基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電網(wǎng)建設(shè)研究

張 令

（國網(wǎng)六安供電公司，安徽 六安 237000）

0 引 言

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于社會生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域，各行各業(yè)也在不斷挖掘物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的潛力，為我國的產(chǎn)業(yè)升級與改革工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為一種趨勢。近年來，人們對供電能力和質(zhì)量提出了更高的要求，相關(guān)主管部門和企業(yè)積極完善了能源供應(yīng)體系和供電系統(tǒng)。而供電系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展成為當前電力行業(yè)急需解決的問題。將智能電網(wǎng)建設(shè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合，可以最大化地突顯物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)據(jù)信息收集和資源綜合利用方面的優(yōu)勢，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)智能電網(wǎng)將擁有十分廣闊的發(fā)展前景[1]。

1 智能電網(wǎng)的概念

智能電網(wǎng)是將傳統(tǒng)電力系統(tǒng)與先進的信息和通信技術(shù)相結(jié)合，以實現(xiàn)更高效、可靠、可持續(xù)的能源供應(yīng)和管理。

一方面，智能電網(wǎng)采用先進的傳感技術(shù)和測量設(shè)備，能夠?qū)崟r監(jiān)測和獲取電力系統(tǒng)各個節(jié)點的狀態(tài)信息。這些數(shù)據(jù)通過云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)進行處理，為電力系統(tǒng)運營提供更精確的預(yù)測和決策支持。這使得電力系統(tǒng)能夠更加靈活地調(diào)整能源供應(yīng)和需求，提高能源利用效率。

另一方面，智能電網(wǎng)引入分布式能源的概念，將能源產(chǎn)生和使用的過程分散到各個點，形成多元化的能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)。這包括分布式發(fā)電設(shè)備、儲能系統(tǒng)以及微型電網(wǎng)等，能夠充分利用可再生能源的潛力，減少對傳統(tǒng)火力發(fā)電的依賴，減少溫室氣體排放。在智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，未來還有許多發(fā)展方向。例如，應(yīng)用人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進一步提升電力系統(tǒng)的智能化水平，從而實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、自適應(yīng)調(diào)節(jié)的能源管理[2]。此外，與交通、建筑等領(lǐng)域的智能化相結(jié)合，形成更加綜合、高效的城市能源系統(tǒng)。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電網(wǎng)體系架構(gòu)設(shè)計

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)過程中的應(yīng)用主要包括解決數(shù)據(jù)通信、遠程控制以及智能化管理等方面。智能電網(wǎng)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的感知優(yōu)勢構(gòu)建傳輸網(wǎng)絡(luò)，從體系架構(gòu)設(shè)計方面主要分為應(yīng)用層、傳輸層以及感知層[3]。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電網(wǎng)體系架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電網(wǎng)體系架構(gòu)設(shè)計示意

2.1 應(yīng)用層

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電網(wǎng)體系應(yīng)用層主要為基礎(chǔ)設(shè)備和應(yīng)用的集合。基礎(chǔ)設(shè)備在物聯(lián)網(wǎng)中扮演著重要角色，為物聯(lián)網(wǎng)提供一個平臺，可以快速處理資料與信息等內(nèi)容，并為各種應(yīng)用的順利實現(xiàn)提供支持。其中，智能電網(wǎng)中的管理與生產(chǎn)環(huán)節(jié)也在應(yīng)用層內(nèi)，并通過有效的數(shù)據(jù)處理和整合，提高了系統(tǒng)的效率。

2.2 傳輸層

傳輸層的主要任務(wù)是運輸感知層采集、控制和識別的物體信息至應(yīng)用層。目前，傳輸層主要依賴電力載波網(wǎng)、光纖通信網(wǎng)以及無線寬帶網(wǎng)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，以實現(xiàn)設(shè)備接入與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的順利完成。在傳輸層，需要進一步細化核心網(wǎng)和接入網(wǎng)2 個方面，以更好地聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)與電網(wǎng)系統(tǒng)。電力通信網(wǎng)為物聯(lián)網(wǎng)的運用提供了重要支持，可以獲取豐富的信息，并確保傳輸過程的順利完成。此外，在傳輸層可以充分利用電力寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，以構(gòu)建高速、雙向的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境平臺，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量保證。

