物联网与智能电网的应用

建设智能电网离不开物联网应用：物联网技术将进一步助力智能电网的实现，如设备状态的预测和调控，资产全寿命周期管理的辅助决策，电网与用户间的智能互动等。
 

物联网是指“物物相连的互联网”，通过传感器、射频识别、全球定位系统等技术，采集任何被测物的声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种信息，并通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的广泛连接，实现被测物的智能化感知、识别、交互和管理。物联网可应用于军事、智能交通、智能电网、数字家庭、食品安全、旅游服务、城市公共管理、现代物流、生产制造、医疗健康等多个领域。

智能电网与物联网作为具有重要战略意义的高新技术和新兴产业，已引起世界各国的高度重视，我国政府不仅将物联网、智能电网上升为国家战略，并在产业政策、重大科技项目支持、示范工程建设等方面进行了全面部署。应用物联网技术，智能电网将会形成一个以电网为依托，覆盖城乡各用户及用电设备的庞大的物联网络，成为“感知中国”的最重要基础设施之一。智能电网与物联网的相互渗透、深度融合和广泛应用，将能有效整合通信基础设施资源和电力系统基础设施资源，进一步实现节能减排，提升电网信息化、自动化、互动化水平，提高电网运行能力和服务质量。智能电网和物联网的发展，不仅能促进电力工业的结构转型和产业升级，更能够创造一大批原创的具有国际领先水平的科研成果，打造千亿元的产业规模。

一、物联网的基本架构

融合智能电网应用的物联网主要分为感知层、网络层和应用层。

感知层包括感知控制子层和通信延伸子层。感知控制子层是对物理世界感知、识别、信息采集的各类传感器。通信延伸子层是将物理实体联接到网络层和应用层的通信终端模块或延伸网络。智能电网通过感知控制子层实现各环节电气量、非电气量、微环境等信息的采集，并通过通信延伸子层接入物联网的网络层。

网络层包括接入网和核心网，实现感知层与应用层间信息的传递、路由和控制。鉴于智能电网对数据安全、传输可靠性及实时性的严格要求，物联网的信息传递、汇聚与控制主要依托电力专用通信网实现，在不具备条件或特殊条件下也可借助公网。

应用层包括应用基础设施/中间件和各种应用。应用基础设施/中间件是实现信息存储、计算的基础设施，为各种应用提供技术支撑。应用层通过先进的信息分析处理技术实现电网智能化的决策、控制和服务。

二、智能电网中的物联网应用

物联网技术将进一步助力智能电网的实现，如设备状态的预测和调控，资产全寿命周期管理的辅助决策，电网与用户间的智能互动等。

利用物联网技术，通过在常规机组内布置各种传感器掌握机组运行状态，包括各种技术指标与参数，可提高常规机组运行维护水平;通过在坝体部署压力传感器群监测坝体变形情况，规避水库调度风险;通过各类气象传感器实时采集风电场、光伏发电厂的风速、风向、温度、湿度、气压、降雨、辐射等微气象信息，实现新能源发电的监控和预测。

利用物联网技术，通过各类传感器监测输变电设备的微气象环境、线路覆冰、导线微风振动幅度、导线温度与弧垂、输电线路风偏、杆塔倾斜度、图像视频、绝缘子污秽度等信息，与电网运行信息进行融合、分析，及时发现并消除缺陷，提高电网运行水平。

利用物联网技术，通过在杆塔、输电线路或重要设备上部署各种传感器，实现目标识别、侵害行为的有效分类和区域定位，提高电力设备全方位防护水平。

利用物联网技术，通过传感器监测电力现场作业人员、设备、环境等方面信息，实现智能化互动，减少误操作风险和安全隐患，提高作业效率和安全性。

利用物联网技术，能及时获知用户侧需求，有助于实现智能用电双向交互服务、智能家居、家庭能效管理、分布式电源接入以及电动汽车充放电，提高供电可靠性和用电效率，并为节能减排提供技术保障。

利用物联网技术，通过传感器实时感知电动汽车运行状态、电池使用状态、充电设施状态以及当前网内能源供给状态并进行综合分析，实现对电动汽车、电池、充电设施、人员及设备的一体化集中管控、资源的优化配置。

利用物联网技术，通过各类传感器监测电力设备的全景状态信息，评估设备状态并预估寿命，为周期成本最优提供辅助决策等功能，实现电力资产全寿命周期管理，提高电网运行水平、管理水平。

国家“十二五”规划中，物联网被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一。智能电网和物联网的深度融合发展不仅能加强电厂、电网以及用户间的互联互动，提高电网信息化、自动化、互动化水平，也将使生活更智能、更节能，极大提升生活品质。

