物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)的應用
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一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域應用大有可為
智能電網(wǎng)主要是通過(guò)終端傳感器在客戶(hù)之間、客戶(hù)和電網(wǎng)公司之間形成即時(shí)連接的網(wǎng)絡(luò )互動(dòng)，實(shí)現數據讀取的實(shí)時(shí)、高速、雙向的效果，從而整體提高電網(wǎng)的綜合效率。國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)實(shí)現電力流、信息流、業(yè)務(wù)流高度一體化的前提，在于信息的無(wú)損采集、流暢傳輸、有序應用。各個(gè)層級的通信支撐體系是堅強智能電網(wǎng)信息運轉的有效載體。通過(guò)充分利用堅強智能電網(wǎng)多元、海量信息的潛在價(jià)值，可服務(wù)于堅強智能電網(wǎng)生產(chǎn)流程的精細化管理和標準化建設，提高電網(wǎng)調度的智能化和科學(xué)決策水平，提升電力系統運行的安全性和經(jīng)濟性。
智能電網(wǎng)的核心在于，構建具備智能判斷與自適應調節能力的多種能源統一入網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò )系統，可對電網(wǎng)與客戶(hù)用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監控和采集，且采用最經(jīng)濟與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶(hù)，實(shí)現對電能的最優(yōu)配置與利用，提高電網(wǎng)運行的可靠性和能源利用效率。智能電網(wǎng)的本質(zhì)是能源替代和兼容利用，它需要在開(kāi)放的系統和共享信息模式的基礎上，整合系統中的數據，優(yōu)化電網(wǎng)的運行和管理。
面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)方案的角度來(lái)講，網(wǎng)絡(luò )功能仍集中于數據的采集、傳輸、處理三個(gè)方面：一是數據采集傾向于更多新型業(yè)務(wù)。由于寬帶接入技術(shù)的支持，物聯(lián)網(wǎng)應用不局限于數據量的限制，在未來(lái)的大規模應用中可以提供更多的數據類(lèi)型業(yè)務(wù)，如重點(diǎn)輸電線(xiàn)路監測防護、大規模實(shí)時(shí)雙向用電信息采集。二是網(wǎng)內協(xié)作模式的數據傳輸。以網(wǎng)內節點(diǎn)的協(xié)作互助為基本方式，解決數據傳輸問(wèn)題。以各種成熟的接入技術(shù)為物理層基礎，從MAC層以上，通過(guò)多模式接入、自組織的路由尋址方式、傳輸控制、擁塞避免等技術(shù)實(shí)現節點(diǎn)協(xié)作數據傳輸模式。三是網(wǎng)內數據融合處理技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)不僅僅是一個(gè)向用戶(hù)提供物理世界信息的傳輸工具，同時(shí)還在網(wǎng)絡(luò )內部對節點(diǎn)采集數據進(jìn)行融合處理，是一個(gè)具有高度計算能力和處理能力的云計算信息加工廠(chǎng)，用戶(hù)端得到的數據是經(jīng)過(guò)大量融合處理的非原始數據。
物聯(lián)網(wǎng)作為智能電網(wǎng)末梢信息感知不可或缺的基礎環(huán)節，在電力系統中具有廣闊的應用空間，物聯(lián)網(wǎng)將滲透到電力輸送的各個(gè)環(huán)節，從發(fā)電環(huán)節的接入到檢測，變電的生產(chǎn)管理、安全評估與監督，以及配電的自動(dòng)化、用電的采集、以及營(yíng)銷(xiāo)這方面都要采用物聯(lián)網(wǎng)，在電網(wǎng)建設、生產(chǎn)管理、運行維護、信息采集、安全監控、計量應用和用戶(hù)交互等方面將發(fā)揮巨大作用?？梢哉f(shuō)80%的業(yè)務(wù)跟物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)。傳感器網(wǎng)絡(luò )可以全方位提高智能電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節的信息感知深度和廣度，為實(shí)現電力系統的智能化以及信息流、業(yè)務(wù)量、電力流提供高可用性支持。
面向智能電網(wǎng)應用的物聯(lián)網(wǎng)應當主要包括感知層、網(wǎng)絡(luò )層和應用服務(wù)層。感知層主要通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )、RFID等技術(shù)手段實(shí)現對智能電網(wǎng)各應用環(huán)節相關(guān)信息的采集；網(wǎng)絡(luò )層以電力光纖網(wǎng)為主，輔以電力線(xiàn)載波通信網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)寬帶網(wǎng)，實(shí)現感知層各類(lèi)電力系統信息的廣域或局部范圍內的信息傳輸；應用服務(wù)層主要采用智能計算、模式識別等技術(shù)實(shí)現電網(wǎng)信息的綜合分析和處理，實(shí)現智能化的決策、控制和服務(wù)，從而提升電網(wǎng)各個(gè)應用環(huán)節的智能化水平。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在于智能電網(wǎng)的主要應用見(jiàn)圖1。
