【摘要】文章通過(guò)研究智能電網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)，分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系和應(yīng)用前景，論述智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)之間相互滲透和深度融合。并結(jié)合電力系統(tǒng)通信的特點(diǎn)，提出了面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，為中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究提供了參考。
　　
　　【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)；電力物聯(lián)網(wǎng)；RFID；數(shù)據(jù)采集
　　
　　1引言
　　針對(duì)目前電力運(yùn)行環(huán)境的日趨復(fù)雜、電網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)與不斷增長(zhǎng)的電力需求之間的矛盾日漸尖銳、電能質(zhì)量差、用戶與電網(wǎng)公司交互作用少等諸多問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外對(duì)“智能電網(wǎng)”的研究牽起一股熱潮[1,2,3]。智能電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。而近年來(lái)提出的“物聯(lián)網(wǎng)”是通過(guò)傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[4]。鑒于此，物聯(lián)網(wǎng)作為“智能信息感知末梢”，可成為推動(dòng)智能電網(wǎng)發(fā)展的重要技術(shù)手段。未來(lái)智能電網(wǎng)的建設(shè)將融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于智能電網(wǎng)最有可能實(shí)現(xiàn)原創(chuàng)性突破、占據(jù)世界制高點(diǎn)的領(lǐng)域。本文分析智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)提出面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的解決方案和技術(shù)架構(gòu)。
　　2智能電網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)
　　國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)正在積極推動(dòng)智能電網(wǎng)建設(shè)，如知識(shí)電網(wǎng)（IntelliGrid）、現(xiàn)代電網(wǎng)（ModernGrid）、網(wǎng)絡(luò)智能（GridWise）、數(shù)字電網(wǎng)（DigitalGrid）與智能電網(wǎng)（SmartGrid）等，而本質(zhì)內(nèi)容基本相似，那就是以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、電子設(shè)備和高級(jí)元器件等為基礎(chǔ)，通過(guò)引入通訊、自動(dòng)控制和其他信息技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的改造，達(dá)到電力網(wǎng)絡(luò)更加經(jīng)濟(jì)、可靠、安全、環(huán)保的目標(biāo)。
　　智能電網(wǎng)主要包括發(fā)電、輸電、變電、配電、調(diào)度、用電等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，是堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開(kāi)放、友好互動(dòng)的現(xiàn)代化電網(wǎng)。其中發(fā)電涉及風(fēng)電、光伏接入、分布式電源建設(shè)等技術(shù)領(lǐng)域，輸電涉及互濟(jì)、超導(dǎo)、特高壓、網(wǎng)架等，配電涉及微網(wǎng)、虛擬電廠、先進(jìn)電表網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、需求側(cè)響應(yīng)等，用電涉及智能用電、用電自動(dòng)控制、電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能技術(shù)等。智能電網(wǎng)涉及面廣，為了理解智能電網(wǎng)，可以將智能電網(wǎng)分成基礎(chǔ)電網(wǎng)設(shè)施層、信息采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)集成層、應(yīng)用管理層的五層架構(gòu)，如圖1。
　　
　　
　　圖1
　　智能電網(wǎng)具備可靠、自愈、經(jīng)濟(jì)、兼容、集成和安全等特點(diǎn)[1]。其主要支撐技術(shù)是通信技術(shù)、信息技術(shù)、規(guī)劃控制技術(shù)，包括電能質(zhì)量、功率因數(shù)、相位、故障時(shí)間、變壓器和線路負(fù)荷等數(shù)據(jù)在內(nèi)的參考量測(cè)技術(shù)及相關(guān)傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)收集、儲(chǔ)存、分析、處理、顯示海量信息數(shù)據(jù)的可靠信息技術(shù)，高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信技術(shù)，具備資源優(yōu)化配置、科學(xué)決策、電網(wǎng)運(yùn)行高效管理、科學(xué)決策、電網(wǎng)運(yùn)行高效管理、電網(wǎng)異常及事故快速響應(yīng)的智能調(diào)度技術(shù)，電能量消費(fèi)與預(yù)測(cè)技術(shù)，中壓或低壓配電網(wǎng)上的分布式能量介入技術(shù)等[5]。
　　3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
　　物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年提出的。物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱(chēng)為“TheInternetofThings”。由該名稱(chēng)可見(jiàn)，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，指的是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等等，賦予物體智能，并通過(guò)接口與互聯(lián)網(wǎng)相連而成為一個(gè)物品與物品相連的巨大的分布式協(xié)同網(wǎng)絡(luò)。
　　“物聯(lián)網(wǎng)”是利用無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(有線的、無(wú)線的)建立起來(lái)的，其中非常重要的技術(shù)是RFID電子標(biāo)簽技術(shù)。它是以簡(jiǎn)單RFID系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、中間件技術(shù)等，構(gòu)筑的一個(gè)由大量聯(lián)網(wǎng)的閱讀器和無(wú)數(shù)移動(dòng)的標(biāo)簽組成的，比Internet更為龐大的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)成為RFID技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)可以自動(dòng)地、實(shí)時(shí)地對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件。