选择物联网作为智能电网的监控，主要是解决电网的稳定性、实施控制这块的工作，做的特点，物联网我们着重软件和计算技术，从智能电网方面，我们着重于广域智能电网的监控。

互联网，就是计算机和人的相连;物联网不仅是人，包括了家电等，范围很大。从通讯网络，到软件系统，到物理系统的实施控制，物联网典型的一个运用就是电力物联网，就等于智能电网。

社会需求，大家给出了定义，我们一句话：物联网是集传感、通信、网络、计算、控制技术为一体的数物复合型系统。智能电网要完成海量信息测量与通信管理、系统辨识和预警，实时闭环控制的协调与优化，事故后及时自愈。

物联网的分层结构。除了有传感器，还有执行器和控制器，从软件角度和计算角度，我们更强调中间件的工作，所以，中间件我们列出了这样的架构，除了传统的网络和网格系统，比如说以数据中心为核心，以分析、决策为核心，以传感器连接的节点和用户连接的终端软件为核心。现在要跟物理系统联系在一起。云计算的角度是数据中心怎么样把数据更好地提供给用户。

三、智能电网应用物联网的几大特性

（1）智能电网是自愈电网

"自愈"指的是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来，并且在很少或不用人为干预的情况下，可以使系统迅速恢复到正常运行状态，从而几乎不中断对用户的供电服务。从本质上讲，自愈就是智能电网的免疫系统。这是智能电网最重要的特征。

自愈电网进行连续不断地在线自我评估，以预测电网可能出现的问题，发现已经存在的或正在发展的问题，并立即采取措施加以控制或纠正。

自愈电网确保了电网的可靠性、安全性、电能质量和效率。

自愈电网将尽量减少供电服务中断，充分应用数据获取技术，执行决策支持算法，避免或限制电力供应的中断，迅速恢复供电服务。

基于实时测量的概率风险评估将确定最有可能失败的设备、发电厂和线路；实时应急分析将确定电网整体的健康水平，触发可能导致电网故障发展的早期预警，确定是否需要立即进行检查或采取相应的措施；和本地和远程设备的通信将帮助分析故障、电压降低、电能质量差、过载和其他不希望的系统状态，并于这些分析，采取适当的控制行动。

自愈电网经常应用连接多个电源的网络设计方式。

当出现故障或发生其他问题时，在电网设备中先进的传感器确定故障并和附近的设备进行通信，以切除故障元件或将用户迅速地切换到另外可靠的电源上，同时传感器还有检测故障前兆的能力，在故障实际发生前，将设备状况告知系统，系统就会及时地提出预警信息。

（2）智能电网激励和包容用户

在智能电网中，用户将是电力系统不可分割的一部分。鼓励和促进用户参与电力系统的运行和管理是智能电网的另一重要特征。

从智能电网的角度来看，用户的需求完全是另一种可管理的资源，它将有助于平衡供求关系，确保系统的可靠性；从用户的角度来看，电力消费是一种经济的选择，通过参与电网的运行和管理，修正其使用和购买电力的方式，从而获得实实在在的好处。

在智能电网中，用户将根据其电力需求和系统满足其需求的能力，来调整、平衡其消费。

同时将满足用户在能源购买中有更多选择的基本需求，减少或转移高峰电力需求的能力，通过降低线损和减少效率低下的调峰电厂的运营，使电力公司尽量减少资本开支和运营开支，同时也提供了大量的环境效益。

在智能电网中，与用户建立双向实时的通信系统是实现鼓励和促进用户积极参与电力系统运行和管理的基础。实时通知用户其电力消费的成本、实时电价、电网目前的状况、计划停电信息，同时用户也可以根据这些信息制自己的电力使用的方案。

（3）智能电网具有抵御攻击的能力

电网安全性的全系统解决方案，拟在增强电网的抗攻击能力。电网经常受到物理攻击和网络攻击，该方案要求电网能够从供电中断故障中快速恢复供电。智能电网将展示被攻击后快速恢复的能力，甚至是对那些决心坚定和装备精良的攻击者发起反击。

电网安全性的全系统解决方案使智能电网的设计和运行具有阻止攻击的能力，最大限度地降低损失和快速恢复供电服务。智能电网也能同时承受对电力系统几个部分的攻击和在一段时间内多重协调的攻击。

智能电网的安全策略包含威慑、预防、检测、反应，以尽量减少和减轻对电网的影响。面对重大威胁信息，不管是物理攻击还是网络攻击，智能电网都能通过加强电力企业与政府之间的密切沟通，在电网规划中强调安全风险，加强网络安全，提高智能电网抵御风险的能力。

