基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)信息化建設(shè)研究

閆 亮

（國網(wǎng)河北省電力有限公司滄縣供電分公司，河北 滄州 061000）

0 引 言

智能電網(wǎng)的提出，打破了傳統(tǒng)電網(wǎng)單一的供應(yīng)模式，開放式的供應(yīng)模式成為智能電網(wǎng)的主要特點(diǎn)。但是電力系統(tǒng)開放式的供應(yīng)模式，需要在智能電網(wǎng)精確的測量以及監(jiān)控下完成。開放式的供應(yīng)模式，具有非常突出的動(dòng)態(tài)性特征。因此，保證智能電網(wǎng)的精確測量與調(diào)控成為關(guān)鍵，應(yīng)當(dāng)智能化的分配和控制各個(gè)設(shè)備和節(jié)點(diǎn)的能量。本文將結(jié)合實(shí)踐，基于智能電網(wǎng)輸變電、配電及用電等各方面的業(yè)務(wù)實(shí)際要求，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行探討，并提出物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)信息化建設(shè)的體系構(gòu)架以及功能應(yīng)用。充分考慮智能電網(wǎng)信息化建設(shè)的實(shí)際情況，分析了智能電網(wǎng)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一些重要問題。

1 電力物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)與電力系統(tǒng)的融合，可以有效識(shí)別電網(wǎng)設(shè)施以及人員所處的環(huán)境，對其進(jìn)行感知、互聯(lián)，達(dá)到良好的控制作用。可與物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層進(jìn)行一一對應(yīng)。

（1）感知層。它是由感知控制子層以及通信延伸子層所組成。前者于智能電網(wǎng)中，借以傳感器以及相關(guān)的智能采集設(shè)備等來有效地采集智能電網(wǎng)不同環(huán)節(jié)的環(huán)境情況、機(jī)械狀態(tài)及電量情況等。后者在通信終端模塊的基礎(chǔ)上，對延伸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組成或者直接延伸，在應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行物理實(shí)體連接。

（2）網(wǎng)絡(luò)層。信息通過該層進(jìn)行有效傳遞、路由及控制，由核心網(wǎng)和接入網(wǎng)所組成。智能電網(wǎng)應(yīng)用過程中需要保證數(shù)據(jù)的安全性，同時(shí)保證其可靠實(shí)時(shí)的傳輸。物聯(lián)網(wǎng)下，通過電力通信網(wǎng)來有效的傳遞信息，并匯聚和控制，對于一些特殊的條件可通過公眾電信網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。

（3）應(yīng)用層。該層主要由不同的應(yīng)用以及中間件和相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施所組成。信息通過中間件與基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行有效處理，并在計(jì)算的前提下，達(dá)到可視化的效果。同時(shí)，在此前提下，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高級(jí)應(yīng)用。

2 電力物聯(lián)網(wǎng)的功能應(yīng)用

2.1 電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與狀態(tài)檢修的一體化

狀態(tài)監(jiān)測與狀態(tài)評價(jià)是進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)檢修的前提，電力設(shè)備運(yùn)行參數(shù)可基于物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有效采集，并達(dá)到全面控制的效果。

智能電網(wǎng)設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)的有效融合，監(jiān)測電力設(shè)備狀態(tài)過程中，對狀態(tài)信息的橫向以及縱向之間的聯(lián)系性進(jìn)行充分考慮，在分析在線電力設(shè)備狀態(tài)情況、離線情況以及靜態(tài)資產(chǎn)情況的基礎(chǔ)上，對設(shè)備是否存在運(yùn)行異常進(jìn)行分析，判斷異常是否嚴(yán)重，并判斷其發(fā)展趨勢，對故障發(fā)生的早期征兆進(jìn)行有效識(shí)別，針對性地開展維護(hù)工作，達(dá)到對電力設(shè)備進(jìn)行全壽命管理的效果，促進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)行安全[1]。

2.2 電力系統(tǒng)外部廣域信息監(jiān)視和預(yù)警

外界環(huán)境對電力設(shè)備的運(yùn)行有著非常重要的影響，基于氣象部門所提供的氣象信息能夠?qū)庀髷?shù)據(jù)進(jìn)行宏觀性獲取。此外，需要在線監(jiān)測電力設(shè)備的外部溫濕度、氣壓、風(fēng)力、光輻射及降雨信息等。通過后端系統(tǒng)將上述數(shù)據(jù)和易發(fā)生的故障氣象條件進(jìn)行對比。最后通過數(shù)學(xué)模型以及人工智能技術(shù)對短期及中長期情況進(jìn)行預(yù)測。

