物联网在智能电网中的应用

2012电力系统自动化专委会学术交流研讨会论文集物联网在智能电网中的应用肖松宇（南瑞集团公司，北京市西城区100761）摘要：随着各种先进技术在电网中的广泛应用，智能化已经成为电网发展的必然趋势。建设可靠高效的电网，是保障国家能源安全和经济社会全面协调可持续发展的必然要求。本文阐述了智能电网和物联网的定义和特征，然后分别对国内外电力物联网的发展状况进行了介绍，主要包括电力物联网在中国、美国、欧洲、日本和韩国的发展进程、主要研究和应用情况。关键词：智能电网；物联网ApplicationofInternetofThingsinSmartGridXIAOSongyu（NARIGROUPCORPORATION,XichengDistrict,Beijing,100761）Abstract：Withavarietyofadvancedtechnologywidelyusedinthegrid,intelligencehasbecometheinevitabletrendofdevelopmentofthegrid.TheConstructionofreliableandefficientnetwork,istheinevitablerequirementofprotectingnationalenergysecurityandeconomicsocietycomprehensivecoordinatedandsustainabledevelopment.ThispaperdescribesthedefinitionandcharacteristicsofthesmartgridandtheInternetofThings,andthendescribedthedevelopmentofthedomesticandinternationalpowerofThings,includingthepowerofThingsinChina,theUnitedStates,Europe,JapanandSouthKorea'sdevelopmentprocess,themainresearchandapplication.Keywords:smartgrid；InternetofThings0引言物联网技术应用于智能电网是信息通信技术发展到一定阶段的必然趋势，物联网技术为智能电网提供强大的技术支持，使信息通信技术在电力系统中能够得到更好的应用，从而提高电力系统的信息化水平。物联网技术是提升电力系统智能化水平的重要手段，是电力系统实现低能耗、低污染、低排放的目标和实现“电力流、信息流、业务流”的高度融合的关键技术。物联网技术能有效地作用于电网中发电、输电、变电、配电、用电等关键环节。同样，智能电网也是物联网的重要应用领域之一。电网智能化也是拉动物联网产业不断前进的强大驱动力，并且有力的影响和支撑着物联网在其他领域的应用，进而提高我国工业生产水平、居民生活标准和综合国力【10】。本文将综述物联网在智能电网中应用以及国内外研究现状。2012电力系统自动化专委会学术交流研讨会论文集1智能电网和物联网1.1智能电网1.1.1智能电网的概念智能电网【1】（smartpowergrids），就是电网的智能化，通过先进的传感技术和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、兼容和互动的目标。它的智能化主要体现为：自愈、互动、优质、兼容。1.1.2智能电网的特点(1)自愈。能够自动检测、快速诊断，自动隔离和自我恢复，从而有效避免停电事故。(2)坚强。能够顽强的抵抗自然灾害的侵袭或者人为的破坏，保证电网的安全运行。(3)互动。实现与顾客的互动，满足顾客对电能智能性和可靠性的要求。(4)优质。提供优质的电能，保证用户的电能质量。(5)经济。合理配置资源，提高能源的利用效率，降低电能的损耗，投资成本和运行维护成本。(6)兼容。可以容纳集中式发电、分布式发电等多种不同类型的电源，满足电力用户多样化的需求。1.2物联网1.2.1物联网的概念物联网【4,5】（TheInternetofthings），是指通过射频识别、激光扫描器、红外感应器、全球定位系统等信息传感设备，按一定的方法，把物品与互联网相连接，进行信息的交换和通信，实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网的核心和基础仍然是互联网，它是在互联网基础上的延伸和扩展的网络。1.2.2物联网的特点：物联网上部署了大量多种类型的传感器，不同类型的传感器捕获不同的信息。物联网具有智能处理的功能，能够对物体进行智能控制。它利用传感器技术、云计算等技术将从传感器获得的多种信息进行分析、加工和处理，进而得出可被使用有价值的数据。物联网是建立在互联网上的网络。互联网是物联网技术的核心内容，物联网通过有线和无线网络与互联网进行有效融合，从而收集信息，再将收集到的信息传递出去。1.2.3物联网与智能电网物联网与智能电网间存在许多的共性技术，将物联网技术广泛应用在智能电网中，能够使信息通信技术更好的服务于电力行业，有效地为电网中的发电、输电、变电、配电、用电、调度等环节提供重要技术支撑，提高电力系统信息化水平，从而改善现有电力系统基础设施的利用效率，促进能源的高效利用。2电力物联网国内现状我国正处于经济建设高速发展时期，电力系统基础设施建设尚不完善。能源分布情况和经济发展水平也极不平衡。因此，我国的电网需要更高层次的智能化。国家电网公司和南方电网针对智能电网的建设分别开展了很多工作：国家电网公司提出了建设以特高压电网为骨干网网架、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、互动化等特征，包含发电、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”的高度一体化融合的现代电网。根据经济社会发展对未来电网的要求，国家电网公司提出智能电网应具备以下五个方面的基本内涵：坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动【16】。