基于物聯網的智能電網信息化建設研究

閆 亮

（國網河北省電力有限公司滄縣供電分公司，河北 滄州 061000）

0 引 言

智能電網的提出，打破了傳統電網單一的供應模式，開放式的供應模式成為智能電網的主要特點。但是電力系統開放式的供應模式，需要在智能電網精確的測量以及監控下完成。開放式的供應模式，具有非常突出的動態性特征。因此，保證智能電網的精確測量與調控成為關鍵，應當智能化的分配和控制各個設備和節點的能量。本文將結合實踐，基于智能電網輸變電、配電及用電等各方面的業務實際要求，引入物聯網技術進行探討，并提出物聯網與智能電網信息化建設的體系構架以及功能應用。充分考慮智能電網信息化建設的實際情況，分析了智能電網中應用物聯網技術的一些重要問題。

1 電力物聯網

物聯網與電力系統的融合，可以有效識別電網設施以及人員所處的環境，對其進行感知、互聯，達到良好的控制作用。可與物聯網的感知層、網絡層及應用層進行一一對應。

（1）感知層。它是由感知控制子層以及通信延伸子層所組成。前者于智能電網中，借以傳感器以及相關的智能采集設備等來有效地采集智能電網不同環節的環境情況、機械狀態及電量情況等。后者在通信終端模塊的基礎上，對延伸網絡進行組成或者直接延伸，在應用層與網絡層進行物理實體連接。

（2）網絡層。信息通過該層進行有效傳遞、路由及控制，由核心網和接入網所組成。智能電網應用過程中需要保證數據的安全性，同時保證其可靠實時的傳輸。物聯網下，通過電力通信網來有效的傳遞信息，并匯聚和控制，對于一些特殊的條件可通過公眾電信網來實現。

（3）應用層。該層主要由不同的應用以及中間件和相應的基礎設施所組成。信息通過中間件與基礎設施進行有效處理，并在計算的前提下，達到可視化的效果。同時，在此前提下，實現智能電網中物聯網技術的高級應用。

2 電力物聯網的功能應用

2.1 電力設備狀態監測與狀態檢修的一體化

狀態監測與狀態評價是進行設備狀態檢修的前提，電力設備運行參數可基于物聯網進行有效采集，并達到全面控制的效果。

智能電網設備與物聯網的有效融合，監測電力設備狀態過程中，對狀態信息的橫向以及縱向之間的聯系性進行充分考慮，在分析在線電力設備狀態情況、離線情況以及靜態資產情況的基礎上，對設備是否存在運行異常進行分析，判斷異常是否嚴重，并判斷其發展趨勢，對故障發生的早期征兆進行有效識別，針對性地開展維護工作，達到對電力設備進行全壽命管理的效果，促進電網運行安全[1]。

2.2 電力系統外部廣域信息監視和預警

外界環境對電力設備的運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對氣象數據進行宏觀性獲取。此外，需要在線監測電力設備的外部溫濕度、氣壓、風力、光輻射及降雨信息等。通過后端系統將上述數據和易發生的故障氣象條件進行對比。最后通過數學模型以及人工智能技術對短期及中長期情況進行預測。

2.3 基于射頻識別技術和移動終端的資產管理

通過電子標簽錄入基本的電力資產信息，讓電力資產與電子標簽信息進行有效對應；射頻通信鏈路在電子標簽的基礎上通過閱讀器而建立，進而有效采集電力資產信息，并實現對這這些信息的監控；通過無線通信網將標簽信息采集后向數據監控管理中心進行傳輸；實現信息在移動終端和與監控管理中心之間的互相交互。在電子標簽中存儲資產信息，并通過無線射頻進行識別具有非常大的優勢。

（1）能夠同步實時地對檢修資產進行有效地管理，使調配資產的效率得到大幅提升，更加明確其目的性。

（2）能夠實時動態地跟蹤監測資產的全壽命周期，促進綜合的監控管理，避免了人為因素的干擾。

（3）在調配資產以及企業投資決策中發揮著重要作用，促進資產的合理使用，提升了投資的邊際效應。

2.4 信息共享與智能用電服務平臺

智能電網信息化建設中應用物聯網技術，使得交互服務在智能用電中得到了體現，同時還可采集用電信息，實現智能化家居，提升管理能效。雙向互動在電網與用戶間得到了體現，從而更好地滿足智能電網前提下人們多樣化與個性化的用電服務需求。