2.3 感知層

在物體識別領(lǐng)域，感知層具有重要地位。它主要利用光纖通信和無線傳感技術(shù)，通過智能電網(wǎng)傳遞的電信號，開展控制、分析和采集工作，以增加對電能傳輸質(zhì)量的認識，確保電能供應(yīng)更加可靠。在這個結(jié)構(gòu)層中，利用新型傳感器設(shè)備和射頻識別技術(shù)，能夠及時有效地處理和識別智能電網(wǎng)中的信息。對于智能電網(wǎng)而言，感知層是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)揮潛力最突出的結(jié)構(gòu)，通過嵌入方式來控制整個系統(tǒng)的運行，并借助先進設(shè)備和技術(shù)快速獲取與利用信息，以確保智能電網(wǎng)的有效運行[4]。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電網(wǎng)應(yīng)用層的具體實踐分析

3.1 發(fā)電管理

智能電網(wǎng)的發(fā)電管理環(huán)節(jié)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域之一。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)對發(fā)電設(shè)備的遠程監(jiān)測和控制。通過連接傳感器設(shè)備與發(fā)電設(shè)備，實時監(jiān)測機組的運行狀態(tài)、溫度和濕度等參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行谋O(jiān)控系統(tǒng)進行分析和處理。當發(fā)現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)可以自動發(fā)出警報并采取相應(yīng)的措施，提高發(fā)電設(shè)備的運行效率和安全性。同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)對發(fā)電設(shè)備的預(yù)測性維護，通過對大量歷史數(shù)據(jù)的分析和建模，系統(tǒng)可以預(yù)測發(fā)電設(shè)備的故障風(fēng)險和維護需求，提前采取相應(yīng)的維護措施，減少設(shè)備故障和停機時間，提高發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和可用性。

3.2 輸電管理

在智能電網(wǎng)的輸電管理環(huán)節(jié)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以用于電網(wǎng)設(shè)備的遠程監(jiān)控和故障診斷。將各種傳感器和監(jiān)測裝置連接至電網(wǎng)設(shè)備，可以實時采集設(shè)備運行狀態(tài)、溫度和電流等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)。這些數(shù)據(jù)可以幫助電力公司及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和異常，并采取相應(yīng)的維修措施，從而有效改善電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性[5]。同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以用于電力需求的預(yù)測和管理。通過接入家庭、企業(yè)和行業(yè)用戶的能源使用數(shù)據(jù)，結(jié)合天氣、季節(jié)等因素，可以建立精確的電力需求模型。基于這些模型，電網(wǎng)管理者可以更加準確地預(yù)測未來的負荷變化情況，并合理調(diào)配電力資源，實現(xiàn)電力供應(yīng)的優(yōu)化。

3.3 配電管理

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電管理中的實踐應(yīng)用在于能源的精準調(diào)度和優(yōu)化。通過輸入用戶能源使用數(shù)據(jù)和天氣等相關(guān)信息，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以建立準確的負荷預(yù)測模型，精細化管理能源需求。基于這些模型，配電管理者可以合理分配電力資源，以滿足不同時間段和地區(qū)的能源需求，達到最佳的能源利用效率，減少能源浪費，降低供電成本。同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)用戶與配電系統(tǒng)之間的互動和參與，智能電表和智能家居設(shè)備的接入，用戶可以實時了解自己的能源消耗情況，并根據(jù)需求進行調(diào)整和優(yōu)化。此外，配電系統(tǒng)可以向用戶提供用電建議，幫助用戶更加合理、節(jié)能地使用能源，提高用戶的用電質(zhì)量和生活舒適度。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)過程中的應(yīng)用

