物聯網技術在智能電網中的應用

劉 銳

（中國通信建設第二工程局有限公司，陜西 西安 710119）

0 引言

伴隨著計算機技術與自動化技術的發展，電力企業開始建設智能電網，其基于高效、智能的網絡技術，為生產生活帶來了安全、可靠、穩定的用電服務。將物聯網應用在智能電網中能夠對電力設備進行實時監測、提升電力生產管理效率、調整優化電力服務，全面提高智能電網運行質量與效率。

1 物聯網技術與智能電網的聯系

物聯網是利用信息傳感設備，按照約定的協議，把物體與互聯網連接起來開展通信，以完成對物體的智能化跟蹤、管理的網絡形式。物聯網技術的應用能夠實現現實社會與互聯網的有效整合。物聯網能夠對網絡范圍內的設備、人員進行實時動態管理，以提升資源利用效率與質量，改善生產生活[1]。智能電網即為由不同類別的自動化輸電、配電設備與系統構成的電力系統，能夠短時間內響應電力市場需求，擁有智能化結構，可以實現雙向的實時信息互通，為用戶提供可靠、安全的電力服務。物聯網與智能電力之間關系密切，主要表現在以下幾個方面：一是智能電網的智能化主要表現為可實時控制、可數據分析、可智能決策，而物聯網也能夠起到控制、分析與決策的作用。可以看出，智能電網與物聯網之間關系密切，有著一系列的共性技術。這些共性技術主要表現在感知與觀測中，如常用的傳感器技術、GPS技術等；二是智能電網是物聯網的主要應用平臺之一。物聯網技術的應用領域眾多，如智能家具、智能交通、智能金融、智能城市等。但智能電網與上述領域存在一系列不同之處，即為智能電網自身以就是以網絡形式組成，使用金屬材質線纜用于傳遞信號。智能電網是基于傳統電網形式之上，且與人們的生產生活密切聯系，為物聯網的應用提供了十分廣闊的平臺；三是物聯網技術是智能電網的基礎。為了發揮智能電網的各項功能，突出智能電網的優勢，必須運用物聯網技術。如智能電網與用戶之間的互動溝通是智能電網的特色之一，能夠轉變傳統電網形式下用戶信息與電網的單向傳遞。智能電網互動的實現就必然需要物聯網技術的支持。只有快速全面的數據收集與傳遞，才能夠讓電網與用戶進行智能溝通與交流；四是智能電網對物聯網技術提出了更高的要求[2]。智能電網不僅僅為物聯網技術的運用提供了廣闊的發展空間，同時也對物聯網技術提出了更多元化、更高水準的要求，反向推動了物聯網技術的發展。智能電網的應用對傳感設備有著豐富的類型需求，需要傳感設備用于采集電流、溫度、濕度等數據信息。且智能電網對數據傳輸有一定要求，由于電網覆蓋范圍廣，途徑地理環境復雜，要求穩定可靠的網絡條件，這對物聯網技術提出了綜合要求。

整體來看，物聯網技術能夠為智能電網帶來更優質、更高效的服務。首先，物聯網技術能夠的進行電力大數據分析。伴隨著智能電網規模的擴大，海量電力信息數據給電網監控與管理帶來了挑戰。而利用物聯網技術則可以將傳感器收集的數據傳輸到智能電網控制中心，工作人員通過可視化數據分析則可以及時判斷智能電網潛在的問題，以便及時處理。其次，物聯網技術能夠進一步推動智能電網與用戶的交互。物聯網技術的運用可以更好地進行用戶側管理，利用物聯網可以對用戶與電網的工作狀態進行判斷，為保證電力服務的穩定性。最后，物聯網技術能夠減少分布式電源等新能源帶來的風險。伴隨著新能源在電網中的應用，電網的運行狀態發生了改變。如分布式電源存在的波動性會導致配電網功率不穩定。利用物聯網技術對分布式電源進線實時監測，快速響應調整，能進一步穩定用戶的電能質量。

2 物聯網技術在智能電網中的應用

2.1 基于智能電網的物聯網結構

當前基于智能電網的物聯網結構主要可以分為感知層、網絡層與應用層。第一，感知層主要用于感知識別設備，獲取設備的各項指標信息。通過裝設在設備上的傳感器接收器來獲取對象的溫度、用電數據、地理位置等信息，再通過使用RFID技術、激光掃描技術等方式將信息傳遞給網絡層。與物聯網其他應用環境不同，智能電網應用場景較為復雜，安設在設備上的裝置需要承受惡劣復雜的自然環境。第二，網絡層。網絡層用于接收感知層獲取的信息。智能電網的網絡層是電力通信網，可以用于解決電網、線路的各項狀況。物聯網技術的應用能夠推動智能電網通信信息的增長，拓展電網信息容量，滿足用戶需求。第三，應用層。應用層主要分別對應信息系統，針對網絡層輸送的信息進行加工處理，根據數據模型或參數來為設備進行智能決策提供依據[3]。應用層結合了物聯網技術與智能電網的使用需求，能夠實現物聯網技術與智能電網的高度融合。

