采用物聯網技術的智能電網實時監測與維護策略

摘" 要：隨著智能電網的快速發展，為了保障電力系統能夠安全有效地運行，該文提出采用物聯網技術的智能電網實時監測與維護策略。將物聯網技術應用于智能電網中，可以實時地監測數據、傳輸數據、處理以及分析數據。通過對數據的分析處理，可以實現對電網的故障預測以及調整發電等，從而提高智能電網的有效性以及安全性。在該文中，研究應用于智能電網的物聯網構建思路，對智能電網實時監測與維護中所涉及技術進行闡述，并對系統的架構和功能進行設計。綜合來看，物聯網技術在智能電網中的應用不僅極大地增強智能電網的實時監測與智能化管理，也為用戶需求的動態變化提供保障。

關鍵詞：物聯網技術;智能電網;實時監測;維護策略;系統設計

中圖分類號：TP399" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）02-0043-04

Abstract： With the rapid development of smart grids， in order to ensure the safe and effective operation of power systems， this paper proposes a real-time monitoring and maintenance strategy for smart grids using Internet of Things technology. Applying the Internet of Things and technology to the smart grid allows data to be monitored， transmitted， processed and analyzed in real time. Through the analysis and processing of data， fault prediction of the power grid and adjustment of power generation can be realized， thereby improving the effectiveness and safety of the smart grid. In this paper， we study the idea of building the Internet of Things applied to the smart grid， describe the technologies involved in real-time monitoring and maintenance of the smart grid， and design the architecture and functions of the system. Overall， the application of Internet of Things technology in smart grids not only greatly enhances the real-time monitoring and intelligent management of smart grids， but also provides guarantees for dynamic changes in user needs.

Keywords： Internet of Things technology; smart grid; real-time monitoring; maintenance strategy; system design

智能電網通過集成先進的信息與通信技術（ICT），實現了對電力供應和需求的實時監控、控制與優化，提高了電力系統的效率、可靠性和靈活性[1-2]。通過在變電站、輸電線路和用戶終端等關鍵節點應用先進的傳感器以及設備，物聯網技術實現了實時數據采集和人機交互。這些設備可以實時地收集數據，然后通過通信網絡將數據傳輸至中心處理系統進行分析和處理，從而為工作人員提供電力系統實時狀態，對潛在的問題也能及時作出決策。物聯網技術的應用提高了智能電網的實時監測能力，使其能夠預測系統故障、快速報警突發事件以及自動調整電網配置從而維持供電穩定。因此，在智能電網中應用物聯網技術，不僅可以實現對電網的電力設備、用戶用電環境和電力系統狀態的實時監測管理，還能為電力企業的運營和用戶的用電體驗提供更為可靠、高效和智能的解決方案。

1" 智能電網

智能電網是利用先進的信息和通信技術，集成感知、通信、控制和決策等技術手段，對傳統電力系統進行升級和改造，以實現更高效、更靈活、更可靠的電力系統[3-4]。智能電網的工作原理是基于實時數據采集、高效通信技術、快速的數據處理與分析以及自動化控制來實現的。其使用傳感器和智能電表等設備收集電力系統的實時信息，通過有線和無線通信網絡將這些數據傳輸至監測控制中心。監測控制中心的軟件系統將會分析處理數據從而實現監測電網狀況、預測故障以及合理地調整電力系統的配置。智能電網的核心是通過智能化和信息化技術，實現對電力系統中各種設備、能源和用戶行為的實時監測、控制和協調，以提高電網的運行效率、降低能源浪費、促進清潔能源利用，從而實現可持續能源發展和滿足用戶需求。智能電網的目標是建立一個靈活、高效、清潔、安全的電網系統，以適應日益復雜和多樣化的能源環境。其流程圖如圖1所示。

智能電網具備以下6個特點。

高度自動化：智能電網采用先進的自動化技術和智能控制算法，從而能夠獲得實時數據并進行處理分析，實現了對電力系統的實時監測、快速響應和高效調度，提高了電網的運行效率和穩定性。

分布式電能接入：智能電網支持分布式能源（如太陽能、風能等可再生資源）的大規模接入和管理，實現了能源的多樣化、提高了能源的利用率減少了輸電損失，促進清潔能源的利用。

數據驅動決策：智能電網依賴大數據和人工智能技術算法，對電力系統中的數據進行實時分析和預測，減少了不必要的維護工作和成本，提高了電力系統的運營效率。

用戶參與和互動：智能電網鼓勵用戶參與能源管理和調峰填谷，通過智能電表、智能家居設備等，用戶可以實時了解自身能耗，更好地控制電力使用，實施峰谷電價，降低費用，同時促進用戶發展更加節能的生活方式。

