物联网技术在智能电网中的应用

刘 锐

（中国通信建设第二工程局有限公司，陕西 西安 710119）

0 引言

伴随着计算机技术与自动化技术的发展，电力企业开始建设智能电网，其基于高效、智能的网络技术，为生产生活带来了安全、可靠、稳定的用电服务。将物联网应用在智能电网中能够对电力设备进行实时监测、提升电力生产管理效率、调整优化电力服务，全面提高智能电网运行质量与效率。

1 物联网技术与智能电网的联系

物联网是利用信息传感设备，按照约定的协议，把物体与互联网连接起来开展通信，以完成对物体的智能化跟踪、管理的网络形式。物联网技术的应用能够实现现实社会与互联网的有效整合。物联网能够对网络范围内的设备、人员进行实时动态管理，以提升资源利用效率与质量，改善生产生活[1]。智能电网即为由不同类别的自动化输电、配电设备与系统构成的电力系统，能够短时间内响应电力市场需求，拥有智能化结构，可以实现双向的实时信息互通，为用户提供可靠、安全的电力服务。物联网与智能电力之间关系密切，主要表现在以下几个方面：一是智能电网的智能化主要表现为可实时控制、可数据分析、可智能决策，而物联网也能够起到控制、分析与决策的作用。可以看出，智能电网与物联网之间关系密切，有着一系列的共性技术。这些共性技术主要表现在感知与观测中，如常用的传感器技术、GPS技术等；二是智能电网是物联网的主要应用平台之一。物联网技术的应用领域众多，如智能家具、智能交通、智能金融、智能城市等。但智能电网与上述领域存在一系列不同之处，即为智能电网自身以就是以网络形式组成，使用金属材质线缆用于传递信号。智能电网是基于传统电网形式之上，且与人们的生产生活密切联系，为物联网的应用提供了十分广阔的平台；三是物联网技术是智能电网的基础。为了发挥智能电网的各项功能，突出智能电网的优势，必须运用物联网技术。如智能电网与用户之间的互动沟通是智能电网的特色之一，能够转变传统电网形式下用户信息与电网的单向传递。智能电网互动的实现就必然需要物联网技术的支持。只有快速全面的数据收集与传递，才能够让电网与用户进行智能沟通与交流；四是智能电网对物联网技术提出了更高的要求[2]。智能电网不仅仅为物联网技术的运用提供了广阔的发展空间，同时也对物联网技术提出了更多元化、更高水准的要求，反向推动了物联网技术的发展。智能电网的应用对传感设备有着丰富的类型需求，需要传感设备用于采集电流、温度、湿度等数据信息。且智能电网对数据传输有一定要求，由于电网覆盖范围广，途径地理环境复杂，要求稳定可靠的网络条件，这对物联网技术提出了综合要求。

整体来看，物联网技术能够为智能电网带来更优质、更高效的服务。首先，物联网技术能够的进行电力大数据分析。伴随着智能电网规模的扩大，海量电力信息数据给电网监控与管理带来了挑战。而利用物联网技术则可以将传感器收集的数据传输到智能电网控制中心，工作人员通过可视化数据分析则可以及时判断智能电网潜在的问题，以便及时处理。其次，物联网技术能够进一步推动智能电网与用户的交互。物联网技术的运用可以更好地进行用户侧管理，利用物联网可以对用户与电网的工作状态进行判断，为保证电力服务的稳定性。最后，物联网技术能够减少分布式电源等新能源带来的风险。伴随着新能源在电网中的应用，电网的运行状态发生了改变。如分布式电源存在的波动性会导致配电网功率不稳定。利用物联网技术对分布式电源进线实时监测，快速响应调整，能进一步稳定用户的电能质量。

2 物联网技术在智能电网中的应用

2.1 基于智能电网的物联网结构

当前基于智能电网的物联网结构主要可以分为感知层、网络层与应用层。第一，感知层主要用于感知识别设备，获取设备的各项指标信息。通过装设在设备上的传感器接收器来获取对象的温度、用电数据、地理位置等信息，再通过使用RFID技术、激光扫描技术等方式将信息传递给网络层。与物联网其他应用环境不同，智能电网应用场景较为复杂，安设在设备上的装置需要承受恶劣复杂的自然环境。第二，网络层。网络层用于接收感知层获取的信息。智能电网的网络层是电力通信网，可以用于解决电网、线路的各项状况。物联网技术的应用能够推动智能电网通信信息的增长，拓展电网信息容量，满足用户需求。第三，应用层。应用层主要分别对应信息系统，针对网络层输送的信息进行加工处理，根据数据模型或参数来为设备进行智能决策提供依据[3]。应用层结合了物联网技术与智能电网的使用需求，能够实现物联网技术与智能电网的高度融合。

