物聯網技術在智能電網中的應用

李來存

（上海邦德職業技術學院，上海 200444）

0 引言

物聯網技術在人們生活及商業發展中得到廣泛應用，而應用到智能電網卻是近幾年發展起來的，目的是充分利用物聯網技術實現內部資源的有效連接和整合，對智能電網輸配電、變電及用電加以科學管理，做到電能的實時傳輸和供應，在滿足日常生產生活用電的同時，實現電能節約，推動電力產業的可持續發展。

1 物聯網技術與智能電網的內涵

1.1 物聯網

物聯網是物理和網絡信息融合下的產物，通過傳感器技術、GPS技術實現網絡連接及信息的相互傳遞，掌握客觀事物的具體內容，借助自動化分析和判斷，了解事物特點或需求，達到智能化管理目的。物聯網是大數據時代發展的必然產物，隨著信息技術的不斷升級，應用范圍的擴張，物聯網在很多領域得到了廣泛應用，與人們生活的聯結也愈加緊密。物聯網技術不僅是互聯網發展中的重要組成部分，還可以滿足標準、可交互操作等通信協議要求，是目前重要的終端設備系統。物聯網技術中的高頻識別、傳感器和互聯網技術，能夠實現物品間的有效銜接，真正滿足物物相連的要求，為網絡運營及人們生活提供更多便利［1］。

1.2 智能電網

智能電網是當前電力企業發展的主流形式，智能電網中融入了信息通信、傳感測量、自動化、智能化控制技術等多種先進技術，除可以保證電網日常運營外，還可以實現自動化檢測和維護、科學抵抗和管理等任務目標，滿足現代化社會發展需求。智能電網的出現，實現了電網的全面化、自動化監督和管控，做到故障實時監控和準確判斷，解決傳統模式帶來的弊端，提高電網運行可靠性，優化管理水平。在智能電網中融入物聯網技術，不但可以提高電網運營管理水平及日常作業效率，還能對電網結構實行優化調整，使得整體管控更加科學有效。

2 智能電網中物聯網技術應用優勢和作用

2.1 擴展業務范圍

電力系統管理過程中，供電到用電消費的整個過程會消耗較多勞動力，加上電力設備的操作、監管及調節工作，所需人力數量相對較大。目前，電力部門人員配備有所限制，導致部分工作因為人員不足、工作壓力大而出現疏忽現象，使得電網運行中信息數據收集不及時、不精準，出現問題后很難第一時間予以快速處理和解決，降低了電網整體運行效率，進而帶來較大的經濟損失和能源消耗。物聯網技術在電網中的融合應用，實現了電網系統的自動化、智能化管理和控制，能夠結合運行情況及用電需求，做到及時調整和優化處理，既保證了電網運行質量，又解決了人員不足存在的各類問題及資源消耗，強化了電網系統的整體運行效果。在物聯網技術推動下，智能電網體系結構逐漸完善，工作效率明顯提升，失誤率大大下降［2］。

2.2 實現多能源交互目標

隨著信息技術的快速發展，物聯網技術得到了長足進步，通信效率顯著提升，融入物聯網技術的智能電網結構在發電等業務活動中逐漸呈現多樣化特征，不僅降低了作業人員的工作壓力，提高了智能電網的實時運轉效率，還能對電能輸出科學把控，保障電能分配的合理性與有效性。如：白天可以借助太陽能、風能等綠色資源的收集與轉化，達到電網發電的目的；夜晚可采取水力或火力發電的方式，保證電能正常供應。在物聯網技術的輔助作用下，可對智能電網的運行情況加以實時動態化的了解和監督，對用電裝置實行科學調整和處理，保證電能傳輸質量。在物聯網技術的推動下，智能電網對自身用電設備也加大了監督和管控力度，加強了故障處理的有效性和及時性［3］。

3 物聯網技術在智能電網中的應用

3.1 物聯網技術下的智能電網結構優化

物聯網下的智能電網結構可劃分為感知層、傳輸層和應用層3部分，每層實用技術各不相同，技術間的有效融合可以滿足智能輸變電、配電及用電的要求。

3.1.1 感知層

感知層是進行物識別的重要部分，運用的技術以光纖通信、無線傳感技術為主，利用智能電網中傳遞的電信號開展采集、分析和控制工作，了解電能傳輸質量，加強電能供應的可靠性。在該結構層內，利用新型傳感器設備及射頻識別技術，能夠對智能電網內部信息予以快速識別和處理。感知層是智能電網中物聯網技術潛能發揮最為突出的結構，以嵌入方式對整個系統運行加以把控，利用先進技術和設備，實現信息的快速獲取和利用，增強智能電網運行的有效性。

