萬物互聯在智能電網中的應用

楊歷偉　楊歷華

【摘 要】首先簡要介紹了智能電網（SG）的歷史和主要特點，主要闡述了SG中大數據的生成，然后介紹了物聯網與發展現狀，最后引入了萬物互聯的概念及其在SG整個生命周期中的作用。

【關鍵詞】智能電網；萬物互聯；物聯網

1 智能電網

智能電網（Smart Grid，SG）即以計算機和信息技術為基礎，所實現的電網智能化，又可以稱為電網2.0。通過對先進技術的應用以及對設備的更新，電網運行的安全性與可靠性得到了極大的提高，不僅能夠有效滿足當前用戶的用電要求，同時也能夠容許不同發電形式的接入，提高了電網的運行效率。人們對智能電網（SG）的期望中，關鍵特性有：它是自愈（從電源干擾事件）；它使消費者能夠積極參與需求響應；它對物理和網絡有彈性攻擊；優化資產利用率和運營效率。

為了實現上述期望，SG涉及用數百萬的智能補充電網電子設備，例如相量測量單元（PMU），故障指示器，智能電表，電動車充電器，它將發送和接收數百萬件每分鐘數據以產生可操作的信息和使用，這些信息增強了操作和控制電氣系統。PMU不僅安裝在電網節點中，也在電廠獲得更好（和更便宜的）發電機特性設計這樣的網格?；ヂ摼W協議版本6（IPv6）消除了技術限制可連接的設備數量互聯網，理論上允許數萬億（1038）越來越多的數據。預計SG的開發意味著需要解決以下任務：

1）將現有電網升級為智能配電網（SDG）；

2）微網發展及其連接（或不）可持續發展目標；

3）建立新的信息通信系統（ICT）實現雙向聯系消費者—零售商；

4）創建一個新的智能傳感器網絡；

5）建設一個新的綜合能源市場。

SG意味著大數據數量的增加在網格內循環并與之交換環境。這個事實只是有關的與SG的發展。在現實中的增加大數據不僅涉及其他工業分支，而且也產生科學學科，過濾和存儲不僅是數字，而且有時是模擬數據轉換為數字。大模擬數據可以被認為是大數據的一個子集，但他們是不同的特點，對于他們的信息系統需要以幾十千兆赫的速率進行數字化，通常在大位寬度。第二個區別是更多重要，因為大模擬數據信息不斷由自然和人為來源產生。物理實驗可以在每秒產生幾十兆字節。例如噴氣發動機或電動機的測試動力渦輪機產生相似量的數據； SG測量可以在一個月的過程中產生TB級的數據，這意味著互聯網和網絡產生和傳遞的數據量正在快速增長。每天，產生大約TB級數據。通過連接數十億的設備互聯互通，企業每年可以節省數萬億美元運營成本。連接設備的數量按以下速率增長：2006—20億，2015—數十億，2020—50億和到2015年數據增長應達到90%的應用，因此有必要使用新工具用于大數據管理。有必要記住，連接一個設備意味著必須使用傳感器。

2 從物聯網（IoT）到萬物互聯（IoE）

2.1 基本注意事項

目前很多文獻都講到物聯網（Internet of things， IoT），先從兩個IoT定義開始：“物聯網（IoT）：一個全球性的基礎設施信息社會，實現先進的服務基于現有的互連（物理或虛擬）事物可互操作的信息和通信技術”。物聯網是“一個動態的全球網絡基礎設施具有自配置功能標準和互操作通信協議物理和虛擬“事物”有身份，物理屬性和虛擬個性并使用智能接口，并無縫集成到信息網絡。歐洲數字議程介紹了下面的解釋：“物聯網（IoT）是一個技術和市場開拓基礎互相連接日常物品應用程序。物聯網將使智能生態系統應用和服務，這將提高和簡化人們的生活”。

