面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)分析摘要：目前，智能電網(wǎng)和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)被提升到國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略決策層面，如何利用好物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)智能電網(wǎng)是電力系統(tǒng)發(fā)展中需要解決的重要問(wèn)題。本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)特征，通過(guò)對(duì)智能電網(wǎng)的輸電、變電、配電和用電四個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行需求分析，提出一個(gè)面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。

Abstract:Atpresent,thedevelopmentofsmartpowergridsandinformationindustryhasbeenpromotedtothestrategicdecisionlevelofnationaleconomicdevelopment,howtomakegooduseoftheInternetofthingstechnologytodevelopthesmartpowergridsisoneoftheimportantproblemsneedtobesolvedinpowersystemdevelopment.Inthispaper,combinedwiththerelevanttechnologyfeaturesoftheInternetofthings,throughanalyzingthefourstagesoftransmission,substation,powerdistributionandelectricitydemandofsmartpowergrids,aarchitectureofInternetofThingsfacedtosmartpowergridsisputforward.

關(guān)鍵詞 ：物聯(lián)網(wǎng)；智能電網(wǎng)；體系結(jié)構(gòu)

Keywords:InternetofThings；smartpowergrids；architecture

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2024）21-0083-02

0引言

近幾年，隨著我國(guó)電網(wǎng)信息化程度的不斷提高，真正實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)一直是我國(guó)相關(guān)部門(mén)的重要課題，但在實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的過(guò)程中仍面臨著一些亟需解決的問(wèn)題，比如如何加強(qiáng)各區(qū)域電網(wǎng)骨干網(wǎng)架，提升電網(wǎng)穩(wěn)定水平，增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性；如何建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)骨干電力網(wǎng)架，提高電網(wǎng)抵御多重故障的能力；如何完善電力相關(guān)企業(yè)信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)與用戶(hù)之間的信息互動(dòng)等，面對(duì)這些實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)過(guò)程中的絆腳石，只有解決掉這些實(shí)際存在的問(wèn)題，才能真正實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)，而解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵是如何利用好物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)智能電網(wǎng)，這是因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)通過(guò)各類(lèi)信息傳感設(shè)備，比如激光掃描器、全球定位系統(tǒng)、無(wú)線傳感器、射頻識(shí)別等，可將互聯(lián)網(wǎng)和任何物品相連，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的信息交互和通信，因此結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)特征，建立面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)是很有必要的。物聯(lián)網(wǎng)作為一種新型通信網(wǎng)絡(luò)，已在很多領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用，比如物流、安全服務(wù)、建筑等，效果良好。

1基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)智能電網(wǎng)概述

目前，智能電網(wǎng)和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)被提升到國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略決策層面，我國(guó)電力系統(tǒng)面臨的最重要的待解決的問(wèn)題就是如何利用好物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)智能電網(wǎng)。首先電力部門(mén)應(yīng)深刻理解物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)管理平臺(tái)中的應(yīng)用，意識(shí)到把物聯(lián)網(wǎng)引入到智能電網(wǎng)管理平臺(tái)是在現(xiàn)有電力通信網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展物物之間的通信方式，通過(guò)減少各個(gè)環(huán)節(jié)的人工參與度，達(dá)到提升電網(wǎng)安全系數(shù)的目的。同時(shí)，將物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)緊密結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。通過(guò)利用物聯(lián)網(wǎng)建立智能電網(wǎng)，建成的智能電網(wǎng)與現(xiàn)有電網(wǎng)相比，在很多方面都更具優(yōu)勢(shì)，比如業(yè)務(wù)范圍更廣、抗災(zāi)害能力更強(qiáng)、信息交互更快捷方便等。

很多年以來(lái)，我國(guó)都致力于研究電網(wǎng)通信技術(shù)，希望提高電網(wǎng)自動(dòng)化水平，并取得了一些成績(jī)。因此，我國(guó)必須從戰(zhàn)略高度重視新一代電力網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)升級(jí)與設(shè)備開(kāi)發(fā)等工作，構(gòu)建更加安全、可靠、穩(wěn)定的智能電網(wǎng)平臺(tái)。

基于物聯(lián)網(wǎng)建成的智能電網(wǎng)應(yīng)是一個(gè)高度集成的開(kāi)放式系統(tǒng)，其業(yè)務(wù)主要包含三個(gè)層面，即電源、電網(wǎng)和用戶(hù)，三個(gè)之間是相輔相成的關(guān)系，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，其應(yīng)該是電力流、信息流和業(yè)務(wù)流高度融合和一體化的一個(gè)系統(tǒng)，另外該系統(tǒng)具備綠色環(huán)保、資源優(yōu)化、防災(zāi)減災(zāi)等方面的技術(shù)支持。

2面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用框架

現(xiàn)階段我國(guó)的電力通信網(wǎng)在終端的數(shù)據(jù)采集上還存在很多弊端，大量盲點(diǎn)無(wú)法消除，系統(tǒng)自愈和自恢復(fù)能力低；服務(wù)信息傳輸無(wú)法達(dá)到雙向控制；系統(tǒng)內(nèi)部多類(lèi)信息都是獨(dú)立存在的，無(wú)法全面實(shí)現(xiàn)信息共享；盡管系統(tǒng)的部分功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但是由于諸多客觀原因的限制，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法形成一個(gè)實(shí)時(shí)的有機(jī)統(tǒng)一體，因此整個(gè)電網(wǎng)的智能化程度還有待提高。