二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用在智能電網(wǎng)的作用
我們感覺(jué)智能電網(wǎng)是與物聯(lián)網(wǎng)最為密切的一個(gè)行業(yè)，未來(lái)智能電網(wǎng)的建設必然產(chǎn)生世界上最大、最為智能、信息感知最為全面的物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現電力設備狀態(tài)檢測、電力生產(chǎn)管理、電力資產(chǎn)全壽命周期管理、智能用電。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將有助于實(shí)現智能用電雙向交互服務(wù)、用電信息采集、智能家居、家庭能效管理、分布式電源接入以及電動(dòng)汽車(chē)充放電，為實(shí)現用戶(hù)與電網(wǎng)的雙向互動(dòng)、提高供電可靠性與用電效率以及節能減排提供技術(shù)保障。
1、實(shí)現按需發(fā)電，避免電力浪費
物聯(lián)網(wǎng)并不神秘，家家戶(hù)戶(hù)都有的電表就是一個(gè)傳感器?！蹦先鸺瘓F辦公室的工學(xué)博士馬元奎告訴記者，目前的電網(wǎng)技術(shù)中，最薄弱的環(huán)節就是儲電，也就是說(shuō)發(fā)出來(lái)的電必須馬上上網(wǎng)用掉，否則將造成能源的巨大浪費。而通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用，這一困擾電企多年的問(wèn)題將迎刃而解。2009年9月，南瑞集團聯(lián)合3家科技企業(yè)組建的江蘇瑞中數據股份有限公司，主導研發(fā)實(shí)時(shí)電力需求“感知中心”。感知中心就是一個(gè)面向智能電網(wǎng)的傳感器網(wǎng)絡(luò )中樞，通過(guò)搜集家家戶(hù)戶(hù)的電表信息，可以計算出一定時(shí)間段的生活用電動(dòng)態(tài)需求量，再將這一信息及時(shí)反饋到發(fā)電企業(yè)，按需發(fā)電。在提升電網(wǎng)智能程度的同時(shí)，避免無(wú)效發(fā)電的成本浪費。
2、促進(jìn)分布式發(fā)電
在傳統的輸電線(xiàn)路和配用電設備加上傳感器，再接入物聯(lián)網(wǎng)，將給人們帶來(lái)全新的用電體驗。例如，未來(lái)家庭將普遍采用太陽(yáng)能板自給供電，用不完的電，可以通過(guò)“智能電網(wǎng)”進(jìn)入公共電網(wǎng)，每個(gè)月還能收到電力公司付的“電費”，到2015年，這種技術(shù)就可能走進(jìn)尋常百姓家。
3、保證輸電安全
電力行業(yè)是關(guān)系到國計民生的基礎性行業(yè)。電力線(xiàn)傳輸系統包括變電站（高、低壓變壓器，控制箱）、高壓傳輸線(xiàn)、中繼器、塔架等，其中高壓傳輸線(xiàn)及塔架位于野外，承擔電能的輸運，電壓至少為35kV以上，是電力網(wǎng)的骨干部分。電力系統是一個(gè)復雜的網(wǎng)絡(luò )系統，其安全可靠運行不僅可以保障電力系統的正常運營(yíng)與供應，避免安全隱患所造成的重大損失，更是全社會(huì )穩定健康發(fā)展的基礎。中國國家電網(wǎng)公司于2010年5月21日公布了智能電網(wǎng)計劃，其主要內容包括：以堅強的智能電網(wǎng)為基礎，以通信信息平臺為支撐，以智能控制為手段，包含電力系統的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調度各個(gè)環(huán)節，覆蓋所有電壓等級，實(shí)現“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，構建堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開(kāi)放、友好互動(dòng)的現代電網(wǎng)。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以全面有效地對電力傳輸的整個(gè)系統，從電廠(chǎng)、大壩、變電站、高壓輸電線(xiàn)路直至用戶(hù)終端進(jìn)行智能化處理。包括對電力系統運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監控和自動(dòng)故障處理，確定電網(wǎng)整體的健康水平，觸發(fā)可能導致電網(wǎng)故障的早期預警，確定是否需要立即進(jìn)行檢查或采取相應的措施，分析電網(wǎng)系統的故障、電壓降低、電能質(zhì)量差、過(guò)載和其他不希望的系統狀態(tài)，基于這些分析，采取適當的控制行動(dòng)。