2.3 基于射頻識(shí)別技術(shù)和移動(dòng)終端的資產(chǎn)管理

通過電子標(biāo)簽錄入基本的電力資產(chǎn)信息，讓電力資產(chǎn)與電子標(biāo)簽信息進(jìn)行有效對應(yīng)；射頻通信鏈路在電子標(biāo)簽的基礎(chǔ)上通過閱讀器而建立，進(jìn)而有效采集電力資產(chǎn)信息，并實(shí)現(xiàn)對這這些信息的監(jiān)控；通過無線通信網(wǎng)將標(biāo)簽信息采集后向數(shù)據(jù)監(jiān)控管理中心進(jìn)行傳輸；實(shí)現(xiàn)信息在移動(dòng)終端和與監(jiān)控管理中心之間的互相交互。在電子標(biāo)簽中存儲(chǔ)資產(chǎn)信息，并通過無線射頻進(jìn)行識(shí)別具有非常大的優(yōu)勢。

（1）能夠同步實(shí)時(shí)地對檢修資產(chǎn)進(jìn)行有效地管理，使調(diào)配資產(chǎn)的效率得到大幅提升，更加明確其目的性。

（2）能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)地跟蹤監(jiān)測資產(chǎn)的全壽命周期，促進(jìn)綜合的監(jiān)控管理，避免了人為因素的干擾。

（3）在調(diào)配資產(chǎn)以及企業(yè)投資決策中發(fā)揮著重要作用，促進(jìn)資產(chǎn)的合理使用，提升了投資的邊際效應(yīng)。

2.4 信息共享與智能用電服務(wù)平臺(tái)

智能電網(wǎng)信息化建設(shè)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得交互服務(wù)在智能用電中得到了體現(xiàn)，同時(shí)還可采集用電信息，實(shí)現(xiàn)智能化家居，提升管理能效。雙向互動(dòng)在電網(wǎng)與用戶間得到了體現(xiàn)，從而更好地滿足智能電網(wǎng)前提下人們多樣化與個(gè)性化的用電服務(wù)需求。

通過智能用電服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)，對傳統(tǒng)的用電服務(wù)能容進(jìn)行了有效擴(kuò)展，使得智能電網(wǎng)在原來服務(wù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了新服務(wù)領(lǐng)域的拓展。通過利用抽取信息與信息挖掘技術(shù)，大大提升了信息資源的利用效果，用戶在Web服務(wù)的前提下，能夠進(jìn)行可視化互動(dòng)，進(jìn)一步提升用電服務(wù)能力。

3 電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 智能電表

在供應(yīng)商和用戶之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)溝通的主要硬件設(shè)施是智能電表，其標(biāo)識(shí)符號(hào)是可以尋址的，也是獨(dú)立的，同時(shí)還具有雙向通信的效果。在預(yù)測用戶能源使用情況下，能夠進(jìn)行科學(xué)調(diào)度與規(guī)劃，通過參數(shù)以及非參數(shù)的混合手段，對短期負(fù)荷進(jìn)行有效預(yù)測，價(jià)格變化通過價(jià)格彈性進(jìn)行描述，在用電實(shí)時(shí)短期價(jià)格彈性模型基礎(chǔ)上，為供應(yīng)商和客戶之間形成有效的互動(dòng)創(chuàng)造了條件。

3.2 智能管理和信息共享實(shí)現(xiàn)虛擬能量儲(chǔ)存

可再生波動(dòng)的、間歇性的能源應(yīng)用，可通過智能電網(wǎng)的存儲(chǔ)功能得以實(shí)現(xiàn)，能源需求的協(xié)調(diào)通過現(xiàn)代通信技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)與分布式響應(yīng)。這需要建立與電動(dòng)車充放電雙向潮流的虛擬能量存儲(chǔ)功能。在供應(yīng)商和用戶之間建立信息共享和智能管理的虛擬能量緩沖，需求側(cè)管理思想在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的虛擬能量緩沖下得到了體現(xiàn)。