3.1.2 傳輸層

傳輸層也稱為網絡層，利用電力光纖網實現對感知層內信息信號的接收，位于系統結構的中間部分，可保證信息傳遞過程的安全性、及時性。目前傳輸層的設置可以加大無線傳感器網絡的應用頻率，充分利用該技術對傳輸層結構實行優化調整，可以實現無線或有線連接，加快傳輸速度。同時，無線傳感器網絡設置的靈活性較強，雖然使用的小型傳感器數量多，但連接較為便利，調整速度快，可促進傳輸層內部的良好運行。此外，目前傳輸層中還將新型的ZIG-REE技術應用其中，用以強化無線通信傳輸效果。該技術優勢為傳輸距離短、成本低、能耗小、容量高、安全性強及短時延，應用在傳輸層內，能夠在電力系統運行中快速與感知層中的智能傳感器有效連接，加快信息數據的采集和融合速度。

3.1.3 應用層

在智能電網中，物聯網技術依靠GIS數據、結構數據、非結構數據、實時數據發揮作用。這些數據的快速處理可以為電力信息平臺運行提供有效支撐和保障，并在此基礎上完善平臺結構體系，增強業務能力，更好地處理電力系統運行中的各項問題。智能電網運行中，智能發電、輸電及用電均有著不同要求和方案計劃，如在智能輸電中，需要明確了解導線和桿塔狀態，通過天氣變化特征預測可能出現的輸電風險隱患，之后在系統內進行相應指令的下達，提前開展防控工作，保證電網運行安全性。

3.2 智能電網中物聯網關鍵技術的應用

3.2.1 傳感器技術

智能傳感器是物聯網技術在智能電網應用中，用于獲得外界信息及信號指令的重要技術手段。相較傳統的傳感器，智能傳感器的及時性和精準性更好，而且自身有較強的抗干擾能力，在諸多環境下能保持良好運行，適應性較強。在現階段小型智能電網中，傳感器技術的應用較為廣泛，加快了信息采集、分析、處理、傳遞速度，設備安裝便利，抗干擾能力強，可以提高信息準確度和及時性。微型智能傳感器在智能電網感知層中的運用，可以解決大量數據處理面臨的困難，解決電壓檢測難度大、功耗大等問題。此外，無線傳感器在如今的智能電網中也較常出現，對于強化遠程監控效果、實現智能化抄表起到了良好的促進作用。

3.2.2 通信技術

(1）寬帶載波通信。相較傳統的窄帶載波通信技術，寬帶載波通信技術的抗干擾能力更強、傳輸速度更快、通信存在的延時性更小。應用在智能電網中，能夠保證指令下達的及時性、可靠性，減少不必要的麻煩產生。寬帶載波通信技術可加快智能電網運行全過程信息采集速度，保障信息安全，提高通信效率。

(2）5G通信技術。5G通信技術是物聯網發展中較為重要且新型的技術，具備大容量、高效率、低延遲的傳輸特點，在智能電網中能實現實時監測和管控，對于智能電網整體運行情況及時給出科學評估和考量，有效控制運行中故障等問題的產生。另外，5G通信技術可促進無人機巡線傳輸模式的落實，實時獲取影像、圖片信息，為現場監控及調整提供保障。

3.2.3 云計算

云計算與大數據技術是目前物聯網發展中的關鍵技術，云計算的存儲容量較大，計算量小，網絡傳輸能力強，將其融入智能電網，可強化系統運行的自動化、智能化效果，做到電能科學調度及數據的快速分析。

(1）智能電網調度。智能電網建設的愈加完善，內部結構復雜性也越來越強。隨著規模擴大，如果不能對其展開科學調度，很容易阻礙智能電網運行，影響供電效果，所以要運用物聯網技術做到科學管控。云計算技術的應用為智能電網實時監控及調度工作的開展提供了依據，加快數據收集、分析及傳輸速度，實時掌握智能電網運行效率。基于物聯網的云計算技術，可以以總線技術為基礎，對分布在不同地區的調度系統實行功能整合，實現系統結構的高度集成，從而構建出實時、全面、準確的電網調度平臺，存儲海量數據，完成智能電網調度。

(2）數據分析。智能電網中涵蓋的設備信息較多，如智能電表、傳感設備等，產生的數據信息巨大，對于這些數據信息的處理和利用，需要運用云計算技術加以科學處理。準確了解智能電網運行狀況，快速找出問題所在并解決，實現智能電網的優化調整，提高電網透明度。