物聯網理念暗示了其他概念，如互聯網（IoS），萬物互聯（IoE），物聯網（WoT），當然代表物聯網，當我們考慮M2M（人對人）的關系時，M2T（人到事），M2P（人對人），P2P（人到人）和D2D（設備到設備），我們最終到達IoE（互聯網到一切）。物聯網是唯一的可識別對象及其虛擬表示形式互聯網結構，而目前互聯網支持僅人工連接。物聯網理念吸引了科學家，工程師和一些知名公司，例如：CISCO，Google X，IBM，Intel和Oracle研發必要的軟件。它導致了會議、研討會數量的增加；歐盟支持IoT-A項目。

CISCO收集了一個列表，指定以下步驟的物聯網發展：提供給條形碼和RFID幫助自動化庫存，跟蹤和基本識別；目前：強大的連接傳感器，對象，設備，數據和應用；下一步稱為“認知IoT”，促進對象和跨應用程序域的數據重用，利用超連接性，互操作性解決方案語義豐富的信息分布，在不同層次，如在物體，設備，網絡系統和基于證據的應用程序決策和優先級設置上，整合智能。

2.2 IOT應用領域

目前物聯網可用于在各領域的人們的領域活動中，如健康，科學，技術，社會各方面，例如在以下方面可以看到物聯網應用的例子，如智能/食品/水監測；智能健康；Smart Living；智能環境監測；智能制造；智能能源；智能建筑；智能交通和移動；智能工業；智慧城市，等等。

在物聯網應用中，人們可以找到一個領域的概念應用——智能電網。 SG包括電力網，電網和大規模對象，設備數量，消費者連接通信和信息基礎設施享受增值服務，通過智能數據處理，管理電力生產和對消費者交付電，被認為是典型的萬物互聯（IoE）系統。

物聯網日益重要的原因是什么？讓我們考慮一個帶有傳感器的城市交通系統。數據由每個傳感器登記的信息傳送到調度中心，然后被發送回傳感器；如果在城市的傳感器是智能的，那么信息之間的交流可以通過控制交通調度命令（危險事故除外），就可以縮短了響應時間，同時減少數據的數量。

2.3 物聯網管理中的應用

CISCO執行模擬來測試IoT結果應用的未來。以下領域的結果提出：在機會上，在未來十年14.4萬億美元的價值（凈利潤）股權，由連接驅動未連接的P2P，M2P和M2M通過IoE（資產利用2.5萬億美元，員工生產力2.5萬億美元，供應鏈條和物流2.7萬億美元，客戶體驗3.7美元萬億，創新包括減少進入時間市場3.0萬億美元。在行業視角上，能源公司有M2M連接中最大的IoE價值。第三和最大的價值將通過提供一個機會跨越所有行業，智能電網是對主動監控和管理設備能力的基礎，這是能源公司的一個強項。 IoE為公司提供了新的商業模式，其中最終意味著降低能量分配的成本，自動化計費和服務呼叫以及提供主動響應環境條件。

2.4 選定的IoT應用程序問題

雖然物聯網正在擴大，但必須記得操作系統的數量使用IoT不算太高。主要原因包括：制定標準、軟件，缺乏設計、安裝和操作方面的物聯網系統經驗；非常高的投資成本?！癏TTP在舊的互聯網中使用請求至少需要9個TCP數據包，甚至更多如果我們考慮由于連接性差導致的分組丟失；純文本頭可以得到非常詳細，不交付保證和消耗能源的開銷。作為一個典型的企業安排將有數千或數百萬傳感器使用HTTP是沒有意義和發送遙測到一些分裂任務的服務器處理數據是必要的”。今天發送100位數據消耗約5μJ，測量加速度約為50μJ，進行完整測量：測量+轉換+發射消耗250-500μJ。因此，連續收獲100μW，是可以進行一次完整的測量，可以在幾秒內找到非常有趣的計算，收獲自主無線傳感器的能量處理。必須記住，根據不同的類型測量參數/過程，上面的計算可能提供不同的值。

3 討論

智能電網的發展在早期是一個昂貴的過程，需要應用解決方案，確保降低運營成本。物聯網應用在整個SG生命周期，表示可能的解決方案之一。值得將直流電應用在低智能配電網和智能建筑中，這一點將消除AC/DC和DC/AC變換的數量。

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[責任編輯：田吉捷]