通過智能用電服務平臺的建設，對傳統的用電服務能容進行了有效擴展，使得智能電網在原來服務領域的基礎上，實現了新服務領域的拓展。通過利用抽取信息與信息挖掘技術，大大提升了信息資源的利用效果，用戶在Web服務的前提下，能夠進行可視化互動，進一步提升用電服務能力。

3 電力物聯網的關鍵技術

3.1 智能電表

在供應商和用戶之間實現實時動態溝通的主要硬件設施是智能電表，其標識符號是可以尋址的，也是獨立的，同時還具有雙向通信的效果。在預測用戶能源使用情況下，能夠進行科學調度與規劃，通過參數以及非參數的混合手段，對短期負荷進行有效預測，價格變化通過價格彈性進行描述，在用電實時短期價格彈性模型基礎上，為供應商和客戶之間形成有效的互動創造了條件。

3.2 智能管理和信息共享實現虛擬能量儲存

可再生波動的、間歇性的能源應用，可通過智能電網的存儲功能得以實現，能源需求的協調通過現代通信技術進行動態協調與分布式響應。這需要建立與電動車充放電雙向潮流的虛擬能量存儲功能。在供應商和用戶之間建立信息共享和智能管理的虛擬能量緩沖，需求側管理思想在動態數據驅動的虛擬能量緩沖下得到了體現。

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絡以及標準接口，才能有效地推動智能電網的滲透，以Web為中心服務在此方面有著很大的優勢。在服務器與網關之間，通過傳感器實現信息交互，同時服務器不需要在網關的前提下便可進行信息交互。

3.4 云計算

相較于傳統的電網狀態監測，電力物聯網的信息量更大。海量的數據信息可在云計算的基礎上進行處理，數據存儲通過分布式冗余存儲系統來實現，使得數據的安全可靠性得到了大幅提升，應用程序必須要滿足海量信息處理的需要。大型數據集與應用程序可通過基于列的數據管理模式進行動態化讀取。

3.5 信息安全

應用系統、無線網絡及傳感器網絡問題等都會影響物聯網的安全，同時一些新的隱患也在系統的不斷整合中出現。為更好地保證信息安全，必須要采取有效的措施進行應對。（1）電力設備的物理安全可通過物聯網感知能力來確保其安全；（2）網絡安全可通過加強機密保護、保證完整信息和控制訪問以及接入認證來提升其安全性；（3）業務關鍵數據以及鑒別信息通過安全模塊進行保存，確保本地信息的安全性；（4）通過密碼機制，保護數據的機密性、新鮮性及完整性，依照需求來認證消息源，并對系統軟件容錯能力進一步強化。

4 物聯網技術面臨的挑戰

智能電網中物聯網有著非常大的優勢，然而系統研究還不是非常的成熟，還應當進一步加強研究[2]，面對挑戰還比較多。

（1）缺乏標準化的體系。智能電網信息化建設過程中，物聯網技術目前還缺乏標準的技術體系，數據格式在感知終端上呈現多樣化特點，通信標準在網絡層尚未統一，對智能電網物聯網技術的大規模發展形成了一定阻礙。現在電網在自身信息標準的基礎上，沖突問題和重疊問題還普遍存在，應當積極改造通信信息模塊，以促進智能電網物聯網融合的相關標準建設。

（2）信息集成有待實現。信息模型以及接口標準在電網應用系統中的標準不統一，將會形成信息孤島的情況。

（3）信息安全保障不足。國民經濟中，電力的重要性不言而喻，所以必須要保證電力安全。目前的物聯網技術還存在非常多的安全問題，隨著信息化建設的不斷開展，不可避免會出現信息泄露以及惡意竊取等安全問題，所以保證智能電網信息化建設中物聯網技術應用的安全性，具有非常重要的現實意義。

5 結 論

智能化電網信息化發展中物聯網技術發揮著非常重要的作用，所以應當加強物聯網技術的研究工作。本文對智能電網的特性進行了充分地分析，提出了構建面向智能電網的電力物聯網解決方案。但電網信息化水平以及物聯網技術的發展是實現電力物聯網應用的重要基礎。相關的研究，應當向復雜現場環境的傳感器網絡、大規模異構網絡等研究領域進行拓展。隨著系統研究的深入與物聯網技木的不斷完善，將形成完整的電力物聯網技術體系。