面向智能電網的物聯網架構分析

面向智能電網的物聯網架構分析摘要：目前，智能電網和信息產業(yè)的發(fā)展已經被提升到國家經濟發(fā)展的戰(zhàn)略決策層面，如何利用好物聯網技術開發(fā)智能電網是電力系統發(fā)展中需要解決的重要問題。本文結合物聯網的相關技術特征，通過對智能電網的輸電、變電、配電和用電四個環(huán)節(jié)進行需求分析，提出一個面向智能電網的物聯網體系結構。

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

關鍵詞 ：物聯網；智能電網；體系結構

Keywords:InternetofThings；smartpowergrids；architecture

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2024）21-0083-02

0引言

近幾年，隨著我國電網信息化程度的不斷提高，真正實現智能電網一直是我國相關部門的重要課題，但在實現智能電網的過程中仍面臨著一些亟需解決的問題，比如如何加強各區(qū)域電網骨干網架，提升電網穩(wěn)定水平，增強電網運行的靈活性；如何建設堅強骨干電力網架，提高電網抵御多重故障的能力；如何完善電力相關企業(yè)信息化建設，實現與用戶之間的信息互動等，面對這些實現智能電網過程中的絆腳石，只有解決掉這些實際存在的問題，才能真正實現智能電網，而解決這些問題的關鍵是如何利用好物聯網技術開發(fā)智能電網，這是因為物聯網通過各類信息傳感設備，比如激光掃描器、全球定位系統、無線傳感器、射頻識別等，可將互聯網和任何物品相連，實現人與物、物與物之間的信息交互和通信，因此結合物聯網的相關技術特征，建立面向智能電網的物聯網體系結構是很有必要的。物聯網作為一種新型通信網絡，已在很多領域取得了廣泛的應用，比如物流、安全服務、建筑等，效果良好。

1基于物聯網技術開發(fā)智能電網概述

目前，智能電網和信息產業(yè)的發(fā)展已經被提升到國家經濟發(fā)展的戰(zhàn)略決策層面，我國電力系統面臨的最重要的待解決的問題就是如何利用好物聯網技術開發(fā)智能電網。首先電力部門應深刻理解物聯網在智能電網管理平臺中的應用，意識到把物聯網引入到智能電網管理平臺是在現有電力通信網的基礎上，利用傳感器網絡擴展物物之間的通信方式，通過減少各個環(huán)節(jié)的人工參與度，達到提升電網安全系數的目的。同時，將物聯網與互聯網緊密結合在一起，實現各類網絡的互聯互通。通過利用物聯網建立智能電網，建成的智能電網與現有電網相比，在很多方面都更具優(yōu)勢，比如業(yè)務范圍更廣、抗災害能力更強、信息交互更快捷方便等。

很多年以來，我國都致力于研究電網通信技術，希望提高電網自動化水平，并取得了一些成績。因此，我國必須從戰(zhàn)略高度重視新一代電力網絡的技術升級與設備開發(fā)等工作，構建更加安全、可靠、穩(wěn)定的智能電網平臺。

基于物聯網建成的智能電網應是一個高度集成的開放式系統，其業(yè)務主要包含三個層面，即電源、電網和用戶，三個之間是相輔相成的關系，形成一個統一的整體，其應該是電力流、信息流和業(yè)務流高度融合和一體化的一個系統，另外該系統具備綠色環(huán)保、資源優(yōu)化、防災減災等方面的技術支持。

2面向智能電網的物聯網應用框架

現階段我國的電力通信網在終端的數據采集上還存在很多弊端，大量盲點無法消除，系統自愈和自恢復能力低；服務信息傳輸無法達到雙向控制；系統內部多類信息都是獨立存在的，無法全面實現信息共享；盡管系統的部分功能已經實現了自動化，但是由于諸多客觀原因的限制，導致系統無法形成一個實時的有機統一體，因此整個電網的智能化程度還有待提高。