2012电力系统自动化专委会学术交流研讨会论文集南方电网公司根据国家转变经济增长方式的要求和中长期发展战略，研究提出了建设“智能、高效、可靠、绿色”电网的发展定位，明确了“四提高一促进”的发展目标：提高电力系统安全稳定运行水平、提高系统和资产利用效率、提高用户侧的能效管理和优质服务水平、提高资源优化配置和高效利用能力，促进资源节约型、环境友好型社会的建设和发展【8】。我国以“坚强”为核心来发展智能电网，可以提高电网防御外力破坏和抵抗自然灾害的能力，同时增强电网供电的安全性、可靠性；提高电网对新能源的合理配置，推动新能源的跨越式发展，充分发挥其在能源综合运输体系中的重要作用。我国正处在加速工业化和城市化的发展阶段，能源和电力需求一直在持续的增长，建设坚强智能电网的任务迫在眉睫，智能电网的建设必须在政府宏观层面的大力引导与支持下进行统筹规划，也需要全社会共同努力来完成。国家电网公司在认真分析国内经济发展形势和技术水平的基础上，根据我国国情现状，按照统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进的原则，分阶段推进坚强智能电网的建设。2009年-2010年为规划试点阶段：重点开展电网智能化发展规划工作，制订技术标准和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各环节的试点工作；2011年-2015年为全面建设阶段：加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用；2016年-2020年为引领提升阶段：基本建成坚强智能电网，使电网的资源配置能力、安全水平、运行效率，以及电网与电源、用户之间的互动性显著提高。在2009年5月召开的“2009特高压输电技术国际会议”上，国家电网公司明确了“坚强智能电网”的定义，即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、用电和调度六大环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网【16】。智能电网的工作安排遵循全面启动、均衡推进，规划统领、标准先行，率先突破、目标明确，科研支撑、基础保障的基本原则。重点工作包括编制电网智能化发展规划、开展两批共21类试点工程建设、启动技术标准制定和检测中心建设，组织10类重点专项研究，开展十余项物联网相关的国家科技重大专项、国家973计划、国家863计划、国家重大咨询等项目，为物联网在智能电网中的示范应用及大规模部署奠定坚实的理论和实践基础【6,7】。2011年我国智能电网进入全面建设阶段。智能电网的各类试点全面铺开，智能电网的各项标准也将密集出台。3月，国家电网宣布了2011年将推广建设11类智能电网试点工程，其中，建设智能变电站67座，在19个城市核心区建成配电自动化系统，推广应用5000万户智能电表，新建173座电动汽车充换电站和9211个充电桩，完成25个智能小区/楼宇建设；建设6.2万户电力光纤到户；完成中新天津生态城智能电网综合示范工程建设；接纳风电容量2000万千瓦；制定智能电网标准88项【11】。3电力物联网在国外的应用3.1美国美国始终致力于开发各种新技术,智能电网技术在美国有很广泛的应用，主要在AMI先进计量、用户服务、网络基础设施的升级改造、储能示范、清洁能源、混合动力/电动汽车、分布式电源并网、系统集成、区域智能电网示范等方面，总量超过200项。美国电力物联网的建设重点与进展：2012电力系统自动化专委会学术交流研讨会论文集（1）2003年,美国能源部(DOE)公布了《电网2030规划》，它是美国电力改革的纲领性文件,描绘了美国未来电力系统的设想,并确定了各项研发和试验工作的分阶段目标【12】。一个完全自动化的电力输送网络图景，能够建成控制每一个用户及节点，实现电能与信息，在任意点之间的双向流动。（2）得克萨斯电网公司建立了智慧的数字电网。这种数字电网可以在发生故障时根据部署的物联网传感器节点和RFID标签自动感知和汇报故障位置，并且自动路由，10秒钟之内就恢复供电。该电网还可以接入风能、太阳能等新能源，大大有利于新能源产业的成长。相配套的智能电表可以让用户通过手机控制家电，使居民的生活更加便捷【9】。（3）IBM的高精度清洁能源发电预测解决方案可以帮助电力企业解决以风电和光伏发电为代表的新能源装机比例不断增加，但其受天气等因素的影响很大、出力不稳定、预测不精确、并网运行时会对电网造成很大冲击的问题，这些问题极大制约了新能源的发展。该方案可根据物联网装置获取的气象信息建立高精度天气预测模型，对微观区域内云层、降雨量、风速、风向、气压、温度等快速和准确预报；针对风能发电功率预测，解决关键性的风速和风向预测问题，并结合功率曲线给出高精度发电功率预测；基于天气预测结果，结合光伏电池组特性和历史数据，实时预测光伏发电功率；分析预测值与实际观测值的差异，在系统运行过程中对模型参数进行动态校正，进一步提高预测精度【14】。3.2欧洲2006—2008年，欧盟依次发布了“欧洲未来电网的愿景与战略”、“战略性研究计划”、“战略部署文件”3份战略性文件，构成了欧盟的智能电网发展战略框架。就其主要成员国来看，英国2009年依次发布了“英国可再生能源发展战略”和“英国低碳转型计划”。德国2009年发布了名为“新思路、新能源——2020年能源政策路线图”的战略性文件【13】。德国、法国、意大利、荷兰、丹麦、和英国等欧洲诸国都开展了基于各自国情的智能电网研究和试点建设。如北非沙漠太阳能和风能项目、欧洲南部太阳能和风电储能项目、德国“E-Energy”计划、丹麦“清洁能源计划”和“EDISON示范项目”、“MoreMicrogid”、分布式电源并网、智能电表更换、电动汽车等。欧洲电力物联网的建设重点与进展：（1）库克斯港示范项目（e-Telligence）是一个风力发电接入系统比较少的农村示范区。通过储能来平衡不稳定的风电，应用智能电网，