电力物联网在中国智能电网中的应用、挑战及解决方案

电力物联网在中国智能电网中的应用、挑战及解决方案TheAppliacation、ChallengeandSolutionofIOTIPSinChineseSmartGrids摘要：本文以电力物联网及智能电网的概念、特征为基础，着重介绍了电力物联网在中国智能电网中的应用、挑战及未来发展的解决方案。电力物联网是基于网络、数据库、通信等技术的一种智能型网络，它的应用有效提高了电力系统的稳定性及可靠性，提高工作效率，并能达到环保节能的可持续性发展要求，对中国智能电网的发展具有深远的意义。关键词：物联网；智能电网；电力系统Abstract：Thepaperintroducestheappliacation、challengeandsolutionbasedonthedefinitionandcharacteristicsofIOTIPSandsmartgrids.IOTIPSisakindofintelligentnetworkuseofnetwork、databaseandcommunicationtechnologies.Itsapplicationimprovesthestability、securityandworkefficiencyinelectricpowersystem,aswellasmeetthesustainabledevelopmentrequirements.Moreover,itwillbesignificanceforthedevelopmentofsmartgridinchina.Keywords:ITO;smartgrids;powersystem1电力物联网的概念及特征1.1电力物联网的概念物联网是新一代信息技术的重要组成部分，物联网的英文名称叫”TheInternetofthings，是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。顾名思义，电力物联网是指物联网技术在电力系统中的应用，通过各种信息传感设备或分布式识读器，如射频识别装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描等种种装置，按约定的协议，在电力系统应用中形成智能管理的一种网络。1.2电力物联网的特征电力物联网具备以下5个特征：第一，全面感知：对电力生产、输送、消费、管理各环节信息的全面智能识别，在信息采集、汇聚处理基础上实现全过程、资产全寿命、客户全方位感知；第二，IP互联：传感器之间、传感器与应用系统之间通过电力物联网标准化通信协议与通信网络，实现信息有效传递与交互；第三，可靠传输：利用电力光纤、载波、无线专网、互联网等，实现感知层和应用层之间的可靠信息传递；第四，智能处理：综合运用高性能计算、人工智能、分布式数据库等技术，进行数据存储、数据挖掘、智能分析，支撑应用服务、信息呈现、客户交互等业务功能；第五，IT融合：成为企业IT架构的延伸，完善补充企业IT架构，同时作为企业IT架构最重要的组成部分之一，与企业IT架构高度融合。2智能电网的概念及特征2.1美国智能电网的概念及特征美国电力化建设开展较早，但对电网建设投入不足，电力系统从业人员年龄结构逐渐老化，电网设备陈旧，存在稳定性问题，急需提高电网运营的可靠性。因此其智能电网建设关注于加快电力网络基础架构的升级更新，最大限度地利用信息技术，提高系统自动化水平。美国将智能电网的概念描述为：智能电网是一种新的电网发展理念，通过利用数字技术提高电力系统的可靠性、安全性和效率，利用信息技术实现对电力系统运行、维护和规划方案的动态优化，对各类资源和服务进行整合重组。美国并且提出智能电网必须具备以下特征：自愈、互动、兼容、创新、优质、安全。2.2欧盟智能电网的概念及特征欧盟经济发展水平较高，其网架架构、电源分布、电源类型臻于完善，负荷发展趋于平缓，电网新增建设规模有限。但面临的主要问题在于，各国电网运行模式不一，国家间电网互联存在问题；节能减排、发展低碳经济的问题。因此，其更加关注可再生资源及分布式电源的接入，提高供电可靠性、完善用户的增值服务。欧盟将智能电网的概念描述为：智能电网通过采用创新型的产品和服务，使用智能检测、控制、通信和自愈技术，有效整合发电方、用户或者同时具有发电和用电特性成员的行为和行动，以期保证电力供应持续、经济、安全。欧盟提出智能电网必须具备：灵活、易接入、可靠、经济等特征。2.3中国智能电网的概念及特征中国正处于经济建设高速发展时期，电力系统基础建设面临巨大压力；同时地区能源分布和经济发展极不平衡：负荷中心在中东部地区，而能源中心在西北部。因此，我国的智能电网必须以特高压骨干输电网为基础，建立坚强的输电系统，以便于实现能源的大范围合理配置，为电力系统更高层次的智能化提供坚实基础。中国将智能电网的概念描述为：智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”高度一体化融合的现代电网。中国提出智能电网必须具备：信息化、数字化、自动化、互动化的特征。3电力物联网在中国智能电网中的应用电力物联网在智能电网中的各个环节都有广泛应用。