3.3 以Web為中心的可互操作的通信

只有具備可相互操作方便快捷的網(wǎng)絡(luò)以及標(biāo)準(zhǔn)接口，才能有效地推動(dòng)智能電網(wǎng)的滲透，以Web為中心服務(wù)在此方面有著很大的優(yōu)勢。在服務(wù)器與網(wǎng)關(guān)之間，通過傳感器實(shí)現(xiàn)信息交互，同時(shí)服務(wù)器不需要在網(wǎng)關(guān)的前提下便可進(jìn)行信息交互。

3.4 云計(jì)算

相較于傳統(tǒng)的電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測，電力物聯(lián)網(wǎng)的信息量更大。海量的數(shù)據(jù)信息可在云計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)通過分布式冗余存儲(chǔ)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，使得數(shù)據(jù)的安全可靠性得到了大幅提升，應(yīng)用程序必須要滿足海量信息處理的需要。大型數(shù)據(jù)集與應(yīng)用程序可通過基于列的數(shù)據(jù)管理模式進(jìn)行動(dòng)態(tài)化讀取。

3.5 信息安全

應(yīng)用系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)及傳感器網(wǎng)絡(luò)問題等都會(huì)影響物聯(lián)網(wǎng)的安全，同時(shí)一些新的隱患也在系統(tǒng)的不斷整合中出現(xiàn)。為更好地保證信息安全，必須要采取有效的措施進(jìn)行應(yīng)對。（1）電力設(shè)備的物理安全可通過物聯(lián)網(wǎng)感知能力來確保其安全；（2）網(wǎng)絡(luò)安全可通過加強(qiáng)機(jī)密保護(hù)、保證完整信息和控制訪問以及接入認(rèn)證來提升其安全性；（3）業(yè)務(wù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)以及鑒別信息通過安全模塊進(jìn)行保存，確保本地信息的安全性；（4）通過密碼機(jī)制，保護(hù)數(shù)據(jù)的機(jī)密性、新鮮性及完整性，依照需求來認(rèn)證消息源，并對系統(tǒng)軟件容錯(cuò)能力進(jìn)一步強(qiáng)化。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

智能電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)有著非常大的優(yōu)勢，然而系統(tǒng)研究還不是非常的成熟，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)研究[2]，面對挑戰(zhàn)還比較多。

（1）缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的體系。智能電網(wǎng)信息化建設(shè)過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)目前還缺乏標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)體系，數(shù)據(jù)格式在感知終端上呈現(xiàn)多樣化特點(diǎn)，通信標(biāo)準(zhǔn)在網(wǎng)絡(luò)層尚未統(tǒng)一，對智能電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大規(guī)模發(fā)展形成了一定阻礙?，F(xiàn)在電網(wǎng)在自身信息標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，沖突問題和重疊問題還普遍存在，應(yīng)當(dāng)積極改造通信信息模塊，以促進(jìn)智能電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)融合的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。

（2）信息集成有待實(shí)現(xiàn)。信息模型以及接口標(biāo)準(zhǔn)在電網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，將會(huì)形成信息孤島的情況。

（3）信息安全保障不足。國民經(jīng)濟(jì)中，電力的重要性不言而喻，所以必須要保證電力安全。目前的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還存在非常多的安全問題，隨著信息化建設(shè)的不斷開展，不可避免會(huì)出現(xiàn)信息泄露以及惡意竊取等安全問題，所以保證智能電網(wǎng)信息化建設(shè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的安全性，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

5 結(jié) 論

智能化電網(wǎng)信息化發(fā)展中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)揮著非常重要的作用，所以應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究工作。本文對智能電網(wǎng)的特性進(jìn)行了充分地分析，提出了構(gòu)建面向智能電網(wǎng)的電力物聯(lián)網(wǎng)解決方案。但電網(wǎng)信息化水平以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。相關(guān)的研究，應(yīng)當(dāng)向復(fù)雜現(xiàn)場環(huán)境的傳感器網(wǎng)絡(luò)、大規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)等研究領(lǐng)域進(jìn)行拓展。隨著系統(tǒng)研究的深入與物聯(lián)網(wǎng)技木的不斷完善，將形成完整的電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系。