物联网中不同来源的信息加以融合，实现信息的智能处理，全面地认识和描述诊断对象，提高诊断结果的准确性；南京航空航天大学王玉峰对基于物联网的智能电网传感节点[8]进行了研究等。三、物联网的关键技术3.1射频识别技术射频识别技术（RFID）。俗称“电子标签”，是物联网中非常重要的技术，是实现物联网的基础与核心，射频技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的技术。这一技术由三个部分构成：a、标签(Tag)，附着在物体上以标识目标对象；b、阅读器(Reader)。用来读取(有时还可以写入)标签信息，既可以是固定的也可以是移动的；c、天线（Antenna），其作用是在标签和读取器之间传递射频信号。当然，在实际应用中还需要其他硬件和软件的支持。3.2传感器技术要产生真正有价值的信息。仅有射频识别技术是不够的，还需要传感技术，由于物联网通常处于自然环境中，传感器要长期经受恶劣环境的考验，因此。物联网对传感器技术提出了更高的要求。传感器技术的发展与突破主要体现在两个方面。一是感知信息方面，二是传感器自身的智能化和网络化。未来传感器技术的发展趋势大致分为如下几个方面：向检测范围挑战；集成化，多功能化；向未开发的领城挑战一生物传感器；传感技术、智者为尊一智能传感器(Smartsensor)；发现和利用新材料。3.3网络通信技术通信网络技术为物联网数据提供传送通道，物联网的无线通信技术（ZigBee）是一种低功耗、短距离、地熟读的通信技术。如何在现有网络上进行增强，适应物联网业务的需求（低数据率、低移动性等），是该技术研究的重点。物联网的发展离不开通信网络，更宽、更快、更优的下一代宽带网络将为物联网发展提供更有力的支撑，也将为物联网应用带来更多的可能。3.4云计算云计算（CloudComputing）是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物。云计算的一个核心理念就是通过不断提高“云”的处理能力。减少用户终端的处理负担，最终使用户终端简化成一个单纯的输入输出设备，并能按需享受“云”的强大计算处理能力。四、智能电网涵盖领域及相关技术（1）发电领域：主要包括大规模可再生能源、分布式能源、光伏发电等电源的接入和协调运行技术。（2）输电领域：包括大电网规划技术、电力电子技术、输电线路运行维护技术、输电线路状态检修技术和设备全寿命周期管理技术等。（3）调度领域：包括大电网安全稳定分析与控制技术、经济运行技术、综合预警和辅助决策技术、安全防御技术等。（4）变电领域：主要包括变电站信息采集技术、智能传感技术、实时监测与状态诊断技术、自适应保护技术、广域保护技术、智能电力设备技术等。（5）配电领域：主要包括配电网安全经济运行与控制、电能质量控制、智能配网设备研究、大规模储能、电动汽车变电站等技术。（6）用电领域：主要包括高级量测技术、双向互动营销技术、用户储能技术、用电仿真技术等。五、物联网在智能电网中的具体应用物联网技术可以应用在电力设备状态检测、电力生产管理、电力资产全寿命周期管理、智能用电等方面。后信息化时代的电网也将是物联网技术作用下的互动智能电网，这将是现代电网发展的一个新的阶段。物联网在智能电网中应用的应用主要包括以下几个方面。5.1在安全监控与继电保护方面通过物联网技术的应用，一方面可以实时感知在外界气象条件下，杆塔、线路等运行部件的受力情况，将信息及时反馈。在恶劣的气象条件下，在杆塔、线路受力接近临界状态的情况下实时报警，并通过杆塔上调节装置的动作来缓解受力严重部位的情况，等待工作人员更换。甚至，在覆冰情况下，自动感知冰层的厚度，进行危害评估，并自动融冰，增强了抵御灾害的能力。