正因?yàn)楝F(xiàn)有電網(wǎng)存在太多的弊端，如何構(gòu)建一個(gè)能夠面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用框架，使得電網(wǎng)具備全面感知、實(shí)時(shí)通信的特點(diǎn)，能夠清除數(shù)據(jù)采集盲點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)信息共享，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控、雙向互動(dòng)已是當(dāng)務(wù)之急。

從內(nèi)容上來(lái)看，如圖1所示，面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)充分考慮了電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用需求，然后確立了智能輸電、智能變電、智能配電和智能用電四大模塊，通過(guò)分析四大模塊的應(yīng)用需求，構(gòu)建電力綜合信息平臺(tái)，該平臺(tái)的作用是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理分析，統(tǒng)一調(diào)配電力資源，實(shí)現(xiàn)與用戶(hù)的信息雙向互動(dòng)，具體的操作步驟是以信息平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)為載體，通過(guò)采用云計(jì)算技術(shù)等方法，對(duì)海量信息進(jìn)行有效處理，達(dá)到建立信息平臺(tái)的目的，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的內(nèi)在要求。

針對(duì)下層的信息采集和傳輸，面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用框架在不同階段表現(xiàn)不一，具體來(lái)說(shuō)：在感知延伸互動(dòng)階段，通過(guò)各種各樣的方式全面的收集電網(wǎng)信息，收集電網(wǎng)信息的方式主要包括近距離通信手段、利用多種標(biāo)識(shí)技術(shù)、利用RFID標(biāo)簽等，全面收集了電網(wǎng)信息后，需根據(jù)不同環(huán)節(jié)的不同特點(diǎn)和技術(shù)要求，有針對(duì)性的對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)建立傳感網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)為了保證信息的準(zhǔn)確性，應(yīng)利用多種近程通信技術(shù)采集更多的電網(wǎng)信息，不斷完善信息網(wǎng)，進(jìn)而達(dá)到提高信息真確性的目的；在信息傳輸階段，新型電網(wǎng)以電力通信網(wǎng)為信息傳輸通道，傳輸信息時(shí)利用光纖或?qū)拵o(wú)線接入方式，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)分層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

參考物聯(lián)網(wǎng)基本網(wǎng)絡(luò)模型，結(jié)合不同階段完成功能和支撐技術(shù)的差異，可把面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)分成感知延伸層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

3.1感知延伸層

感知延伸層的監(jiān)測(cè)目標(biāo)有很多，比如家居對(duì)象、電力對(duì)象和智能安防等其他對(duì)象。其中家居對(duì)象是指涵蓋家庭水熱電表和遠(yuǎn)程操控的智能家電；電力對(duì)象是指涵蓋輸、變、配、用四大環(huán)節(jié)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，比如用戶(hù)用電信息、設(shè)備狀態(tài)信息和氣象環(huán)境信息等；而其他對(duì)象主要是指一些短距離通信設(shè)備，比如RFID標(biāo)簽、攝像頭、傳感器等。通過(guò)感知延伸層收集到的信息，需要對(duì)其進(jìn)行必要的分類(lèi)和預(yù)處理，然后選用合適的短距離通信手段接入感知終端和互動(dòng)終端，如此感知數(shù)據(jù)就出現(xiàn)在了終端設(shè)備上，而且還可以實(shí)現(xiàn)與用戶(hù)之間的良好互動(dòng)。

3.2網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層包含接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩種。首先應(yīng)通過(guò)有效的方式消除各網(wǎng)絡(luò)之間的差異，把感知終端和互動(dòng)終端的信息依照數(shù)據(jù)類(lèi)別和安全等級(jí)分別傳至電力接入專(zhuān)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)。電力接入互聯(lián)網(wǎng)包括多種接入方式，比如太網(wǎng)、ADSL、3G、xPON等；電力接入專(zhuān)網(wǎng)主要包括電力光纖接入網(wǎng)和寬帶無(wú)線接入網(wǎng)，通過(guò)電力接入專(zhuān)網(wǎng)，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控、雙向互動(dòng)。

3.3應(yīng)用層

應(yīng)用層是在分析智能電網(wǎng)各項(xiàng)業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，建立的電力應(yīng)用平臺(tái)。該平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)使用傳感手段，在采集大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)信息進(jìn)行更加完善的管理和控制。此外，由于新型電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，發(fā)生了很多變化，所以應(yīng)在現(xiàn)有電力應(yīng)用平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，建立新型感知互動(dòng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)社會(huì)用戶(hù)和平臺(tái)之間的感知與互動(dòng)。主要注意的是必須是在內(nèi)外網(wǎng)相互隔離條件下連接感知互動(dòng)平臺(tái)與電力核心網(wǎng)，其間接互聯(lián)必須有強(qiáng)有力安全措施保障。

4建立物聯(lián)網(wǎng)對(duì)人類(lèi)社會(huì)生活各個(gè)層面影響的效果

建立物聯(lián)網(wǎng)對(duì)人類(lèi)社會(huì)生活各個(gè)層面影響的效果如表1所示。

5結(jié)論

通過(guò)建立面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，可有效解決現(xiàn)有電網(wǎng)條件下阻礙我國(guó)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的諸多問(wèn)題，促進(jìn)我國(guó)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的步伐。通過(guò)建立智能電網(wǎng)，能夠提高電網(wǎng)資產(chǎn)利用效率，提高供電可靠性和電能質(zhì)量，同時(shí)對(duì)人類(lèi)社會(huì)生活各個(gè)層面影響深遠(yuǎn)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。

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