智能設備互聯：智能電網中的各種設備可以相互通信和互操作，實現信息共享和協同工作，提高了電力系統的整體效率和可靠性。

抗干擾力：當電力系統出現異常或者遭受極端天氣（洪水、雷雨、風暴和地震等），智能電網能夠快速重組電網結構，以最快速度恢復供電，減少停電時間，提高供電的可靠性在此過程中電力系統能夠保障關鍵基礎設施的連續供電。

2" 物聯網技術

物聯網（Internet of Things， IoT）的概念最早可以追溯到1991年英國劍橋大學著名的“特洛伊咖啡壺”事件。他們為了解決“咖啡是否煮好”的問題，安裝了攝像機并將圖片通過網絡傳輸到計算機上，使工作人員能夠遠程監控煮咖啡狀態。這便是物聯網的雛形。隨著科技的不斷進步，物聯網（IoT）技術已經成為我們日常生活和工業生產中不可或缺的一部分[5-6]。由于計算能力的提升和成本的降低，它才開始大規模普及。物聯網是一種將各種物理設備、傳感器和軟件連接到互聯網的技術，使它們能夠相互通信和交換數據。物聯網技術的實現需要運用大量的傳感器來收集各種各樣的數據集合。在電力系統中，這些傳感器主要收集的是輸電線路的溫度、電流、電壓以及相關設備的數據，以便分析電力系統的運行情況。除此之外，物聯網技術還可以實現對電網設備的遠程控制和維護，比如可以調節變壓器的輸出功率、切換電源線路等。通過該項技術不僅減少了成本，還提高了電力系統的可靠性和效率。除此之外，物聯網廣泛地應用于各個領域中，包括實現工業自動化，提升農業生產效率，改善服務行業如零售、物流和金融服務，優化電網以及交通和環境等基礎設施的管理。另外，物聯網技術使得家居生活變得更加便捷和舒適。物聯網已經成為我們日常生活中不可或缺的一部分。物聯網的系統架構主要包含了三層，如圖2所示，分別是物聯網應用層，物聯網網絡層以及物聯網感知層。在物聯網應用層中主要是提供豐富的基于物聯網的應用，是物聯網發展的根本目標，該層將物聯網技術與行業信息化需求相結合，實現廣泛智能化應用的解決方案。物聯網網絡層是物聯網三層中標準化程度最高、產業化能力最強、最成熟的部分，該層是實現物聯網的基礎設施。物聯網感知層是實現物聯網全面的感知的核心層級，是物聯網中包括關鍵技術、標準化方面、產業化方面亟待突破的部分。

3" 監測技術在智能電網中的應用

隨著智能電網技術的發展，在智能電網的運行與管理中，監控技術已經成為一個重要的監測方式。其通過對電網運行狀態的實時追蹤與分析，保證了電網的安全穩定運行，是保障電網安全可靠、高效運行的關鍵。這一部分將對智能電網監控技術進行深入研究，并對其在提高智能電網運行效率方面所起到的作用進行深入研究。

在智能電網中，對電力系統進行實時監測是保證電力系統安全可靠運行的基礎。通過在每個節點上都裝有傳感器，實現了對電流、電壓、頻率、負荷等重要參量的實時采集。監測結果將實時傳送到調度中心，使調度員能夠及時掌握電力系統的運行狀況。

監測技術是實現智能電網故障檢測和診斷的關鍵。本文介紹了一種新型的電力系統監測系統，它可以在較短時間內對電力系統的運行狀態進行檢測，并對其進行精確的定位。另外，以人工智能為基礎的預知性維修等先進技術，可以預見到可能出現的錯誤，并在出現問題之前進行預防。

在智能電網中，利用監測技術實現能源的高效管理和優化。通過對用戶行為和負荷等信息的分析，可以輔助電網企業對用電資源進行優化配置，優化發、配、降運行成本，提高能源利用率。同時，通過對用戶端的實時數據監測，可以為用戶制定合理的需求響應策略，使其能夠更好地平衡電網的負荷。

在綜合利用可再生能源方面，監測技術顯得尤其重要。風電、光伏等新能源具有間歇性、難以預測的特點，因此，對其電源及負荷狀態進行實時監控是保障電網安全穩定運行的關鍵。智能電網能夠對新能源的動態變化進行有效的監控，保證電網的穩定性與可靠性。

在智能電網中，監測技術同樣起著至關重要的作用。通過對電力系統進行實時監測，能夠對電力系統中存在的諸如物理入侵、網絡攻擊等潛在的安全威脅進行快速反應，并采取相應的應對措施，保障電網的整體安全。

4" 智能電網維護策略存在的問題

盡管智能電網技術為電網運行優化提供了諸多可能，但現有的維修策略仍面臨諸多問題與挑戰。這一部分將對這些問題進行更深入的研究，從而更好地了解為什么新的維修政策以及物聯網技術的使用是必要的。目前的維修決策主要依靠檢修、檢修等方式，對突發事件的反應能力較差，不能及時發現和解決問題，造成電網運行中斷、供電可靠性下降。