　　物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是一個(gè)信號(hào)采集和處理的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)利用各種傳感器或人為設(shè)置的各種身份識(shí)別碼，把物質(zhì)世界中的各種信息變?yōu)殡娦盘?hào)，電信號(hào)通過(guò)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送到計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備查，在必要時(shí)計(jì)算機(jī)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)或者是控制信號(hào)，報(bào)警信號(hào)或者是控制信號(hào)由通信網(wǎng)絡(luò)送到指定的地方報(bào)警或是由指定預(yù)設(shè)裝置執(zhí)行控制。物聯(lián)網(wǎng)包含了傳感器（信息采集系統(tǒng)）、電子標(biāo)簽、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)以及控制執(zhí)行系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系如圖2所示。
　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系可以分為三個(gè)層次，一是感知延伸層，即以傳感器、二維碼、RFID、多媒體信息為主，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。為了連接物聯(lián)網(wǎng)的“智能信息感知末梢”設(shè)備以及解決前端預(yù)處理問(wèn)題，需要用到無(wú)線/有線傳輸、組網(wǎng)技術(shù)、信息處理技術(shù)和中間件技術(shù)。二是網(wǎng)絡(luò)層，即通過(guò)現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、M2M無(wú)線連接或者下一代承載網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和計(jì)算。物聯(lián)網(wǎng)前端設(shè)備采集的數(shù)據(jù)量超大，而且需要處理數(shù)據(jù)異構(gòu)問(wèn)題和網(wǎng)絡(luò)層與感知層/延伸層互通，因而應(yīng)用了異構(gòu)網(wǎng)融合技術(shù)、資源和存儲(chǔ)管理、云計(jì)算、電信網(wǎng)增強(qiáng)和遠(yuǎn)程控制等技術(shù)。三是應(yīng)用層，包括應(yīng)用支撐（信息處理）子層和信息應(yīng)用層，最終通過(guò)對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，應(yīng)用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和智能軟件的識(shí)別判斷，把結(jié)果輸出到顯示系統(tǒng)，或者進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警，最終反饋到控制執(zhí)行系統(tǒng)中。在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系架構(gòu)中應(yīng)用到的公共技術(shù)包括，網(wǎng)絡(luò)管理、QOS管理、安全技術(shù)、標(biāo)識(shí)解析、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和業(yè)務(wù)需求。
　　
　　圖2
　　
　　4面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用
　　智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的相互滲透和深度融合是信息通信技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果，能有效整合通信基礎(chǔ)設(shè)施資源和電力基礎(chǔ)設(shè)施資源，提高電力信息化水平，改善現(xiàn)有電力基礎(chǔ)設(shè)施利用效率。一方面，作為“智能信息感知末梢”，物聯(lián)網(wǎng)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能在多種場(chǎng)合滿足智能電網(wǎng)信息獲取的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、全面性等需求，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備資產(chǎn)、生產(chǎn)過(guò)程的全方位采集和監(jiān)控，有助于降低線損、提高電能傳輸效率和使用效率，有助于提升電網(wǎng)企業(yè)與用戶的互動(dòng)能力。另一方面，電網(wǎng)智能化是物聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。在文[6,7]中提出“電力物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThingsinPowerSystems,IOTIPS）”的概念，指的是電力系統(tǒng)各種電氣設(shè)備之間以及設(shè)備與人員之間通過(guò)各種信息傳感設(shè)備或分布式識(shí)讀器，如RFID裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描等種種裝置，結(jié)合已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、中間件技術(shù)等，形成一個(gè)巨大的智能網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合智能電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)，可提出面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，如圖3所示。
　　
　　圖3
　　
　　上圖可以看到智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的有效結(jié)合應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用有：用電信息采集系統(tǒng)；智能電表；智能插座；智能互動(dòng)終端；智能家電及智能家居；分布式能源接入及控制系統(tǒng)；智能用戶服務(wù)系統(tǒng)；智能輸電線路巡檢系統(tǒng)、智能輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)；智能型全方位電力戶外設(shè)施防盜綜合預(yù)警系統(tǒng)；變電站全方位多媒體遠(yuǎn)程監(jiān)控。
　　傳感器作為智能電網(wǎng)終端設(shè)備的一個(gè)基本的環(huán)節(jié)，在電力系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用空間，將在電網(wǎng)建設(shè)、電網(wǎng)安全生產(chǎn)管理、運(yùn)行維護(hù)、信息采集、安全監(jiān)控、計(jì)量及用戶交互等方面發(fā)揮巨大作用，可以全方位提高智能電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)的信息感知深度、廣度以及密度，為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化以及電力流、信息流、業(yè)務(wù)流的高度融合提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。物聯(lián)網(wǎng)的相應(yīng)技術(shù)和產(chǎn)品將可以廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、變、配、用環(huán)節(jié)，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
　　
　　5結(jié)論
　　隨著智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將進(jìn)一步滲透到智能電網(wǎng)的發(fā)展和建設(shè)中，并成為推動(dòng)智能電網(wǎng)發(fā)展的重要技術(shù)手段，有助于解決電網(wǎng)各環(huán)節(jié)重要運(yùn)行參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)信息掌控。本文分析智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)提出面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案和應(yīng)用前景，具有重要的研究意義。
　　
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