电力物联网的理念和发展趋势

1、电力物联网的理念和发展趋势1. 物联网的概念1.1. 物联网的定义物联网的概念由MIT 的 KevinAshton 在 1998 年首次提及，他指出将RFID 技术和其他传感器技术应用到日常物品中构造一个物联网。紧接着的第二年由KevinAshton 带头建立的Auto-IDcenter 对物联网的应用进行了更为清晰的描述：依靠全球RFID 标签无线接入互联网，使得从剃须刀到欧元纸币再到汽车轮胎等数百万计的物品能够被持续地跟踪和审计。电力行业对“物联网”的理解应该是：物联网是一个实现电网基础设施、人员及所在环境识别、感知、互联与控制的网络系统。其实质是实现各种信息传感设备与通信信息资源的（互联

2、网、电信网甚至电力通信专网）结合，从而形成具有自我标识、感知和智能处理的物理实体。实体之间的协同和互动，使得有关物体相互感知和反馈控制，形成一个更加智能的电力生产、生活体系。1.2. 物联网的特征物联网作为通信、信息、 传感、 自动化等技术的融合，具有全面感知、可靠传递和智能处理的特征。全面感知就是让物品会说话，将物品信息进行识别，利用RFID 、传感器、二维码等能够随时随地采集物体的动态信息。并通过网络传输后台，进行信息共享和管理。可靠传递指信息通过现有的通信网络资源进行实时可靠传输。智能处理就是通过后台的庞大系统来进行智能分析和管理。真正达到人与物的沟通、物与物的沟通。2. 物联网的体系构

3、架物联网的体系架构大致可以分为技术体系、标准体系、产业链体系和应用体系。物联网的技术体系分为感知层、网络层和应用层，公共技术贯穿体系中的全部技术环节，具体如图1 所示。 物联网的标准体系分为基础平台标准和应用子集（轮廓）标准，具体如图2 所示。物联网的产业链体系分为设计研究、生产和市场3 个环节，如图3 所示。 物联网的应用体系更加丰富多彩，物联网技术可以应用于智能电网、智能交通、农业、军事、石油等很多行业，具体如图4 所示。3. 电力物联网的发展方向3.1. 智能电网与物联网的关系智能电网和物联网是目前全球的两个研究热点。包括中国在内的许多国家，这两个热点都已上升到国家战略的高度。这两个研究

4、热点的提出均是当今世界高速发展的必然结果。两者在内涵、特征、实现手段等方面有着千丝万缕的联系。（ 1）上述两网的提出具有相同的背景和驱动力智能电网与物联网并不是全新的概念，它们都是随着业务需要和技术发展而逐步形成的。社会各界也开始将发展智能电网与物联网作为解决社会、经济、能源等问题的良药。可以说：智能电网与物联网的提出是人类社会发展的必然选择，是应用需求驱动和技术发展驱动共同作用的结果。需求方面：“两网”都面临着“高效低碳”、“节能减排”等环境问题；“两网”都有提高网络可观、可感、可控的要求。需要提高网络的安全、可靠性和服务质量；同时，“两网”都要迎接来自市场的挑战。需要不断促进市场的发展，不

5、断完善市场监管，不断鼓励行业创新和发展。技术方面：当今世界新技术层出不穷、日新月异，通信技术、信息技术、传感技术、控制技术等技术都已经达到了很高的水平。理论原理已经非常成熟，相关设备制造水平不断提高，大量的社会应用积累了丰富的经验。“融合”已经成为今后技术发展的主流和趋势。可以说智能电网与物联网的提出已经具备了坚实的技术基础，同时“两网”的建设更是技术发展的迫切要求。（2）两网具有类似的内涵和特征对比智能电网与物联网，可以发现两网在定义、内涵和特征上具有很多相似之处。所以有专家称：本质上，智能电网与物联网具有天然的内在联系。我国智能电网是要建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网

6、为基础，利用先进的通信、信息和控制等技术，构建以信息化、自动化、互动化为特征的国际领先、自主创新、中国特色的坚强智能电网，包括发电、输电、变电、配电、用电和调度6 个环节。根据经济社会发展对未来电网的要求，中国智能电网应具备以下5 方面的基本内涵：坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动。其特征是信息化、自动化、互动化。目前，业界普遍认为物联网应分为3 个层面，即感知层、网络层和应用层。感知层负责信息搜集，对物质世界感知；网络层负责信息传输、信息初步处理、分类、聚合等；应用层为各行各业提供应用的基础。相应的物联网特征是全面感知、可靠传递和智能处理。全面感知就是让物品会说话，将物品信息进