如电力输送的各个环节，从发电环节的接入到检测，变电的生产管理、安全评估与监督，以及配电的自动化、用电的采集以及营销方面都要采用物联网，在电网建设、生产管理、运行维护、信息采集、安全监控、计量应用和用户交互等方面将发挥巨大作用。3.1发电环节在坚强智能电网发电及储能环节，电力物联网技术主要应用于抽水蓄能电站的机组运行状态检测、电气参数监测、坝体监测、站区污染物及气体监测、脱硫监测、储能监控等方面。在风电场及光伏发电站等新能源接入方面，物联网应用体现在对分布式场站区域内风力、风能、风速、风向的监测，光照强度、光源可利用时间数的监测，微气象地理区域环境中温度、湿度、气压、降雨、辐射、覆冰等要素的实时采集，实现对新能源发电厂的自动监测、功率预测和智能控制，提升机网协调水平和资源优化配置，保障能源基地安全稳定经济运行。3.2输电环节在坚强智能电网输电环节，电力物联网应用于输电线路覆冰、微风振动、舞动、风偏、弧垂及杆塔应力监测；利用光纤传感技术实现对导线温度等参数的在线监测及载流量动态增容、预警；利用无源光波导传感器实现对绝缘子串风偏、污秽、盐密等的监测；利用图像/视频传感技术实现对线路防盗、杆塔倾斜、基础滑移、接地腐蚀的实时监控，为输电线路故障定位和自动诊断提供技术支撑，为线路生产管理及运行维护提供信息化、数字化的共享数据，最终实现输电线路的安全、高效、智能化巡视，提高输电可靠性和安全性。3.3变电环节智能变电站是坚强智能电网的重要组成部分，自动协同控制是变电站智能化的关键，设备信息数字化、检修状态化是发展方向，而运维高效化是最终目标。物联网技术可用于变电站设备的电气、机械、运行信息的实时监测、诊断和辅助决策，尤其可利用传感设备对变压器进行油气检测，判断其健康状态和运行情况；利用无线传感、遥测及三维虚拟技术实现对变电站的防护入侵检测；还可将电子标识技术与工作票制度相结合，实现变电站智能巡检、作业安全管理和调度指挥互动化，促进无人值守数字化变电站的发展。3.4配电环节配电网是电力系统中的重要组成部分，具有设备量多面广、分布广泛、系统复杂等特点，目前我国仍存在配电网网架薄弱、通信难于覆盖等问题。在坚强智能电网配电环节，电力物联网技术可应用于配电网自动化、配电网线路及设备状态监测、预警与检修、配电网现场作业管理、配电网智能巡检、应急通信、关口计量与负荷监控管理、分布式能源与充电站等设施监控等方面，以加强对配电网的集中监测，优化运行控制与管理，达到高可靠性、高质量供电，降低损耗的目的。3.5用电环节在坚强智能电网用电环节，电力物联网技术主要以智能用电与互动化技术为导向，以双向、高速、安全的数据通信网络为支撑，应用于智能用电服务、用电信息采集、智能大客户服务、电动汽车充换电、智能营业厅、需求侧管理与能效评估、绿色机房环境管理及动力环境监控等方面，以实现电网的灵活接入、即插即用及其与客户的双向互动，提高供电可靠性与用电效率，提升供电企业服务水平，为国家节能减排战略提供技术保障。3.6调度环节智能电表实现可运营可管理的互动服务，使用M2M数据模组连接智能电表，实时采集电表运行指标给抄表平台，实现对电表的实时计费管理，真正实现对最终用户用电量的调度管理。4电力物联网在中国智能电网应用中的不足与挑战虽然物联网技术在智能电网中已有不同程度的应用，但电力物联网还处在发展初期，存在诸多不足，主要体现在三个方面：第一、部分场景监测数据较少，对装置及系统状态、环境没有形成全面感知，传感器标准化、实用化水平有待提升。第二、已有应用系统通信方式及规约不统一，难以实现数据的规范化汇集、传输，建设模式不经济，终端接入通信网络未达到电力物联网对通信能力及可靠性的要求。第三、已有应用系统按专业各自独立建设，支撑数据分散，尚未形成统一数据服务和应用平台。因此，要想将电力物联网技术在中国智能电网的应用中发挥得如鱼得水，必须克服重重困难，接受各方面的挑战，结合中国各方面的发展国情，提高自身的技术局限，使得中国电力行业的发展更上一个新台阶。5中国电力物联网未来发展的解决方案5.1电力物联网技术的标准化物联网是一个多设备、多网络、多应用、互相融合的一个大网，既有RFID标签、RFID读写器、无线传感器，又有各种通信网络融合，所有的接口、标准、通信协议都需要有统一的标准指引。5.2配电网建立可靠、经济、实用化的通信方式我国电力通信发展不平衡，虽然输电通信基本实现主干通道光纤化、数据传输网络化，建设了覆盖全国的电力综合通信业务网，但配电网需要建立合理的通信方式。5.3中国需提高芯片Ic核心等领域技术研发能力国内使用的射频Ic和传感器Ic几乎都是国外产品，国内同类替代产品在技术指标和稳定性上跟国际水平还是有相当的差距，这就大大制约了物联网在智能电网中应用的发展。5.4发展各地经济平衡目前我国各地区发展很不平衡，区域差距大，城市电网和农村电网的设备水平和管理水平差距大。5.5发展多家电网企业，形成合理竞争发展机制由于目前电网企业只有两家，将来的物联网应用的投资和利益主体不够明确，可能会有如何投资，如何收回成本等问题，且在推动“三网融合”到“四网融合”等整合和全面信息化，物联网深入发展过程中，会有很多体制障碍和政策问题。