4.1 拓寬智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)范圍

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)智能電網(wǎng)的全面連接與智能化管理。通過將傳感器、監(jiān)測設(shè)備和智能終端等相結(jié)合，智能電網(wǎng)可以實現(xiàn)對電力網(wǎng)絡(luò)的全面監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。將這些數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)皆贫似脚_，并進行分析和處理，使得智能電網(wǎng)能夠精準控制和管理電力網(wǎng)絡(luò)，提高電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性。同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以促進智能電網(wǎng)與其他領(lǐng)域的融合。智能電網(wǎng)作為能源系統(tǒng)的重要組成部分，與交通、環(huán)境、建筑等領(lǐng)域存在著密切的關(guān)系。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，智能電網(wǎng)可以與智能交通系統(tǒng)、智能建筑系統(tǒng)等進行無縫連接，實現(xiàn)能源的高效利用和綜合管理。例如，智能電表與智能家居設(shè)備的連接，居民可以實時了解家庭能耗情況，并通過調(diào)整用電行為來節(jié)約能源。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以開展智能電網(wǎng)的可再生能源管理，實現(xiàn)可再生能源的平穩(wěn)接入和有效利用，推動電力系統(tǒng)向清潔、低碳方向發(fā)展。

4.2 實現(xiàn)多能源交互

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)多能源間的信息共享和協(xié)調(diào)控制。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)通常只依賴于傳統(tǒng)能源，如化石燃料發(fā)電。然而，隨著可再生能源的快速發(fā)展，如風(fēng)能、太陽能等，引入多能源供給成為一種趨勢。通過傳感器和智能設(shè)備的連接，智能電網(wǎng)監(jiān)測和管理各種能源發(fā)電設(shè)備、儲能設(shè)施以及電動車輛。通過采集和分析數(shù)據(jù)，智能電網(wǎng)可以實現(xiàn)多能源之間的智能調(diào)度和協(xié)同運行，確保各能源之間的平衡和協(xié)作，提高能源利用效率。同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以促進智能電網(wǎng)與分布式能源系統(tǒng)的無縫連接[6]。分布式能源系統(tǒng)是指通過小型能源設(shè)備進行能源生產(chǎn)和消費的系統(tǒng)，如太陽能光伏板、風(fēng)力發(fā)電機等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過智能傳感器和通信技術(shù)，將這些分布式能源設(shè)備與智能電網(wǎng)相連接。通過實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸，智能電網(wǎng)可以了解分布式能源的產(chǎn)生和消耗情況，并根據(jù)需求進行靈活調(diào)度和管理，從而高效利用分布式能源系統(tǒng)。

4.3 提升智能電網(wǎng)智慧化水平

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效應(yīng)用能夠切實提升智能電網(wǎng)建設(shè)的智慧化管理水平，這是因為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)之間存在著緊密的關(guān)聯(lián)。首先，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能監(jiān)控與管理電網(wǎng)中各個環(huán)節(jié)和設(shè)備。通過傳感器與智能電表等設(shè)備的連接，智能電網(wǎng)可以實時獲取電力系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，如電壓、電流、負載等信息，從而能夠準確評估電網(wǎng)的運行狀態(tài)，并及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題。其次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以遠程控制和操作電網(wǎng)設(shè)備。電網(wǎng)管理員可以通過遠程監(jiān)控與控制終端隨時隨地監(jiān)測和調(diào)控電力系統(tǒng)。例如，在高峰時段，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以自動分析負載情況，實現(xiàn)對電網(wǎng)的負載均衡調(diào)度，從而避免過載和供電不足的問題。最后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動化運維。通過智能傳感器、數(shù)據(jù)分析和人工智能算法的結(jié)合，智能電網(wǎng)可以預(yù)測性維護和診斷電力設(shè)備。運維人員可以根據(jù)設(shè)備狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)和預(yù)警信息，提前采取相應(yīng)的維修措施，避免設(shè)備故障對電力系統(tǒng)的影響。

5 結(jié) 論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)過程中的深入使用對提升智能電網(wǎng)運行效率與供電服務(wù)質(zhì)量具有十分顯著的應(yīng)用價值。因此，相關(guān)工作人員需要充分認識到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要作用，進一步深入探索和挖掘物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用價值，最大限度地發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的強大優(yōu)勢，推動電網(wǎng)設(shè)計與建設(shè)的高質(zhì)量發(fā)展，提高智能化管理水平，以期為電力用戶提供更高的服務(wù)質(zhì)量。