正因為現有電網存在太多的弊端，如何構建一個能夠面向智能電網的物聯網應用框架，使得電網具備全面感知、實時通信的特點，能夠清除數據采集盲點，實現信息共享，達到實時監(jiān)控、雙向互動已是當務之急。

從內容上來看，如圖1所示，面向智能電網的物聯網充分考慮了電網各個環(huán)節(jié)的應用需求，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，通過分析四大模塊的應用需求，構建電力綜合信息平臺，該平臺的作用是對數據進行實時處理分析，統一調配電力資源，實現與用戶的信息雙向互動，具體的操作步驟是以信息平臺數據庫為載體，通過采用云計算技術等方法，對海量信息進行有效處理，達到建立信息平臺的目的，實現智能電網的內在要求。

針對下層的信息采集和傳輸，面向智能電網的物聯網應用框架在不同階段表現不一，具體來說：在感知延伸互動階段，通過各種各樣的方式全面的收集電網信息，收集電網信息的方式主要包括近距離通信手段、利用多種標識技術、利用RFID標簽等，全面收集了電網信息后，需根據不同環(huán)節(jié)的不同特點和技術要求，有針對性的對每個環(huán)節(jié)建立傳感網絡，同時為了保證信息的準確性，應利用多種近程通信技術采集更多的電網信息，不斷完善信息網，進而達到提高信息真確性的目的；在信息傳輸階段，新型電網以電力通信網為信息傳輸通道，傳輸信息時利用光纖或寬帶無線接入方式，從而實現對全網信息的實時監(jiān)控。

3面向智能電網的物聯網分層網絡架構

參考物聯網基本網絡模型，結合不同階段完成功能和支撐技術的差異，可把面向智能電網的物聯網分成感知延伸層、網絡層和應用層三層網絡體系架構。結構模型如圖2所示。

3.1感知延伸層

感知延伸層的監(jiān)測目標有很多，比如家居對象、電力對象和智能安防等其他對象。其中家居對象是指涵蓋家庭水熱電表和遠程操控的智能家電；電力對象是指涵蓋輸、變、配、用四大環(huán)節(jié)中的各項數據，比如用戶用電信息、設備狀態(tài)信息和氣象環(huán)境信息等；而其他對象主要是指一些短距離通信設備，比如RFID標簽、攝像頭、傳感器等。通過感知延伸層收集到的信息，需要對其進行必要的分類和預處理，然后選用合適的短距離通信手段接入感知終端和互動終端，如此感知數據就出現在了終端設備上，而且還可以實現與用戶之間的良好互動。

3.2網絡層

網絡層包含接入網和核心網兩種。首先應通過有效的方式消除各網絡之間的差異，把感知終端和互動終端的信息依照數據類別和安全等級分別傳至電力接入專網和互聯網。電力接入互聯網包括多種接入方式，比如太網、ADSL、3G、xPON等；電力接入專網主要包括電力光纖接入網和寬帶無線接入網，通過電力接入專網，可有效實現對信息的實時監(jiān)控、雙向互動。

3.3應用層

應用層是在分析智能電網各項業(yè)務需求的基礎上，建立的電力應用平臺。該平臺系統通過使用傳感手段，在采集大量數據的基礎上對信息進行更加完善的管理和控制。此外，由于新型電網與傳統電網相比，發(fā)生了很多變化，所以應在現有電力應用平臺的基礎上進行創(chuàng)新，建立新型感知互動平臺，實現社會用戶和平臺之間的感知與互動。主要注意的是必須是在內外網相互隔離條件下連接感知互動平臺與電力核心網，其間接互聯必須有強有力安全措施保障。

4建立物聯網對人類社會生活各個層面影響的效果

建立物聯網對人類社會生活各個層面影響的效果如表1所示。

5結論

通過建立面向智能電網的物聯網體系結構，可有效解決現有電網條件下阻礙我國實現智能電網的諸多問題，促進我國實現智能電網的步伐。通過建立智能電網，能夠提高電網資產利用效率，提高供電可靠性和電能質量，同時對人類社會生活各個層面影響深遠，具有巨大的經濟、環(huán)境和社會效益。

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