物聯網技術在智慧電網中應用研究

周揚帆

摘? ?要：智慧電網將是最具代表性的物聯網技術應用行業之一，智慧電網采用相關物聯網技術能實現可觀測、可控制、實時處理、實時分析等功能。文章例舉了物聯網技術在智慧電網中應用案例。

關鍵詞：物聯網技術? 智慧電網? 應用

中圖分類號：TM76;TN929.5;TP391.44? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（a）-0140-02

電網是智慧城市發展的重要基礎之一，亦是智慧城市建設的重要內容之一。目前，電網的建設逐漸向“智慧”邁進，并發展迅速。智慧電網是采用先進的設備和技術，偵測電力使用者的用電狀況和電力供應者的供電狀況，對電網進行監測、分析以及決策控制，能實現“智慧”供電與用電，并具有自愈、互動功能的電網。

物聯網技術在智慧電網發揮了重要作用：采用先進的量測與傳感技術，能實現“智慧”觀測;對供電與用電狀態進行監控，能實現“智慧”控制;利用實時處理技術，能實現“智慧”處理;對供（用）電大數據進行采集與挖掘，能實現“智慧”決策;運用嵌入式技術，能實現“智慧”自適應和自愈等等。

1? 基于物聯網的智慧用電服務系統

1.1 基于物聯網的智慧用電信息采集系統

基于物聯網的智慧用電信息采集系統是利用無線傳感網絡、電力線寬帶通信、TD-SCDMA（Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access，時分-同步碼分多址）以及電力專用寬帶通信網絡，建設以雙向、寬帶通信信息網絡及AMI（Advanced Metering Infrastructure，高級計量架構）為基本特征的用電信息實時采集與管理應用系統，實現計量裝置在線監測和用戶負荷、電量、計量狀態等重要信息的實時采集，及時、準確、完整地為電力營銷信息系統及智能配電網絡提供基礎數據。

1.2 基于物聯網的智慧用電服務系統

基于物聯網的智慧用電服務系統是結合PLC（Power Line Communication，電力線通信）、FTTH（Fiber To The Home，光纖到戶）、無線寬帶通信等通信方式，擁有包括智能交互機頂盒、智能交互終端、智能插座等主要硬件設備，用于實現智慧用電管理通信的系統。

1.3 基于物聯網的電動汽車用電管理平臺

汽車的能源消耗和廢氣排放是造成全球石油危機和溫室效應的主要原因之一，電動汽車的出現對解決日益緊缺的石油資源和日益嚴重的環境污染問題具有重要的意義。電動汽車代表了新能源汽車的發展方向，并已將其提升到各國產業競爭的戰略高度。純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池電動汽車是當前主要的電動汽車幾種類型。我國工信部、科技部和國家發改委形成的共識是將純電動汽車作為未來新能源汽車發展的主要方向。

純電動汽車的充電問題是電動汽車普及的一個非常現實的障礙。目前市場上絕大多數電動汽車一次充電后的續航里程有限，與傳統燃料汽車的模式不同，電動汽車的電池由于體積和重量原因很難手工轉移，單次充電時間比較長，充電設施數量少。

利用物聯網技術可以提高電動汽車的運行狀態監測、安全行駛監測、充電站運行環境、安全運行監測等信息感知和綜合分析能力。一個基于物聯網的電動汽車充電和充電站管理平臺的感知層包括電動汽車和充電站兩部分。通過電動汽車傳感器及自組網絡技術收集電動汽車當前位置、運行狀態、電池設備型號和電池能量狀態等參數，通過GPRs等無線傳輸技術將車輛運行信息實時上報。而充電站通常部署包括專有的充電站、替換電池等設施上的傳感器，充電站區域內溫、濕度、氣體濃度、振動幅度等傳感器以及安防視頻傳感器等，通過電力光纖或電力線載波等將信息傳輸到后臺，實現對當前電動汽車運行網內能源供給狀態和充電站運行狀況的實時監測。

后臺處理中心通過GIS（Geographic Information System，地理信息系統）空間分析能力綜合各種檢測信息做出判斷，為電動汽車和充電站、備用電池等進行綜合分析，在保證電動汽車運行在穩定、經濟、高效的狀態下，提供最高效、最經濟的充電方案調度，提高能源使用效率和電動車的運行效率。

2? 基于物聯網的輸電線路在線監測系統

2.1 基于物聯網的輸電線路在線監測系統結構

基于物聯網的輸電線路在線監測系統分為兩大部分，即桿塔狀態監測和線路狀態監測。傳感器網絡通過網關與移動通信網相聯，將傳感器獲得的狀態信息傳送給狀態監測智能管理系統。系統在實時接收各種傳感信息的基礎上，綜合分析融合各類傳感數據，經由數據庫科學數據模型的分析，對輸電線路現場狀況和故障原因做出準確判斷，高效精確地實現了智能化預測預警，還能根據輸電線路現場情況對監測策略做出相應調整，智能適應各種監測需求。

線路監測系統通過導線監測儀記錄導線與線夾最后接觸點外一定距離處導線相對于線夾的彎曲振幅、頻率等線纜狀態，獲取導線的運行溫升、導線的風偏和擺幅等參數，狀態監測智能管理軟件通過事先設計的輸電線路運行專家系統進行模式匹配，對導線可承載潮流做出評估，為高壓輸電線路動態增容和升溫融冰等提供決策支持。