7、行识别，并通过网络传输后台，进行信息共享和管理。可靠传递就是通过现有的通信网络资源进行可靠地传输信息。智能处理就是通过后台的庞大系统来进行智能分析和管理。可见，智能电网与物联网在内涵和特征上有很多相似之处，可以说两网本质是相通的。（3）智能电网与物联网在实现手段上具有高度的一致性和相互借鉴性公司明确提出：建设坚强智能电网要以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，覆盖所有电压等级的各个环节，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，即通过通信、信息、传感、控制等技术的融合，实现在电网上的应用。具体说就是：通过终端传感器在客户之间、客户和电网公司之间形成即时连接的网络互动，

8、实现数据读取的实时、高速、双向的效果，从而整体提高电网的综合效率。公司坚强智能电网实现电力流、信息流、业务流高度一体化的前提，在于信息的无损采集、流畅传输、有序应用。各个层级的通信支撑体系是坚强智能电网信息运转的有效载体。通过充分利用坚强智能电网多元、海量信息的潜在价值，可服务于坚强智能电网生产流程的精细化管理和标准化建设，提高电网调度的智能化和科学决策水平，提升电力系统运行的安全性和经济性。物联网的建设同样是以大量丰富的传感终端作为神经末梢，以强大可靠的通信网络作为健壮的身体， 以智能处理、控制技术作为发达的大脑。以此构建完善的物联网。可见智能电网都要将通信、信息、传感、控制等技术进行融合，

9、并实现合理应用。所以，两者在实现手段上具有高度的一致性和相互借鉴意义。综上所述，智能电网与物联网本质相通、特征相似、手段相关。可以认为，物联网技术是电网智能化建设的重要技术支撑。物联网技术能有效整合通信基础设施和电力系统基础设施资源，使信息通信基础设施资源服务于电力系统运行，提高电力系统信息化水平，改善现有电力系统基础设施的利用效率。同时，智能电网是物联网的重要应用领域。智能电网建设将成为拉动物联网产业，甚至整个信息通信产业（ICT）发展的强大驱动力，并有力影响和推动其他行业的物联网应用和部署进度，进而提高我国工业生产、行业运作和公众生活等各个方面的信息化水平。4. 电力物联网的特点由于电力系

10、统的特殊要求，在智能电网中应用的物联网（简称电力物联网）也有自己的特点。智能电网的核心在于，构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统，可对电网与客户用电信息进行实时监控和采集，且采用最经济与最安全的输配电方式将电能输送给终端用户，实现对电能的最优配置与利用，提高电网运行的可靠性和能源利用效率。智能电网的本质是能源替代和兼容利用，它需要在开放的系统和共享信息模式的基础上，整合系统中的数据，优化电网的运行和管理。相应的，电力物联网的本质就是电力信息的可靠、高效的控制手段。对应物联网的 3 层体系架构，电力物联网其实有3 大要素，即电力信息的采集、电力信息的传递

11、和电力信息的处理。电力物联网的建设必须在满足智能电网坚强可靠、经济高效总体要求下，实现电力流、信息流、业务流的高度一体化。这就决定了电力物联网的如下特点。首先，电力物联网实际上是专用网。电力物联网可用的基层网络可以有很多种。根据应用的需要可以是电力行业通信专网，也可以是新建的专用于电力物联网的通信网，在应急情况下就可以部分采用公众通信网。原则上，电力物联网只有电力系统才能连进去，电力物联网的绝大多数信息流只能在电力系统内部流动。其次，电力物联网往往是受限网络。物联网在电力系统中有大量丰富多样的应用，电力系统不同的应用对信息提出不同的需求。所以，电力物联网的应用多样性与承载平台的通用性之间需要有

12、应用中间件来适配，进行数据过滤、数据挖掘与决策支撑等智能信息处理。物联网信息对于各种应用是受限的。同时，电力物联网具有严格的用户身份识别、验证、鉴权制度，不同用户享受不同等级的物联网服务。所以电力物联网也是用户受限的。最后，电力物联网具有高度的安全性和可靠性。由于电力物联网直接支撑电网业务，所以电力物联网很大程度上影响着电力系统的安全稳定运行。所以建设坚强智能电网必须要求电力物联网具有极高的安全性和可靠性。针对电力物联网的特点，大致可将其分为3 个发展阶段：信息汇聚阶段，协同感知阶段，泛在聚合阶段。信息汇聚阶段的主要特征是：将分布于多区域的、利用多种感知技术手段所采集的信息进行汇聚，通过电力通