國家電網(wǎng)應用傳感器網(wǎng)絡(luò )解決了很多問(wèn)題，如奧運會(huì )和世博會(huì )就是通過(guò)它為保電做支撐。傳統方式是可靠的，但會(huì )造成極大浪費，因此就要通過(guò)在線(xiàn)路上配置一些傳感設備檢測線(xiàn)路的實(shí)時(shí)情況來(lái)保證電網(wǎng)的安全。還通過(guò)一些設備的使用和部署，來(lái)提高傳感的效率，保證輸電到位。
4、提升服務(wù)水平
作為國內最大的移動(dòng)通信運營(yíng)商，中國移動(dòng)一直以來(lái)致力于推進(jìn)各行各業(yè)的信息化進(jìn)程，全力打造高效、開(kāi)放的“物聯(lián)網(wǎng)”，構建和諧的數字化生態(tài)系統。近年來(lái)，中國移動(dòng)相繼推出了電力抄表、交通物流、安防監控及電子支付等一系列基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息化解決方案，通過(guò)基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的機器與機器，機器與人之間的信息采集、傳輸和應用處理，實(shí)現對機器的遠程監控及指揮調度。
2009年11月18日，中國南方電網(wǎng)有限責任公司、中國移動(dòng)通信有限公司在廣州聯(lián)合舉行了戰略合作簽約儀式。南方電網(wǎng)與中國移動(dòng)將在基礎通信、管理信息化、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)信息化、信息化技術(shù)交流合作等方面開(kāi)展合作，屆時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將廣泛應用于南方電網(wǎng)信息化系統建設的各個(gè)領(lǐng)域，通過(guò)有效配置具有傳感功能的自動(dòng)化終端設備，將大大提高電力行業(yè)的工作效率，降低故障處理時(shí)間，提高服務(wù)質(zhì)量。本次合作將涵蓋三大領(lǐng)域，即電能計量自動(dòng)化系統、電力行業(yè)終端通信保障平臺和“95598”服務(wù)熱線(xiàn)服務(wù)平臺。其中，電能計量自動(dòng)化系統已經(jīng)應用在大客戶(hù)負荷管理、配變監控和低壓集抄領(lǐng)域，據統計，南方電網(wǎng)僅在廣東區域的計量自動(dòng)化終端數量就超過(guò)了25萬(wàn)；電力行業(yè)終端通信保障平臺的推廣應用，將使南方電網(wǎng)電力通信故障平均處理時(shí)間縮短一倍以上，大大提升服務(wù)水平和客戶(hù)滿(mǎn)意度。
手機購電是運營(yíng)商和電力公司合作推出的一項基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大眾服務(wù)業(yè)務(wù)。一般購電，是我們自己去看電表，然后在沒(méi)電時(shí)去買(mǎi)電卡充值。與此同時(shí)，抄表員需要對每個(gè)終端電表進(jìn)行人工計數，以便電力公司有效地了解各戶(hù)的用電情況。手機購電服務(wù)開(kāi)展以后，一方面，我們可以通過(guò)把自己的購電號碼發(fā)短信給指定的號碼，獲得需要交費提示后，選擇同意，電腦可以自動(dòng)從賬戶(hù)中扣除需要交的費用。另一方面，每個(gè)電表，都會(huì )通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感模塊，與居民集抄管理終端聯(lián)系，終端再將這些信息發(fā)送給電力公司，從而不需要抄表員，實(shí)時(shí)實(shí)現對居民用電繳費情況的管理。
5、節約電能使用
大樓里面不同的房間在不同的時(shí)間要求的溫度不一樣，物聯(lián)網(wǎng)傳感器測量房間的溫度，控制系統按照需要的溫度對空調進(jìn)行智能控制。通過(guò)實(shí)驗，這項技術(shù)節約的電能可達294%。有的辦公室所有的燈光都是智能控制的。員工進(jìn)入辦公室之后，頭頂上的燈自動(dòng)打開(kāi)；離開(kāi)這個(gè)位置后，頭頂上的光源則自動(dòng)關(guān)閉。如果外面的陽(yáng)光太過(guò)強烈，窗簾則自動(dòng)拉下。各個(gè)光源都是通過(guò)自動(dòng)感應設備連接到網(wǎng)絡(luò )中的控制計算機，由計算機進(jìn)行智能控制，這樣可以做到最大限度地節約電能。
智能交互終端是實(shí)現家庭智能用戶(hù)服務(wù)的關(guān)鍵設備，其通過(guò)利用先進(jìn)的信息通信技術(shù)，對家庭用電設備進(jìn)行統一監控與管理，對電能質(zhì)量、家庭用電信息等數據進(jìn)行采集和分析，指導用戶(hù)進(jìn)行合理用電，調節電網(wǎng)峰谷負荷，實(shí)現電網(wǎng)與用戶(hù)之間智能用電。通過(guò)在各種家用電器中嵌入智能采集模塊和通信模塊，可實(shí)現家電的智能化和網(wǎng)絡(luò )化，完成對家電的運行狀態(tài)的監測、分析以及監控。
此外，通過(guò)智能交互終端，可為用戶(hù)提供家庭安防、社區服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)等增值服務(wù)。
三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域應用研究緊鑼密鼓