（4）智能电网提供满足21世纪用户需求的电能质量

电能质量指标包括电压偏移、频率偏移、三相不平衡、谐波、闪变、电压骤降和突升等。

用电设备的数字化对电能质量越来越敏感，电能质量问题可以导致生产线的停产，对社会经济发展造成重大的损失；因此，提供能满足21世纪用户需求的电能质量，是智能电网的又一重要特征。

但是电能质量问题又不是电力公司一家的问题，因此需要制定新的电能质量标准，对电能质量进行分级，因为并非所有的商业企业用户和居民用户都需要相同的电能质量。

电能质量可以从"标准"到"优质"进行分级，这取决于消费者的需求。它将在一个合理的价格水平上平衡负载的敏感度与供电的电能质量。

智能电网将以不同的价格水平提供不同等级的电能质量，以满足用户对不同电能质量水平的需求，同时要将优质优价写入电力服务的合同中。

 智能电网将减轻来自输电和配电系统中的电能质量事件。通过先进的监控电网基本元件，快速诊断并准确地提出解决任何电能质量事件的方案。

此外，智能电网的设计还要考虑减少由于闪电、开关涌流、线路故障和谐波源引起的电能质量的扰动，同时应用超导材料、储能以及改善电能质量的电力电子技术的最新研究成果来解决电能质量的问题。

另外，智能电网将采取技术和管理手段，使电网免受由用户的电子负载所造成的电能质量的影响，将通过监测和执行相关的标准，限制用户负荷产生的谐波电流注入电网。除此之外，智能电网将采用适当的滤波器，以防止谐波污染送入电网，恶化电网的电能质量。

（5）智能电网容许各种不同类型发电和储能系统接入

智能电网将安全、无缝地容许各种不同类型的发电和储能系统接入系统，简化联网的过程，类似于"即插即用"，这一特征对电网提出了严峻的挑战。改进的互联标准将使各种各样的发电和储能系统容易接入。

各种不同容量的发电和储能在所有的电压等级上都可以互联，包括分布式电源如光伏发电、风电、先进的电池系统、即插式混合动力汽车和燃料电池。

商业用户安装自己的发电设备（包括高效热电联产装置）和电力储能设施将变得更加容易和更加有利可图。在智能电网中，大型集中式发电厂（包括环境友好型电源，如风电、大型太阳能电厂和先进的核电厂）将继续发挥重要的作用。

加强输电系统的建设，使这些大型电厂仍然能够远距离输送电力。同时各种各样的分布式电源的接入一方面减少对外来能源的依赖，另一方面提高供电可靠性和电能质量，特别是对应对战争和恐怖袭击具有重要的意义。

（6）智能电网会促使电力市场蓬勃发展

在智能电网中，先进的设备和广泛的通信系统在每个时间段内支持市场的运作，并为市场参与者提供了充分的数据，因此电力市场的基础设施及其技术支持系统是电力市场蓬勃发展的关键因素。

智能电网通过市场上供给和需求的互动，可以最有效地管理如能源、容量、容量变化率、潮流阻塞等参量，降低潮流阻塞，扩大市场，汇集更多的买家和卖家。

用户通过实时报价来感受到价格的增长从而将降低电力需求，推动成本更低的解决方案以及新技术的开发，新型洁净的能源产品也将给市场提供更多选择的机会。

（7）智能电网使运行更加高效

智能电网优化调整其电网资产的管理和运行，以实现用最低的成本提供所期望的功能。这并不意味着资产将被连续不断地用到极限，而是有效地管理需要什么资产以及何时需要，每个资产将和所有其他资产进行很好的整合，以最大限度地发挥其功能，同时降低成本。

智能电网将应用最新技术以优化其资产的应用。例如，通过动态评估技术使资产发挥其最佳的能力，通过连续不断地监测和评价其能力，使资产能够在更大的负荷下使用。

（8）智能电网高速通信在线监测

智能电网通过高速通信网络实现对运行设备的在线状态监测，以获取设备的运行状态，在最恰当的时间给出需要维修设备的信号，实现设备的状态检修，同时使设备运行在最佳状态。系统的控制装置可以被调整到降低损耗和消除阻塞的状态。通过对系统控制装置的调整，选择最小成本的能源输送系统，可以提高运行的效率。最佳的容量、最佳的状态和最佳的运行将大大降低电网运行的费用。

此外，先进的信息技术将提供大量的数据和资料，并将集成到现有的企业范围的系统中，大大加强其能力，以优化运行和维修过程。这些信息将为设计人员提供更好的工具，创造出最佳的设计，为规划人员提供所需的数据，从而提高其电网规划的能力和水平。