13、信网络资源将感知信息汇聚到业务应用系统，集中进行信息的处理与共享，并提供信息应用服务。关键技术包括电力传感器设计与实现、短距离传输技术、低功耗技术、电磁兼容技术等，以实现相关信息采集、汇聚设备的小型化、低功耗、低成本、国产化和绿色环保。协同感知阶段的主要特征是以事件、任务和目标为驱动进行感知、网络和应用各个层面的协同工作，系统具备分布式、跨层次、自学习的协同处理能力，提供智能、精确的多元化信息服务。关键技术包括任务驱动的大规模自治组网技术、上下文感知技术、电力通信网络与多传感器网络无缝融合技术、海量信息处理技术等。泛在聚合阶段的主要特征是泛在的感知服务将海量信息进行聚合，产生出新的有应用价值的

14、信息，即电力物联网广泛应用于各个领域，实现任何人、任何物体、任何时间、任何地点的互联互通，引发新的应用和服务模式。关键技术包括信息聚合理论、模糊控制技术、泛在异构网络、人工智能、仿生学传感器、纳米材料、生物芯片等。5. 电力物联网的应用前景电力物联网技术将在智能电网的诸多环节广泛应用。有些物联网技术已经被应用，有些还需要加大推广应用力度。电力物联网整体构架的推广应用可以有力地促进电力物联网行业标准的编写，物联网安全体系的完善，电力物联网一体化管理平台的建立和电力传感器的研制。（ 1）发电环节在智能电网的发电环节中，目前存在电源结构和布局不合理，电网的调节手段和调峰能力不足等问题，发电机控制系统

15、技术水平和国外相比有一定差距，储能技术应用研究也处在起步阶段。结合物联网技术，可以研究水库智能在线调度和风险分析的原理和方法，开发集实时监视、趋势预测、在线调度、风险分析为一体的水库智能调度系统。根据水库来水和蓄水情况及水电厂的运行状态，对水库未来的运行进行趋势预测，对水库异常情况下水库调度决策进行实时调整，并提供决策风险指标，规避水库运行可能存在的风险，提高水能利用率。依托国家风电技术与检测研究中心、太阳能发电技术与检测研究中心的建设以及物联网技术的发展和进步，可以加快新能源发电及其并网技术研究，规范新能源的并网接入和运行，实现新能源和电网的和谐发展。结合物联网技术可以研究不同类型风电机组的

16、稳态特性和动态特性及其对电网电压稳定性、暂态稳定性的影响；提出风电场接入电网的可靠性分析评估方法，建立可靠性模型，开发相应的分析软件。开发风能实时监测和风电功率预测系统；建立风电机组/风电场并网测试体系；研究风电场继电保护技术及保护配置方案、定值整定；研究变流器、变桨控制、主控及风电场综合监控技术、低电压穿越技术；开发出具有自主知识产权的风电运行、控制、保护等系统，进行产业化推广应用。联网技术的应用有助于研究大规模核电、风电和特高压输电对系统内抽水蓄能容量规模的要求；研究 “三华特高压同步电网” 中抽水蓄能电站的联网效益，主要分析错峰、调峰、水火互济、跨流域补偿、互为备用和调剂余缺的能力；研究

17、大型抽水蓄能电站在智能电网功能定位，逐步实现调峰填谷、核蓄互助、风蓄互补，开展大容量蓄能机组直接接入特高压电网的研究、实现蓄能机组事故备用、潮流调整等功能扩展；研究抽水蓄能电站的智能调度运行控制技术，依靠自主创新，开发研制抽水蓄能电站关键设备，包括计算机监控、调速、励磁、变频器等，并投入示范应用；初步研究蓄能机组跟踪风电功率变化的功率调节技术，在风蓄互补系统中发挥更大作用；制定满足电力系统需求的蓄能机组机网协调和辅助服务等技术标准。深化抽水蓄能黑启动功能研究，200MW 及以上蓄能机组带地区小负荷孤网运行可靠保证。物联网技术同样有助于开展钠硫电池、液流电池、锂离子电池的模块成组、智能充放电、系

18、统集成等关键技术研究；开展智能电网中储能电源规划设计和运行调度技术的研究；逐步开展储能技术在智能电网安全稳定运行、削峰填谷、间歇性能源柔性接入、提高供电可靠性和电能质量、电动汽车能源供给、燃料电池以及家庭分散式储能中的应用研究和示范。加强大型压缩空气储能等多种蓄能技术的研发，在重大技术突破的基础上开展试点应用。（ 2）输电环节输电环节是智能电网中一个极为重要的环节，目前已经开展了许多相关的工作。但是还存在许多问题，主要有：电网结构仍然薄弱，设备装备水平和健康水平仍不能满足建设坚强电网的要求；线路设备检修方式较为落后；系统化的线路设备状态评价工作刚刚起步。因此， 在输电可靠性、设备检修模式以及设