國家電網(wǎng)開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的應用已經(jīng)很早了，2001年就有一個(gè)WSN（無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )）在配電網(wǎng)的應用重大專(zhuān)項。目前在類(lèi)似方面的項目大概有8～10項，如高壓電力檢測、智能用電、智能小區、智能家居、無(wú)線(xiàn)抄表等方面，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的應用和成果進(jìn)一步推動(dòng)了智能電網(wǎng)的建設。
為盡快開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統應用的研究，國網(wǎng)信息通信有限公司順勢而為從2009年9月起就全面部署物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)，組建了專(zhuān)門(mén)從事物聯(lián)網(wǎng)在電力系統應用的研發(fā)團隊。劉建明總經(jīng)理先后多次帶隊走訪(fǎng)北京郵電大學(xué)、清華大學(xué)、中國移動(dòng)研究院、無(wú)錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院、普天信息產(chǎn)業(yè)研究院、江蘇省電力公司、無(wú)錫供電公司等單位，探討物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應用技術(shù)。
為推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)以及新一代寬帶通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應用，打造物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)應用的攻關(guān)團隊，形成物聯(lián)網(wǎng)研究的先發(fā)優(yōu)勢，國網(wǎng)信通公司聯(lián)合中國電力科學(xué)研究院、物聯(lián)網(wǎng)研究院等國內多家從事物聯(lián)網(wǎng)及新一代寬帶通信研發(fā)的優(yōu)勢單位，共同申報國家重大科技專(zhuān)項，成立了項目課題組，課題組先后在無(wú)錫和北京召開(kāi)了多次項目聯(lián)絡(luò )會(huì )，該課題組主要技術(shù)人員歷經(jīng)了長(cháng)達一個(gè)多月的封閉式研討，分析和論證了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)輸、變、配、用四個(gè)環(huán)節的攻關(guān)目標，制定了7大應用系統10余個(gè)產(chǎn)品、一個(gè)一體化平臺、一個(gè)標準安全體系的開(kāi)發(fā)研究框架。
關(guān)于智能電網(wǎng)在配用電側的應用，2009年國家電網(wǎng)在北京和全國各地陸續開(kāi)展了一些試點(diǎn)和推廣，在2009年試點(diǎn)基礎上2010年在全國11個(gè)省市進(jìn)行智能用戶(hù)的試點(diǎn)，包括智能家居，安防等領(lǐng)域，另外還有電表以及相應的增值服務(wù)。為了配合智能電網(wǎng)的發(fā)展，國家電網(wǎng)已開(kāi)始光纖的電網(wǎng)試點(diǎn)，2010年將在全國14~18個(gè)省進(jìn)行推廣，要求各地的新建小區全部實(shí)現光纖到戶(hù)。除了在全國開(kāi)展大批關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的試點(diǎn)，國家電網(wǎng)還要完成電力用戶(hù)用電信息的采集，要求2010年底以前完成主干系統，全國各省要部署完畢省級的主干系統的用電信息采集，同時(shí)各省要完成整個(gè)用電采集工作。
國網(wǎng)信通公司從國網(wǎng)公司的發(fā)展大局出發(fā)，從服務(wù)于堅強統一智能電網(wǎng)的建設出發(fā)，緊跟國際最新的信息通信技術(shù)，開(kāi)拓進(jìn)取，在系統內率先開(kāi)展了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和部署，提出了“面向應用、立足創(chuàng )新、形成標準、建立示范”的研究指導思想，在物聯(lián)網(wǎng)的專(zhuān)用芯片、應用系統開(kāi)發(fā)、標準體系、信息安全、無(wú)線(xiàn)寬帶通信、軟件平臺、測試技術(shù)、實(shí)驗技術(shù)等方面進(jìn)行了全面部署，力爭在未來(lái)3年內實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統應用多項核心技術(shù)的突破，形成若干項有重大影響的創(chuàng )新性科研成果，成為在國內外有重要影響的從事智能電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究和應用的研發(fā)中心和產(chǎn)業(yè)化基地。
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