另一方面，实时感知电网内部的运行状况，比如电压、电流的变化，预测故障的发生，通过网络重构，改变潮流的分布将故障遏制在萌芽状态。并实时将信息反馈给调度中心。具有“自愈”功能。“自愈”就是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来，并在很少或不用人为干预的情况下使系统迅速恢复到正常运行状态，几乎不中断对用户的供电服务[9]。5.2在用户用电信息采集方面通过物联网技术的应用，智能电网可以对需求进行更准确的管理。传统的电力系统是按照用电峰谷要求设计的，电网容量要大到能够满足用电高峰需求。但是在夜间用电很少的时候，许多电站停止发电，电网的一部分容量也闲置了。智能电网可能从根本上改变这种状况。比如，在智能电表的协助下，供电方可以制定动态计费方案，以反映不同时刻的发电、输电成本，或者鼓励消费者在可再生能源发出大量电力时增加用电，这有助于舒缓用电峰谷，使电网保持供需平衡。5.3在计量计费方面通过物联网技术的应用，计费表计可以自动进行电量的统计、处理，实现不同等级电能用户的电费自动划卡收缴，节约了人工费用和人工可能出现的差错。同时通过统计、判断，可以防止窃电行为的发生。5.4实现智能家居用电方面在用户侧用电的过程中，物联网技术的应用可以实现智能家居。智能家居中各种用电设备都集成了智能用电芯片或安装了智能用电插座，能够根据电器各自的运行特性优化运行，从而节能省电。比如，检测屋内无人，自动关闭照明。能够实时监测电价信息的变化，从而实现在低电价时运行。又如夜间电价较低时，洗衣机自动进行洗衣。在白天通过与电力交易中心信息的实时互动，将太阳能电池板上网售电实现盈利等等。六、运用于智能电网主要的关键技术举例6.1输电设备状态监测物联网技术是以无线传感网络技术、射频识别RFID技术等作为物体智能识别、监测的手段，其中RFID射频识别技术结合无线通信网络和GPRS等无线远程传输方式，可对输变电设备进行实时同步管理，为输变电设备状态监测提供了新的智能化手段。结合物联网的三层体系架构功能，利用物联网感知层的RFID技术、传感器网络技术，在杆塔、输电线路、变压器、GIS设备、容性设备等设备上部署传感器，通过监测数据采集装置和智能传感网络，实时采集输变电设备的各种状态信息[7]，其中传感器以小型化、无线化为发展方向，实现输变电设备的全范围监测。6.2智能抄表随着物联网思想的提出，无线通信技术快速的发展，人们提出了无线抄表技术，它具有无需布线，资源利用率高，工程建设成本低等优点。在众多无线通信技术中，近年来出现了一种低成本的无线通信技术，即ZigBee技术，通过该技术能够实现多个传感器之间短距离和低速率的无线通信。在ZigBee网络中，传感器节点通过无线接力的方式实现数据的传输。采用该项新技术与GPRS网络技术相结合实现远程无线自动抄表，不仅为供电部门带来了技术变革，也对社会智能化发展起到了推进作用。6.3输变电设备故障诊断根据物联网的特征与面向智能电网应用的物联网架构，将基于物联网的输变电设备故障诊断系统架构分为感知层，通信层与应用层3层，其中感知层与应用层是实现准确诊断的保证；通信层则为实现诊断的实时性，提供有了有利条件。七、总结物联网技术在智能电网建设中应用，体现了智能电网信息化、自动化、互动化的特征，是智能电网发展的必然方向。物联网技术和智能电网的相互融合是现代科学技术的发展方向，能使通信基础设施资源和电力系统基础设施资源进行有效整合，大幅提高电力系统信息化水平、安全运行水平、可靠供电及优质服务水平、降低线损、提高电能传输效率和使用效率。随着它的进一步发展，物联网技术必将与智能电网有着更多的渗透与融合。也必将给未来电网及社会的发展带来更大的经济效益和社会效益。【参考文献】[1]2012-2016年中国智能电网产业