3.2.4 智能化技術

智能化技術下的電力設備不僅能夠準確提供數字化信息，還能開展自我診斷及自我調整，增強設備適應能力，科學把控智能電網，智能化電力設備的出現為智能電網發展帶來更多助力和支持。智能化技術的運用能夠對電量與非電量監測信號的分布情況、傳輸及處理效果加以實時掌握，開展非接觸下的測量工作；利用智能技術可對電力設備運行狀態加以檢測，自動開展故障診斷工作，判斷設備的穩定性，并在發現問題后自動上報和處理。該技術下，電力設備能夠加快信息采集和信號接收處理速度，增強智能診斷的有效性；智能電氣設備下可實現開關最佳時間管控，促進數字化管理的有效落實，通過信息的快速收集和處理，為決策下達及設備操控提供依據；信息交互網絡的構建更加完善，信息數據傳輸及共享的效率逐漸提升，拓展無線通信系統結構，以彰顯信息傳輸及時性，為供配電管控提供保障。

4 智能電網中物聯網技術的關鍵應用

4.1 生產管理應用

傳統電網在整個運行過程中會消耗較大勞動力來實現系統設備的監控、計劃、操作、調度。普通電網經常因為信息處理不及時、人員配備量不足，導致相關工作無法順利開展，進而降低供配電質量，很難保證電力行業發展，增加電能消耗。智能電網的出現解決了上述問題，借助物聯網技術的輔助，實現對電網的實時監控和科學測量，保障系統的高效穩定運行。在智能電網中，應用智能化傳感器可開展電氣量、開關量等信號的采集和識別工作，利用物聯網技術構建線上監控平臺或軟件，做到動態化、移動化的監督和管理。氣象測量元件、振動傳感器及視頻探測器等先進設備的運用，強化了電力設備的定位和測量，加大了日常巡檢力度，降低人工作業消耗，進而緩解人員作業壓力，完善工作質量。此外，傳感器、電力設備及自動化監控系統也可為故障識別和位置判斷提供幫助，提高故障處理精準度。物聯網技術還能幫助電網實行發、供、配以及用電的智能化和信息化管理，促使電網開展生產決策管理、智能化思考，提出增大能源利用率的各項策略，使相應管理指令變得更加科學合理。

4.2 配電巡檢中的應用

隨著智能電網的快速發展，其配電設備數量及分布范圍也發生了較大改變，為巡檢工作的落實帶來較大難度。為促進巡檢工作的順利進行，可加大物聯網技術的應用力度，利用地理信息技術、射頻識別技術構建智能配電巡檢系統，為物聯網在智能電網中的應用提供保障。該結構系統的構建，能快速對配電網開關站、配電室、架空線路、分支箱、環網柜等加以明確標注，加快不同模塊下信息數據采集和處理速度，且能夠自動將收集到的數據資料傳輸到指定服務器中，做到實時、有效，以此改進系統內部信息質量，為巡檢工作提供助力。

4.3 能源調度的應用

物聯網技術的應用，能夠對智能電網運行中產生的電負荷值及負荷預測值等信息進行收集、分析與及時反饋。參照這些參數指標，重新對電力輸出實行調整和優化，同時根據不同地區用戶需求，調整能源用電計劃，實現電能的科學管控，避免過度損耗。物聯網技術還可以獲取電網的實時信息，分布式撒網結合實際用電情況自動調節儲能裝置的充放電，合理開展智能微網能效管理，并自動采集電量信息，監測異常信息和分析用電經濟性，從各方面保證能源的最佳使用狀態。

4.4 智能用電服務的應用

電能已經是當前人們生產生活中不可或缺的能源，隨著人們生活質量的提高，企業規模的擴大，用電需求量也在不斷提升，工廠生產中監控系統、自動門系統等都需要電能的有效支撐，以保證工作的順利進行。為改善電能供應質量，在智能電網發展中，需加大物聯網技術融合力度，合理規劃用電量，科學調度電能，提高服務質量。在實際作業中，可通過設置客戶端的方式，利用物聯網技術對其予以實時監督和把控，在智能電網載體作用下，配置控制器、智能插座、智能家電及安防設備，做到智能化管理，讓用戶明確了解用電情況，及時進行問題反饋和處理，提高服務水平。

5 結語

智能電網中，物聯網技術的運用不僅可以實現電網系統和結構的優化創新，還能推動電力行業逐漸向自動化、智能化方向發展，做到電能的科學把控，提高企業的經濟效益。