雖然智能電網能夠采集海量的實時數據，但是目前的維修計劃卻很難對其進行有效的預測維修。在維修決策中，如果沒有數據支持，就很難做出準確、前瞻的決策。傳統的維修決策往往需要耗費大量的人力、物力，尤其是在大規模、復雜的電力網絡中。這就造成了高昂的維修費用和不能令人滿意的效率。

隨著電力系統智能化程度的提高，對維修人員的素質提出了更高的要求。但是，當前很多電力系統的管理人員由于缺少相應的專業技能訓練，不能很好地運用各種設備和手段來完成對電網的維修工作。在智能電網運行過程中，必須考慮到數據的安全性與保密性。現有的維修決策往往忽略了對信息的保護，極易導致電力系統暴露出安全隱患與隱私泄漏等問題。

隨著新能源在電網中所占比重的日益增大，如何將新能源接入到電網的維修決策中，是一個極具挑戰性的課題。供需兩方面的不確定使得電力系統的維修變得更加復雜和困難。

5" 物聯網技術在智能電網中的應用

5.1" 系統總體架構設計

智能電網的監測系統主要是由傳感器、數據傳輸以及在線監測3部分組成。正如上述的物聯網架構中的感知層、網絡層以及應用層。感知層是物聯網技術的基礎，它由各種傳感器、監測設備和智能電表組成，分布在電力系統的發電、輸電、變電以及用戶用電這些環節中。這些設備能夠實時收集電力系統的各種數據。網絡層主要負責數據的傳輸和處理。它可以通過各種渠道如光纖、4G/5G、衛星通信等來傳輸電力系統的數據，確保數據能夠高速、有效地傳輸。除此之外，網絡層還包括邊緣計算節點，可以對數據進行處理和分析。而物聯網中的應用層是直接面向電網運營商以及用戶。它為運營商提供了可視化界面，從而能夠遠程監控電網的運行狀況。同時，應用層還實現了許多人工智能，包括故障預測與診斷、自動調度以及能源優化分配等，提高了電力系統的安全性和可靠性。

根據智能電網的監測要求，本文對監測系統的總體架構設計如圖3所示。

5.2" 系統運行測試

通過系統的運行測試可以驗證整個系統的可靠性和效率。系統的運行測試包括了傳感器精度以及網絡通信的可靠性等等。本文通過模擬智能電網運行條件，測試了傳感器對于數據的獲取精度，以確保其在實際應用中能夠準確地獲取數據。對于協調器模塊，需要保證其能夠將信息在傳感層和數據處理層之間的無縫傳遞。網絡通信的可靠性測試主要包括對無線傳輸模塊如ZigBee、Wi-Fi等的連接穩定性和數據傳輸效率的測試。在本文中實驗環節，將電壓設定為220 V，并選用4 m2的電纜作為實驗樣本。在通電的狀態下，對上述電纜的溫度以及電流進行了實時監測。除了利用監測探頭監測數據外，本文還利用了便攜式紅外測溫儀、電流互感器對電纜的溫度以及電流進行實時監測。測得數據通過無線網絡輸送至電腦端，通過軟件分析評估電纜溫度和電流數據的偏差情況。電纜的溫度和電流數據見表1。通過這種方式，本文為智能電網的監測和維護提供了可靠的數據支持。通過對比分析可以得出實際監測數據與監控采集數據偏差見表2。

從表2中可以看出，實際監測數據與監控采集數據的偏差不大，除了1號試驗中的溫度偏差大于其他組，剩下的偏差均小于0.03 ℃。試驗說明在智能電網監測系統中應用物理網技術具有很好的監測精度。

6" 結論

本文研究了物聯網技術在智能電網實時監測與維護策略中的應用。通過分析物聯網的核心技術，本文展示了該技術能夠實時監控電網運行狀態以及預測潛在問題，從而提高了電網的可靠性、效率和安全性。通過實驗測試也驗證了所提策略的有效性。在實驗部分，本文做了5組實驗測得實際監測數據以及監控采集數據并進行對比分析，除了1號試驗組的誤差為0.08℃，其余試驗組兩者的誤差均小于0.03，進一步證明了物聯網技術在智能電網監測中的重要性。隨著技術的不斷發展，物聯網技術在智能電網領域的應用將會更加廣泛。因此在未來的工作中，可以在數據壓縮算法、數據傳輸協議以及故障診斷技術進行研究工作。同時，隨著5G新一代通信技術的發展，物聯網設備的連接性和響應速度也得到了提升，同時也提高了智能電網的實時監測與維護的有效性與可靠性。

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第一作者簡介：彭彪（1985-），男，助理工程師，生產技術部副主任。研究方向為電網運行及檢修數字化技術。