2.2 智能電網中物聯網關鍵技術的應用

2.2.1 傳感器

物聯網技術中的智能傳感器是其獲取外界信息的關鍵途徑。相對于傳統傳感器來說，智能傳感器的可靠性強、精度相對較高，且適應能力水平較高。在智能電網中小微傳感器的應用最為廣泛，其擁有采集信息、分析信息、傳遞信息的能力，安裝便捷、抗干擾性能強。在物聯網中的感知層中應用小微智能傳感器能夠在智能電網中完成海量數據的測量與收集。其作為智能電網中透明電網的重要基礎單元，當前還存在電壓測量難度大、功率較大等情況。除了小微智能傳感器外，無線傳感網絡在智能電網中的應用也十分普及。在智能電網中無線傳感器已經逐漸開始被用于收集數據，如進行智能自動抄表、遠程系統監控等。

2.2.2 通信技術

第一，寬帶載波通信技術。寬帶載波通信技術是一種通信編碼技術，其相對于窄帶載波技術而言抗干擾能力強，速率較高，通信延時少，能夠為智能電網提供更好的服務。且寬帶載波通信技術能夠為智能電網運作時需要進行的信息采集提供安全穩定的信息渠道。將寬帶載波通信技術應用于智能電網的合適區域能夠滿足智能配電系統中大量數據的傳輸需求，提升通信效率。第二，5G通信技術。5G通信技術是物聯網的關鍵技術之一，其傳輸速率較高、容量大、延時低，可以用于智能電網中電源發電情況的實時監測，提升電能的利用率。且能夠針對電纜的工作情況進行評估，以便及時發現安全隱患。5G通信技術的運用能夠實現無人機巡檢輸電線路，對智能電網運行過程進行圖片與視頻拍攝，提升巡檢的智能性與可靠性。第三，低功耗廣域物聯網通信技術。低功耗廣域物聯網通信技術可以針對M2M通信場景進行優化，以星型網絡進行覆蓋，單節點最大覆蓋范圍高達100 km。低功耗廣域物聯網通信技術覆蓋范圍廣、功耗低、寬帶低。且在應用中網絡配置較為靈活，能夠支持定位服務與移動對象，且抗干擾能力理想。低功耗廣域物聯網通信技術在智能電網中可以用于電氣設備溫度監測、配電故障指示等。

2.2.3 云計算技術

云計算技術擁有強大的互聯網傳輸能力，且儲存容量大、計算能力強，在智能電網中改技術可以用于進行智能電網調度、智能電網數據分析等，對海量數據進行存儲與處理。第一，智能電網調度。伴隨著智能電網的完善，電網結構也愈加復雜，規模也不斷增加。為了對智能電網實現實時監控并合理調度，則需要利用物聯網技術對電網運行數據進行采集、傳輸、分析。物聯網技術中的云計算技術能夠以總線技術將分布于不同區域調度系統的功能，利用系統結構化進行高度整合，以打造實時、全面、準確的電網調度平臺，以存儲海量數據，完成智能電網調度。第二，智能電網數據分析。智能電網規模的擴大，伴隨而來的智能電表、傳感設備、信息系統等不同數據持續產生，最終形成海量數據。結合物聯網技術中的云計算技術能夠實現對電網用戶、電力設備情況的數據分析。智能電網的數據分析能夠進一步強化電網的透明度，從而更好地調節、優化智能電網服務。

2.2.4 邊緣計算技術

邊緣計算技術應用在智能電網中主要用于優化網絡延遲的情況，并提升任務的執行效率，以便快速響應用戶的請求。邊緣計算技術可以將控制轉移至邊緣，以完成對物聯網中物聯網數據的分析[4]。如智能電網系統出現運行異常或出現故障，邊緣計算技術可以一改將海量信息傳輸到集中式系統的傳統形式，而是將其轉移至邊緣，從而提升數據處理能力。例如，當前配電網結構繁復，點多面廣,大多數解決策略是把所采集的圖片信息上傳到服務器中進行分析。但由于圖片傳輸量相對較大，且有價值的信息含量低，會占用網絡資源。利用邊緣計算技術則可以配備高能力的計算單元，通過建立模型來消除部分無用數據傳輸。邊緣計算技術憑借著數據分析效率高的特點尤其適宜開展數據分析與智能自動處理[5]。

3 結語

物聯網技術將智能電網的各個結構緊密聯系起來，持續推動電力系統的智能化、自動化發展。其中，傳感器技術、通信技術、云計算技術與邊緣計算技術能夠為智能電網提供穩定的電力服務起到重要作用，實現了智能電網的實時監控、及時調整與穩定優化。伴隨著物聯網技術的持續發展，其在智能電網中的應用越來越廣泛，智能電網也將朝向更加自動化、智能化的方向發展。