19、备状态自动诊断技术上和国际水平相比还存在一定的差距。在智能电网的输电环节中有许多应用需求亟待得到满足，需要结合物联网的相关技术，提高智能电网中输电环节各方面的技术水平。包括线路、杆塔和电容器等重要一次设备，保护、安稳和通信等二次设备以及营销和信息系统等。可以结合物联网技术，提高一次设备的感知能力，并很好地结合二次设备，实现联合处理、数据传输、综合判断等功能，提高电网的技术水平和智能化程度。输电线路状态检测是输电环节的重要应用，主要包括雷电定位和预警、输电线路气象环境监测与预警、输电线路覆冰监测与预警、输电线路在线增容、导地线微风振动监测、导线温度与弧垂监测、输电线路风偏在线监测与预警、输电线路

20、图像与视频监控、输电线路运行故障定位及性质判断、绝缘子污秽监测与预警、杆塔倾斜在线监测与预警等方面。这些方面都需要物联网技术的支持，包括这种传感器技术、分析技术和通信技术等。结合物联网技术，可以更好地实现这些高级应用，提高输电环节的智能化水平和可靠性程度。物联网在输电环节中可以实现具有较大规模的产业化应用。（ 3）变电环节变电环节是智能电网中一个十分重要的环节，目前已经开展了许多相关的工作，主要是全面开展变电站综合自动化建设。但是目前还存在许多问题，主要有：设备装备水平和健康水平仍不能满足建设坚强电网的要求；变电站自动化技术尚不成熟；智能化变电站技术、运行和管理系统尚不完善；设备检修方式较为落

21、后；系统化的设备状态评价工作刚刚起步。可以将物联网技术应用于智能变电站建设中，建立智能变电站信息监控与采集系统，实现对智能变电站设备、资源、运行状况的全面监控与管理。建立基于物联网的智能变电站通信信息一体化平台，实现变电站信息通信的统一接口。建立完善智能变电站物联网标准化工作。建立智能变电站状态监测系统、故障预警与自动恢复系统、自动决策分析系统。建立智能变电站与输电系统、调度系统、分布式发电系统的物联网接口，将智能变电站纳入整个智能电网的物联网体系。（ 4）配电环节配电网是我国电网的重要环节，同时目前也是最薄弱的一环。在配网自动化、配网状态监测检修、现场作业、智能巡检等方面还有很多工作要做。配

22、电自动化系统，又称配电管理系统（DMS） ，通过对配电的集中监测、优化运行控制与管理，达到高可靠性、高质量供电，降低损耗和提供优质服务的目标。物联网在配电网自动化方面的应用主要集中在以下几个方面：快速故障诊断、隔离和自动恢复供电、无功/电压控制、配网潮流检测分析计算等。电力设备的状态检修是工业化国家普遍推行的一种科学的设备检修管理策略。长期以来，我国电力设备大多采用传统的计划检修模式，耗费巨大，工效不佳。科学、合理地安排检修，降低检修成本及工作量，保证系统的高可靠性，提高设备有效利用率，是国内全行业面临的困难与挑战。物联网在配电网设备状态监测、预警与检修方面的应用主要包括：对配电网关键设备的环

23、境状态信息、机械状态信息、运行状态信息的感知与监测；配电网设备安全防护预警；对配电网设备故障的诊断评估和配电网设备定位检修等方面。由于我国配电网的复杂性和薄弱性，配电网作业难度很大，常出现误操作和安全隐患。切实保障配电网现场作业安全高效是智能配电网建设一个亟需解决的问题。物联网技术在配电网现场作业管理方面的应用主要包括：身份识别、电子标签与电子工作票、环境信息监测、远程监控等。搭建配电网现场作业管理系统，实现确认对象状态，匹配工作程序和记录操作过程的功能，减少误操作风险和安全隐患，真正实现调度指挥中心与现场作业人员的实时互动。我国配电网环境多样、复杂，自然环境、人为活动都会对配电网线路产生影响。物联网在这方面的应用主要包括：巡检人员的定位、设备运行环境和状态信息的感知、辅助状态检修和标准化作业指导等。（ 5）用电环节智能用电环节作为智能电网重要环节，直接面向社会、面向客户，是社会各界感知和体验统一坚强智能电网建设成果的重要载体，在建设统一坚强智能电网中具有特定的地位和作用。随着我国经济社会的快速发展，发展低碳经济、促进节能减排政策的持续深化，电网与用户的双向互动化、供电可靠率与用电效率要求的逐步提高，电能在终端能源消费中的比重不断增大，用户用能模式发生巨大转变，大量分布式电源、微网、电动汽