2.2 智能电网中物联网关键技术的应用

2.2.1 传感器

物联网技术中的智能传感器是其获取外界信息的关键途径。相对于传统传感器来说，智能传感器的可靠性强、精度相对较高，且适应能力水平较高。在智能电网中小微传感器的应用最为广泛，其拥有采集信息、分析信息、传递信息的能力，安装便捷、抗干扰性能强。在物联网中的感知层中应用小微智能传感器能够在智能电网中完成海量数据的测量与收集。其作为智能电网中透明电网的重要基础单元，当前还存在电压测量难度大、功率较大等情况。除了小微智能传感器外，无线传感网络在智能电网中的应用也十分普及。在智能电网中无线传感器已经逐渐开始被用于收集数据，如进行智能自动抄表、远程系统监控等。

2.2.2 通信技术

第一，宽带载波通信技术。宽带载波通信技术是一种通信编码技术，其相对于窄带载波技术而言抗干扰能力强，速率较高，通信延时少，能够为智能电网提供更好的服务。且宽带载波通信技术能够为智能电网运作时需要进行的信息采集提供安全稳定的信息渠道。将宽带载波通信技术应用于智能电网的合适区域能够满足智能配电系统中大量数据的传输需求，提升通信效率。第二，5G通信技术。5G通信技术是物联网的关键技术之一，其传输速率较高、容量大、延时低，可以用于智能电网中电源发电情况的实时监测，提升电能的利用率。且能够针对电缆的工作情况进行评估，以便及时发现安全隐患。5G通信技术的运用能够实现无人机巡检输电线路，对智能电网运行过程进行图片与视频拍摄，提升巡检的智能性与可靠性。第三，低功耗广域物联网通信技术。低功耗广域物联网通信技术可以针对M2M通信场景进行优化，以星型网络进行覆盖，单节点最大覆盖范围高达100 km。低功耗广域物联网通信技术覆盖范围广、功耗低、宽带低。且在应用中网络配置较为灵活，能够支持定位服务与移动对象，且抗干扰能力理想。低功耗广域物联网通信技术在智能电网中可以用于电气设备温度监测、配电故障指示等。

2.2.3 云计算技术

云计算技术拥有强大的互联网传输能力，且储存容量大、计算能力强，在智能电网中改技术可以用于进行智能电网调度、智能电网数据分析等，对海量数据进行存储与处理。第一，智能电网调度。伴随着智能电网的完善，电网结构也愈加复杂，规模也不断增加。为了对智能电网实现实时监控并合理调度，则需要利用物联网技术对电网运行数据进行采集、传输、分析。物联网技术中的云计算技术能够以总线技术将分布于不同区域调度系统的功能，利用系统结构化进行高度整合，以打造实时、全面、准确的电网调度平台，以存储海量数据，完成智能电网调度。第二，智能电网数据分析。智能电网规模的扩大，伴随而来的智能电表、传感设备、信息系统等不同数据持续产生，最终形成海量数据。结合物联网技术中的云计算技术能够实现对电网用户、电力设备情况的数据分析。智能电网的数据分析能够进一步强化电网的透明度，从而更好地调节、优化智能电网服务。

2.2.4 边缘计算技术

边缘计算技术应用在智能电网中主要用于优化网络延迟的情况，并提升任务的执行效率，以便快速响应用户的请求。边缘计算技术可以将控制转移至边缘，以完成对物联网中物联网数据的分析[4]。如智能电网系统出现运行异常或出现故障，边缘计算技术可以一改将海量信息传输到集中式系统的传统形式，而是将其转移至边缘，从而提升数据处理能力。例如，当前配电网结构繁复，点多面广,大多数解决策略是把所采集的图片信息上传到服务器中进行分析。但由于图片传输量相对较大，且有价值的信息含量低，会占用网络资源。利用边缘计算技术则可以配备高能力的计算单元，通过建立模型来消除部分无用数据传输。边缘计算技术凭借着数据分析效率高的特点尤其适宜开展数据分析与智能自动处理[5]。

3 结语

物联网技术将智能电网的各个结构紧密联系起来，持续推动电力系统的智能化、自动化发展。其中，传感器技术、通信技术、云计算技术与边缘计算技术能够为智能电网提供稳定的电力服务起到重要作用，实现了智能电网的实时监控、及时调整与稳定优化。伴随着物联网技术的持续发展，其在智能电网中的应用越来越广泛，智能电网也将朝向更加自动化、智能化的方向发展。