2.2 基于物聯網的桿塔狀態監測系統

以220kV的高壓線路桿塔為例，桿塔狀態監測的布置包括了在塔基外圍四周埋設地埋震動傳感器;在塔身安裝壁掛震動傳感器、傾斜傳感器、被動紅外傳感器、智能視頻傳感器、防盜螺栓、Sink節點/網關模塊、TD-SCDMA和電源模塊。

地埋震動傳感器埋設在桿塔周圍，這些震動傳感器周期性監測地面震動信號，當在桿塔周圍發生危險挖掘、填埋等土方作業時，多個傳感器會采集到這些信號并傳輸到Sink節點，Sink節點融合處理這些數據，判別威脅等級，如果判定是危險挖掘，會自動聯動智能視頻傳感器，通過TD-SCDMA通信模塊向監控主機發送告警信號。

當發生侵入桿塔的行為時，桿塔震動傳感器、傾斜傳感器和防盜螺栓傳感器會監測到該行為，并將這些信息發送到Sink節點，Sink節點融合處理這些數據，自動識別攀爬桿塔、破壞桿塔、危險接近等各種安全威脅，判別威脅等級，如果判定是危險侵害，會自動聯動智能視頻傳感器，通過TD-SCDMA通信模塊向監控主機發送告警信號。

視頻智能監控系統的視場方向與線路走向一致，線路、桿塔的場景是相對固定不變的，當有大型施工機械進入高壓走廊等危險區域、竹木生長接近高壓線路時，智能視頻傳感器通過模式識別技術判定其威脅等級，如果是危險接近，將會自動通過TD-SCDMA通信模塊向監控主機發送告警信號。

重要交跨線路的安全對整條線路的安全至關重要，如高速鐵路、高速公路和過江線路等線路，在這些桿塔周圍固定埋設了多個震動傳感器，當附近有挖掘行為發生時，Sink節點匯聚各傳感器的數據，通過數據融合處理，智能識別危險等級，如果挖掘行為判定為危險等級，就會自動發出報警信號，并且聯動視頻子系統，將現場圖像通過TD-SCDMA通信模塊發送到監控中心。

3? 基于物聯網的輸變配電現場作業管理系統

3.1 基于物聯網的輸變配電現場作業管理系統的總體架構

基于物聯網的輸變配電現場作業管理系統主要分為包括傳感器、RFID的信息采集層，各種通信方式的通信層，以及后臺信息管理系統的支撐層。輸變配電現場作業管理系統需要綜合運用到傳感器、RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）和視頻等多種技術。輸變配電現場作業人員，包括調度人員、安監人員、作業人員等，通過安裝在作業車輛上的視頻監視設備與設備上的RFID標簽，遠程監控作業現場情況、現場核實操作對象和工作流程（程序），可以確保各項現場工作或活動是可控、在控的，同時保障設備安全、人身安全、系統安全，減少外界因素與人為因素造成的損失。

3.2 基于物聯網的輸變配電巡檢系統

基于物聯網的輸變配電巡檢是輸變配電現場作業管理的核心，系統主要包括感知RFID標簽、無源RFID標簽、手持智能設備以及后臺信息管理系統。通過在輸、變、配電巡檢路線上使用感知RFID標簽、無源RFID標簽，利用手持智能終端的RFID讀卡功能和GPS定位功能，及無線傳感器網絡技術、RFID射頻技術等無線通信新技術，提高輸、變、配電環節巡檢智能化水平。

針對輸電線路的露天環境和遠距離巡查的特點，輸電環節的巡檢系統采用GPS定位技術精確記錄巡檢人員的行進路線，確認巡檢人員到位和到位時間等信息，從而確保工作人員巡檢路線和工作的正確性與規范性，有效提高對巡檢工作的監督力度，避免巡檢工作中出現的錯檢、漏檢問題。

針對變電站、配電站內存在大量電氣設備，且室內作業情況較多的特點，采用感知RFlD標簽和無源RFID標簽的聯合部署方案，通過RFID射頻識別技術實現智能化變、配電巡檢系統。

智慧電網融合了信息技術、通信技術、數據融合與挖掘技術、分布式電源技術、集散控制技術、環境感知技術等多學科領域，形成了市場、運營機構、服務機構、發電廠、輸電部門、配電所及用戶（包括企業與家庭用戶）之間的雙向互動。

參考文獻

[1] 邵云蛟，吳屏，夏雨瀟，李超.智能電網支撐智慧城市關鍵技術研究[J].通訊世界，2018（7）：154-155.

[2] 柏鈺昇.關于智能電網對智慧城市的支撐作用的分析[J].工業設計，2017（9）：130-131.

[3] 芮勇.分析智能電網建設的規劃與評價[J].城市建設理論研究：電子版，2014（27）.

[4] 鄂旭.物聯網概論[M]. 清華大學出版社，2015.

[5] 韓四滿，李秀廣.基于物聯網的輸變配電在線監測技術研究及應用[J].物聯網技術，2014（11）：16-18.